張耀武
國家新聞出版廣電總局西安監(jiān)測臺 陜西省 西安市 710000
基于NI-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng)設計與應用
張耀武
國家新聞出版廣電總局西安監(jiān)測臺 陜西省 西安市 710000
本文主要介紹了基于N I-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng)設計。該系統(tǒng)由4個工作席位構成:中短波監(jiān)測席位、質量自動監(jiān)測席位、頻譜收測席位和多媒體監(jiān)測席位。主要實現(xiàn)對中、短波頻段范圍內信號搜索,廣播效果和廣播質量的自動評估,頻譜智能收測,以及多媒體等監(jiān)測功能。
N I-1000HFRD短波信號分析儀 廣播智能監(jiān)測 多路錄音 語音識別
隨著我國廣播電視事業(yè)的發(fā)展和傳播技術的不斷進步,監(jiān)測任務也隨之增加且日益復雜,監(jiān)測數(shù)據(jù)要求更加及時準確。傳統(tǒng)的人工收聽收看監(jiān)測和簡單的軟件監(jiān)測已無法適應廣播電視監(jiān)測的實際需求,設計一套體積小、效率高、數(shù)字化、智能化的廣播監(jiān)測系統(tǒng)顯得尤為重要。
NI-1000HFRD短波信號分析儀是符合ITU規(guī)范的接收機,適用于短波廣播頻段。NI-1000HFRD采用了最新的廣播技術和數(shù)字信號處理技術,利用現(xiàn)有的語音識別引擎,可以快速準確的實現(xiàn)廣播監(jiān)測?;贜I-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng),是一套體積小、效率高、數(shù)字化、智能化的廣播監(jiān)測系統(tǒng),大大節(jié)省了人力資源,提高了廣播監(jiān)測的準確性和及時性。
2.1 NI-1000HFRD 硬件設備外觀
NI-1000HFRD 硬件設備外觀,如圖1所示。
圖1 NI-1000HFRD 硬件設備外觀
2.2 NI-1000HFRD硬件組成
PXIe-5622:150MS/s,16位數(shù)字化儀。
Flex RIO 7965R:NI FlexRIO FPGA模塊(可根據(jù)用戶應用需求,寫入相應的軟件實現(xiàn)功能)。
PXIe-8260:4驅動,2TB可插入機箱型(INCHassis)高速數(shù)據(jù)儲存模塊。
PXIe-1075:配有交流供電的18槽3U PXI Express擴展機箱。
PXIe-8133:1.73GHz控制器。
2.3 NI-1000HFRD技術架構
NI-1000HFRD采用了最新的廣播技術和數(shù)字信號處理技術,包括軟件無線電(SDR),大動態(tài)范圍直接數(shù)字化,高速PXIe數(shù)據(jù)總線,高速點到點實時數(shù)據(jù)鏈路,數(shù)字下變頻(DDC),現(xiàn)場可編程邏輯門陣列(FPGA)和嵌入式獨立冗余磁盤陣列(RAID)。
NI-1000HFRD特點在于短波頻段的全頻段流盤,多頻點實時解調和離線解調,主要包括:實時同步記錄9K~30MHz頻段的所有廣播信號;同步實現(xiàn)全頻段頻譜觀測和窄帶信號解調;離線超實時信道化解調,高效地從寬帶數(shù)據(jù)記錄得到音頻文件,其系統(tǒng)架構如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)框圖
NI-1000HFRD無線電監(jiān)測接收機的HF數(shù)字化儀依托最高達4G/s的PXIe機箱高速數(shù)據(jù)總線,適合于高速數(shù)字信號處理的嵌入式PXIe控制器作為控制和數(shù)據(jù)處理中心,將數(shù)字化儀采集的數(shù)據(jù)送往嵌入式的RAID存儲設備,2TB的RAID存儲器可支持200Mb/s的高速數(shù)據(jù)記錄,從而滿足HF全頻段流盤的要求。NI-1000HFRD無線電監(jiān)測接收機將兩塊HF數(shù)字化儀同時安裝在一個系統(tǒng)中,可以提供兩路數(shù)字下變頻,兩路信號分別進行窄帶解調/測量和實時寬帶頻譜監(jiān)測,保證實時在線監(jiān)聽和頻譜監(jiān)測任務可以同時進行。
NI-1000HFRD中頻數(shù)字化儀提供了高速AD和板上信號處理能力,包括14位100MS/s的數(shù)字化能力,最大帶寬40MHz的實時數(shù)字下變頻,特別適合于捕獲無線電廣播信號。基于DMA(直接存儲訪問)的機制與控制器相連,使控制器更好地作用于高級信號分析、顯示以及通信等任務。
在線實時解調和離線超實時解調算法是基于FPGA實現(xiàn)的,將軟件算法基于硬件實現(xiàn),實現(xiàn)了全并行、高吞吐、高可靠,相比傳統(tǒng)的基于CPU實現(xiàn)的算法,執(zhí)行效率極大提高。本系統(tǒng)所采用的每塊FPGA芯片可以實現(xiàn)8通道的實時解調,根據(jù)不同需求可以進行不同的配置,例如在18槽機箱中除去控制器和數(shù)字化儀占用的兩個插槽位置,最多可以實現(xiàn)128通道的實時解調。
2.4 NI-1000HFRD主要功能
2.4.1 全頻段流盤
30M以下全頻段流盤的數(shù)據(jù)速率為120M/s,采用高速PXIe總線、RAID磁盤陣列等技術保證了可以不丟點地數(shù)據(jù)存儲,通過一定的參數(shù)設置可以實現(xiàn)分時段、分頻段和按計劃流盤。
2.4.2 在線實時解調
在線實時解調功能針對不同的應用可以選擇不同的配置,最多可以實現(xiàn)128通道實時解調。可以實現(xiàn)的主要功能有:指定頻點組合播放;分發(fā)音頻至不同播放設備;多音頻文件存儲;設定功率門限,提出特征頻點;寬帶信號頻譜觀測,窄帶分析與解調;計算特征頻點電平、功率、場強值和調制度分析。
2.4.3 離線超實時解調
最高可以實現(xiàn)0.7倍的超實時解調,即完成100秒的全頻段流盤文件解調只需要70秒。
基于NI-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng)(以下簡稱:NI智能系統(tǒng))由4個工作席位構成,即中短波監(jiān)測席位、質量自動監(jiān)測席位、頻譜收測席位和多媒體監(jiān)測席位。依靠語音識別引擎的支持,主要實現(xiàn)對中、短波頻段范圍內信號搜索,廣播效果和廣播質量的自動評估,頻譜智能收測,以及多媒體監(jiān)測等功能。智能監(jiān)測系統(tǒng)框圖,如圖3所示。
圖3 系統(tǒng)框圖
智能監(jiān)測系統(tǒng)各監(jiān)測席位具體實現(xiàn)方法如下:
3.1 中短波自動監(jiān)測席位
NI智能系統(tǒng)可根據(jù)電平門限等級設置,從0~30M頻段內獲取高于該電平值的信號,并對0~30M頻段內所有信號進行全頻段留盤,同時利用語音識別系統(tǒng)對語音數(shù)據(jù)進行語音識別,選擇出關注的語音信號,從而實現(xiàn)中短波自動監(jiān)管。
3.2 質量自動監(jiān)測席位
NI-1000HFRD系統(tǒng)根據(jù)人工設定的報警任務需要,對質量監(jiān)測頻率進行循環(huán)分析,通過信號平均電平值與調幅度實時不間斷測量,對認為是異態(tài)的信號上報給質量自動監(jiān)測席位進行人工確認,及時發(fā)現(xiàn)質量異態(tài),定時對質量監(jiān)測頻率自動打分。質量自動監(jiān)測流程,如圖4所示。
圖4 質量自動監(jiān)測流程圖
3.3 頻譜收測席位
該系統(tǒng)可以對0~30MHz各時段信號進行全部流盤,再通過離線超實時解調,設定相應的電平門限,將獲得的較高電平頻率的AM信號,與數(shù)據(jù)庫中的已知信號對比辨別廣播電臺信號的歸屬。對于不能實現(xiàn)電臺歸屬自動判別的頻率,上報到頻譜收測席位進行人工處理。
3.4 多媒體收測席位
NI-1000HFRD短波信號分析儀的FlexRIO 7965R板卡是可編程器件組成,配合其它下變頻板卡,加入相應的解調軟件,即可實現(xiàn)調幅、調頻、電視、衛(wèi)星、CMMB等無線電波信號的解調及技術指標測量,可以實現(xiàn)多媒體監(jiān)測任務。
同時,NI-1000HFRD短波信號分析儀具有體積小、攜帶方便等特點,適用于外出流動收測,也可安裝在監(jiān)測車上。外出流動收測時,只要收測人選擇好收測地點并架設好天線,NI-1000HFRD短波信號分析儀會自動根據(jù)頻率收測表,進行24小時錄音。錄音完畢后,將錄音數(shù)據(jù)回傳,進行集中收聽及打分,節(jié)省了人力和物力。
FlexRIO 7965R板卡可解調8路信號,可同時使用9塊);可以對廣播信號進行各種指標測量(調幅度、頻譜、場強)。將該系統(tǒng)應用到廣播監(jiān)測中,基本可以實現(xiàn)中短波信號的智能監(jiān)測。對比現(xiàn)有的監(jiān)測工作模式將是一個“質”的飛躍。
NI智能系統(tǒng)組成非常簡單,是一個3U的標準機箱,內置各功能板卡來實現(xiàn)各種功能,具有體積小、搬用靈活、應用范圍廣等特點。在數(shù)據(jù)傳輸上,板卡間的數(shù)據(jù)使用了高速總線傳輸,大大提高設備的工作效能。
NI智能系統(tǒng)可以同時對0~30MHz的中、短波信號進行全波段存儲和任意頻道、任意時段的解調,不需要配置錄音設備和專用接收機等;用戶還可根據(jù)需要選擇解調頻率和解調路數(shù)(1塊
審稿人:魏朝輝 內蒙古新聞出版廣電局監(jiān)管中心正高級工程師
責任編輯:王學敏
TN 939.11
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2096-0751(2016)09-0021-03
張耀武 國家新聞出版廣電總局西安監(jiān)測臺 高級工程師