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(中國傳媒大學 南廣學院，南京 211172)

0 引言

廣播、電視都是現(xiàn)代重要的傳媒手段，提高廣播電視覆蓋率是廣播電視部門的一項重要任務。特別是偏遠農(nóng)村地區(qū)，看電視難、聽廣播難等問題，一直受到各級廣播電視部門的高度重視。

為了解廣播電視無線覆蓋面積和覆蓋人口，現(xiàn)有技術(shù)中普遍采用人工方式測量覆蓋區(qū)邊界場強、繪制廣播電視無線覆蓋效果圖。例如，通過車載或者手持式場強測試儀，圍繞測試點進行人工測量、記錄，再人工進行統(tǒng)一的整理和分析。這樣的場強測試儀，例如第201020571782.1號中國專利“無線廣播實時監(jiān)測儀”、第201020571798.2號中國專利 “便攜式AM/FM廣播場強監(jiān)測儀”已經(jīng)做了相應的公開，又如第201110005467.1號中國專利申請公開的“車載移動式多媒體廣播場強覆蓋路測儀”、第200410077400.9號中國專利申請公開的“數(shù)字電視路測系統(tǒng)”等，這些手持式或者車載式的場強測試儀，均需要測試人員在各個測試點之間進行跑動，采用移動的方式對各個地點的信號質(zhì)量進行檢測和記錄，費時費力(通常需要在至少每個季度均進行一次監(jiān)測)，而且隨機性比較大[1]。

通常在同一輛車上需要配備兩種不同的設(shè)備，用來監(jiān)測電視和廣播的信號，非常不方便，尤其是在遇到惡劣天氣的情況下，這樣的實地監(jiān)測更加變得困難。

1 系統(tǒng)組成及原理

廣播電視信號的自動監(jiān)測系統(tǒng)由多個前端設(shè)備和一個處理終端及軟件程序模塊組成。

設(shè)置在廣播電視覆蓋區(qū)范圍內(nèi)的多個監(jiān)測點上的前端設(shè)備，用于接收TV(電視)信號以及AM/FM(調(diào)幅/調(diào)頻廣播)信號，并進行選頻和信號場強轉(zhuǎn)換后結(jié)合監(jiān)測點與頻率值信息后發(fā)送出去；通過網(wǎng)絡(luò)與多個前端設(shè)備連接的處理終端，接收前述前端設(shè)備發(fā)送的數(shù)據(jù)，進行監(jiān)測點信號場強的分析。

其中，每個前端設(shè)備包括：天線、TV選頻電路、AM/FM選頻電路、TV檢波電路、單片機、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器以及網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器，如圖1。

圖1 前端設(shè)備組成

兩組天線分別與TV選頻電路、AM/FM選頻電路連接，接收多個頻率的廣播電視信號并送入TV選頻電路、AM/FM選頻電路；TV選頻電路、AM/FM選頻電路按照單片機控制的預定方式即循環(huán)控制方式，按照時間順序改變接收頻率，使得TV選頻電路、AM/FM選頻電路進行頻率選擇，TV選頻電路輸出的中頻信號先送入TV檢波電路變換成直流信號輸出，再與AM/FM選頻電路直接輸出的直流信號一起送入A/D轉(zhuǎn)換器；A/D轉(zhuǎn)換器將輸入的模擬信號變成數(shù)字信號(即場強值)輸出，并在單片機內(nèi)加入地名和/或地名編碼、頻率值后送入網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器；單片機還輸出控制指令給D/A轉(zhuǎn)換器，控制兩個選頻電路輸出新的頻率信號使得該兩個選頻電路進行頻率選擇，直到所有頻率信號在一個循環(huán)內(nèi)被采集一次[2]。

1.1 選頻電路

選頻電路在單片機控制下接收需要監(jiān)測的頻率信號，TV選頻電路輸出的信號經(jīng)過檢波后送入A/D轉(zhuǎn)換器，AM/FM選頻電路輸出的信號直接送入A/D轉(zhuǎn)換器。TV信號頻率范圍為48～92 MHz、167～223 MHz、470～958 MHz，AM信號頻率范圍為526.5～1606.5 kHz、2.3～26.1 MHz，F(xiàn)M信號頻率范圍為87～108 MHz。

TV選頻電路采用TDG-5881高頻頭實現(xiàn)，具有信號輸入、AGC、VT、UHF、VH、VL、5V電源、IF接口端(引腳端)，如圖2。

圖2 TV高頻頭

各個接口端的功能如下：

信號輸入——電視信號輸入端；AGC——自動增益控制電壓輸入端；VT——調(diào)諧電壓輸入端。該端口加上0-33V的某一個電壓值，和波段控制電壓協(xié)同選擇出某一個頻道的信號；UHF——U波段選擇控制端。該端口加上5V電壓時，能接收13頻道以上的高頻電視信號。當不選擇UHF波段時，該端口電壓為0 V；VH——VH波段選擇控制端。該端口加上5 V電壓時，能接收6-12頻道、Z8-Z37增補頻道的高頻電視信號。當不選擇VH波段時，該端口電壓為0 V；VL——VL波段選擇控制端。該端口加上5 V電壓時，能接收1-5頻道、Z1-Z7增補頻道的高頻電視信號。當不選擇VL波段時，該端口電壓為0 V；5 V——高頻頭內(nèi)部電路電源輸入端；IF——中頻輸出端，輸出38 MHz圖像中頻信號，送檢波器檢波；IF端是高頻頭唯一輸出信號的端口。

AM/FM選頻電路采用單片數(shù)字調(diào)諧集成電路SP2104實現(xiàn)，其中含有AM/FM本機振蕩、緩沖、AGC、鑒頻和靜噪等電路，工作電壓范圍寬達1.8～7 V，工作電流小，當工作電壓為3 V時，調(diào)頻(FM)的工作電流為11 mA、調(diào)幅(AM)只有7 mA，因而功耗低，發(fā)熱量小，尤其適用于低電壓工作環(huán)境[3]，如圖3。

圖3 AM/FM選頻電路

SP2104各引腳功能如下：1.射頻地；2.FM射頻輸入；3.AM低頻切換；4.混頻輸出；5.電源Vcc；6.AM中頻輸入；7.FM中頻輸入；8.地；9.AGC外接；10.10.7 MHz晶振；11.右聲道輸出；12.左聲道輸出；13.低通濾波器2；14.低通濾波器1；15.立體聲輸入；16.檢波輸出；17.中頻；18.立體聲指示；19.振蕩輸出；20.AM振蕩；21.FM振蕩；22.AM射頻輸入；23.射頻電源；24.FM射頻輸出。

1.2 TV檢波電路

TV檢波電路將TV選頻電路輸出的中頻信號變換成直流信號輸出。

TV檢波電路包括運放A1、A2、電容C、二極管VD和復位開關(guān)SW組成。A1采用高速運算放大器AD8038，能滿足通頻帶和轉(zhuǎn)換速度等要求；A2采用雙通道運放LM358，內(nèi)部有兩個獨立的、高增益、內(nèi)部頻率補償?shù)碾p運算放大器，適用于電壓范圍寬的單電源和雙電源工作模式；二極管VD采用2AP10，正向電阻小，正向電流上升快，在信號較小時就可以進入大信號線性檢波區(qū)[4]，如圖4。

圖4 TV檢波電路

1.3 A/D轉(zhuǎn)換器

A/D轉(zhuǎn)換器將選頻電路輸出的模擬直流信號轉(zhuǎn)換成單片機能夠識別處理的數(shù)字信號。

A/D轉(zhuǎn)換器采用AD1674實現(xiàn)，是一個逐次逼近型12位轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部自帶采樣保持器、10 V基準電壓源、時鐘源以及可與微處理器總線直接接口的暫存/三態(tài)輸出緩沖器，如圖5。

圖5 A/D轉(zhuǎn)換器

AD1674的引腳按功能可分為邏輯控制接口、并行數(shù)據(jù)輸出端口、模擬信號輸入端口和電源端口4種類型。

邏輯控制接口有6個：12/8——數(shù)據(jù)輸出位選擇端。輸入為高電平時，數(shù)據(jù)輸出為單12位字節(jié)；輸入為低電平時，數(shù)據(jù)輸出為雙8位字節(jié)；CS——片選信號輸入端，低電平有效；R/C——讀/轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸入端。在完全控制模式下，輸入高電平時為讀狀態(tài)，輸入低電平時為轉(zhuǎn)換狀態(tài)；在獨立工作模式下，輸入信號為下降沿時開始轉(zhuǎn)換；CE——操作使能端；A0——位尋址/短周期轉(zhuǎn)換選擇輸入端；STS——轉(zhuǎn)換狀態(tài)輸出端。

其余端口分別為并行數(shù)據(jù)輸出端口(DB11-DB8、DB7-DB4)、模擬端口(10 VIN、20 VIN)和供電電源端口(REFIN、REFOUT、BIPOFF為基準電壓輸入輸出端和雙極性電壓調(diào)整端，VCC、VEE、VLOGIC為模擬電壓輸入端，AGND、DGND為接地端)。

1.4 D/A轉(zhuǎn)換器

D/A轉(zhuǎn)換器將單片機輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號控制選頻電路選擇需要監(jiān)測的頻率信號。

D/A轉(zhuǎn)換器采用AD558實現(xiàn)，是一個電壓輸出型8位轉(zhuǎn)換器，內(nèi)部帶有參考電壓源、高速輸出放大器、可實現(xiàn)模擬電壓單極性或雙極性輸出，無需外加器件及微調(diào)即可與單片機8位數(shù)據(jù)總線連接，如圖6。

圖6 D/A轉(zhuǎn)換器

AD558有控制邏輯、鎖存器、DAC、參考源4個功能模塊，接口電路簡單。

AD558的引腳功能如下：DB0-DB7——數(shù)字量輸入；CE——選擇使能端，與CS共同作用；CS——片選端，與CE共同作用；VCC——供電電源(5～15 V)；GND——接地端；A(VOUT SENSE)——輸出電壓選擇端(0～2.56V)；B(VOUT SELECT)——輸出電壓選擇端(0～10 V)。

1.5 網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器

網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器在單片機控制下將廣播電視信號場強值、監(jiān)測地名和/或地名編碼、頻率值封裝并轉(zhuǎn)換格式以進行網(wǎng)絡(luò)傳輸。

網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器采用以太網(wǎng)控制器DM9000A實現(xiàn)，單片機對DM9000A進行初始化，并將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)按協(xié)議要求進行以太網(wǎng)幀封裝，發(fā)送給以太網(wǎng)控制器DM9000A。以太網(wǎng)控制器DM9000A接收單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)并通過RJ45接口(以有線的形式)連接網(wǎng)絡(luò)以將封裝好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)教幚斫K端，如圖7。

圖7 網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器

以太網(wǎng)控制器DM9000A與RJ 45接口之間還設(shè)置有一網(wǎng)絡(luò)隔離器。

還可以采用其它的網(wǎng)絡(luò)收發(fā)器，例如基于IEEE標準的以太網(wǎng)控制器以實現(xiàn)前端設(shè)備的無線連接，通過無線方式接入互聯(lián)網(wǎng)，從而與處理終端連接和數(shù)據(jù)交互[5]。

1.6 處理終端

處理終端采用桌上型PC、膝上型PC或者掌上PC來實現(xiàn)。

處理終端通過互聯(lián)網(wǎng)遠程接收前述封裝好的數(shù)據(jù)，進行解包后，對每個監(jiān)測點上的前端設(shè)備所發(fā)送的實時場強值、地名和/或地名編碼、頻率值進行存儲，以及在顯示屏上顯示。

處理終端還包括用于對這些信號場強進行分析的場強分析模塊，該場強分析模塊用于對每個監(jiān)測點上的前端設(shè)備所發(fā)送的實時信號場強進行分析。例如，將被測點各頻率信號實測場強值與國家標準規(guī)定的可用場強值進行對比、與設(shè)計值進行對比、與滿足較高質(zhì)量的接收要求的場強值進行對比；實測場強值偏低可能是遮擋物的影響、偏高可能是多徑干擾的影響、在被測頻率發(fā)射機停播時間監(jiān)測到的場強是背景噪聲或同頻干擾、被測頻率以外的信號場強是各種干擾場強包括鄰頻干擾、其它發(fā)射臺的雜散或帶外發(fā)射干擾、非法電臺干擾。

處理終端還包括一報警模塊，用于基于場強分析模塊的分析結(jié)果發(fā)出報警信號，例如光和/或聲報警信號。

報警原因：被測點被測頻率的場強值比國家標準規(guī)定的可用場強值或設(shè)計值或滿足較高質(zhì)量的接收要求的場強值偏低或偏高達到一定的程度，例如超出設(shè)定的容差范圍，或者是監(jiān)測到被測頻率以外的信號場強。

報警方式：被測點場強值閃動、報警地列表閃動、“某被測點場強偏低、偏高、有其它干擾”等語音提示。

處理終端中還存儲有一電子地圖以及每個監(jiān)測點上的前端設(shè)備的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，處理終端在收到每個監(jiān)測點上的前端設(shè)備所發(fā)送的實時場強值、地名和/或地名編碼、頻率值后，根據(jù)每個監(jiān)測點上的前端設(shè)備的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)在所述電子地圖上顯示場強的強弱分布。

2 實驗結(jié)果與分析

系統(tǒng)制作完成后在學校周圍設(shè)置4個前端進行了實驗，結(jié)果如下：

使用PC機接收數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)及報表處理，可在電子地圖上顯示監(jiān)測點位置，不同范圍的監(jiān)測點用不同的顏色顯示，將鼠標放在監(jiān)測點位置上可看到監(jiān)測點地點及經(jīng)緯度、監(jiān)測頻率、監(jiān)測場強等數(shù)據(jù)，在前端改變天線方向時可看到監(jiān)測頻率、監(jiān)測場強實時變化，可以將數(shù)據(jù)按各種圖表展示，可以按監(jiān)測點查詢數(shù)據(jù)，按時間段查詢數(shù)據(jù)，可以Excel文件導出報表，報表信息有監(jiān)測時間、監(jiān)測地點、監(jiān)測頻率、監(jiān)測場強，

還有報表統(tǒng)計、打印功能，日志功能實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的操作管理，如增加、刪除、修改等操作，在操作過程中將操作前數(shù)據(jù)、操作后數(shù)據(jù)、什么人操作、什么時間操作均保存在數(shù)據(jù)表里，然后通過頁面展示，用戶管理功能實現(xiàn)了權(quán)限設(shè)置，不同的人權(quán)限不一樣。

實驗結(jié)果表明：系統(tǒng)功能達到預期目標，可投入使用。

3 結(jié)論

廣播電視信號的自動監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)，能同時測量電視信號場強和廣播信號場強，改變了傳統(tǒng)的人工外出收測方式，運行正常，數(shù)據(jù)精確，方便快捷，穩(wěn)定可靠，省時省力，具有很高的推廣價值。

參考文獻：

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