射频适配器和发射机主备份切换系统及其实现方法

1.射频适配器和发射机主备份切换系统的实现方法，其特征在于：包括以下步骤：
（A）射频适配器接收光纤信号，并将其转变为射频信号，并加入延时；
（B）发射机将步骤（A）输出的信号经过放大后，通过射频同轴切换开关传输至发射天线，向外发射；
（C） GPRS无线监控单元将主备份的发射机和射频适配器的运行参数发送给GPRS DTU，并提取GPRS DTU传输的操作命令，下发给射频同轴切换开关、主备份发射机和射频适配器，同时，GPRS DTU登陆GSM网络，然后进行GPRS PPP拨号，GPRS DTU通过数据中心的IP地址以及端口号，向数据中心发起TCP或UDP通信请求，在得到中心的响应后，GPRS DTU即认为与中心握手成功，然后保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，GPRS DTU立即与中心重新握手；
（D）GPRS监控单元根据接收到的本地TCP/IP网管或远程监控中心下发的指令，首先关闭工作状态的发射机、射频适配器，然后切换同轴切换开关的工作状态，最后开启备份的发射机、射频适配器，从而使得主线和备份线中只有一条线路与发射天线连通，而另一路断开。
2.根据权利要求1所述的射频适配器和发射机主备份切换系统的实现方法，其特征在于：所述的步骤（D）包括以下步骤：
（D1）系统开机时，通过运放的处理，保证主路通，备路断，当监控系统初始化完毕后，由监控程序控制发射机及射频适配器的AC/DC电源；
（D2）GPRS无线监控单元负责下发命令，由发射机内的监控主板具体实现对发射机和射频适配器电源的控制，发射机内的监控主板对发射机和射频适配器的AC/DC电源分别输出3路控制电压Vpc1、Vpc2和Vpc3，Vpc1、Vpc2和Vpc3为低电平即0V时AC/DC电源开，Vpc1、Vpc2和Vpc3为高电平即12V时AC/DC电源关；
（D3）GPRS无线监控单元向射频同轴切换开关提供一个信号切换控制电压Vsc，信号切换控制电压Vsc为高电平即12V时，同轴开关TX1路连通，TX2路断开，信号切换控制电压Vsc为低电平即0V时，同轴开关TX1路断开，TX2路连通；
（D4）发射机的开关机顺序、以及切换顺序如下：
关机顺序：先关断AC/DC1电源，再关断AC/DC2控制电压，每步延时1秒；开机顺序：先开启 AC/DC1电源，再开启AC/DC2控制电压，每步延时1秒；切换顺序：先关闭工作的发射机，再切换同轴开关，最后开启备机。
3.根据权利要求2所述的射频适配器和发射机主备份切换系统的实现方法，其特征在于：所述的步骤（D3）包括以下步骤：
（D31）在GPRS无线监控单元的切换主板损坏的情况下，必须保证射频同轴切换开关的TX1和TX2中只有1台发射机的电源控制电压为低电平即0V，且射频同轴切换开关在该发射机一路为开，另一路为关；
（D32）可进行手动切换和自动切换，手动切换优先于自动切换；
（D33）如选择自动切换，GPRS无线监控单元在TX1或TX2监测数据异常时自动切换。

射频适配器和发射机主备份切换系统及其实现方法\n技术领域\n[0001] 本发明涉及DTMB单频网以及单频网的无线发射系统，具体是指射频适配器和发射机主备份切换系统及其实现方法。\n背景技术\n[0002] 随着2007年8月1号DTMB成为中国广播业地面电视信号的强制标准，为中国广播业提供视频传送设备的所有数字电视系统供应商将采用该标准中的数字视频调制知识产权(IP)。单频网规模越来越大，单频网发射机的维护难度和工作量也相应增加。智能化、网络化的发射设备主备切换系统必将成为未来广播电视发射系统的主流。\n[0003] 发射机是DTMB单频网的重要组成部分，它的稳定可靠是DTMB单频网络正常运行的重要保证。各地广电运维部门都必须加强对发射机的维护和管理，以确保网络的安全。目前各地广电的对发射机的管理存在以下几个缺点：(1) 发射机分布于城乡各处，采用传统的人工巡检的方式已经不能适应网络迅速发展的需求；(2) 缺少专业的维护人员，维护人员的水平参差不齐。维护人员无法及时了解远程设备的运行状态以及出现故障的现象，无法及时排除设备的故障；(3) 由于发射机分布广，多在农村边远地区，周围环境复杂且无人值守，有效的对设备监控、监测就显得尤为重要，传统的发射机主备份切换机制都未涉及射频适配器器的主备份切换。\n发明内容\n[0004] 本发明的目的在于提供一种射频适配器和发射机主备份切换系统及其实现方法，利用GPRS无线通讯技术具有的"高速" 和 "永远在线" 的特点，实时采集射频适配器、以及发射机的工作参数和状态，并及时可靠地对其进行控制。\n[0005] 本发明的目的通过下述技术方案实现：\n[0006] 射频适配器和发射机主备份切换系统，包括完全相同的两套设备，二者互为备份，每套设备均包括依次连接的射频适配器、以及发射机，射频适配器接收光信号并将其转换为电信号，加入延时后输出至发射机，发射机将延时后的电信号运算后，通过射频同轴切换开关传送至发射天线，由发射天线将该信号发送；还包括远程监控中心、GPRS无线监控单元、以及交换机，发射机采集射频适配器和发射机的运行参数并传输至交换机，交换机将运行参数通过GPRS无线监控单元传送至远程监控中心；远程监控中心根据接收到的运行参数通过GPRS无线监控单元向发射机、同轴射频切换开关发送工作指令，同轴射频切换开关使得处于正常工作状态的主设备与发射天线、或处于正常工作状态的备份设备与发射天线保持通路状态。本系统以射频同轴开关和可控的AC/DC电源为核心实现射频适配器和发射机的主备份切换，以GPRS无线监控单元为核心，通过交换机保证本地TCP/IP管理和远程GPRS管理，实现远程监控中心对本系统的监控，通过智能化、数字化、网络化的科学管理，在保证安全播出前提下，增强调度指挥能力，有效提高工作效率和管理水平，减轻工作强度和减少人为责任事故，降低运行成本；同时，通过计算机管理，最大程度地降低人为因素影响，提高发射机工作的可靠性、数据处理的准确性和事故处理的时效性，远程监控中心通过以多台站，多机房为核心的综合业务管理网，实现对台站设备的工作状况监测、实时报警显示、数据处理自动化。\n[0007] 所述的射频适配器包括依次连接的光接收模块、可调衰减器、射频延时器，光接收模块接收光纤信号并将其转换为电信号，电信号在可调衰减器内进行衰减、滤波调节后，在射频延时器内加入延时；还包括为光接收模块、可调衰减器、射频延时器提供电源的AC/DC电源。\n[0008] 所述的发射机包括射频放大系统、馈电系统、以及监控主板，射频放大系统由依次连接的电平控制器、前置放大器、末级放大器、以及环形器构成，其中，电平控制器与射频适配器连接，末级放大器输出信号通过环形器连接射频同轴切换开关发送至发射天线；馈电系统包括三个受控于监控主板的三个电源AC/DC1、AC/DC2、AC/DC3，AC/DC1向电平控制器和前置放大器提供电源，AC/DC2向末级放大器提供电源、AC/DC3向监控主板提供电源；监控主板采集发射机和射频适配器当前运行参数，并通过交换机发送给本地TCP/IP网管或者GPRS无线监控单元，同时执行GPRS无线监控单元通过交换机下发的操作指令。\n[0009] 所述的GPRS无线监控单元包括切换主板和GPRS DTU，切换主板将处于正常工作状态的发射机和射频适配器的运行参数信息发送给GPRS DTU，并接收GPRS DTU下发的操作命令，下发给射频同轴切换开关和主备份系统；GPRS DTU首先登陆GSM网络，然后进行GPRS PPP拨号，GPRS DTU通过数据中心的IP地址以及端口号，向数据中心发起TCP或UDP通信请求，在得到中心的响应后，GPRS DTU即认为与中心握手成功，然后保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，GPRS DTU立即与数据中心重新握手。\n[0010] 射频适配器和发射机主备份切换系统的实现方法，包括以下步骤：\n[0011] （A）射频适配器接收光纤信号，并将其转变为射频信号，并加入延时；\n[0012] （B）发射机将步骤（A）输出的信号经过放大后，通过射频同轴切换开关传输至发射天线，向外发射；\n[0013] （C） GPRS无线监控单元将主备份的发射机和射频适配器的运行参数发送给GPRS DTU，并提取GPRS DTU传输的操作命令，下发给射频同轴切换开关、主备份发射机和射频适配器，同时，GPRS DTU登陆GSM网络，然后进行GPRS PPP拨号，GPRS DTU通过数据中心的IP地址以及端口号，向数据中心发起TCP或UDP通信请求，在得到中心的响应后，GPRS DTU即认为与中心握手成功，然后保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，GPRS DTU立即与中心重新握手；\n[0014] （D）GPRS监控单元根据接收到的本地TCP/IP网管或远程监控中心下发的指令，首先关闭工作状态的发射机、射频适配器，然后切换同轴切换开关的工作状态，最后开启备份的发射机、射频适配器，从而使得主线和备份线中只有一条线路与发射天线连通，而另一路断开。\n[0015] 进一步讲，所述的步骤（D）包括以下步骤：\n[0016] （D1）系统开机时，通过运放的处理，保证主路通，备路断，当监控系统初始化完毕后，由监控程序控制发射机及射频适配器的AC/DC电源；\n[0017] （D2）GPRS无线监控单元负责下发命令，由发射机内的监控主板具体实现对发射机和射频适配器电源的控制，发射机内的监控主板对发射机和射频适配器的AC/DC电源分别输出3路控制电压Vpc1、Vpc2和Vpc3，Vpc1、Vpc2和Vpc3为低电平即0V时AC/DC电源开，Vpc1、Vpc2和Vpc3为高电平即12V时AC/DC电源关；\n[0018] （D3）GPRS无线监控单元向射频同轴切换开关提供一个信号切换控制电压Vsc，信号切换控制电压Vsc为高电平即12V时，同轴开关TX1路连通，TX2路断开，信号切换控制电压Vsc为低电平即0V时，同轴开关TX1路断开，TX2路连通；\n[0019] （D4）发射机的开关机顺序如下：\n[0020] 关机顺序：先关断AC/DC1电源，再关断AC/DC2控制电压，每步延时1秒；开机顺序：先开启 AC/DC1电源，再开启AC/DC2控制电压，每步延时1秒；切换顺序：先关闭工作的发射机，再切换同轴开关，最后开启备机。\n[0021] 进一步讲，所述的步骤（D3）包括以下步骤：\n[0022] （D31）在GPRS无线监控单元的切换主板损坏的情况下，必须保证射频同轴切换开关的TX1和TX2中只有1台发射机的电源控制电压为低电平即0V，且射频同轴切换开关在该发射机一路为开，另一路为关；\n[0023] （D32）可进行手动切换和自动切换，手动切换优先于自动切换；\n[0024] （D33）如选择自动切换，GPRS无线监控单元在TX1或TX2监测数据异常时自动切换。\n[0025] 本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：\n[0026] 1．本发明单频网适配和发射设备主备份切换系统，主备系统之间的切换方式，使得设备的维护不会占据用户的使用时间，通过主备份系统切换的方式，来实现设备的正常维护、检修；\n[0027] 2．本发明单频网适配和发射设备主备份切换系统，远程监控中心通过GPRS无线监控单元实时监控系统各个部位的参数，并通过GPRS无线监控单元向各个部件发送操控指令，实现问题的及时报警与解决，改变了传统的人工巡检方式，节约了人力资源，同时克服了无线发射设备分布广、且多在农村边远地区、周围环境复杂且无人值守的问题；\n[0028] 3．本发明单频网适配和发射设备主备份切换系统，利用GPRS无线通讯技术具有的"高速" 和 "永远在线" 的特点，实时采集同频网适配设备、以及无线发射设备的工作参数和状态，并及时可靠地实现远程监控中心对本系统的监控；\n[0029] 4．本发明单频网适配和发射设备主备份切换系统，采用GPRS无线监控单元双向传输系统，远程监控中心和本地服务器均可以反向实现对本系统的时间校正、状态报告、开关以及其他监测、控制等功能，具有良好的实时响应与处理能力，与短消息服务比较，由于GPRS具有实时在线特性，系统无时延，系统能够同时实时收取、处理多个/所有监测点的各种数据，无需轮巡就可以同步监测多个设备，可很好的满足系统对数据采集和传输实时性的要求；\n[0030] 5．本发明单频网适配和发射设备主备份切换系统，可充分利用现有GSM网络，设备安装成本低，利用现有成熟GSM网络，系统投入运行时基本不需要调试，安装简捷，调试简单，建设周期短；构建监控系统要求数据通信覆盖范围广，扩容无限制，接入地点无限制，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求；数据传输速率高，GPRS网络传送速率可达到\n171.2kbps，实际应用时数据传输速率在40Kbps左右；系统的传输容量大，监控中心站要和每一个管网监控点实现实时连接，由于管网监控点数量众多，系统要求能满足突发性数据传输的需要，而GPRS技术能很好地满足传输突发性数据的需要；通信费用低。由于GPRS采用包月计费的方式，运营维护成本低；发射机和射频适配器的热备份，保证系统稳定工作。\n附图说明\n[0031] 图1为本发明系统结构与信号流程示意图。\n具体实施方式\n[0032] 下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。\n实施例\n[0033] 如图1所示，本发明射频适配器和发射机主备份切换系统，包括完全相同的两套设备，二者互为备份，每套设备均包括依次连接的射频适配器、以及发射机，射频适配器包括依次连接的光接收模块、可调衰减器、射频延时器，还包括AC/DC电源，用于为光接收模块、可调衰减器、射频延时器提供电源；发射机包括依次连接的电平控制器、前置放大器、末级放大器、环形器，还包括为电平控制器、前置放大器、末级放大器、环形器提供电源的馈电系统，以及监控主板；还包括GPRS无线监控单元、射频同轴切换开关、交换机、远程监控中心、以及发射天线，交换机与GPRS无线监控单元、发射机连接，远程监控中心通过GPRS无线监控单元和交换机与发射机连接，射频同轴切换开通过GPRS无线监控单元关受控于远程监控中心。所述的射频适配器，用于将输入的光信号转换为电信号，并加入适当的延时，同时接受发射机的监控系统的监控操作；发射机，用于对射频适配器的参数数据以及工作状态的采集，并执行通过GPRS无线监控单元接收到的远程监控中心的相应指令；还包括GPRS无线监控单元，作为数据通道，用于发射机与远程监控中心之间的数据传输；射频同轴切换开关，根据发射机执行的相应指令切换主线或备份线路的通断；交换机，用于连接GPRS无线监控单元与发射机，向发射机传输远程监控中心的控制指令；远程监控中心，包括GPRS远程监控以及本地TCP/IP监控系统，通过GPRS无线监控单元监控射频适配器、以及发射机的运行参数，并通过GPRS无线监控单元向射频适配器、以及发射机发送指令；发射天线，用于将射频同轴切换开关为通路状态的主线或备份线的信号发送。所述的发射机包括监控主板，用于负责采集发射机当前参数，并通过TCP/IP发送给本地TCP/IP网管或者GPRS无线监控单元，并执行GPRS无线监控单元通过TCP/IP下发的操作指令；射频放大系统，由依次连接的电平控制器、前置放大器、末级放大器、以及环形器构成，用于将射频适配器的电信号放大处理，并通过至射频同轴切换开关发送至发射天线；馈电系统，包括三个受控于监控主板的三个电源，三个电源分别向电平控制器和前置放大器、末级放大器、以及监控主板提供电源。所述的GPRS无线监控单元包括切换主板和GPRS DTU，所述切换主板将主备发射机和适配设备的参数信息发送给GPRS DTU，并通过串口提取GPRS DTU传输的操作命令，下发给射频延时器、发射机的可控电源；所述GPRS DTU登陆GSM网络，然后进行GPRS PPP拨号，GPRS DTU通过数据中心的IP地址以及端口号等参数，向数据中心发起TCP或UDP通信请求，在得到中心的响应后，GPRS DTU即认为与中心握手成功，然后就保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，GPRS DTU将立即重新与中心握手。\n[0034] GPRS DTU上电后，首先读出内部FLASH中保存的工作参数，括GPRS拨号参数，串口波特率，数据中心IP地址等等，事先已经配置好，切换主板负责将主备发射机和适配设备的参数信息发送给GPRS DTU,并通过串口提取GPRS DTU传输的操作命令，下发给各个设备。\n[0035] GPRS DTU登陆GSM网络，然后进行GPRS PPP拨号，拨号成功后，GPRS DTU将获得一个由移动随机分配的内部IP地址，也就是说，GPRS DTU处于移动内网中，而且其内网IP地址通常是不固定的，随着每次拨号而变化，GPRS DTU此时是一个移动内部局域网内的设备，通过移动网关来实现与外部Internet公网的通信，这与局域网内的电脑通过网关访问外部网络的方式相似。\n[0036] GPRS DTU主动发起与数据中心的通信连接，并保持通信连接一直存在，由于GPRS DTU处于移动内网，而且IP地址不固定，因此，只能由GPRS DTU主动连接数据中心，而不能由数据中心主动连接GPRS DTU，这就要求数据中心具备固定的公网IP地址或固定的域名，数据中心的公网IP地址或固定的域名作为参数存储在GPRS DTU内，以便GPRS DTU一旦上电拨号成功，就可以主动连接到数据中心。\n[0037] 具体地讲，GPRS DTU通过数据中心的IP地址，如果是采用中心域名的话，先通过中心域名解析出中心IP地址，及端口号等参数，向数据中心发起TCP或UDP通信请求，在得到中心的响应后，GPRS DTU即认为与中心握手成功，然后就保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，GPRS DTU将立即重新与中心握手，由于TCP/UDP通信连接已经建立，就可以进行数据双向通信了。\n[0038] 对于GPRS DTU来说，只要建立了与数据中心的双向通信，完成用户串口数据与GPRS网络数据包的转换就相对简单了，一旦接收到用户的串口数据，GPRS DTU就立即把串口数据封装在一个TCP/UDP包里，发送给数据中心；反之，当GPRS DTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时，从中取出数据内容，立即通过串口发送给用户设备。\n[0039] 射频适配器和发射机主备份切换系统的实现方法，包括以下步骤：\n[0040] （A）射频适配器接收光纤信号，并将其转变为电信号，并加入延时；\n[0041] （B）发射机将步骤（A）输出的电信号经过放大后，通过射频同轴切换开关传输至发射天线，向外发射；\n[0042] （C）GPRS无线监控单元将主线与备份线的发射机和射频适配器的运行参数发送给GPRS DTU，并提取GPRS DTU传输的操作命令，下发给射频同轴切换开、主线和备份线的发射机和射频适配器，同时，GPRS DTU登陆GSM网络，然后进行GPRS PPP拨号，GPRS DTU通过数据中心的IP地址以及端口号参数，向数据中心发起TCP或UDP通信请求，在得到中心的响应后，GPRS DTU即认为与中心握手成功，然后保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，GPRS DTU将立即重新与中心握手；\n[0043] （D）射频同轴切换开关根据接收到的远程监控中心下发的指令，开启处于关闭状态的发射机、射频适配器，关闭处于通路状态的发射机、射频适配器；同时，切换主线和备份线的工作状态，使得主线和备份线中只有一条线路与发射天线连通，而另一路断开；\n[0044] （D1）监控主板根据指令控制电平控制器的AC/DC1 电源直流输出，低电平为DC正常输出，高电平为DC输出关断；\n[0045] （D2）GPRS无线监控单元对射频同轴切换开关的TX1和TX2分别输出2个电源控制电压Vpc1和Vpc2，Vpc1和Vpc2为低电平即0V时电源开，Vpc1和Vpc2为高电平即12V时电源关, 发射机的开关机顺序如下：\n[0046] 关机顺序：先关断AC/DC1电源，再关断AC/DC2控制电压，每步延时1秒；\n[0047] 开机顺序：先开启 AC/DC2电源，再开启AC/DC1控制电压，每步延时1秒；\n[0048] （D3）GPRS无线监控单元向射频同轴切换开关提供一个信号切换控制电压Vsc，信号切换控制电压Vsc为高电平即12V时，同轴开关TX1路通，TX2路关，信号切换控制电压Vsc为低电平即0V时，同轴开关TX1路关，TX2路开；\n[0049] （D31）在GPRS无线监控单元的切换主板损坏的情况下，必须保证射频同轴切换开关的TX1和TX2中只有1台发射机的电源控制电压为低电平即0V，且射频同轴切换开关在该发射机一路为开，另一路为关；\n[0050] （D32）可进行手动切换和自动切换，手动切换优先于自动切换；\n[0051] （D33）如选择自动切换，GPRS无线监控单元在TX1或TX2监测数据异常时自动切换。\n[0052] 本系统以射频同轴开关和可控AC/DC电源为核心实现射频适配器和发射机的主备份切换，以GPRS无线监控单元为核心，通过交换机保证本地TCP/IP管理和远程GPRS管理，实现远程监控中心对本系统的监控，通过智能化、数字化、网络化的科学管理，在保证安全播出前提下，增强调度指挥能力，有效提高工作效率和管理水平，减轻工作强度和减少人为责任事故，降低运行成本；同时，通过计算机管理，最大程度地降低人为因素影响，提高发射机工作的可靠性、数据处理的准确性和事故处理的时效性，远程监控中心通过以多台站，多机房为核心的综合业务管理网，实现对台站设备的工作状况监测、实时报警显示、数据处理自动化。本系统通过监控主板对发射机进行实时采集数据和及时执行下发指令实现对发射机的监控，远程监控中心通过交换机同时与GPRS无线监控单元和本地服务器实现数据互传，GPRS监控单元中的GPRS DTU将数据打包成透明数据通过Internet网连接到远程监控中心GPRS通讯服务端，实现数据的无线传输，远程监控中心的监控管理系统实现对发射机的参数浏览、智能化控制等功能，同时远程监控中心通过网络与本地网管实现互通。\n[0053] 如上所述，便可以很好地实现本发明。