張耀武

國家新聞出版廣電總局西安監(jiān)測臺(tái) 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(shè)計(jì)與應(yīng)用

張耀武

國家新聞出版廣電總局西安監(jiān)測臺(tái) 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(shè)計(jì)。該系統(tǒng)由4個(gè)工作席位構(gòu)成：中短波監(jiān)測席位、質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測席位、頻譜收測席位和多媒體監(jiān)測席位。主要實(shí)現(xiàn)對中、短波頻段范圍內(nèi)信號搜索，廣播效果和廣播質(zhì)量的自動(dòng)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

1概述

隨著我國廣播電視事業(yè)的發(fā)展和傳播技術(shù)的不斷進(jìn)步，監(jiān)測任務(wù)也隨之增加且日益復(fù)雜，監(jiān)測數(shù)據(jù)要求更加及時(shí)準(zhǔn)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(yīng)廣播電視監(jiān)測的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)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(jī)，適用于短波廣播頻段。NI-1000HFRD采用了最新的廣播技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)，利用現(xiàn)有的語音識別引擎，可以快速準(zhǔn)確的實(shí)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(zhǔn)確性和及時(shí)性。

2 N I-1000HFRD短波信號分析儀介紹

2.1 NI-1000HFRD 硬件設(shè)備外觀

NI-1000HFRD 硬件設(shè)備外觀，如圖1所示。

圖1 NI-1000HFRD 硬件設(shè)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(yīng)用需求，寫入相應(yīng)的軟件實(shí)現(xiàn)功能）。

PXIe-8260：4驅(qū)動(dòng)，2TB可插入機(jī)箱型（INCHassis）高速數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊。

PXIe-1075：配有交流供電的18槽3U PXI Express擴(kuò)展機(jī)箱。

PXIe-8133：1.73GHz控制器。

2.3 NI-1000HFRD技術(shù)架構(gòu)

NI-1000HFRD采用了最新的廣播技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)，包括軟件無線電(SDR)，大動(dòng)態(tài)范圍直接數(shù)字化，高速PXIe數(shù)據(jù)總線，高速點(diǎn)到點(diǎn)實(shí)時(shí)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(dú)立冗余磁盤陣列(RAID)。

NI-1000HFRD特點(diǎn)在于短波頻段的全頻段流盤，多頻點(diǎn)實(shí)時(shí)解調(diào)和離線解調(diào)，主要包括：實(shí)時(shí)同步記錄9K～30MHz頻段的所有廣播信號；同步實(shí)現(xiàn)全頻段頻譜觀測和窄帶信號解調(diào)；離線超實(shí)時(shí)信道化解調(diào)，高效地從寬帶數(shù)據(jù)記錄得到音頻文件，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)框圖

NI-1000HFRD無線電監(jiān)測接收機(jī)的HF數(shù)字化儀依托最高達(dá)4G/s的PXIe機(jī)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(chǔ)設(shè)備，2TB的RAID存儲(chǔ)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(jī)將兩塊HF數(shù)字化儀同時(shí)安裝在一個(gè)系統(tǒng)中，可以提供兩路數(shù)字下變頻，兩路信號分別進(jìn)行窄帶解調(diào)/測量和實(shí)時(shí)寬帶頻譜監(jiān)測，保證實(shí)時(shí)在線監(jiān)聽和頻譜監(jiān)測任務(wù)可以同時(shí)進(jìn)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(shí)時(shí)數(shù)字下變頻，特別適合于捕獲無線電廣播信號?；贒MA(直接存儲(chǔ)訪問)的機(jī)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(wù)。

在線實(shí)時(shí)解調(diào)和離線超實(shí)時(shí)解調(diào)算法是基于FPGA實(shí)現(xiàn)的，將軟件算法基于硬件實(shí)現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了全并行、高吞吐、高可靠，相比傳統(tǒng)的基于CPU實(shí)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(shí)現(xiàn)8通道的實(shí)時(shí)解調(diào)，根據(jù)不同需求可以進(jìn)行不同的配置，例如在18槽機(jī)箱中除去控制器和數(shù)字化儀占用的兩個(gè)插槽位置，最多可以實(shí)現(xiàn)128通道的實(shí)時(shí)解調(diào)。

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(shù)保證了可以不丟點(diǎn)地?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)，通過一定的參數(shù)設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)分時(shí)段、分頻段和按計(jì)劃流盤。

2.4.2 在線實(shí)時(shí)解調(diào)

在線實(shí)時(shí)解調(diào)功能針對不同的應(yīng)用可以選擇不同的配置，最多可以實(shí)現(xiàn)128通道實(shí)時(shí)解調(diào)。可以實(shí)現(xiàn)的主要功能有：指定頻點(diǎn)組合播放；分發(fā)音頻至不同播放設(shè)備；多音頻文件存儲(chǔ)；設(shè)定功率門限，提出特征頻點(diǎn)；寬帶信號頻譜觀測，窄帶分析與解調(diào)；計(jì)算特征頻點(diǎn)電平、功率、場強(qiáng)值和調(diào)制度分析。

2.4.3 離線超實(shí)時(shí)解調(diào)

最高可以實(shí)現(xiàn)0.7倍的超實(shí)時(shí)解調(diào)，即完成100秒的全頻段流盤文件解調(diào)只需要70秒。

3 基于N I-1000HFRD短波信號分析儀的廣播智能監(jiān)測系統(tǒng)

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(gè)工作席位構(gòu)成，即中短波監(jiān)測席位、質(zhì)量自動(dòng)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(shí)現(xiàn)對中、短波頻段范圍內(nèi)信號搜索，廣播效果和廣播質(zhì)量的自動(dòng)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(shí)現(xiàn)方法如下：

3.1 中短波自動(dòng)監(jiān)測席位

NI智能系統(tǒng)可根據(jù)電平門限等級設(shè)置，從0～30M頻段內(nèi)獲取高于該電平值的信號，并對0～30M頻段內(nèi)所有信號進(jìn)行全頻段留盤，同時(shí)利用語音識別系統(tǒng)對語音數(shù)據(jù)進(jìn)行語音識別，選擇出關(guān)注的語音信號，從而實(shí)現(xiàn)中短波自動(dòng)監(jiān)管。

3.2 質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測席位

NI-1000HFRD系統(tǒng)根據(jù)人工設(shè)定的報(bào)警任務(wù)需要，對質(zhì)量監(jiān)測頻率進(jìn)行循環(huán)分析，通過信號平均電平值與調(diào)幅度實(shí)時(shí)不間斷測量，對認(rèn)為是異態(tài)的信號上報(bào)給質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測席位進(jìn)行人工確認(rèn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)質(zhì)量異態(tài)，定時(shí)對質(zhì)量監(jiān)測頻率自動(dòng)打分。質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測流程，如圖4所示。

圖4 質(zhì)量自動(dòng)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(shí)段信號進(jìn)行全部流盤，再通過離線超實(shí)時(shí)解調(diào)，設(shè)定相應(yīng)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(tái)信號的歸屬。對于不能實(shí)現(xiàn)電臺(tái)歸屬自動(dòng)判別的頻率，上報(bào)到頻譜收測席位進(jìn)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(yīng)的解調(diào)軟件，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)幅、調(diào)頻、電視、衛(wèi)星、CMMB等無線電波信號的解調(diào)及技術(shù)指標(biāo)測量，可以實(shí)現(xiàn)多媒體監(jiān)測任務(wù)。

同時(shí)，NI-1000HFRD短波信號分析儀具有體積小、攜帶方便等特點(diǎn)，適用于外出流動(dòng)收測，也可安裝在監(jiān)測車上。外出流動(dòng)收測時(shí)，只要收測人選擇好收測地點(diǎn)并架設(shè)好天線，NI-1000HFRD短波信號分析儀會(huì)自動(dòng)根據(jù)頻率收測表，進(jìn)行24小時(shí)錄音。錄音完畢后，將錄音數(shù)據(jù)回傳，進(jìn)行集中收聽及打分，節(jié)省了人力和物力。

結(jié)束語

FlexRIO 7965R板卡可解調(diào)8路信號，可同時(shí)使用9塊）；可以對廣播信號進(jìn)行各種指標(biāo)測量（調(diào)幅度、頻譜、場強(qiáng)）。將該系統(tǒng)應(yīng)用到廣播監(jiān)測中，基本可以實(shí)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(gè)“質(zhì)”的飛躍。

NI智能系統(tǒng)組成非常簡單，是一個(gè)3U的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱，內(nèi)置各功能板卡來實(shí)現(xiàn)各種功能，具有體積小、搬用靈活、應(yīng)用范圍廣等特點(diǎn)。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(shè)備的工作效能。

NI智能系統(tǒng)可以同時(shí)對0～30MHz的中、短波信號進(jìn)行全波段存儲(chǔ)和任意頻道、任意時(shí)段的解調(diào)，不需要配置錄音設(shè)備和專用接收機(jī)等；用戶還可根據(jù)需要選擇解調(diào)頻率和解調(diào)路數(shù)（1塊

審稿人：魏朝輝 內(nèi)蒙古新聞出版廣電局監(jiān)管中心正高級工程師

責(zé)任編輯：王學(xué)敏

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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(tái) 高級工程師