基于信道碼流監(jiān)測(cè)技術(shù)的衛(wèi)星廣播電視信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建

1、基于信道碼流監(jiān)測(cè)技術(shù)的衛(wèi)星廣播電視信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù)2010年第27卷第2期2331I,基于信道碼流監(jiān)測(cè)技術(shù)的衛(wèi)星廣播電視信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建張澍【摘要】本文介紹了衛(wèi)星廣播電視接收信號(hào)干擾的類型,鑒別和監(jiān)測(cè)手段,以及信號(hào)傳輸信道碼流監(jiān)測(cè)的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)與監(jiān)測(cè)方法.【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星信號(hào)干擾信道碼流監(jiān)測(cè)1引言衛(wèi)星信號(hào)的干擾來(lái)自于諸多方面,有來(lái)自自然現(xiàn)象的干擾,也有來(lái)自人為非法攻擊干擾.及時(shí),準(zhǔn)確地判斷信號(hào)干擾類型及其表現(xiàn)出的對(duì)廣播電視影響的特點(diǎn)(自然現(xiàn)象干擾,還是人為非法攻擊,寬帶還是窄帶,是否是單載等),從接收端信道碼流變化快速捕捉信道異常,有針對(duì)性的采取相應(yīng)的技術(shù)手段及應(yīng)對(duì)措施,對(duì)確

2、保衛(wèi)星廣播電視安全播出具有重要意義.2干擾類型及特點(diǎn)分析對(duì)衛(wèi)星廣播電視信號(hào)傳輸影響較大的干擾主要包括自然,技術(shù)環(huán)境干擾和人為干擾兩個(gè)方面,下面就這兩種干擾類型做逐一闡述.2.1自然,技術(shù)環(huán)境干擾指自然現(xiàn)象以及技術(shù)環(huán)境限制對(duì)衛(wèi)星信號(hào)傳輸產(chǎn)生的干擾或影響.主要包括以下幾個(gè)方面.2.1.1雨衰,雪衰當(dāng)電波在傳輸過(guò)程中穿過(guò)降雨區(qū)域時(shí),雨滴會(huì)對(duì)電波產(chǎn)生吸收和散射造成衰減,衰減的大小與雨滴半徑和波長(zhǎng)的比值有關(guān),由于C波段波長(zhǎng)一般大于雨滴半徑而KU波段波長(zhǎng)與雨滴大小相近,所以降雨對(duì)C波段影響比較小而對(duì)KU波段就非常嚴(yán)重.降雨不僅會(huì)衰減電磁波,還會(huì)引起噪聲溫度的增加和去極化的發(fā)生,影響到接收信號(hào)的載噪比,導(dǎo)致

3、正交極化信號(hào)的相互干擾加大.為降低雨衰的影響,在進(jìn)行衛(wèi)星通信時(shí)盡可能選擇使天線處于高仰角的衛(wèi)星,這樣可以減少降雨時(shí)電波穿越的雨區(qū)距離.雪衰一般情況下,除非是暴雪,降雪對(duì)Ku及其以下頻段的衛(wèi)星信號(hào)不會(huì)產(chǎn)生明顯的衰減(饋源上的積雪不要太厚),但在化雪過(guò)程,對(duì)于C波段及Ku波段的衛(wèi)星傳輸來(lái)說(shuō),影響都是非常顯著的,天線饋源及主反射面凹凸不平的積雪對(duì)電磁波產(chǎn)生強(qiáng)弱不同的散射和吸收,嚴(yán)重地破壞了衛(wèi)星天線口面場(chǎng)分布函數(shù)的均勻性,大大降低了天線的增益,同時(shí)也增大了天線的噪聲溫度,上行鏈路的EIRP值或接收系統(tǒng)的G/T值均會(huì)因此而大大減小,影響了衛(wèi)星信號(hào)的傳輸質(zhì)量.2.1.2日凌我國(guó)處于北半球,離赤道較遠(yuǎn),”日

4、凌”現(xiàn)象不太嚴(yán)重,只有在24節(jié)氣中春分(3月21日)和秋分(9月23日)前后表現(xiàn)突出,每次大約延續(xù)6天左右,此現(xiàn)象系太陽(yáng)黑子活動(dòng)電子輻射及太陽(yáng)熱噪聲輻射作者簡(jiǎn)介:張澍國(guó)家廣播電影電視總局203臺(tái)監(jiān)測(cè)機(jī)房主任助理工程師-23-益內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù).一/地球站圖1日凌干擾圖2.1.5電離層閃爍當(dāng)電波穿越電離層時(shí),由于電離層結(jié)構(gòu)的不均勻性和隨機(jī)時(shí)變性,衛(wèi)星信號(hào)會(huì)受法拉第極化旋轉(zhuǎn)效應(yīng)的影響,而法拉第極化旋轉(zhuǎn)量是與信號(hào)頻率的平方根成反比的,將造成信號(hào)的振幅強(qiáng)度和相位,到達(dá)角度等特性的周期性波動(dòng),頻率越低,波動(dòng)越大形成電離層閃爍.具體說(shuō),對(duì)同步衛(wèi)星通信,地磁赤道南北20.范圍內(nèi)的閃爍對(duì)其影響最大.電離層

5、閃爍與工作頻率,地理位置和太陽(yáng)活動(dòng)情況有關(guān),3GHz頻率以下,電離層閃爍是最為嚴(yán)重的電離層現(xiàn)象.通常,電離層閃爍最嚴(yán)重時(shí)發(fā)生在春分前后,較為嚴(yán)重在秋分前后.電離層閃爍現(xiàn)象通常持續(xù)數(shù)十分鐘到數(shù)小時(shí),發(fā)生的時(shí)間通常在日落后(18:00)至深夜(24:00)結(jié)束.雖然電離層閃爍主要發(fā)生在3GHz頻率以下,但在4GHz也有明顯的影響.據(jù)統(tǒng)計(jì),在4GHz電離層閃爍可能造成超過(guò)10dB的峰值變化.-24一第27卷2.1.4衛(wèi)星蝕每年的春季和秋季,在每天的特定時(shí)間內(nèi),衛(wèi)星將進(jìn)入地球的陰影區(qū)域,此時(shí)衛(wèi)星見(jiàn)不到太陽(yáng)光,太陽(yáng)能電池不能提供電能,衛(wèi)星只能依靠自身攜帶電池供電,這一階段稱”星蝕期”.以前星蝕現(xiàn)象對(duì)衛(wèi)星

6、通信的影響是很嚴(yán)重的,但現(xiàn)在衛(wèi)星供電系統(tǒng)已經(jīng)有了很大的改進(jìn),在衛(wèi)星蝕期間備用電源足以保持衛(wèi)星正常工作,因而通常不會(huì)對(duì)衛(wèi)星通信造成影響.2.1.5太陽(yáng)磁暴現(xiàn)象的影響近幾年太陽(yáng)經(jīng)常發(fā)生強(qiáng)烈的耀斑爆發(fā),地球上的通信等設(shè)施會(huì)因此受到部分干擾.與耀斑爆發(fā)相伴,太陽(yáng)表面還會(huì)產(chǎn)生一股強(qiáng)大的日冕物質(zhì)噴射,噴射產(chǎn)生的帶電粒子流與地球磁場(chǎng)作用后可能會(huì)形成比較強(qiáng)烈的地磁暴,對(duì)衛(wèi)星運(yùn)行和通信等造成干擾,嚴(yán)重時(shí)會(huì)使衛(wèi)星信號(hào)中斷.以上提及的幾種自然干擾是天文自然現(xiàn)象,無(wú)法避免,可以采取一定的措施減少對(duì)衛(wèi)星通信的影響,如改進(jìn)衛(wèi)星供電系統(tǒng)等減少因自然環(huán)境造成的衛(wèi)星通訊干擾.2.2人為干擾人為干擾通常由故障干擾,衛(wèi)星漂移,地面

7、電磁環(huán)境干擾,鄰星干擾等引起.從干擾手段上說(shuō)可分為數(shù)字電視圖像寬帶干擾和窄帶干擾.(1)故障干擾.設(shè)備故障,控制指令系統(tǒng)故障,轉(zhuǎn)發(fā)器過(guò)飽和導(dǎo)致的自保護(hù)關(guān)機(jī),空間電磁環(huán)境影響導(dǎo)致的轉(zhuǎn)發(fā)器自保護(hù)關(guān)機(jī)誤操作等.(2)衛(wèi)星漂移.從地面上看,衛(wèi)星成”8”字形的漂移,這是由兩類不可抗因素造成的.一是在太陽(yáng)系中的同步地球衛(wèi)星除了受到大能量的太陽(yáng)輻射之外,還要受到太陽(yáng),月亮和地球三方面引力的共同作用,發(fā)生攝動(dòng).二是同步地球衛(wèi)星的軌道面與地球赤道面并不平行,所以衛(wèi)星上設(shè)有專門的姿態(tài)控制系統(tǒng),衛(wèi)星地球站數(shù)字系統(tǒng)中有一種叫做”天線跟蹤系統(tǒng)”的子系統(tǒng),其作用也是為了應(yīng)對(duì)衛(wèi)星的漂移.(3)衛(wèi)星問(wèn)干擾.隨著衛(wèi)星通信的迅速

8、發(fā)展,同步衛(wèi)星軌道越來(lái)越擁擠,現(xiàn)在的軌道位置間隔是2.5.,這也是衛(wèi)星之間互相干擾的因素.以上情況可以采取一定的措施減少對(duì)衛(wèi)星通信的影響,如改進(jìn)衛(wèi)星供電系統(tǒng),規(guī)范衛(wèi)星用戶操作方法,嚴(yán)格衛(wèi)星軌道控制,犧牲部分衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器性能第2期基于信道碼流監(jiān)測(cè)技術(shù)的衛(wèi)星廣播電視信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建等,減少因技術(shù)環(huán)境造成的衛(wèi)星通訊干擾與影響.(4)寬帶干擾.指用非法圖像干擾,采用和正常廣播信號(hào)同樣的參數(shù),使正常圖像出現(xiàn)”馬賽克”或”黑屏”,當(dāng)正常圖像的衛(wèi)星上行信號(hào)由于某種原因中斷時(shí),則出現(xiàn)完整的非法干擾圖像.同時(shí),干擾信號(hào)為頻譜特征與實(shí)際信號(hào)完全一樣的干擾信號(hào),由于轉(zhuǎn)發(fā)器的工作特性,從接收頻譜上看,根本觀察不到有干擾

9、存在,同時(shí)信號(hào)功率和載噪比沒(méi)有變化或略有增加.(5)窄帶干擾.指用單載波或窄帶的惡意干擾,頻譜表現(xiàn)為單載波或窄帶疊加在正常信號(hào)上,造成傳輸質(zhì)量的下降,嚴(yán)重時(shí)也可能導(dǎo)致正常圖像出現(xiàn)”馬賽克”,但不會(huì)出現(xiàn)非法圖像和聲音.同時(shí),干擾信號(hào)為單載波或帶寬小于正常信號(hào)的調(diào)制信號(hào),從接收頻譜上看,可以明顯地看到干擾信號(hào)疊加在正常信號(hào)上,這時(shí)信號(hào)功率和載噪比基本不變或略有增加.最近幾年,人為非法干擾衛(wèi)星電視信號(hào)的現(xiàn)象屢屢發(fā)生,主要表現(xiàn)為蓄意破壞和惡意攻擊,嚴(yán)重干擾了廣播電視播出秩序,造成惡劣的社會(huì)影響.必須做到準(zhǔn)確判斷人為非法干擾,從技術(shù)上加強(qiáng)對(duì)信號(hào)的監(jiān)測(cè),及時(shí)采取有力措施保障衛(wèi)星廣播電視播出安全.3信道,碼

10、流監(jiān)測(cè)手段及方法3.1干擾發(fā)生時(shí)出現(xiàn)的現(xiàn)象衛(wèi)星電視節(jié)目采用MPEG一2的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)視頻和音頻進(jìn)行編碼與壓縮,形成傳輸碼流TS,再經(jīng)過(guò)復(fù)用,信道編碼,調(diào)制后進(jìn)行傳輸.干擾發(fā)生時(shí)由于TS傳輸流的編碼結(jié)構(gòu),復(fù)用結(jié)構(gòu),表格參數(shù),名稱都會(huì)發(fā)生突變,數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)重新鎖定的時(shí)間很短,數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)在解復(fù)用和解碼時(shí)就會(huì)出現(xiàn)解碼不連續(xù),解碼緩沖區(qū)溢出,各種解復(fù)用和解碼參數(shù)重新初始化等內(nèi)部過(guò)程,對(duì)應(yīng)輸出的音視頻信號(hào)會(huì)出現(xiàn)短時(shí)間的馬賽克,畫面靜幀,畫面黑屏,甚至出現(xiàn)干擾畫面等.以上現(xiàn)象可通過(guò)對(duì)信道傳輸過(guò)程的信道,碼流進(jìn)行監(jiān)測(cè),可快速捕捉衛(wèi)星信號(hào)收到干擾的現(xiàn)象并發(fā)出異態(tài)處置預(yù)警.3.2傳輸信道的監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)指標(biāo)(1)

11、載波電平的監(jiān)測(cè).電磁環(huán)境的變化可能導(dǎo)致載波電平的變化,如雪衰,雨衰等導(dǎo)致接收電平降低,而惡意的干擾可能瞬間提高接收電平,這些變化可通過(guò)頻譜掃描發(fā)現(xiàn).(2)監(jiān)測(cè)信道功率.當(dāng)使用頻譜儀進(jìn)行測(cè)量時(shí),應(yīng)該是信號(hào)帶寬內(nèi)的信號(hào)功率進(jìn)行積分.信號(hào)功率被定義為在信道帶寬內(nèi)使用熱功率傳感器測(cè)量得到的功率,注意為指定信號(hào)帶寬.信號(hào)帶寬為:符號(hào)率X(1+a),其中a為升余弦?guī)V波器的滾降系數(shù),對(duì)DVB-S而言,a=0.35.信道功率.在數(shù)字頻道上測(cè)量電平?jīng)]有實(shí)際意義,數(shù)字接收的靈敏度以積分形式的信道功率計(jì)算.當(dāng)信號(hào)受到攻擊后,信道功率會(huì)有相應(yīng)的變化,但由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的自動(dòng)功率控制,空間傳輸路徑的衰減,接收天線的增

12、益控制等,實(shí)際變化不十分明顯.但在衛(wèi)星信號(hào)受到雨衰,雪衰時(shí)信道功率會(huì)有很大變化,因此可以設(shè)定閾值范圍產(chǎn)生不同的報(bào)警.(3)信道頻譜監(jiān)測(cè).頻譜.反應(yīng)衛(wèi)星電視廣播信號(hào)頻譜波形,直觀反應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度,頻率占用帶寬,頻率特性和滾降特性.頻譜分析儀主要用于觀察衛(wèi)星電視信號(hào)頻道的頻譜圖及其周圍是否有其它信號(hào)存在,并可以進(jìn)一步觀察受影響的程度,尤其在分析相鄰頻道干擾或窄脈沖干擾作用明顯.頻譜圖.不同類型的干擾信號(hào)在頻譜上的表現(xiàn)不同:(1)單載波干擾信號(hào).在正常信號(hào)頻譜上疊加大載波頻譜,當(dāng)干擾信號(hào)功率較大時(shí)會(huì)造成正常信號(hào)頻譜幅度下降.(2)單載波掃頻干擾信號(hào)與固定頻率單載波干擾情況類似,但干擾載波頻率在不斷變化

13、,通常對(duì)信號(hào)頻譜造成間歇性影響.(3)窄帶調(diào)制波干擾信號(hào).在信號(hào)頻譜上疊加窄帶調(diào)制波頻譜,干擾信號(hào)功率較大時(shí)會(huì)造成正常信號(hào)頻譜下降,干擾信號(hào)功率較小時(shí),在接收信號(hào)頻譜上較難分辨.(4)與正常信號(hào)參數(shù)相同的寬帶調(diào)制波干擾信號(hào).在接收信號(hào)頻譜上很難分辨出干擾頻譜,通常出現(xiàn)干擾時(shí)信號(hào)頻譜兩側(cè)的噪聲譜會(huì)有略微升高,當(dāng)轉(zhuǎn)發(fā)器未工作在飽和點(diǎn)情況下,出現(xiàn)干擾后信號(hào)頻譜幅度也將出現(xiàn)升高現(xiàn)象.(5)噪聲干擾.出現(xiàn)干擾時(shí)噪聲譜明顯升高,信號(hào)載噪比下降,轉(zhuǎn)發(fā)器工作在線性區(qū)時(shí),接收信號(hào)電平會(huì)出現(xiàn)整體升高現(xiàn)象.根據(jù)頻譜在各種干擾時(shí)出現(xiàn)的不同變化情況,在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,我們可以設(shè)定要相應(yīng)不同的量化-25-警內(nèi)蒙古廣播與電

14、視技術(shù)指標(biāo),作為我們監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要參數(shù)投入實(shí)際判斷系統(tǒng)當(dāng)中.33碼流監(jiān)測(cè)方法與技術(shù)指標(biāo)5.5.1誤碼率監(jiān)測(cè)誤碼率對(duì)信號(hào)的微小變化可以非常敏感的監(jiān)測(cè)出其傳輸信道上產(chǎn)生的干擾,其理論依據(jù)是:數(shù)字通信系統(tǒng)只要所傳輸?shù)拇a字不發(fā)生錯(cuò)判就不會(huì)造成信息丟失,其它方面如信號(hào)波形等的失真都是無(wú)所謂的,因此對(duì)接收信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中,可采用信道傳輸誤碼率作為主要的干擾監(jiān)測(cè)參數(shù)和判斷依據(jù).但是,單純通過(guò)誤碼率無(wú)法最終為干擾信號(hào)定性,同時(shí),還可結(jié)合圖像質(zhì)量分析,頻譜分析(功率變化)等指標(biāo)來(lái)更準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)和判斷傳輸信道的干擾情況.3.5.2碼率分析基于QPSK(四相相移鍵控)信道異態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警的衛(wèi)星接收安全監(jiān)控設(shè)備,通過(guò)捕捉包同

15、步丟失,包數(shù)據(jù)連續(xù)錯(cuò)誤,同時(shí)監(jiān)測(cè)QPSK信道的異態(tài),實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星接收安全監(jiān)控.實(shí)現(xiàn)的方法是準(zhǔn)確快速地獲取QPSK信道解調(diào)的參數(shù),捕捉TS流數(shù)據(jù)包的包同步丟失錯(cuò)誤,即誤碼率是衛(wèi)星接收安全監(jiān)測(cè)設(shè)備的關(guān)鍵.數(shù)字碼流可以根據(jù)其來(lái)源分為:編碼器輸出Ts流,數(shù)字衛(wèi)星TS流,轉(zhuǎn)發(fā)器輸出TS流,多協(xié)議適配器輸出TS流,復(fù)用器輸出TS流,獨(dú)立加擾器輸出TS流,其它TS流,及QAM(正交幅度調(diào)制)調(diào)制后經(jīng)解調(diào)恢復(fù)的TS流輸出至數(shù)字碼流分析儀分析,也可直接接入解碼器,用作還原AV,送至電視墻做主觀測(cè)試等.同時(shí)應(yīng)了解對(duì)占用部分轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的MCPC載波或SCPC載波,疊加干擾信號(hào)后,若正常信號(hào)上行功率不變,下行信道參數(shù)將出

16、現(xiàn)一個(gè)變化過(guò)程,具體如下:第1階段:干擾輕微時(shí),信道誤碼率上升,接收電平不變,載噪比略有下降,圖像解調(diào)正常,不會(huì)出現(xiàn)圖像損傷.第2階段:干擾較嚴(yán)重,干擾功率越來(lái)越接近正常功率,信道誤碼率上升,接收電平不變,載噪比變低,圖像可能出現(xiàn)”馬賽克”,”靜幀”或”黑場(chǎng)”;第3階段:干擾功率與正常功率電平基本相同,誤碼率大幅上升,載噪比變的更低但接收電平不變,將出現(xiàn)信號(hào)失鎖,正常信號(hào)將完全不能解調(diào),圖像出現(xiàn)”馬賽克”,”靜幀”或”黑屏”.第4階段:干擾功率繼續(xù)加大,高于正常信號(hào)功率,但是還沒(méi)有強(qiáng)到解碼器的解調(diào)門限,正常信號(hào)被干擾信號(hào)淹沒(méi),接收頻譜電平比正常信號(hào)傳輸時(shí)高,誤碼率差,信號(hào)失鎖或偶爾鎖定,干擾圖

17、像將出現(xiàn)-26一第27卷“靜幀”或”馬賽克”現(xiàn)象.干擾功率繼續(xù)增加,將出現(xiàn)干擾圖像,誤碼率較前一階段好轉(zhuǎn),解碼器將鎖定干擾信號(hào),信號(hào)強(qiáng)度升高,載噪比增加.值得注意的事,若瞬間干擾信號(hào)功率足夠大,有可能直接進(jìn)入第4階段.QPSK調(diào)制后技術(shù)參數(shù),監(jiān)測(cè)這些指標(biāo)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)惡意的載波干擾以及電磁環(huán)境變化對(duì)衛(wèi)星傳輸通道的影響.頻譜分析儀的監(jiān)測(cè)主要是看頻譜功率的變化發(fā)現(xiàn)單載波的干擾,馬鞍型調(diào)制的變化可以看到疊加了其它的調(diào)制信號(hào),而反映在質(zhì)量監(jiān)測(cè)上是從以下幾個(gè)方面考慮的:(1)EVM(矢量幅值誤差).它是星座圖的數(shù)據(jù)量化指標(biāo),以百分比計(jì)量,在各種干擾時(shí)均能報(bào)警,特別是兩個(gè)載波同時(shí)存在時(shí)它將一直保持變化.因此

18、設(shè)定閾值可以作為異態(tài)報(bào)警的一個(gè)重要指標(biāo).星座圖顯示.星座圖主要反映數(shù)字信號(hào)在尚未誤碼時(shí)的噪聲狀態(tài),在每一個(gè)瞬間,信號(hào)在方框內(nèi)都有一個(gè)相應(yīng)的位置,由于廣義噪聲影響,它會(huì)成為一個(gè)離散的小云團(tuán),由于噪聲的性質(zhì)不一樣,其形狀就有區(qū)別,因此我們?cè)谛亲鶊D測(cè)試時(shí)可以根據(jù)星座圖的形狀分析判斷數(shù)字電視系統(tǒng)的噪聲特征和來(lái)源.通過(guò)直接觀看星座圖的變化,發(fā)現(xiàn)I,Q調(diào)制的變化.如圖2所示.Q.圈2星座圖原理在信號(hào)調(diào)制過(guò)程中,I和Q信號(hào)來(lái)自同一信號(hào)源,幅度和頻率均相同,區(qū)別是二者的相位相差90.,二者正相交,且互不相干,通過(guò)極坐標(biāo)星系的觀察信號(hào)的幅度和相位.信號(hào)載波是頻率和相位的基準(zhǔn),信號(hào)表示為對(duì)載波的關(guān)系,大多數(shù)數(shù)字調(diào)

19、制在I,Q平面上將數(shù)據(jù)映射為許多離散的點(diǎn),我們稱這些點(diǎn)為星座,I和Q信號(hào)分別是在X軸和Y軸上的投影,合成矢量的幅度表示載波的幅度,合成矢量與X軸的夾角表示載波的相位.星座圖與其有直接關(guān)系,當(dāng)信號(hào)一第2期基于信道碼流監(jiān)測(cè)技術(shù)的衛(wèi)星廣播電視信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建處于理想狀態(tài)沒(méi)有噪聲時(shí),它應(yīng)該在星座圖某一方框的中間,當(dāng)有噪聲及其它無(wú)用信號(hào)時(shí),其位置便產(chǎn)生偏移,根據(jù)偏移的狀態(tài),便可分析噪聲來(lái)源.應(yīng)該說(shuō)星座圖是監(jiān)測(cè)衛(wèi)星電視傳輸信道干擾狀況非常直觀的工具.由非法信號(hào)干擾信號(hào)的星座圖,一般來(lái)說(shuō),廣義噪聲它的圖形大都集中在中心附近,由于某一瞬間有非法信號(hào),它會(huì)較遠(yuǎn)離中心,非法信號(hào)偏離中心較遠(yuǎn),也可能跳出本框,那就產(chǎn)

20、生誤碼了.星座圖碼流顯示如圖3所示.圖3星座圖碼流顯示(2)MER(調(diào)制誤差率).MER是以數(shù)學(xué)模型來(lái)表征數(shù)字電視信號(hào)的噪聲狀態(tài),而星座圖是以圖形來(lái)表征數(shù)字電視信號(hào)的噪聲狀態(tài),兩者是一致的,只是描述方式不同而已.MER是表征數(shù)字電視信號(hào)尚未誤碼時(shí)的噪聲狀態(tài),即符號(hào)位置還在自己相應(yīng)的框內(nèi),雖然有偏移,甚至較大,但尚未跨出框外,此時(shí)并未誤碼,它可以是處于亞誤碼狀態(tài).而表征誤碼狀態(tài)的是誤碼率BER,誤碼率是誤碼的次數(shù)與碼流傳輸?shù)目倲?shù)之比,即是說(shuō)它是表征數(shù)字電視信號(hào)誤碼的概率.(3)誤碼率BER的監(jiān)測(cè).數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性能是用誤碼率來(lái)表示的,誤碼率是指在經(jīng)過(guò)通信系統(tǒng)的傳輸后,用戶接收碼流與信源發(fā)出碼

21、流相比,發(fā)生錯(cuò)誤的碼字?jǐn)?shù)占信源發(fā)送的總碼字?jǐn)?shù)的比例.監(jiān)測(cè)人為干擾的技術(shù)方案重點(diǎn)監(jiān)測(cè)兩個(gè)誤碼率:BERbeforeFEC(BERb)和BERafterViterbi(BERa),同時(shí)測(cè)量信道的功率和載噪比.在正常情況下BERa遠(yuǎn)低于QEF(2×10-4),BERb在正常情況下,根據(jù)接收站設(shè)備情況不同(天線口徑,LNB噪聲系數(shù),饋線衰減情況等),在一個(gè)比較固定的范圍(根據(jù)觀察,不同接收站大致在l0-410).a.監(jiān)測(cè)BERb.有干擾時(shí)如果干擾強(qiáng)度不大(BERa低于QEF門限),不會(huì)在視頻接收上反映出來(lái),但是干擾信號(hào)必然造成BERb變化.對(duì)其設(shè)置合理的門限就可以判斷出干擾的存在,可以通過(guò)其

22、數(shù)值的變化判斷干擾信號(hào)的強(qiáng)弱.b.監(jiān)測(cè)BERa.干擾信號(hào)強(qiáng)度增加,造成BERa發(fā)生變化時(shí),可以根據(jù)其變化情況判斷對(duì)信號(hào)的影響情況.當(dāng)BERa超過(guò)QEF門限時(shí),測(cè)量,統(tǒng)計(jì)傳送錯(cuò)誤包的性質(zhì)和數(shù)量來(lái)判斷對(duì)視頻圖像的影響程度.誤碼率門限的判斷如圖4所示.載波功率值小于平均功率門限二=轉(zhuǎn)發(fā)器功率確定為自然干擾誤碼率值大于門限碉斷載波功率,l否.!l:.一載波功率值無(wú)明顯變化二=轉(zhuǎn)發(fā)器功率大于門限二=鄰載波被干擾或由于鄰載波功率太高影響本載波.平均功率門限二轉(zhuǎn)發(fā)器功率確定為載波干擾圖4誤碼軍門限判斷(4)RS(REEDSOLOMON不可糾正塊)修正參數(shù).實(shí)際讀取統(tǒng)計(jì)數(shù)量等測(cè)試指標(biāo)進(jìn)行判斷,確定干擾的發(fā)生及

23、其影響程度.(5)傳輸碼流占用的帶寬監(jiān)測(cè).監(jiān)測(cè)碼流占用的最大和最小帶寬值,以及每個(gè)PID占用的帶寬值,如果受到非法的干擾傳輸碼流所占用帶寬將發(fā)生明顯變化.PID(包識(shí)別碼)視為衛(wèi)星上傳節(jié)目加一個(gè)編號(hào),數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)或PC接收卡要根據(jù)這個(gè)編號(hào)來(lái)判斷所接收的信號(hào)屬于哪一個(gè)節(jié)目,在衛(wèi)星數(shù)據(jù)廣播中,每一個(gè)節(jié)目都有自己的PID.電視信號(hào)上傳至衛(wèi)星首先要對(duì)音視頻及數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行編碼,用MPEG標(biāo)準(zhǔn)壓縮成PEC包,再將PEC包轉(zhuǎn)換成長(zhǎng)度為l88字節(jié)的傳送IP包,它代表每幀畫面的信息量.PID在傳送包的包頭上,如果不知道PID值,就不能正確接收相應(yīng)的節(jié)目,具體來(lái)講,PID可分視頻,音頻兩大類,其中視頻類又分圖像

24、,圖文類,音頻類則分電視與廣播類.碼流占用帶寬如圖5所示.一27一3內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù)圖5碼流占用帶寬測(cè)量圖4信道,碼流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建4.1衛(wèi)星廣播電視干擾監(jiān)控系統(tǒng)的性能要求(1)受到非法信號(hào)攻擊或干擾時(shí),用于播出的視頻,音頻信號(hào)和Ts流信號(hào)必須立即中斷或立即切換成備用信號(hào),同時(shí)報(bào)警,響應(yīng)時(shí)間小于lS.(2)受到非法信號(hào)攻擊或干擾時(shí),用于監(jiān)看和監(jiān)測(cè)的信號(hào)繼續(xù)保持輸出狀態(tài)直到干擾消失,人工確認(rèn),手動(dòng)恢復(fù).(3)干擾報(bào)警敏感度需求.嚴(yán)重干擾不能漏報(bào),輕微干擾不能報(bào)警和沒(méi)有干擾不能誤報(bào).4.2設(shè)計(jì)原則4.2.1經(jīng)濟(jì)性第27卷保持技術(shù)前瞻性,提高整個(gè)系統(tǒng)的生存周期.4.2.4穩(wěn)定性由于衛(wèi)星監(jiān)測(cè)臺(tái)監(jiān)測(cè)系

25、統(tǒng)承擔(dān)的監(jiān)測(cè)任務(wù)要求能夠監(jiān)測(cè)隨時(shí)出現(xiàn)的突發(fā)事件,所以系統(tǒng)的連續(xù)工作穩(wěn)定性是至關(guān)重要的,系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)要保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作,同時(shí),關(guān)鍵部件采用冗余設(shè)計(jì),備份機(jī)制,并設(shè)計(jì)故障診斷,排除及災(zāi)難恢復(fù)的應(yīng)急方案,保證系統(tǒng)穩(wěn)定可靠地工作.4.2.5安全性在設(shè)計(jì)上考慮網(wǎng)絡(luò)安全,權(quán)限管理,數(shù)據(jù)備份等因素,并提供系統(tǒng)保護(hù),監(jiān)視等手段.同時(shí),在系統(tǒng)運(yùn)行管理上也應(yīng)該嚴(yán)格按照安全規(guī)范進(jìn)行,防止不當(dāng)操作造成意外損失.4.2.6可擴(kuò)展性系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)考慮系統(tǒng)將來(lái)的擴(kuò)展,預(yù)留接口,同時(shí)適當(dāng)預(yù)留系統(tǒng)負(fù)荷的冗余量,以滿足一定范圍內(nèi)突發(fā)性任務(wù)的需要.4.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體設(shè)計(jì)如圖6所示.考慮到保護(hù)用戶已有投資,充分利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)臺(tái)監(jiān)

26、測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)設(shè)備,機(jī)房設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等已有設(shè)施,考慮現(xiàn)有的機(jī)房環(huán)境和條件,網(wǎng)絡(luò)狀況以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的現(xiàn)狀等各方面因素,保證系統(tǒng)的最優(yōu)性能價(jià)格比.4.2.2兼容性充分考慮與監(jiān)測(cè)中心其它監(jiān)測(cè)臺(tái)的數(shù)據(jù)兼容問(wèn)題,保障系統(tǒng)為整個(gè)監(jiān)測(cè)體系中一個(gè)合理的組成部分.4.2.3先進(jìn)性在經(jīng)濟(jì)性和兼容性原則基礎(chǔ)上,采用更先進(jìn)的設(shè)備,成熟的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及先進(jìn)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法和更完善的系統(tǒng)軟件,不僅要實(shí)現(xiàn)所需的功能,而且從技術(shù)上要有創(chuàng)新,使系統(tǒng)具有一定的自動(dòng)化處理能力,-28一)34U磁啦陣列圖6系統(tǒng)原理框圖衛(wèi)星電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖7所示.整個(gè)系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架,網(wǎng)絡(luò)從硬件功能上劃分為信號(hào)接收系統(tǒng),信道預(yù)警系統(tǒng)(

27、錯(cuò)損監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)和頻譜監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)),采集編碼及存儲(chǔ)系統(tǒng),數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng),集中顯示和音視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng),服務(wù)管理系統(tǒng)和控制管理系統(tǒng)等模塊.系統(tǒng)接收的數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)將解碼后的單路或者復(fù)用的ASI信號(hào)送入解復(fù)用設(shè)備,解復(fù)用設(shè)備最終生一第2期基于信道碼流監(jiān)測(cè)技術(shù)的衛(wèi)星廣播電視信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)構(gòu)建圖7系統(tǒng)架構(gòu)圖成單路MPEG一2的IP流供采集編碼系統(tǒng)使用,同時(shí)提供給集中顯示和音視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及控制臺(tái)監(jiān)控顯不.采集編碼系統(tǒng)采用刀片服務(wù)器,采集原理上實(shí)現(xiàn)數(shù)字到數(shù)字的轉(zhuǎn)碼,不經(jīng)過(guò)數(shù)模轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié),最大程度地保證編碼畫面的質(zhì)量,同時(shí)減少了施工工作量并節(jié)省了空間和電力等資源.采集編碼服務(wù)器接收組播的MPEG2的流,實(shí)時(shí)進(jìn)行轉(zhuǎn)碼,編碼

28、格式采用MSWMV9,碼率遠(yuǎn)程可調(diào).采集編碼后的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到存儲(chǔ)系統(tǒng)中,同時(shí)系統(tǒng)還要響應(yīng)各種服務(wù)請(qǐng)求,系統(tǒng)控制及報(bào)警等通信請(qǐng)求.集中顯示和音視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)屏幕控制器將來(lái)自信號(hào)接收系統(tǒng)的多路視頻信號(hào)按預(yù)設(shè)方式集中顯示在多屏幕電視墻上,供值班人員監(jiān)測(cè)使用.同時(shí),屏幕控制器還可以對(duì)接入的音視頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)并對(duì)異常通過(guò)網(wǎng)絡(luò)報(bào)警,這些報(bào)警信息由控制管理系統(tǒng)接收并提示值班人員進(jìn)行處理.數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)是系統(tǒng)的業(yè)務(wù)核心之一,系統(tǒng)的所有設(shè)備信息,節(jié)目信息,設(shè)置信息,及節(jié)目異態(tài)信息都由數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理.數(shù)據(jù)庫(kù)軟件采用Oracle10g企業(yè)版,服務(wù)器采用雙機(jī)并行架構(gòu),可以保證系統(tǒng)的可靠性和安全性,數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系

29、統(tǒng)中,保障數(shù)據(jù)的完整和安全.存儲(chǔ)系統(tǒng)由HA架構(gòu)的NAS存儲(chǔ)網(wǎng)關(guān)及SAN架構(gòu)的磁盤陣列組成,具有高性能,高可靠性及可擴(kuò)展能力.服務(wù)管理系統(tǒng)由HA架構(gòu)的Web服務(wù)器及兩臺(tái)負(fù)載均衡模式的MEDIA服務(wù)器組成,負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)外信息發(fā)布和流媒體發(fā)布.系統(tǒng)訪問(wèn)用戶可以遠(yuǎn)程登錄到系統(tǒng),根據(jù)系統(tǒng)賦予的權(quán)限訪問(wèn)特定的系統(tǒng)資源,進(jìn)行信息查詢,音視頻查詢或系統(tǒng)控制管理.控制管理系統(tǒng)是系統(tǒng)的控制核心,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)中所有控制功能,包括設(shè)備管理,系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測(cè),內(nèi)部通訊及調(diào)度.4.3.1信號(hào)接收子系統(tǒng)信號(hào)接收子系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收電視信號(hào),并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成可監(jiān)測(cè)和編碼存儲(chǔ)的數(shù)據(jù),分別供錯(cuò)損監(jiān)測(cè)系統(tǒng),音視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和采集編碼系統(tǒng)使用.對(duì)于

30、衛(wèi)星廣播電視信號(hào),通過(guò)有源功分器將射頻信號(hào)接入衛(wèi)星接收機(jī),數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)生成ASI信號(hào)輸入到解復(fù)用設(shè)備,解復(fù)用設(shè)備生成單路IP組播流,作為采集編碼系統(tǒng)的輸入源.4.5.2信號(hào)接收對(duì)于非加密節(jié)目采用衛(wèi)星接收機(jī)進(jìn)行解調(diào),糾錯(cuò),輸出糾錯(cuò)后的MPTS流(ASI),將其送入解復(fù)用器生成OverIP的SPTS組播流供顯示,轉(zhuǎn)碼子系統(tǒng)使用.對(duì)于加密節(jié)目采用解密機(jī)對(duì)其進(jìn)行解擾系統(tǒng)(CAT),解調(diào)(QPSK)生成MPTS流(ASI),送入解復(fù)用器.數(shù)字衛(wèi)星接收子系統(tǒng)如圖8所示.4.5.5集中顯示和音視頻監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)集中顯示和音視頻監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)采用TsMonitor傳輸流多畫面顯示監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng).系統(tǒng)接收由解復(fù)用輸出的

31、多路節(jié)目TS流,最多可處理其中的32路節(jié)目,對(duì)每路節(jié)目進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè),報(bào)警,并在大屏幕顯示設(shè)備上實(shí)時(shí)多畫面顯示音視頻內(nèi)容.集中顯示和音視頻監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)如圖9所示.4.5.4采集編碼子系統(tǒng)(1)采集編碼子系統(tǒng)設(shè)計(jì).直接將MPEG一2編碼的數(shù)字節(jié)目通過(guò)采集編碼軟件轉(zhuǎn)碼成wMV9格式的文件進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布和存儲(chǔ).采集編碼子系統(tǒng)如圖10所示.數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)輸出的ASI信號(hào)直接輸出到解復(fù)用設(shè)備,解復(fù)用設(shè)備將多復(fù)用衛(wèi)星節(jié)目TS流(MPTS)轉(zhuǎn)變成多個(gè)單節(jié)目TS流(SPTS),通過(guò)千兆網(wǎng)絡(luò)一29-壘.矗內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù)文術(shù)塊的寬度圖8數(shù)字衛(wèi)星接收子系統(tǒng)圖9集中顯示和音視頻監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)i一衛(wèi)星接收機(jī)1U匪西-型解復(fù)

32、用器:J星接收機(jī)圖10采集編碼子系統(tǒng)EthernetI:1IP輸出.采集編碼服務(wù)器可采用刀片服務(wù)器配合采集編碼軟件的方式,采集編碼軟件接收到網(wǎng)絡(luò)上的單節(jié)目TS流(MPEG2編碼),將其直接轉(zhuǎn)碼成wMV9編碼的文件進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布和存儲(chǔ).一3O一第27卷(2)采集編碼系統(tǒng)可以完成的主要功能.采集編碼系統(tǒng)實(shí)時(shí)對(duì)電視信號(hào)和廣播進(jìn)行采集編碼,將編碼后的音視頻數(shù)據(jù)以文件形式(wMV文件)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)系統(tǒng)中;將實(shí)時(shí)編碼后的音視頻數(shù)據(jù)以流媒體方式發(fā)布到遠(yuǎn)程媒體服務(wù)器,用戶可以遠(yuǎn)程收看實(shí)時(shí)節(jié)目;接受遠(yuǎn)程控制,如可遠(yuǎn)程控制采集開(kāi)始,停止,并且可遠(yuǎn)程設(shè)置采集的參數(shù),如碼率,分辨率,采集工作周期等參數(shù);對(duì)存儲(chǔ)的文件進(jìn)行無(wú)縫拼接和切割等.4.5.5網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)根據(jù)功能或設(shè)備類型劃分為若干模塊或子系統(tǒng),這些子系統(tǒng)由不同的設(shè)備組成,處理不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù).為了在網(wǎng)絡(luò)上避免各子系統(tǒng)間的干擾,提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性,建議將這些子系統(tǒng)劃分為不同的Vlan,如圖11所示.圖11子系統(tǒng)劃分為不同的VIan圖4.5.6存儲(chǔ)子系統(tǒng)存儲(chǔ)系統(tǒng)的建設(shè)采用”IP+SAN”的架構(gòu).在