数字有线电视传输测量的剖析

□向天明（深圳市浩格电子仪器有限公司）

摘  要：作者倡导数字电视三网融合网络要重视质量，重视技术指标测量。本文对数字有线电视传输网络的要求、测量进行了详细地剖析，特别对数字平均功率电平、BER、MER及星座图间关系、具体要求和精度进行了阐述。并客观地介绍了数字电视网络仪器的配置及要求。

关键词：数字电视三网融合的质量、数字平均功率电平、BER、MER、星座图、测量误差。

Analysis of the transmission measurement of digital cable TV

□ Tianming Xiang

 (Shenzhen Heg Electronic Instrument Co. Ltd.)

Abstract：The author focuses on the high quality of integration of Tri Net, it analyzes the requirements for the digital calble TV transmission and measurement, especially interprets the relation of average digital power level, BER, MER and constellation map as well as the accuracy. In addition, it introduces the criteria of instruments of digital TV.

Key Words：Quality of the integration of Tri Net, average digital power level, BER, MER, constellation map, measurement error

1  数字有线电视的质量与测量

本世纪初以来，数字电视在我国开展迅速，特别是2008年奥运会，很多大城市及发达地区都陆续开展了数字电视平移。近年来，全国各地数字电视平移发展如火如荼。在这大好形势下，国家在去年又提出了三网融合的方案，这对于全国数字有线电视的平移和增值业务的开展带来了难逢的好机会。

在这一片大好形势下，全国各地大小有线电视网络公司都忙于开展电视平移，但在不少地区对质量重视不够，只忙于数字电视平移，虽然完成了平移，但自己没有测量仪器测试过技术指标，或者不少是设备由经销单位安装，验收也不够严格。有人认为数字电视传输是脉冲信号传输，比模拟电视抗干扰能力强，没有问题。看起来说的有道理，是数字电视抗干扰能力强，那是指在同一频道内传一个节目与模拟而言，如果我们经过编码压缩，在同样一个频道内传输5个、6个节目或更多信息量时，新的问题就来了，如过去在模拟传输中没有怎么注意的信号相位、相位抖动、群延时等等问题。当一个数字电视出现多个误码时，数字电视画面会出现马赛克，对电视用户也许问题不大，如果是三网融合传输数据业务，它的信息会终断，经常出现这种断线状态那问题就严重了。因此目前这种忙于数字平移，不重视质量的状态应引起注意。

为了数字电视的正常工作，为了三网融合的实现，我们的数字有线网络一定要重视质量，对网络的设备生产、网络建设、营运维护都应按广电部要求严格测量，并达标。

在前端，分前端，各相关中间环节，用户端都应该严格测量，只是各处指标要求不同，这应该按广电部相应标准要求。

一般来说，数字电视测量有：图像质量分析、码流分析、数字音视频测量、数字电视传输测量，由于篇幅有限本文仅就传输测量进行探讨。

2  数字有线电视传输测量

2.1数字有线电视传输网络的测量

我们的数字有线电视是建立在模拟网络上进行的，即所谓物理网络，一般都是由光钎和电缆组成的HFC网络。在构成HFC网络中，前端设备，光收光发，放大器，分支分配器等，它们都会产生噪声，对大信号有饱和。因此，这个网络无论是对模拟信号或是数字信号都有载噪比C/N，二次失真CSO，三次失真CTB的问题。由于数字电视是脉冲信号，抗干扰能力较强，因此对HFC网络的要求较传输模拟信号要求低一些。

           C/N：传模拟电视要求43dB，数字电视要求28 dB

CSO、CTB： 传模拟电视要求54dB，数字电视要求44 dB

可以这样说，模拟电视合格的网络，数字电视平移是没有问题。但得注意的是，不少网络在模拟时传输30多个频道是可以的，但现在传数字电视信号，往往也会传数据信号，那就不是30个频道了，而是110～860MHz，几乎每个频道都满了，甚至用到1000MHz，这时也应该保证网络每个频道指标合格，特别是CSO、CTB是非常重要的问题。因此，即是在全数字电视网络中也必须测试传输网络指标C/N，CSO，CTB。

对于整个网络和其中的关键部件，如光发射机，光接收机，放大器、分支器等都应该严格测量C/N，CSO，CTB。

图1是C/N，CSO，CTB测量方框图，多路信号源是根据要求提供多路信号同时加入被测网络或器件，CATV分析仪器可测得相应指标。

图1   C/N，CSO，CTB测试方框图

这里要说明：

(1) 信号源可根据实际使用情况，确定载波信号路数，电平可调。如DS9903共有99路，每路电平为100dBμν，并可调0～50dB，步进1dB。

(2)  CATV分析仪要测得较大的动态范围并获得较高的测量精度一般采用HP8591C(现已停产)、AT2500、ETL。

(3) 特别要说明的是，我们要测量的是被测网络或器件的噪声及饱和失真，因此要求多路信号源高电平输入，这是几十路信号同时加上去，总功率很大。这时测量仪器也可能出现信号过大而产生饱和，因此我们要在仪器前端用衰减器控制仪器的输入电平，同时也可以改变衰减器的衰减来判断CATV分析仪是否失真，如改变衰减器1dB，则CATV也应变化1dB，否则就有失真。用带通滤波器使非测量频的道信号被抑制，以保证仪器在非饱和状态下测到某一个频道准确的测量数据 C/N、CSO、CTB值。

2.2 数字电视信号的分析

一般来讲，数字电视信号分析的主要参数有数字平均功率电平、误码率BER，调制误差率MER，星座图。

对于数字平均功率电平（简称数字电平）这是非常重要的参数，要求测量要准确。因为我们开展数字电视三网融合后，网络内各频道基本上都开通了，这时网络距饱和的临界点很近，如果高2～3dB就很危险，因此对仪器测量精度要有一定的要求。一般在前端精度应在±1～±1.5dB，用户端±2dB以内。当然在±1dB以下最好，但由于被测网络的阻抗，仪器的制造成本等方面的原因，在工程上±1dB就可以了，不必过高地追求。

2.3 误码率BER

BER有前向误码率pre BER和后向误码率post BER，所谓前向误码率是指索罗门纠错前的误码率，纠错后的误码率为纠错后向误码率。我们主要关心前向误码率。

误码率顾名思义它是指数字信号误码的概率。按DVB的要求，64QAM的信号，在一个小时之内只允许误一次码，即前向误码率pre BER为 。对于网络来说一般达到 以上。对于测量仪器来说一般在  以内的测量范围即可，但不必要求过高。

2.4 调制误差率MER和星座图

关于MER和星座图，我曾在本刊写了一篇“调制误差率MER及星座图剖析”，这里不详述。我们将影响数字电视信号的所有干扰信号都视成“广义噪声”来处理。MER调制误差率是表征广义噪声对数字电视信号影响的数字表达式，是反映受干扰的数字电视信号对于理想的数字电视信号的位置偏差；而星座图则是电视信号受广义噪声影响的图形表达式，通过星座图看到信号广义噪声影响，而产生相对理想信号位置的偏移，并通过不同的星座图形可判别广义噪声来源。如果MER合格，一般星座图会是好的，所以在比较重要的测试中这两个参数都要测量，特别是深层次分析中两参数非常重要，但在用户端大量频繁的测量时，为了节约时间，降低成本也可以不用测量星座图，一般质量问题，MER已能反映出来。

2.5 关于MER和BER的讨论

我们知道影响MER、BER的原因是广义噪声。在模拟电视中主要有白噪声，哼声（即交流声）和失真引起的CSO、CTB，这主要是以幅度为特征的噪声。数字电视中，这些噪声影响依然存在，而且增加了相位、相位抖动、群延时、时钟偏移、符号偏移等等干扰，这些都在广义噪声之列。一般来说，这些噪声是综合起来影响数字电视信号，最坏就是造成信号误码。根据通信原理的瀑布图来看BER与噪声有相对应的关系。但是我们营运的数字电视网络系统，其数字电视信号是远远偏离它误码状态。如64QMA的信号在引起误码应是MER为24dB左右，这时BER为 。而一般网络， MER都在30dB以上，要因广义噪声来引起误码是不可能的，所以有专家说在正常营运中，如果因广义噪声引起误码那是一万年一次！

一般来说网络引起的误码大是外界突发信号较多，如外界强烈干扰信号，或者网络的变坏,如网络泄露，接头不良，受潮，接地不良等。

对于数字电视网络，专家们有个MER推荐表（详见表1），从表来看64QAM的网络在用户端最好在32dB以上。

表1、国际组织推荐MER参数表

因此正常的维护监测，不要过高追求误码率、误了多少次码，而是要在误码以前对网络监测诊断，防止它误码，作者称它在不误码状态，即所谓亚误码状态。这就要严格测量MER，要将MER控制在所规定的范围之内，并随时观察它的变化，防止网络老化和突变。因此从这种意义上来讲，MER的测量比BER更重要。是保证数字电视质量非常重要的参数。

我们要牢记，我们的网络维护营运测量，首先是维护网路，要使网络保持工作在亚误码状态，正如是一个保健医生那样。然后才是维修网络，如治病医生那样。如果我们的网络每天都忙于维修，那网络就完蛋了，因为我们的网络是几十万、上百万用户，一定要把它控制在亚误码状态。

3  关于MER的测量

3.1 MER的定义

调制误差率MER的定义是：

由此可见，我们测量MER就是要测量信号的理想值与广义噪声引起的比差值。

3.2  MER测量电平的设置

对于MER的测量，被测信号电平的大小非常重要，一般来说电平大些可以获得大的MER值，测量精度也比较高，但过于大后，信号会产生失真，甚至仪器本身也可能因大信号产生饱和失真；如果信号太小，则相应的广义噪声也太小，可能低于仪器的本机噪声，那么测出的MER比实际值要小，因此在实际测量中要具体分析。

3.3  MER的测量

上述分析，在数字电视测量中，数字电平和MER是非常重要的两个参数，而MER也许是测量中最困难，最有争议的参数，但它也是保证数字电视信号质量最重要的参数。

这些年来，数字电视平移中遇到很多问题，大都与MER有关，因此人们越来越多地重视MER的测量，而且将MER值要求也提高。如以前，64QAM的MER，要求为用户端30dB，前端36dB；现在要求用户端一般在32～34dB，前端要求在38～40dB。这样一来对测量仪器要求也就高了。为了保证测量，仪器的测量范围应比网络要求值大 2～3dB，故用于用户端的仪器应在 36dB 以上，前端应在39、40dB。这对仪器是一个非常难的要求，很多数字电视仪器大都是由模拟基础上开发的，它一般只能测量到MER在35 dB以内。目前是，用户需要MER 40dB，仪器厂家或供应商就说能做到40dB，其实很多现有仪器根本做不到，再则一般场合MER值又没有办法计量。因此，目前国内数字电视仪器的MER值测量非常混乱。故很多场合网络出了毛病找不出来，有的工程验收扯皮，有的测试结果无法判定，有的测量MER指标很好，但就是常出现马赛克。

4  数字电视分析仪

4.1 数字电视分析仪原理

图2是数字电视分析仪的方框示意图，它是由频谱分析单元（即接收部份）、射频分析单元、数字电视参数测量单位、控制及按键单元等四个部分组成。

(1) 接收部分实际上就是一个频谱分析仪，它不仅有频谱分析功能，同时给另三个测量单元提供所需的信号。

(2) 射频分析单元，是从接收部分获取IF信号，测量模拟电视参数，同时按数字电视参数的定义测量出相应数值，并算出平均功率电平值。

(3) 参数分析单元首先从接收单元获取信号进行解调，解码，然后根据噪声估计值，错误计数值以及放大后的IF信号A/D值等，通过查看及运算得到相应的校正后的测量参数BER、MER、星座图。

(4) 控制及按键单元，是与相关单元联系，实现人机接口，并保证在屏幕上显示各种参数及图形的测量结果。

图2  数字电视分析仪原理示意图

4.2  数字电视分析仪的剖析

图2是一般数字电视分析仪的原理方框，由图中可以看出，无论那个仪器，首先是接收部分，即频谱分析仪的部分，然后是参数分析测量。接收部分是关键，只有将信号接收好了，才好进行各部分参数测量的处理，后者大都是数字电路和软件来完成，各仪器厂家都差不多，而接收部分是实际电路，各仪器的性能与成本相差很大，一个仪器，只有将接收信号处理好了，才能对它所测的信号进行高精度测量、分析、计算、参数显示。

下面仅对调制误差MER进行讨论。我们从MER的定义公式可以看出，它必须测量出信号的标称值（理想值），然后测量它的每次取样偏差值，它的大小近似于如下公式：

信号，其值很小，而且是一个多变的随机信号，故需多次取样，为保证测量误差，其取样次数要远远大于数字信号的QAM数，如64QAM信号，其取样次数要远远大于64次。由此可见小信号测量就会带来较大困难，而且引入较大误差。

我们知道，仪器本身也有噪声，如果仪器噪声大于或等于信号 那么测量无法进行。为了保证小信号测量，一般应大于仪器噪10dB，至少要大于3dB，在3～10dB以内要给出修正系数，对测量结果进行修正。

由此可见，为了保证MER的测量，首先要保证小信号的测量，那就是必须要求仪器本身有小的噪声。例如一般测量信号为65 dBμν，如果要测量MER为40dB，那么噪声信号小于25dBμν，仪器噪声应该在10 dBμν以下。

这个分析只是一个估计，因噪声测量一直是测量工程师非常困扰的问题。但我们可以得出一个概念，即CATV分析仪接收部分是非常重要，特别是仪器本机噪声，一般是指仪器的灵敏度，或测量的最小信号能力。为此，CATV分析仪的频谱分析部分非常重要。实际上一些高级CATV分析仪就是从频谱分析仪基础上演变过来的。如HP8591C、AT2500、ETL，它本身就是一个非常高级的频谱分析仪，它们的信号分析能力强大，精度高，而且灵敏度也很高，都在1μν以下。即是手持式的数字电视分析仪如CX380、CX350、TM1750，它们都将灵敏度提高到10 dBμν以下。如果灵敏度在20dB以上，它的MER要达到40dB是不可能的。进入我们国内来的进口仪器，从说明书看，德国宝马的PRE系列、美国JDSU的DSA4040D，MER为22～35dB，美国创立西克860DSP MER为22～36dB。如果灵敏度在20dB以上甚至更大，若要测到40dB是不可能的。现在数字电视领域的仪器国内又未严格计量，这就造成市面上的仪器良莠不分非常混乱。

作为保证数字有线电视网络质量的仪器，它是计量器具，它一定要保证这些量度（参数）的严格非常重要,即测量参数测量范为和精度。我们当前在研制、验收、维护中常常为测量引起争议，网络设备出了问题找不出原因，就是如此。

5  数字电视分析仪配置及要求

5.1 省、地市级前端网络监测、验收及开发仪器。

(1) 高精度的频谱分析功能。实际上就是一个高精度频谱分析仪。

(2)  CATV 模拟电视分析。它的功能与过去HP8591C功能一致。

(3) 高性能的数字电视测量指标（DVB-C）。世界最高水平BER：0～10-14；MER22～40dB 1dB（此指标非常重要）。

(4)  QAM损伤分析，实际上是对广义噪声的定量测试分析，这是今后数字电视深层次分析的方向。

(5) 时域分析，全程扫描小于1.5ms，是目前CATV分析仪中最快的,这对双向网络，特别是 Cable modem网络分析入侵信号分析非常重要的。

(6) 可以关掉均衡测试，目前一般网络测量都是在开均衡工作状态下测试，对于深层次的分析必须进行关均衡测试，这也是目前广电部新的要求，大的广电网络公司必备前端仪器，如果有条件在分前端都应有。

推荐仪器：美国胜利公司AT2500、R/S公司ETL。条件较差的前端或条件好的分前端，可选用美国韦克斯公司CX380。

5.2  维护使用的中档仪器

在维护网络中，也需要较详尽地分析，查找原因，应具备常用功能，最好还具有好的频谱分析。测量精度必须保证，特别是电平精度和MER的测量范围应在22～38dB以上，误差真正达到±1.5dB。

推荐仪器：CX380、CX350、TM1750

5.3  常规维护仪器

这类仪器只要求它具有一定的功能，但不需要强求精度，特点是稳定可靠，能判定网络在正常工作即可。但不能全配这种仪器,必须根据情况配置一些上述中挡仪器,条件好的可多配,以便於现场析。

推荐仪器TM1750A、HS1703C、HS1703Q、HS1701C、HS1701Q

5.4  数字电视图像频谱信号分析仪。

这种数字电视分析仪是在保证数字电视参数外，最重要的是重视直观电视图象监视、实现标清、高清图象收看，作频谱分析，并具有解码卡座，有码流输出、播放功能。

推荐仪器：德国宝马公司PRE、PREⅡ、PREⅡ+、PREⅡ-HD、PRE-CDMA

5.5  当前数字电视传输测量已离不开三网融合测量、无论是用Cable Modem方式或者EPON方式，都必须在数字电视测量基础上，增加以太网测量、Ping，IP电视、IP电话测量等功能。目前较为完整的是美国韦克斯公司的CX380、CX350、CX180等三网融合分析仪。

此文是本人从事数字电视测量研究及实际测量中遇到问题的梳理，仅供参考。更重要的是呼吁有线网络的同仁重视网络质量，重视测量，为保证我国数字电视三网融合顺利开展。也许是杞人忧天吧！