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1、第九章有线数字电视参数的测试,第九章有线数字电视参数的测试,一、有线数字电视需要测试哪些参数 两大类参数:系统参数、码流参数二、有线电视传输系统对数字电视信号质量的影响,一、有线数字电视需要测试哪些参数 两大类参数:1 系统参数 2 码流参数,1、系统参数 1)数字电视频道功率（电平）定义:8MHz带宽内的总RF功率，测试点频率在被测试频道的中央。其单位为dBmV或dBV。测量方式：电视模式下的自动方式测量法 电视模式即解调后的电视信号显示在仪器屏幕上的方式。频谱模式下的综合方式测量法 频谱模式即在仪器屏幕上显示所选频段的功率频谱的方式。,a）电视模式下的自动方式测量法 电视模式下的自动方式测
2、量法如下：第一，在被测频道中心频率处，取一个很窄的测量带宽（例如230KHz）并测量其RF功率，第二，假定在8MHz带宽内的其余频点与中心频率测量到的RF功率相等（即假定在整个频带内频谱密度是一致的），第三，将中心频率处测量的RF功率在8MHz带宽内积分，即得到一个8MHz带宽数字频道的RF功率。,b）频谱模式下的综合方式测量法 这种测量法考虑了8MHz带宽内信号频谱的分布，将频道带宽按一段分成若干段（大约每段），测量每段的相对频道总功率的基值，再将其积分就得到频道总功率。所以测量结果更加精确。c）两种测量方法比较 测量结果二者相差约1-2dB，特别是当数字信号功率降低时二者结果误差加大。d）
3、测量仪器 QAM数字/模拟CATV分析仪（例如PRX10/PRX8+）或 电视频谱场强仪（如PRK4C）,e）用频谱仪测量数字电视频道功率 1）将频谱仪调谐在被测频道中心频率，选择频率间隔和电平设置，以便显示整个频道的8MHz带宽；2）把频谱仪的分辨带宽(RSBW)设置在100KHz，把视频带宽设置在100Hz或更低，以便得到平滑的显示；3）用水平游标线测量数字电视信号峰值电平Vs；4）用下面公式计算数字电视频道功率：V=Vs+lg(8MHz/RSBW)+Ksa 式中Ksa为频谱仪的修正系数，典型频谱仪的修正系数为1.7dB V=Vs+19+1.7=Vs+20.7（dBmv或dBv）,f）用场
4、强仪近视测量 场强仪是用来测量模拟电视频道的RF电平，由于在频道载波频率处一个窄的测量带宽内的RF功率，几乎占有整个频道RF功率的80%，因此，通常就用载波处测量的RF电平来表示整个频道的RF功率。用场强仪近视测量数字频道的RF功率时：第一步，将场强仪的频率调谐到被测量数字频道的中心频率；第二步，测量该中心频率处的RF电平值至少三次取平均值V1 第三步，按下公式计算被测量数字频道的RF功率V V=V1+10log(8MHz/0.23MHz)=V1+15.4(dBmV 或 dBV),2）调制误差率（MER）a）调制误差率（MER）的概念 数字系统中的调制误差率（MER）类似于模拟系统中的信号噪声
5、比（S/N）。MER表示为理想的QAM信号错误功率和平均功率之比。误差振幅均方根值 MER=-20log（dB）符号平均振幅值 考虑到系统老化效应，理想信号的MER必须与实测MER要有4到5dB的差值，否则会存在重大错误。MER测量适用于早期检测到非突发噪声的影响，如系统噪声以及CSO，CTB的影响。MER的测量不仅测量幅度噪声，同时也测量相位噪声。,I0j、Q0j分别为星座点j理想的I、Q分量；Ij、Qj分别为星座点j实际的I、Q分量；N为测量取样点总数（远大于调制度64以保证测量精度）,MER与C/N+I的关系为 MER=0.441+C/（N+I）（滚降系数=0.15）b）测量方法 用QA
6、M数字CATV分析仪的MER测试功能自动测量。c）测量仪器 数字分析仪 电视频谱场强仪 d)注意：64QAM解码器需要MER高于25dB才能实现解码操作，通常考虑到系统老化，至少要求MER等于或大于30dB。256QAM解码器需要MER高于28dB才能实现解码操作，通常考虑到系统老化，至少要求MER等于或大于33dB才能实现解码操作。,不同的噪声对星座图中的星座点影响不同：振幅噪声改变原星座点的距离（改变星座的轨迹；相位噪声改变原星座的旋转位置（呈旋转状态）；相干干扰使星座点出现圆形模糊（呈圆形状态）；其它形式的噪声和干扰会影响所有方位的星座点（呈星云状态）如后图示。,3）64QAM数字频道载
7、噪比测量 a）数字频道载噪比的概念 描述数字信号质量的一个基本参数是比特误码率BER。BER是错误的比 特数和传输的总比特数之比。DVB组织定义了一个“准无差错传输”标准 ETR290 Measurements Group ETR 290，该标准要求每小时传输少于一个错 误。对于64QAM DVB-C传输，接收端在前向纠错前（per-FEC），BER 必须小于1.0E-4。在数字传输中,由于没有载波,因此,不能采用如模拟信号时测量载噪比的 方法。一般使用数字信号的信噪比Eb/N0间接得到载噪比C/N。二者的关 系如下：C/N=Eb/N0+10Log(Rs x Log2 M)/BW,公式中的符号
8、含义如下：Eb 每比特的能量 N0 1Hz带宽的噪声功率 Rs 符号率 M 星座图中的星座数 BW 频道带宽 对于64QAM DVB-C，Rs=6.875Mbaud，BW=8MHz，C/N=Eb/N0+7.12(dB)如BER为1.E-4，Eb/N0=16dB，C/N=23dB。,b）测量方法 电视模式：使用平均值检波器测量数字载波信号电平和噪声信号电平，其比值即为载噪比。测试时检波器的带宽应定义为8MHz。频谱模式：选定一个测量噪声电平的参考频道，该频道最好是与被测量数字频道相邻的一个空置频道，测量该空置频道的噪声电平（dBv），然后与被测量数字频道的信号电平（dBv）相减即为该被测量数字频
9、道的载噪比。c）测量仪器 数字分析仪 电视频谱场强仪,4）比特误码率（BER）a）比特误码率（BER）定义：误码率是指在测量期间传输出错的码元数与传输的总码元数之比。通常所说的误码率多指误比特率(Bit Error Ratio，BER)。基于以上定义，误码率的计算公式可以写为:其中，fB为传输出错的比特数，nB为传输的总比特数，t为测量时间，v为吞吐率。在其他参数为常量的情况下，随着时间t趋于无穷大，BER趋于误码概率PB，即,由上面的定义可以看出，误码率与观测时间有关。通常，不但需要测出误码率的绝对值，而且还要找出误码率随时间的分布规律，如误码是零星出现还是周期性出现的，也可能成块出现。定义
10、：每一次取样的平均观测时间为To，一般情况下，短期(1分钟到1小时)误码测量与长期(几小时到几天之间)误码测量不同，短期误码测量只能看出差错结构，而长期误码测量能找出误码与网络处理过程或环境等因素之间的关系。所以，极短时间内测量的误码率是没有价值的。误码率是概率，只有采集大量数据情况下测量的误码率才有效。,b）测量方法 第一，需要定义QAM信号参数，如：调制类型-256QAM，64QAM，32QAM，16QAM 符号率-6900，6875，6111，5000（kbouds）衰减器-为得到正确的测量结果，激活仪器30dB 衰减器（0-30dB可调），使输入的被测量信号不致使仪器 的调谐器饱和。,
11、第二，仪器测量出FEC（前向纠错）前的BER和FEC纠错后接收到的不可校正包（即错误数据包）。为了给信号质量提供参考，定义了一个标准，即系统在FEC解码前每传输小时少于一个不可校正数据包，即可被认为该系统传输质量较好。这就是“准无差错传输”标准 ETR290，该标准的边界值称为QEF（准无差错），近似相当于FEC前BER为2.0E-4(即每10,000比特2个误码)。第三，仪器正确解码MPEG-2信号，即可显示其在FEC前或FEC后的BER值（取决于测试的端口）。在此，纠正一个错误的认识，”在传输系统的任意位置，都要求BER1E-9”。这既不现实也不需要。因为标准规定了在FEC解码前每传输小时
12、少于一个不可校正数据包，折算成FEC前的BER为小于1E-4。因此，在FEC前只要BER 1E-4，在FEC后都能达到BER 1E-9。这就是为什么我们并不要求FEC前BER越低越好，因为，这将使系统造价大大地提高。c）测量仪器 数字分析仪 电视频谱场强仪,2、码流参数 1）码流参数有哪些：a）码流基本信息：传输速率，视音频带宽，节目列表，PID数量和网络名称等；b）误码信息；c）带宽信息：码流中存在的各种类型的PID的带宽；d）节目信息：节目业务提供者，节目业务类型等；e）复用结构：多路节目的复用情况（包括视频，音频及PCR-PID等信息）；f）PSI/SI信息：各种表的分析；g）PCR间隔
13、和抖动；h）EPG查询。,2）如何测试码流参数 采用码流分析仪可以测试各种码流参数。3）在数字电视系统的哪些测试点测试码流参数 码流参数测试图如下：,4）采用的标准 a）MPEG-2 ISO/IEC 13818-1（系统）ISO/IEC 13818-2（视频）ISO/IEC 13818-3（音频）与我国对应的标准是：GB/T17975.1-2000(系统)GB/T17975.2-2000(视频)GB/T17975.3-2000(音频)b)ETR154(MPEG-2系统实施指南)TR101 290(测试指南)ETS300 468(DVB SI）ETR211（DVB SI推荐）EN50083-9（
14、DVB SPI，ASI）,TR101 290三级错误测量：TR101 290一级错误：传输流同步丢失；同步字节错误；PAT错误；连续记数错误；PMT错误；PID错误。TR101 290二级错误：PCR间隔错误；PCR精度错误；PCR重复错误；PTS错误；CAT错误。,TR101 290三级错误：NIT错误；SI重复错误；缓冲器错误；非指定PID错误；SDT错误；EIT错误；PST错误；TDT错误；数据延迟错误。,DVB最新的TR101290测试标准将TS流参数的错误指示分为3个等级：第一级错误：能正确解码所必须的几个参数的错误；第二级错误：达到同步后可连续工作必须的参数的错误和需要周期监测的参
15、数的错误；第三级错误：依赖于应用的几个参数的错误。,第一级共6种错误，包括：同步丢失错误、同步字节错 误、PAT错误、连续计数错误、PMT错误及设置PID错 误。（1）传输流同步丢失：连续检测到连续5个正常同步视为同步，连续检 测到2个以上不正确同步则为同步丢失错误。传输流失去同步，标志着传输过程中会有一部 分数据丢失，直接影响解码后的画面的质量。（2）同步字节错误：同步字节值不是0X47。同步字节错误和同步丢失错误的区别在于同步 字节错误传输数据包长仍是188或204字节，但同步字 头的0X47被其他数字代替。这表明传输的部分数据有错误，严重时会导致解码器解不出信号。,（3）PAT错误：节目
16、关联表PAT的PID为0 x0000，PAT错误包括 标识PAT的PID没有至少0.5 s出现一次，PID为0 x0000的包中无内容，PID为0 x0000的包的包头中的加密控制段不为0。PAT丢失或被加密，则解码器无法搜索到相应节目；PAT超时，解码器工作时间延长。,（4）连续计数错误：TS包头中的连续计数器是随着每个具有相同PID的TS包的增加而增加，为解码器确定正确的解码顺序。TS包头连续计数不正确，表明当前传输流有丢包、包重叠、包顺序错等现象，会导致解码器不能正确解码。（5）PMT错误：PMT错误包括 标识PMT的PID没有达到至少0.5 s出现一次，所有包含PMT表的PID的包的包
17、头中的加密控制段不为0。PMT被加密，则解码器无法搜索到相应节目；PMT超时，影响解码器切换节目时间。（6）设置PID错误：检查是否每一个PID都有码流，没有PID就不能完成该路业务的解码。,第二级共6种错误，包括：传输错误、CRC错误、PCR间隔错误、PCR抖动错误、PTS错误及CAT错误。（1）传输错误：TS包头中的传送包错误指示为“1”，表示在相关的传送包中至少有1个不可纠正的错误位，只有在错误被纠正之后，该位才能被重新置0。而一旦有传送包错，就不再从错包中得出其他错误指示。（2）CRC错误：在PSI和SI的各种表中出现循环冗余检测码CRC出错，说明这些表中的信息有错，这时不再从出现错误
18、的表中得出其他错误信息。（3）PCR间隔错误：PCR用于恢复接收端解码本地的27 MHz系统时钟，如果在没有特别指明的情况下，PCR不连续发送时间一次超过100 ms或PCR整个发送间隔超过40 ms，则导致接收端时钟抖动或者漂移，影响画面显示时间。,（4）PCR抖动错误：PCR的精度必须高于500 ns或PCR抖动量不得大于500 ns。PCR抖动过大，会影响到解码时钟抖动甚至失锁。（5）PTS错误：播出时间标记PTS重复发送时间大于70 ms，则对帧图像正确显示产生影响。PTS只有在TS未加扰时方能接收。（6）CAT错误：TS包头中的加密控制段不为0，但却没有相应的PID为0 x0001的
19、条件接收表CAT，或在PID为0 x0001的包中发现非CAT表。CAT表将指出授权管理信息EMM包的PID并控制接收机的正确接收，如果CAT表不正确，就不能正确接收。,第三级共10种错误，包括：NIT错误、SI重复率错误、缓冲器错误、非指定PID错误、SDT错误、EIT错误、RST错误、TDT错误、空缓冲器错误及数据延迟错误。第三等级错误并非是TS传输流的致命错误，但会影响一些具体应用的正确实施。,二、有线电视传输系统对数字电视信号质量的影响,有线电视传输系统组成：前端系统 传输系统（包括光纤干线、HFC网络）终端设备系统,1、前端系统影响数字电视信号质量的因素：a）前端系统的设备 有线数字
20、电视前端集成了广播电视、计算机通信和网络传输设备。这些设备由不同厂家生产，它们产生的电磁干扰（EMI）水平参差不齐，不同设备的固有噪声源对系统噪声的贡献有较大差异。设备内部固有噪声源：晶体振荡器和时钟分频电路 开关电源、快速时间转换电路 A/D变换器、无端接电路 设备内部固有噪声源的影响：使视/音频信噪比下降通过不同途径的累加引发时基抖动、漂移，使系统出口节目时钟（PCR）指标严重超标（如图示）。,编码器和QAM调制器的固有噪声是影响前端系统指标的主要因素之一。前端的编码器大多数采用分量编码方式。编码中的模/数变换过程产生的噪声，将对信号造成损伤，使图象清晰度水平下降。编/解码后的视频SNR低
21、于编码前的SNR。这可能使图象产生亮色串扰、细密网纹、水纹等现象。QAM调制器内部的开关电源、上变频器、本振电路等组件在完成其本身的功能的同时，也扮演了谐波噪声源的角色，它以传导及辐射的形式干扰其它电路的工作。谐波噪声转换为带内噪声，导致I/Q不平衡和相位噪声。使调制误差比MER劣化1-2dB。QAM调制器在运行中，谐波噪声引发的内部PCR抖动漂移可自行校正，而对严重的外部PCR抖动则不能校正。,b）前端环境：有线数字电视前端安装了各种模拟设备、数字设备、数据设备，它们共用一个机房。这使前端的电磁环境相当复杂。以一个实际机房的例子来看，该机房安装了31个模拟频道、15个数字频道、2个数据频道相
22、应的设备。实测进入频道混合器前的15个频道QAM调制信号的MER指标为39dB左右。未能达到QAM调制器给出的MER大于（或等于）40dB的要求。因此不能保证用户终端（即STB）要求MER有30dB的最低要求。为保证前端系统输出口的MER、BER及PCR抖动漂移及时延在设备可调整的范围内，要求系统具有优良的EMI性能和提供足够的带外衰减。对机房有下列要求：*子系统应分门别类安装，特别是数字视频系统设备应远离调制器、UPS等；*设备保持良好接地；*选用屏蔽良好的电缆，布线避开强干扰源；*接线端口的各种连接器安装规范和牢靠。,小结：前端系统因为内部和外部噪声的影响将使：*PCR抖动及时延；*PSI
23、/SI表格发送错误、发送间隔时间产生时延；*视/音频信噪比下降；*产生所有类型的噪声。,2、传输系统影响数字电视信号质量的因素：a）SDH光纤干线系统 SDH传输DVB-C数字电视信号的方式是：将6-8路的MPEG-2 TS流（约38Mb/s）复用到SDH的DS3 45Mb/s的数字信道中，再将3个DS3信道复用成一个STM-1（155Mb/s），通过SDH光纤干线以STM-1传输到各个分前端。由于SDH系统本身产生的抖动、漂移、误块，导致DS3数据流损伤。表现为数字电视信号的信噪比下降；相位失真；图象短暂停顿等。上述问题必需由SDH系统自身来解决。,b）HFC网络：光链路：从两个方面影响数字
24、电视信号的性能：有源部件-光发射机/光接收机；无源部件-光纤、光连接器/分光器。光发射机/光接收机的输入信号大小直接影响其输出信号的非线性失真，使数字电视信号的BER劣化，以及数字解调器瞬间失去同步而无法解调。解 决的办法是：控制输入光发射机的RF电平，使工作频带内的总RF功率不会 导致激光器的削波失真。控制输入光接收机的光功率，使光检测器不致产生 饱和失真。光纤的色散对长距离传输的信号将产生波形失真、组合二次差拍失真（CSO）。这将导致数字电视信号的信噪比和MER降低。解决的办法是：精 心设计长距离光纤传输系统，必要时对光纤色散进行补偿。光连接器/分光器的光反射会导致信号相位失真，从而使时钟
25、超标，图像 画面出现停顿或马赛克。解决办法是使用高质量的光连接器和波导型分光 器。,同轴分配网络：与模拟信号传输不同，数字信号在传输过程中的劣化是突变的。而在突变前几乎无故障工作，终端的图相质量与前端基本一样。但是一过突变门限点（如后图示MER=23.4dB，BER从10E-9跳变到10E-4），数字电视图象出现短暂停顿或局部/整屏马赛克。当数字电视信号的MER=22dB时，机顶盒无法对64QAM的数字电视信号进行解调，产生所谓的悬崖效应黑屏，这时系统将崩溃。,分配网络使信号劣化的因素：模拟/数字信号混合传输相互间的串扰；放大器非线性发射、失真；电缆、分支分配器和连接器的屏蔽性能降低；外界电磁
26、干扰及电源谐波混入。*模拟/数字信号混合传输相互间的串扰：模拟/数字信号混合传输时，模拟信号产生的失真产物（CSO、CTB）如果落在数字频道上，将使该频道的数字信号产生误码；同样地，数字信号的失真产物如果落在模拟频道上，将使该频道的噪声增加，模拟信号载噪比劣化。,*放大器非线性发射、失真：由于数字频道的加入，使放大器的工作频道增加，输入放大器的RF功率增加。而输入RF电平提高1dB，放大器的CTB将劣化2dB。随着放大器的级数增加，放大器的载噪比将下降C/N(110logn)dB（n为放大器的级数）。失真产物和噪声的累加落在数字频道中，QAM信号的MER会迅速劣化。这就是规定放大器限制在3级的
27、原因。,*电缆、分支分配器和连接器的屏蔽性能：由于电缆屏蔽层的损伤；紧压在电缆上的接头产生局部缝隙；接头螺丝扣旷量较大；早期安装的分支分配器工艺的局限性；网络的老化等因素，直接降低了网络屏蔽效能，增加了侵入噪声干扰的侵入，表现为（N+I）的增加，N为系统固有噪声，I为侵入噪声。其对系统输出口的MER影响为 MER=C/(N+I)+0.44 N+I的增大，MER值将降低。,在分配网的建设中，由于有源/无源部件的不完善，电磁干扰极易进入分配网络系统。此外，CATV系统的有源器件的供电来源于公共电网，电网中丰富的高次谐波将干扰有源器件的正常工作，引发诸如放大器非线性失真、寄生发射等，同样会产生上述结
28、果。因此，分配网的建设中一定要按照行业建网的标准进行。,4、终端设备系统 终端设备系统包括电视机、机顶盒、Cable Modem等。这类产品电源的高次谐波及本振偏移、泄漏等引发的交叉干扰、带外噪声与外部的固定噪声源、突发性噪声一起，通过相对开放的用户终端盒或用户室内质量差的连接器进入系统。使QAM信号进一步劣化。用户终端产品是公认的CATV网络电磁干扰的源头。国家对音频、视频产品的安全和电磁兼容已规定了3C强制性认证。但机顶盒由于价格因素，各厂家的机顶盒抗干扰水平参差不齐，对网络、终端电磁环境的适应性也各不相同。,小结：由于有线数字电视技术固有的“门限效应”，有可能使相邻两个用户中的一户能够很好地收看节目，而另一户则完全接收不到节目。可以通过终端信号电平、调制误差比MER、误码率BER三个指标来判定产生的原因。这三个指标的劣化，引发的PSI/SI表格发送错误（包括PCR发送错误）将对机顶盒产生如下影响：a）无法对来自终端口的QAM信号解调，b）解调后的TS流解复用及解码出错，c）PCR劣化的程度不同产生三种情况：*无法解码，*可解码，但解码后的声音与图象不同不步，*解码后的彩色信号出现相位失真。d）读智能卡及下载EPG时间延长。,
