卫星电视广播频谱智能监测方案设计与系统实现

莫晓俊 冯 莉 陈 彪

（国家广电总局监管中心 国家广电总局五七三台）

[摘 要] 频谱监测可以直观、准确地反映信号特征，是卫星电视广播监测的重要技术手段之一，对于多卫星、多转发器、多载波的监测业务来说，实时、全面、有效的频谱监测尤为重要。本文通过对卫星电视广播频谱大规模、自动化和高效率智能监测的功能需求与应用分析，介绍了卫星电视广播频谱智能监测系统的方案设计与系统实现。

[关键词] 卫星电视广播 频谱 监测 自动报警

1 前言 频谱监测是卫星电视广播监测的重要技术手段之一，可直观反应信号的强度、频率占用带宽、频率特性、滚降特性，通过观察卫星电视信号频道的频谱图及其周围是否有其它信号存在，并可以进一步观察电视信号受影响的程度，尤其在分析相邻频道干扰或窄脉冲干扰作用明显。在人为干扰、自然干扰和多载波共用转发器、争夺转发器功率资源等情况的监测，频谱监测具比其他监测方法有更直观更能够准确地反映出信号特征的特点。 在以往的卫星电视广播频谱监测仅用一台频谱仪作为集中监测，一般作为事后分析的手段，也就是当信道误码率报警后，再将该信号通过射频切换矩阵送给频谱仪进行频谱波形的显示，通过观察频谱波形的变化情况进一步判断信道劣化的原因，由值班人员根据监测经验得出初步结论。这种监测只能反映卫星电视广播信号频率、幅度特性，而对载波的频率、幅度变化不能进行自动报警，只有依赖人眼去“盯”频谱波形，对大带宽、多信号实时频谱监测，人工更是难以完成。 随着我国卫星电视广播的不断发展，目前已达到7颗卫星、70多个载波、近300路卫星电视节目和300多路的卫星广播节目的规模，全面并系统地开展卫星电视广播频谱智能监测，实现主动预警，切实保障安全播出，对于提高广播电视技术服务质量与维护空中电波秩序具有十分重要的意义。 2 频谱智能监测的功能需求 卫星电视广播频谱智能监测应完成以下几方面的任务：

（1）对所有国内上行的卫星电视广播载波频谱波形的实时监测 利用多台频谱监测设备同时进行实时监测，需要更智能化的监测模式和人性化的监测界面。因此，实时监测应该包括对所有频谱波形实时集中显示界面，每个频谱波形具有人性化的业务标识，频谱波形门限的自动生成以及频谱越限自动报警等功能。

（2）频谱波形数据的实时采集、存储和回放 除了能够记录和查询频谱报警数据外，也要将频谱波形数据实时存储，便于进行历史波形的回放，而且在查询频谱报警时可以直接关联到相应时间段频谱波形的回放。

（3）具有载噪比、信道功率等指标的自动测量功能 除了具有频谱波形的实时监测功能外，还应该具备具有载噪比、信道功率等指标的自动测量功能。

（4）能够方便、快捷地远程控制频谱监测设备 由于需要使用多台频谱监测设备，因此日常的灵活配置是必不可少的功能，频谱监测设备应该具有远程控制和远程参数设置的功能。此外，由于监测数据量大、频谱设备使用量大、通讯速率快的要求，频谱设备应该具备LAN通讯接口，这样除了满足功能要求外，还便于系统灵活扩展。

 3 方案设计与系统实现 卫星电视广播频谱智能监测系统由频谱实时监测硬件设备、软件应用系统、网络系统及服务器（监测、存储和数据库）等软硬件系统组成。系统框图如图1所示。

系统实现对7颗卫星、72个载波的频谱实时监测，并且具有频谱集中显示、业务标识、频谱报警、频谱数据存储、历史频谱数据回放，以及方便、快捷地对核心频谱实时监测设备进行远程控制和参数设置，监控其工作状态。实时监测界面如图2所示。

3.1 频谱自动越限报警功能的设计 卫星电视信号在正常条件下其频谱一般都有比较稳定的包络线，而当出现干扰或者收发设备异常的时候，信号频谱会产生明显突变，而频谱监测就是建立在这基础之上的。当出现各种干扰情况时对正常频谱的影响如下：

● 窄带调制波干扰信号：在信号频谱上叠加窄带调制波频谱，干扰信号功率较大时会造成正常信号频谱下降。干扰信号功率较小时，在接收信号频谱上较难分辨。

● 与正常信号参数相同的宽带调制波干扰信号：在接收信号频谱上很难分辨出干扰频谱，通常出现干扰时信号频谱两侧的噪声谱会有略微升高。当转发器未工作在饱和状态下，出现干扰后信号频谱幅度也将出现升高现象。

● 噪声干扰：出现干扰时噪声谱明显升高。信号载噪比下降，转发器工作在线性区时，接收信号电平会出现整体升高现象。

● 单载波干扰信号：在正常信号频谱上叠加大载波频谱，当干扰信号功率较大时会造成正常信号频谱幅度下降。

● 单载波扫频干扰信号：与固定频率单载波干扰情况类似，但干扰载波频率在不断变化，通常对信号频谱造成间歇性影响。 可见，由人为干扰引起的频谱突变一般表现为电视信号频谱带内某个频率点上产生大的脉冲，又或者是信号幅度的整体抬高；而雨衰、雪衰等自然灾害会使频谱幅度降低。通过编写特定的程序判断并捕获这些异常，即可实现频谱异常报警功能。监测流程如下图3所示。

实现频谱报警功能是通过判断当前的数据幅度是否超越来预设的门限值来实现的。门限基准是通过对当前正常值幅度信号采样叠加偏移量得来的，分为上门限和下门限。 上门限是指高于正常信号的门限，用来捕获人为干扰或者功率自动提升等现象引起瞬时干扰。这类干扰是由于原有信号上叠加了干扰信号导致原有信号能量增大，一般表现为信号频谱幅度的突然抬高或者某个频率点的幅度超过了门限。 下门限是低于正常信号的门限，用来捕获收发设备出现故障或者受到干扰引起载波跌落、信号衰减等信号异常。这类异常表现为在原有信号的频段中信号消失，或者信号频谱幅度突然降低或者某个频率点的幅度低于门限。设定门限的界面如图4所示：

当出现信号异常的时候，在视图上会通过显示小的箭头来标识出这个结果。同时会在仪器目录下写出一个用于记录状态的文件，也会立即将异常情况传送给频谱监测服务器，并传送到值班员监测界面。

3.2 核心监测设备的选用 系统的核心就是频谱实时监测设备，它必须满足频谱智能监测的功能需求。系统选用的射频频谱实时监测设备基于软件无线电技术概念，采用领先的数字化中频技术，以及高灵敏度接收机技术、高分辨率合成本振技术进行设计，实现了“实时FFT分析 + 扫描检波”测量的有机结合，其特点如下：

● 最大FFT分析带宽达10MHz，可实时监测小于10MHz带宽信号的动态特性，能够实时监测异态信号的瞬时信息；

● 采用扫描本振及数字检波技术实现更宽频带幅频测量，提供RMS检波器。RMS检波是测量数字调制信号载波功率信息最佳检波方式，能够真实反映信道功率信息。

● 极大地避免了模拟中频所带来的温度漂移、切换误差等测试不确定性。 经FFT分析实现高精度高分辨率频谱分析测量，包括RMS检波器在内的数字检波技术为宽带快速扫描测量提供了强大的技术基础。实时带宽分析处理能力为调制信号分析、偶发/间歇性信号捕获提供了数字技术平台。

4 结束语 卫星电视广播频谱智能监测系统已承担卫星电视广播监测任务三年多，系统运行稳定，监测数据可靠。系统能够对大量卫星电视广播载波进行实时监测，监测面广，采用人性化、智能化的监测模式，使用方便、快捷。系统的监测数据通过专用网络，传送至相关播出与管理部门，实现了监测资源的共享，为安全播出提供保障，为安全播出指挥调度赢得了先机。