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| 矩阵切换器在有线电视前端系统中的应用 |
随着广播电视的发展，有线电视用户也越来越多，有线电视的前端传输系统担负的节目传输任务也愈发重要，构建以矩阵切换器为中心的前端总控系统也频繁地成为有线电视台和网络传输中心的首选方案。
设计原则
有线电视前端的主要任务是传输中央台和自办节目，以及卫星接收的卫视信号；其次是向电视台回传信号，并且传送电视台需要的外来节目信号，供其录制等使用，也就是资源共享。
在进行系统设计时，应主要遵循以下原则：
1．安全可靠是有线电视前端的最重要的原则，这要求设计方案首先要合理，考虑到各种情况的发生，做好应急的准备，有必要尽可能地进行冗余式备份设计，当然还要选择性能稳定，工作可靠，操作简便的设备，以保证系统能够安全可靠地运行。
2．在设计总控系统的时候，一定要设计得合理，选用成熟的技术，考虑整个系统的各个环节的衔接，信号流程合理，并尽可能使信号的行程最短，实现系统及工程的可操作性，控制部分的操作，快捷、方便。应有一定的余量，在系统正式投入使用后，几年内一般不允许进行较大的改动，并且系统本身亦应具备一定的扩充能力。
3．在系统设计，设备布局合理的基础上，选用优质的设备和电缆及连接器，以使整个系统的指标达到国家标准。另外，应注意尽量避免系统的干扰，并且选择一些技术指标可调整的设备。
4．广播电视行业虽然需要高投入，但更应该注重成本的控制，在保证质量的前提下，选择适合的设备，选择适用的功能，避免使用一些华而不实的设备，在合理进行系统配置的同时，充分利用公共资源，减少重复投资，达到最佳效果。
系统组成
系统信号流程：信号首先经卫星接收机接收后，输出到输入分配系统；然后1路进入总控矩阵，1路进入信号报警系统，1路进入应急系统，1路进入技监系统；矩阵输出信号经视/音频处理器处理后进入输出分配系统，1路进入调制器，经调制、混合后输出，其他路分别进入报警技监系统及备用。
1．总控矩阵
作为总控系统的中心，总控矩阵是信号调度的关键，一定要稳定可靠，实用高效。
目前的信号源有自办主备信号，中央台和部分地方台的卫星电视信号，共三十余套，考虑到还有演播室及今后扩展的可能性，所以选用48×48的复合视频/单声道音频的模拟矩阵，留有了一定的余量。一旦将来的信号路数或信号的输入、输出的端口位置有所调整，都可以通过矩阵进行切换，而不必再对系统进行改线，避免了人为的不可靠因素。
配置两台控制面板，一台与主机一同摆放在同一机架上，并在矩阵的输出端口接一路信号输出监视器，这样可以随时监看矩阵的状态；另一台放置在控制台，与报警、技监等在一起进行综合控制。
2．信号分配
信号的分配放大器如前所述，要注意的是应具有环通接口，这样当电路板发生故障时，可以通过环通口直接输出，另外还要注意一定要选用差分电路的分配放大器，因为差分电路可以在信号输出的同时，把相位相同的干扰信号消除得很干净，很好地解决了地电干扰的问题。
3．信号报警系统
对于系统的所有输入输出视音频信号进行检测，发现信号中断立即报警，提示值机人员采取必要的应急措施。输入/输出部分的报警系统可以使值机人员迅速判定故障点所在区间，以采取相应解决办法。
4．信号应急系统
当发现系统信号故障，应当快速判断故障点，并采取快捷、方便的手段进行应急，包括电子开关的应急和机械应急，机械应急指跳线板。
由于没有采用备份矩阵，所以对总控矩阵应当有单独应急系统，拟采用继电器形式，当紧急情况下，如矩阵发生故障，矩阵的视音频通道无法正常传输信号，或无法正常切换，应急系统可以绕过矩阵，直接输出。
另外，对每路通道均应有公共信号进行应急，可以选择图卡发生器。这样既可以通过矩阵切换，使任何一路输出信号为测试卡或静帧，也可以通过应急开关对某一路或多路输出图卡信号。
跳线板应当注意在输入和输出部分均应配备，选择内部为环通的跳线板，做好标识，并且输入和输出的跳线板应一一对应，其跳线的长度应以第一路和最后一路的距离为标准来选择。
5．技术监测系统
视频信号的输入和输出都需要技监，选择一套N×1的切换开关，可以通过切换对每一路信号进行监看和监听，信号串接波形/矢量示波器，在正常或故障情况下对每路信号监测，当信号出现质量问题，亦可以通过输入和输出两部分的技监切换判定故障区间。
方案设施
方案的实施过程中，一定要本着严谨、精益求精的态度，要有大局还要注意细节，一点的失误就有可能造成整个系统的失败。另外还应注意几点：(1)充分考虑系统可操作性、可维护性和可扩展性。尽量采用模块化设计的产品，这样一旦出现问题，可以只对故障模块进行更换，而不会导致整个系统的全面崩溃。(2)尽量采取冗余式配置。冗余式设计可以增强系统的安全性，出现问题后系统的自动应急处理肯定比人为手动干预更可靠。(3)系统接地、电源共地以及同一单元的电源与控制部分共地，既可以避免如雷击等意外事故的发生，亦可降低干扰。(4)系统布线虽然技术含量不是很高，但是要求施工人员一定要认真仔细，选择进口优质电缆和连接器，走线清楚不混乱，每根线的两端都要做清楚的线号标志，标明信号的源和目的，以及其物理位置，这样万一出现问题，或者线路要改，可以迅速找到相应线缆和端口。
设备选型对于建立一个新系统极为重要，除了价格和质量的因素以外，还考虑产品的售后服务、可操作性及操作人员的习惯，以及产品今后的升级、扩展等等。还有对于一个信号传输系统来说，最后不要由很多厂家的产品拼凑组成，这样首先很难会有一个好价格，最主要的是对整个系统的维护、设备的衔接、互换及今后的升级都造成一定的麻烦。
下面对系统设备中最关键的总控矩阵必要的功能和特点作一简单的阐述。市场上的大型矩阵多为进口产品，如美国GVG SMS7000、美国UTAH、SIGMA、加拿大LEITCH、英国PRO-BEL、挪威NETWORK等，国内有大连优耐特的HAS+、利国、芜湖天虹等。综合考察以上进口与国产切换矩阵的特性、功能，认为有些国产矩阵产品完全可以替代进口，其产品技术成熟，指标与进口产品基本相同，多年来诸多用户的使用也证明了其可靠性完全可以信得过，使用后的系统维护和升级扩展也很方便，而价格只有进口一流产品的1/3到1/4。因此，笔者认为，在资金有限的情况下，选用国产优质矩阵产品应是较佳的选择，不一定非选用进口产品，况且进口产品的质量也是参差不齐的。
不论国产亦或进口切换矩阵都应具有以下一些特点，以保证产品的安全可靠性和高指标及多功能和可操作性，从而达到极高的性价比。
1. 采用模块化，前插板式结构，为世界先进的设计思路
矩阵应适合于模拟视频、分量视频、计算机视频、单声道/多声道音频、时间码以及RS-422数据信号等多种格式的切换。矩阵的规模可以从16×16扩展至256×256，不同功能的电路板可以混插在同一机箱，从而大大提高了系统的灵活性，而且同种型号的电路板可以互换。
而系统的模块化设计可以明显地降低干扰，视频板和音频板、输入板、输出板以及控制板各部分分别独立走线，最大程度上减少了视频和音频、模拟和数字之间的干扰。系统内所有的功能模块，包括电源板都支持热插拔。万一矩阵出现问题，只需要更换相应的故障模块，即可迅速解决问题。对于大型系统，可购置备用模块。这样就大大增加安全系数，为系统的维护工作带来了极大的方便。
2. 冗余式控制电路及电源电路的设计
控制部分和电源部分都是矩阵系统的核心。采用冗余式设计，使系统的连续性和稳定性大幅度提高。控制部分从切换控制到系统控制都设计为主、备两套完全一样电路同时工作，出现问题可进行自动/手动倒换，从而克服了系统的“瓶颈效应”，使系统变得更加安全可靠。系统的机箱内设有两个电源插槽，可选择单电源或双电源，当系统为双电源，即一个机箱插入两块电源板时，两块电源板同时工作，互为热备份，每块电源板各分担一半的工作功率，当其中任何一块电源板发生故障时，另一块电源板在不断电的情况下，自动负担全部的功率，无须人工干预，而且两块电源板中的任何一块都能独立支持系统工作。
3. 独特的自动纠错及报警功能
又称自动巡检功能，系统时刻对系统中的各切换点数据进行循环检测，并将其与自身存储的有效数据进行比较；如果因外界环境的干扰，如静电干扰、电磁干扰等等而使切换数据发生改变时，系统就会对其自动纠正。状态数据回读技术将系统真实的工作状态回读至系统控制板并进行状态显示。如果是致命错误，则系统会自动进行报警处理，同时控制面板提示错误信息通知操作人员及时处理。
4. 先进的工艺水平并选用优质进口元器件
为确保系统的真实、稳定、可靠，从机箱连接器到电源、电子元器件，全部采用一流的产品，从而保证其高指标和可靠性。视/音频电路板均采用SMT表贴技术和多层PCB板工艺结构设计，能够很好地抑制串扰，隔离度非常高，大大提高了系统的集成度和稳定性。
5. 采用双极性开关，视频带宽可达300MHz
首先在国内采用双极性开关，具有极高带宽，视频切换板带宽可达300MHz。双极性开关具有极低的开关点电容，彻底克服了有些厂家使用传统的MOS类开关所不能解决的规模小、指标差的难题。
6. 中文控制软件
选择国产矩阵的一大特点就是与之相配套的中文控制软件更加符合中国国情，全中文切换控制软件，有多种手动、自动切换方式可选，可对矩阵的切换状态和历史记录进行查询，并可保存到文件和打印出来，极大方便了系统的维护和操作管理，并且还可以扩展为节目自动录制和自动插播。
如以上特点，我们选择国产的切换矩阵为系统总控矩阵，还有一个好处，就是其配套的周边产品，如视/音频分配放大器，报警、应急、技监等产品较全，在一个系统内的各个环节可以衔接得较好，今后系统的维护也方便。
广播电视的网络化发展日新月异，全国的有线电视网络很快联成一体，信号源也越来越多。作为广播电视网络中心，传输任务无疑也更加重要，国内地方网络前端已有128路的总控矩阵，中央电视发射台更有160路总控矩阵投入使用。构建以切换矩阵为核心的总控系统，具有非常重要的现实意义。 |
| 发布于：2006-10-31 已被阅读：
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