CN112995659B - 一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统，包括智能远程监控服务器、单频网适配器监测模块以及多个发射机监测模块；所述单频网适配器监测模块和所述发射机监测模块均包括时钟监测单元和码流采集单元，所述发射机监测模块还包括射频监测单元；所述智能远程监控服务器完成对单频网系统组成部件、所述单频网适配器监测模块以及所述发射机监测模块的状态信息进行采集监控，所述单频网系统组成部件包括单频网适配器、各个发射台站的地面数字电视发射机和GPS/北斗同步时钟；以及将各个所述发射机监测模块采集的TS包与所述单频网适配器监测模块采集的TS包进行时刻对齐并对比，正常情况下两者应完全一致。
Description
技术领域
本发明涉及地面数字电视广播技术领域，尤其涉及一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统。
背景技术
在无线通信中，频率资源是一种关键的不可再生的资源。随着频率资源的日益紧张，越来越多的技术被应用于节省频率资源。在地面数字电视广播系统中，为了节省频率资源，通常采用SFN(Single Frequency Network，单频网)技术来进行多发射机的协同工作，从而达到提高覆盖范围，减少发射机间干扰的目的。所谓单频网技术是指若干台发射机同一时间在同一频率上发射相同的信号，以实现对一定服务区域的可靠覆盖。采用单频网技术可有效提高频谱资源的利用率，避免了多台发射机以相同频率发射信号带来的同频干扰问题。
地面数字电视广播单频网系统的基本框架如图1所示。地面数字电视广播单频网系统通常由单频网适配器(Single Frequency Network Adaptor)，码流分配传输系统，若干台地面数字电视发射机以及用于同步的GPS/北斗同步时钟组成。单频网适配器在送入的TS流中插入SIP(Second Frame Initialization Packet，秒帧初始化包)以及用于码率匹配的空包(Null Packet)。SIP包中包含发射机调制方式、最大时延等信息。插入SIP包后的TS流通过码流分配传输系统将传输至各个地面数字电视发射机。各个发射机从SIP包中提取信号调制方式、最大时延等信息，并通过SIP包的到达时间提取TS流的传输时延。同步系统根据TS流的传输时延和系统最大时延计算所需的附加时延并进行补偿，就可以保证各个发射机的TS流时延对齐，从而达到单频网系统对各个发射机同时发送同样信号的要求。
地面数字电视单频网组网稳定接收的条件为三同一保：三同是指不同发射端的参考频率(10MHz)相同、参考时刻(pps)相同、发射内容（TS流）相同；一保是指接收端接收到的多径信号时延差在保护间隔以内。参考频率(10MHz)和参考时刻(pps)信号由GPS/北斗同步时钟提供，不同站点的同步时钟均锁定在GPS/北斗提供的参考信号上。为了保证各个站点收到的TS流具有相同的内容，要求码流分配传输系统具有透明传输的特性。
在工程实践中，也发现存在由于发射机的射频指标（主要是调制误差率MER）不好而影响单频网组网效果的情况。
专利CN201820182862.4公开了一种地面无线数字电视广播单频网络，其说明书第[0034]~ [0048]记载了GPS同步校时、插入初始会话协议(SIP)包、码流监测及切换、SIP信息监测等方法，该单频网络在码流分配网络前后分别增加了总前端网络适配器以及分前端网络适配器，用于解决单频网码流传输到各个发射台站点时延不一致的问题，并提供了冗余的传输网络来保证码流传输的正确性。
专利CN105721892B公开了一种地面数字电视单频网的数字电视内容监测方法及系统，其说明书第[0043]~ [0058]记载了通过码流中的PCR包来进行采集、对比的方法。然而在某些TS流中可能不存在PCR信息，导致采集系统无法根据PCR信息进行采集。
对单频网系统的监测通常通过查询单频网系统中各个设备的工作状态来实现，监测的设备信息主要为GPS/北斗同步时钟的工作状态(如锁定状态、锁定卫星数量等)、发射机中激励器单频网工作状态(如10MHz丢失、pps丢失、码流中SIP丢失等)。但这些设备的工作状态信息往往由单频网组成设备自身产生并上报。当设备自身出现故障(如因GPS/北斗同步时钟工作异常而产生的10MHz、pps信号精度异常等)而不是正常工作时所需外部条件异常(如GPS/北斗卫星信号丢失)时，往往不能正确检测出自身的故障。另外，由于地面数字电视信道编码系统中，LDPC编码的码字较长、时域交织深度较深，TS流中几个字节的不一致会造成多个信号帧的不一致，若某台发射机接收到的TS流误码率较高，会对整个单频网组网效果造成严重影响，而TS流的误码通常无法被发射机检测到。
发明内容
为了解决地面数字电视单频网组网覆盖监测的问题，并从源头上发现并解决故障，本发明提出一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统，采用增加外部检测设备和监测点的方案，可有效检测出影响单频网系统正常工作的异常并进行故障定位，并采取相应的措施来保证单频网组网覆盖效果。具体的，该监测系统包括智能远程监控服务器、单频网适配器监测模块以及多个发射机监测模块，其中：
所述单频网适配器监测模块和所述发射机监测模块均包括时钟监测单元和码流采集单元，所述时钟监测单元监测GPS/北斗同步时钟输出的pps信号和10MHz信号的准确性，并将当前时刻的TOD信息提供给所述码流采集单元；所述码流采集单元将接收到的具有SIP包的TS流进行TS包的采集，并将采集到的TS包与码流采集时刻信息一同发送至所述智能远程监控服务器进行码流对比分析，所述码流采集时刻信息由所述时钟监测单元的TOD信息提供；
所述发射机监测模块还包括射频监测单元，所述射频监测单元对地面数字电视发射机的发射信号指标进行监测，并将测量数据发送至所述智能远程监控服务器；
所述智能远程监控服务器完成对单频网系统组成部件、所述单频网适配器监测模块以及所述发射机监测模块的状态信息进行采集监控，所述单频网系统组成部件包括单频网适配器、各个发射台站的地面数字电视发射机和GPS/北斗同步时钟；以及将各个所述发射机监测模块采集的TS包与所述单频网适配器监测模块采集的TS包进行时刻对齐并对比，正常情况下两者应完全一致。
进一步的，所述时钟监测单元包括外置GPS天线、GPS接收模块以及可编程逻辑器件，当所述GPS接收模块搜索到一颗及以上的卫星信号时，输出TOD信息及pps信号；所述可编程逻辑器件通过对比GPS/北斗同步时钟输出的pps信号和所述GPS接收模块输出的pps信号的上升沿时间差，来判断当前GPS/北斗同步时钟的pps信号是否正常。
进一步的，所述可编程逻辑器件用GPS/北斗同步时钟输出的10MHz信号来对所述GPS接收模块输出的pps信号进行计数，通过对比每个pps信号上升沿之间的计数值差值以及计数值的长期偏差，判断GPS/北斗同步时钟输出的10MHz信号的频率偏差。
进一步的，所述时钟监测单元将相关信息上报至所述智能远程监控服务器，所述相关信息包括锁定卫星数量、所述GPS接收模块输出的10MHz信号和pps信号的精确度以及TOD信息。
进一步的，所述码流采集单元设置有随机采集与连续采集两种工作模式，并由所述智能远程监控服务器进行选择。
进一步的，在所述随机采集模式下，所述码流采集单元采集三种类型的TS包进行对比分析：第一种类型的TS包是SIP包及紧跟着的6个TS包；第二种类型的TS包是SIP包后的第N个至N+6个TS包，N为随机数；第三种类型的TS包是具有特定PID的TS包，所述特定PID包括PCR、PMT和PAT。
进一步的，在所述连续采集模式下，所述码流采集单元连续采集TS包。
进一步的，所述射频监测单元所监测的地面数字电视发射机的发射信号指标包括：发射信号的带肩和调制误差率。
进一步的，所述智能远程监控服务器根据所述单频网适配器监测模块和所述发射机监测模块的异常对单频网组网影响的严重性，对异常信息进行分级处理，并执行相应的策略：当整个单频网系统出现严重异常时，包括单频网适配器的GPS/北斗同步时钟异常或大多数发射站点TS流都与单频网适配器输出TS流不一致时，应保持单频网状态并排查TS流传输网络问题；当某个发射站点出现严重异常时，包括GPS/北斗同步时钟频率偏差超过0.01ppm或TS流出现连续不一致时，应关闭异常站点的发射机；当某个发射站点的发射信号射频指标显著变差时，包括调制误差率小于28dB或带肩小于32dBc时，应减少该发射站点的发射功率或关闭该发射站点的发射机。
本发明的有益效果在于：
在以往的单频网系统中，当GPS/北斗同步时钟发生问题时，其产生的10MHz、pps信号准确度也会存在问题，而发射机只监测10MHz以及pps信号的有无，不监测其精度；发射机只能判断及发现码流的有无及SIP包丢失等异常，而码流传输的正确性无法被监测；发射机发射信号的射频指标也没有被监测。而这些指标出现问题，会直接影响地面数字电视单频网的稳定运行。本发明通过增加时钟监测单元、码流采集单元、发射机射频监测模块等外部监测设备来监测各个发射站点与单频网适配器的10MHz、pps、码流及发射机指标等影响地面数字电视单频网组网覆盖的关键因素，确保及时从源头及时发现这些关键因素出现的问题，并根据相应的策略进行减少发射机发射功率、关闭发射机等处理，以保证地面数字电视单频网的正常覆盖运行。
相比于专利CN201820182862.4，本发明是对影响单频网组网覆盖的10MHz参考信号、pps参考信号、码流一致性、发射机射频指标等因素进行监测，从而从源头上发现问题并执行处理策略。
相比于专利CN105721892B，本发明通过SIP包来进行单频网码流的采集，并用TOD信息同步，而SIP包是地面数字电视单频网TS流中一定存在的包，本发明适应性更强、范围更广。
附图说明
图1 地面数字电视广播单频网系统示意图；
图2 本发明实施例的地面数字电视单频网组网覆盖监测系统示意图；
图3 本发明实施例的单频网适配器监测模块示意图；
图4 本发明实施例的发射机监测模块示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现说明本发明的具体实施方式。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明涉及的相关技术用语说明如下：
pps：Pulse Per Second，即每秒脉冲数；
TOD信息：Time Of Day，包括时间信息；
SIP包：Second Frame Initialization Packet，即秒帧初始化包；
TS流：Transport Stream，即传输流，指将具有共同时间基准或独立时间基准的一个或多个PES组合（复合）而成的单一数据流（用于数据传输）；
PID：Packet Identifier，即包识别码。
如图2所示，本实施例公开了一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统，如图2所示，包括智能远程监控服务器、单频网适配器监测模块以及多个发射机监测模块，其中：
如图3所示，单频网适配器监测模块由时钟监测单元和码流采集单元组成。
时钟监测单元监测GPS/北斗同步时钟输出的pps信号和10MHz信号的准确性。时钟监测单元由外置GPS天线、GPS接收模块、可编程逻辑器件组成。可选的，可设置一个监控CPU。模块上电后，当GPS接收模块搜索到一颗及以上的卫星信号时，会输出TOD(Time OfDay)信息及pps信号。可编程逻辑器件通过对比GPS/北斗同步时钟输出的pps信号和GPS接收模块输出的pps信号的上升沿时间差，来计算当前GPS/北斗同步时钟的pps信号的准确度。同时可编程逻辑器件用GPS/北斗同步时钟输出的10MHz信号或者10MHz的倍频信号来对GPS接收模块输出的pps信号进行计数，通过对比每个pps信号上升沿之间的计数值差值以及计数值的长期偏差，来计算GPS/北斗同步时钟输出的10MHz信号的频率偏差。时钟监测单元将GPS接收模块的信息(锁定卫星数量)、参考10MHz信号的精确度、参考pps信号的准确度、TOD等信息上报至智能远程监控服务器。
码流采集单元将接收到的具有SIP包的TS流进行特定TS包的采集，并将采集到的TS包与码流采集时刻信息一同发送至智能远程监控服务器进行码流对比分析，码流采集时刻信息由GPS接收模块的TOD信息提供。本发明中，码流采集单元有随机采集与连续采集两种工作模式，采集模式由智能远程监控服务器进行选择。在随机采集模式下，码流采集单元采集三种类型的TS包进行对比分析：第一种类型的TS包是SIP包及紧跟着的6个TS包；第二种是SIP包后的第N个至N+6个TS包(N为随机数)；第三种包是具有特定PID(如PCR、PMT、PAT等)的TS包。在连续采集模式下，码流采集单元连续采集TS包。为了节省传输数据量，将单频网适配器监测模块和各个发射机监测模块的码流采集单元默认工作模式设置为随机采集模式，当智能远程监控服务器发现某个发射台站的码流出现对比不一致的情况时，将单频网适配器监测模块和相应的发射机监测模块的码流采集单元设置为连续采集模式，以进一步确定发射台码流接收出现的问题及计算码流传输的误码率。当系统恢复正常后，重新将单频网适配器和各个发射台站码流采集单元的工作模式设置为随机采集模式。
实际实施过程中，可将时钟监测单元与码流采集单元合并为时钟码流采集单元，并共用一个通信接口。
如图4所示，发射机监测模块由时钟监测单元、码流采集单元和射频监测单元组成，其中时钟监测单元、码流采集单元与单频网适配器监测模块中的功能相同。而射频监测单元主要监测发射信号的带肩（Shoulder Attenuation）和调制误差率（Modulation ErrorRatio）。具体实施过程中，还可通过射频监测单元监测发射信号功率、调制方式等信息。发射机监测模块分析计算发射机接收到的10MHz、pps信号精度，根据设定模式采集发射机接收到的码流，并将这些监控信息发送至智能远程监控服务器进行分析对比。
具体实施过程中，码流采集、射频监测单元的功能可由发射机中激励器模块完成，并通过发射机的远程监控接口将其所监控的信息发送至智能远程监控服务器进行对比分析。
具体实施过程中，可将时钟监测单元、码流采集单元与射频监测单元合并为一个监控单元，并共用一个通信接口。
单频网适配器、发射台站的地面数字电视发射机、GPS/北斗同步时钟等单频网组成部件，以及单频网适配器监测模块、发射机监测模块通过4G/5G、以太网、光纤等通信网络连接至智能远程监控服务器。智能远程监控服务器接收、存储和分析上述模块发送的状态数据信息，并将各个发射机监测模块中码流采集单元采集的TS包与单频网适配器监测模块中码流采集单元采集的TS包进行时刻对齐并对比。正常情况下，两者应完全一致。
具体实施过程中，若单频网内包含2个以上发射台站，可省去单频网适配器端的码流采集单元或只分析各个发射台站所采集的码流之间的不同。正常情况下，各个发射台站所采集的码流完全一致。当2个或以上发射台站采集到的码流相同，而某个发射台站采集到的码流与这些相同的码流有差异时，可判断该发射台站码流传输出现问题。
智能远程监控服务器根据各个模块的异常对单频网组网影响的严重性对这些异常信息进行分级处理，并执行相应的策略。当整个单频网系统出现严重异常，如单频网适配器的GPS/北斗同步时钟异常或大多数发射站点TS流都与单频网适配器输出TS流不一致时，应保持单频网状态并排查TS流传输网络问题。当某个发射站点出现严重异常时，如GPS/北斗同步时钟频率偏差超过0.01ppm或TS流出现连续不一致时，应关闭异常站点的发射机。当某个发射站点的发射信号射频指标显著变差，如调制误差率MER小于28dB或带肩小于32dBc，应减少该站点的发射功率或关闭该站点的发射机。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统，其特征在于，包括智能远程监控服务器、单频网适配器监测模块以及多个发射机监测模块；所述单频网适配器监测模块和所述发射机监测模块均包括时钟监测单元和码流采集单元，所述时钟监测单元监测GPS/北斗同步时钟输出的pps信号和10MHz信号的准确性，并将当前时刻的TOD信息提供给所述码流采集单元；所述码流采集单元将接收到的具有SIP包的TS流进行TS包的采集，并将采集到的TS包与码流采集时刻信息一同发送至所述智能远程监控服务器进行码流对比分析，所述码流采集时刻信息由所述时钟监测单元的TOD信息提供；
所述时钟监测单元包括外置GPS天线、GPS接收模块和可编程逻辑器件组成，模块上电后，当所述GPS接收模块搜索到一颗及以上的卫星信号时，会输出TOD信息及pps信号；所述可编程逻辑器件通过对比GPS/北斗同步时钟输出的pps信号和所述GPS接收模块输出的pps信号的上升沿时间差，来计算当前GPS/北斗同步时钟的pps信号的准确度；同时所述可编程逻辑器件用GPS/北斗同步时钟输出的10MHz信号或者10MHz的倍频信号来对所述GPS接收模块输出的pps信号进行计数，通过对比每个pps信号上升沿之间的计数值差值以及计数值的长期偏差，来计算GPS/北斗同步时钟输出的10MHz信号的频率偏差；所述时钟监测单元将信息上报至所述智能远程监控服务器，其中信息包括所述GPS接收模块的信息即锁定卫星数量、参考10MHz信号的精确度、参考pps信号的准确度和TOD信息；
所述发射机监测模块还包括射频监测单元，所述射频监测单元对地面数字电视发射机的发射信号指标进行监测，并将测量数据发送至所述智能远程监控服务器；
所述智能远程监控服务器完成对单频网系统组成部件、所述单频网适配器监测模块以及所述发射机监测模块的状态信息进行采集监控，所述单频网系统组成部件包括单频网适配器、各个发射台站的地面数字电视发射机和GPS/北斗同步时钟；以及将各个所述发射机监测模块采集的TS包与所述单频网适配器监测模块采集的TS包进行时刻对齐并对比，正常情况下两者应完全一致。
2.根据权利要求1所述的一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统，其特征在于，所述码流采集单元设置有随机采集与连续采集两种工作模式，并由所述智能远程监控服务器进行选择。
3.根据权利要求2所述的一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统，其特征在于，在所述随机采集模式下，所述码流采集单元采集三种类型的TS包进行对比分析：第一种类型的TS包是SIP包及紧跟着的6个TS包；第二种类型的TS包是SIP包后的第N个至N+6个TS包，N为随机数；第三种类型的TS包是具有特定PID的TS包，所述特定PID包括PCR、PMT和PAT。
4.根据权利要求2所述的一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统，其特征在于，在所述连续采集模式下，所述码流采集单元连续采集TS包。
5.根据权利要求1所述的一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统，其特征在于，所述射频监测单元所监测的地面数字电视发射机的发射信号指标包括：发射信号的带肩和调制误差率。
6.根据权利要求1所述的一种智能地面数字电视广播单频网组网覆盖监测系统，其特征在于，所述智能远程监控服务器根据所述单频网适配器监测模块和所述发射机监测模块的异常对单频网组网影响的严重性，对异常信息进行分级处理，并执行相应的策略：
当整个单频网系统出现严重异常时，包括单频网适配器的GPS/北斗同步时钟异常或大多数发射站点TS流都与单频网适配器输出TS流不一致时，应保持单频网状态并排查TS流传输网络问题；
当某个发射站点出现严重异常时，包括GPS/北斗同步时钟频率偏差超过0.01ppm或TS流出现连续不一致时，应关闭异常站点的发射机；
当某个发射站点的发射信号射频指标显著变差时，包括调制误差率小于28dB或带肩小于32dBc时，应减少该发射站点的发射功率或关闭该发射站点的发射机。
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