CN102281457B - 一种数字电视信号质量远程监测装置及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种数字电视信号质量远程监测装置及实现方法，包括数据采集单元和远程监控单元；所述分支器与衰减模块单向连接，衰减模块与下变频模块单向连接，下变频模块与检测模块单向连接，检测模块上双向连接有主控模块，主控模块与下变频模块单向连接，主控模块与通信模块双向连接，在主控模块并联有时钟模块、存储模块、接口模块和电源模块；所述通信模块连接远程监控单元。本发明装置具有显著的特点和优点：一是实时监测，提前预测，确保及时反馈网络信号状态；二是成本低，便于密集布点，实现数字电视传输网络的全网监测，并通过远程监控单元的专门软件进行大批量数据分析，准确定位故障节点，提高故障排除效率。

Description

一种数字电视信号质量远程监测装置及其实现方法

技术领域

本发明涉及数字电视广播系统，更具体地，本发明涉及一种数字电视信号质量远程监测装置

背景技术

有线数字电视系统包括编解码、复用和传输等多个环节，整个过程涉及的技术指标较多，其中的关键参数影响着数字信号质量和整个系统的稳定性，数据经过信源编码和复用加扰后，采用进行64QAM正交调幅方式调制形成中频调制信号，中频调制信号再经过上变频转为射频信号然后送入HFC网传送到用户。射频信号在传输和经过光站入户过程中，各个节点会遭受各种干扰信号入侵以及设备、线缆自身损坏情况，通过对信号关键指标的数值范围判断可以反映出入户信号是否能被解码和播放，从而达到信号质量检测的目的，能够提前预测产生故障的可能性，并及时追溯故障源头。本发明需要监测的关键指标有：

1.数字电视的信号电平QAM数字频道的电平是用被测频道信号的平均功率来表达的，称为数字频道平均功率。测量时应当把频率设定在该频道的中心频率处。在用户终端要求：信号电平为47～67dBμV(比模拟电视信号的要求低10dB)，数字相邻频道间最大电平差为≤3dB，数字频道与相邻模拟频道间最大电平差为≤13dB。

2.误码率BER主要就是指数字信号在传输过程中受噪声或其他外界干扰而出现的错码、丢码情况。在用户端电缆信号出口处BER要求小于10-4。

3.调制误差率MER  MER的测试结果反映了数字接收机还原二进制数码的能力，它近似于基带信号的信噪比S/N。在用户端电缆信号(入)口处调制误差比MER要求达到30dB以上。

4.故障时间需要在网络故障产生之前检测到将要产生故障的趋势，数字电视网络设施的工作状态可以由信号电平、误码率以及调制误差率来衡量，如果这些指标保持在小范围内上下波动，则表明工作正常；若这些指标在长时间内出现单调性递增或递减变化趋势，则可判定为故障发生的前兆。

5.故障位置数字电视网络用户端分配网络是一种树状拓扑，一个故障会影响到所有子树上的数字电视信号质量发生畸变，即单一故障会导致多个检测装置检测到故障，此时需要执行故障定位功能以确定真正的故障源位置。

目前广电对数字电视入户信号质量的检测比较被动，主要依靠用户发现问题后拨打客服电话进行解决，服务质量很难提高，也不能适应未来业务扩展需求。使用专业仪表检测数字电视信号质量在技术上可行，但是专业性过强、成本高，而且不能实现持续的实时监测，只能进行定期检测，实际应用效果差强人意。

目前针对数字电视信号质量监测的专利主要集中在单个位置上的信号质量的监测装置上，通过不同的检测手段可以判断出监测位置发生的故障类型以及严重程度，由于其监测的故障类型比较精细，往往需要执行大量的解码运算以提取更多的信息量，使得此类装置价格较为昂贵，且体积庞大，适用于机房发射点等关键位置的信号监测，难以部署到全网众多传输末端链路的信号质量监测。

本发明装置以数字电视传输网络末端的入户信号质量监测为需求，解决了网络运营商全面监测入户信号的质量问题，有效地实现了故障预警和故障定位这一双重难题；同时降低了生产与运维成本，使得其能够大面积地部署和应用，实用性强。

发明内容

针对目前无法进行用户端数字电视的信号质量实时监测的问题，提出了一种面向数字电视传输网络的信号质量远程在线监测装置，可有效地实现故障预警与定位。

本发明提供了一种数字电视信号质量远程监测装置，包括数据采集单元和远程监控单元；所述数据采集单元包括分支器、衰减模块、下变频模块、检测模块、主控模块、通信模块、时钟模块、存储模块、接口模块和电源模块；所述分支器与衰减模块单向连接，衰减模块与下变频模块单向连接，下变频模块与检测模块单向连接，检测模块上双向连接有主控模块，主控模块与下变频模块单向连接，主控模块与通信模块双向连接，在主控模块并联有时钟模块、存储模块、接口模块和电源模块；所述通信模块连接远程监控单元。所述主控模块包括基带、寄存器和主控芯片。

将数据采集单元接入同轴电缆，数据采集单元中的信号分支器从同轴电缆接收到数字电视信号，并将数字电视信号分为两路，一路数字电视信号输出，另一路数字电视信号经衰减模块进行衰减后，送到电视信号正交下变频模块进行下变频，下变频模块把信号转换成中频信号，信号质量检测模块接收中频信号后将其输入主控模块，主控模块将信号处理后通过通信模块发送到远程监控单元上；网络运维人员还可以通过接口模块与监测装置进行交互，设置参数或读取数据；监控单元实时存储全网所有监测点上传的监测数据，包括信号电平、误码率以及调制误差率，周期性地执行故障预测与诊断程序以便及时发现并定位故障。

所述主控模块将信号处理是指将信号变换到基带，进行QAM解调、前向纠错处理，同时把信号质量相关数据写入寄存器，主控芯片读取相应寄存器并进行计算和查表处理，把数据转换成用户可以使用的形式，近汇总平均计算。

本发明的技术方案是这样实现的：

本发明所述的数字电视信号质量远程监测装置的主控模块、信号分支器、电视信号正交下变频模块、信号质量检测模块、通信模块、电源模块以及接口模块统一集成在一个10*8*5CM的金属盒内；而远程监控单元则由监控中心的PC服务器充当即可，二者通过无线或有线方式进行通信。

本发明装置的基本工作流程如下：信号分支器从同轴电缆接收到数字电视信号，将信号分为两路，一路输出，另一路进行衰减后，送到电视信号正交下变频模块进行下变频，把信号转换成中频信号，信号质量检测模块接收中频信号后将其变换到基带，进行QAM解调、前向纠错处理，同时把信号质量相关数据写入寄存器，主控芯片读取相应寄存器并进行计算和查表处理，把数据转换成用户可以使用的形式，近汇总平均计算后通过通信模块发送到远程监测单元上；网络运维人员还可以通过接口模块与监测装置进行交互，设置参数或读取数据。监控单元实时存储全网所有监测点上传的监测数据，包括信号电平、误码率以及调制误差率，周期性地执行故障预测与诊断程序以便及时发现并定位故障。

本发明的数字电视信号质量远程监测装置，主要用于用户端数字电视信号质量监测，是数字电视传输网络运营部门不可缺少的设备。通过基于全网用户端信号质量关键指标参数采集，结合网络拓扑参数匹配、时间序列参数值渐变过程监测等方法；相对于普通针对单一监测点信号质量监测的组织方式而言，能够从网络全局视图快速地实现故障预警与定位，故障定位时间不超过5分钟。

本发明实现了以下技术效果：

本发明所述装置具有显著的特点和优点：一是实时监测，确保及时反馈网络信号状态；二是成本低廉，便于密集布点，实现全面监测；三是智能诊断，基于采集的监测数据，利用计算机处理程序预测产生故障的可能时间段并自动定位故障源。

附图说明

图1是根据本发明的实施例的HFC网络拓扑图；

图2是根据本发明的实施例的内部结构框图；

图3是根据本发明的实施例的装置部署图；

图4是根据本发明的实施例的故障定位示意图；

图5是根据本发明的故障预测流程图；

图6是根据本发明的故障定位流程图。

具体实施方式

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

下面参考附图，详细说明本发明的具体实施方式。

本发明通过全面采集数字电视传输网络关键指标参数，结合网络拓扑参数匹配、时间序列参数值渐变过程监测等方法实现数字电视信号质量监测功能，提供了一种用于监测数字电视信号质量的在线监测装置。该装置由以下几部分组成：主控模块、信号分支器、信号正交下变频模块、信号质量检测模块、无线传输模块、有线传输模块、电源模块、用户接口模块、服务端分析管理模块。信号分支器将分得的一路数字电视信号作为正交下变频模块的输入进行下变频处理，信号质量检测模块在主控模块的控制下采集并计算相关的信号参数，这些参数通过无线或者有线传输模块传输到远程监控单元进行故障预警分析与定位处理，用户接口模块可以方便运营人员对装置的采集控制参数进行本次配置。

图1介绍了与本发明装置相关的HFC网络拓扑。从图中可以看出通过同轴电缆接入本装置后，信号直接会有一路输出，本装置插入到网络中进行使用，现场安装简单。

图2介绍了与本发明装置相关的内部结构框图，如图所示，信号采集单元的核心是MCU和信号检测模块，此外还通信模块、接口模块、存贮模块和时钟模块。

MCU实现本装置的核心功能，其实现功能如下：

1、设定下变频模块的频点；

2、设定信号检测模块的寄存器参数，控制检测模块按照指定方式工作；

3、从检测模块读取信号参数，进行计算后在MCU内查表匹配，对参数进行校正，降低检测误差；

4、校准实时时钟模块，读取当前时间；

5、把检测结果与时间整合，存入存贮模块；

6、通过无线传输模块把结果发送到远程监控单元；或通过有线传输模块把结果发送到远程监控单元(有线传输属于可选项)；

7、USB接口可以现场设置装置参数，读取存贮器记录等。

时钟模块用于向主控模块提供精确的时钟参数；存储模块采用Flash提供32MB的监测点本地数据存储能力，支持因远程监测数据传输失效的数据备份存储，可存储最近1个月的各项监测数据；用户接口采用USB2.0技术，使得监测设备能够接受运维人员通过便携式电脑进行设备工作参数设定；电源模块除了正常提供设备工作的工作电源之外，外设置了一个备用电源，一旦工作电源耗尽可以即时切换到备用电源工作，同时主控MCU会向远程监控单元发送电源告警，便于运维人员及时更新电源；无线通信模块是当前设备首选传输模式，基于GPRS技术可以按需发送监测数据，为了以后广电传输网络的扩展使用，本设备也提供了有线以太网接口模式。

图3介绍了与本发明装置相关的装置部署图，如图所示，本装置可以部署在所有同轴电缆的信号输出点，为了更好进行故障预测和定位，应加大部署密度。

图4介绍了与本发明装置相关的网络故障定位示意图，如图所示，根据装置的部署拓扑，监测单元的管理软件可以追溯故障源节点，实现故障准确定位。

图5介绍了与本发明相关的故障预测流程，为了降低监测单元的处理开销，同时有能够保障预测的及时性，设定了周期性预测方法，该周期通常设置为小时。预测流程首先读取已经存储在监控单元上的全网所有监测点的数字电视信号监测值，如果该数值自身已经超过正常传输要求的门限范围则可以直接判定为故障，此种故障是指由于特殊原因造成的故障，其产生时间非常短，没有信号的渐变过程。另外一种情况，即当前信号监测值虽然落在正常规范标准以内，但开始朝故障门限值靠近，且靠近趋势持续时间较长，产生故障的可能性愈大，此时可以记录下该测点的告警类型，并给出相应的报警。

图6介绍了与本发明相关的故障定位流程，故障预测程序产生故障检测点告警后直接触发故障定位程序，由于信号监测点与数字电视传输网络的节点并非一一对应，本流程首先构建了网络节点与信号监测点之间的拓扑连接，然后扫描故障预测程序中标识的所有告警测点，寻找相互之间是否存在共享父节点(网络节点)，若存在，则将共享父节点标识为故障类型，同时清除该父节点下属的所有告警测点的故障标识，若测点没有共享父节点，则直接将测点相连的上游邻接节点标识为故障并消除测点的告警标识；接下来，对所有标识为故障的网络节点重复与测点类似的过程，直至输出最终的故障节点为止。

以上主要说明了该装置的具体实施方式和工作原理，本发明在HFC网络信号检测中可以有各种变化和更改。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种数字电视信号质量远程监测装置，其特征在于：包括数据采集单元和远程监控单元；所述数据采集单元包括分支器、衰减模块、下变频模块、检测模块、主控模块、通信模块、时钟模块、存储模块、接口模块和电源模块；所述分支器与衰减模块单向连接，衰减模块与下变频模块单向连接，下变频模块与检测模块单向连接，检测模块上双向连接有主控模块，主控模块与下变频模块单向连接，主控模块与通信模块双向连接，在主控模块并联有时钟模块、存储模块、接口模块和电源模块；所述通信模块连接远程监控单元；

将数据采集单元接入同轴电缆，数据采集单元中的信号分支器从同轴电缆接收到数字电视信号，并将数字电视信号分为两路，一路数字电视信号输出，另一路数字电视信号经衰减模块进行衰减后，送到电视信号下变频模块进行下变频，下变频模块把信号转换成中频信号，信号质量检测模块接收中频信号后将其输入主控模块，主控模块将信号处理后通过通信模块发送到远程监控单元上；网络运维人员还通过接口模块与监测装置进行交互，设置参数或读取数据；监控单元实时存储全网所有监测点上传的监测数据，包括信号电平、误码率以及调制误差率，周期性地执行故障预测与诊断程序以便及时发现并定位故障。

2.如权利要求1所述一种数字电视信号质量远程监测装置，其特征在于：所述主控模块包括基带、寄存器和主控芯片。

3.如权利要求1所述一种数字电视信号质量远程监测装置的实现方法，其特征在于：将数据采集单元接入同轴电缆，数据采集单元中的信号分支器从同轴电缆接收到数字电视信号，并将数字电视信号分为两路，一路数字电视信号输出，另一路数字电视信号经衰减模块进行衰减后，送到电视信号下变频模块进行下变频，下变频模块把信号转换成中频信号，信号质量检测模块接收中频信号后将其输入主控模块，主控模块将信号处理后通过通信模块发送到远程监控单元上；网络运维人员还通过接口模块与监测装置进行交互，设置参数或读取数据；监控单元实时存储全网所有监测点上传的监测数据，包括信号电平、误码率以及调制误差率，周期性地执行故障预测与诊断程序以便及时发现并定位故障。

4.如权利要求3所述一种数字电视信号质量远程监测装置的实现方法，其特征在于：所述主控模块将信号处理是指将信号变换到基带，进行QAM解调、前向纠错处理，同时把信号质量相关数据写入寄存器，主控芯片读取相应寄存器并进行计算和查表处理，把数据转换成用户可以使用的形式，汇总平均计算。

5.如权利要求3所述数字电视信号质量远程监测装置的实现方法，其特征在于：预测方法首先读取已经存储在监控单元上的全网所有监测点的数字电视信号监测值，如果该数值自身已经超过正常传输要求的门限范围则直接判定为故障，此种故障是指由于突发原因造成的故障，其产生时间非常短，没有信号的渐变过程；另外一种情况，即当前信号监测值虽然落在正常规范标准以内，但开始朝故障门限值靠近，且靠近趋势持续时间愈长，产生故障的可能性愈大，此时记录下该测点的告警类型，并给出相应的报警。

6.如权利要求3所述数字电视信号质量远程监测装置的实现方法，其特征在于：故障预测的方法为：故障检测点告警直接触发故障定位程序，由于信号监测点与数字电视传输网络的节点并非一一对应，需要先构建网络节点与信号监测点之间的拓扑连接，然后扫描故障预测程序中标识的所有告警测点，寻找相互之间是否存在共享父节点，若存在，则将共享父节点标识为故障类型，同时清除该父节点下属的所有告警测点的故障标识，若测点没有共享父节点，则直接将测点相连的上游邻接节点标识为故障并消除测点的告警标识；接下来，对所有标识为故障的网络节点重复与测点类似的过程，直至输出最终的故障节点为止。

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