有线数字电视系统的参数及测量
有线数字电视系统的参数及测量
有线数字电视系统包括编解码、复用和传输等多个环节，整个过程涉及的技术指标较多，其中的关键参数影响着数字信号质量和整个系统的稳定性，所以必须对关键技术参数进行了解和测试。
有线数字电视系统中，模拟视音频信号按照MPEG-2标准经过抽样、量化及压缩编码形成基本码流ES，基本码流ES是不分段的连续码流。把基本码流分割成段，并加上相应的头文件打包形成打包的基本码流PES，PES包和包之间可以是不连续的。在传输时将PES包再分段打成有固定长度188B的传送包码流TS。TS流经系统复用加入PSI/SI及加密信息形成多路节目传输流，最后经过64QAM调制及上变频形成射频信号在HFC网中传输，在用户终端经解码恢复模拟音视频信号。
在有线数字系统中，TS码流参数和系统传输网络参数是需要了解和测试的重点内容。
1传输码流参数及测试
对MPEG-2TS流参数的测试，主要是依据“DVB系统测试指导”文件ETR290，测试并不依赖于任何商用解码器及芯片，而使用MPEG-2TS系统目标解码器（T-STD）的标准解码程序。
MPEG-2TS流参数的监测和特性分析包括TR101290测试标准3级错误检测、PSI/SI信息分析、TS流语法分析、PCR分析及缓冲区分析等。一般采用码流分析仪对TS流进行检测分析。
1.1TR101290的3级错误分析
依据DVB最新的TR101290测试标准将DVB/MPEG-2TS流的测试错误指示分为3个等级，第一等级是可正确解码所必须的几个参数；第二等级是达到同步后可连续工作必须的参数和需要周期监测的参数；第三等级是依赖于应用的几个参数。
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）传送码流同步丢失：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仍是188或204包长，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：标识节目相关表PAT的PID为0x0000，PAT 错误包括标识PAT的PID没有至少0.5s出现一次，或者PID为0x0000的包中无内容，或者PID为0x0000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为了随着每个具有相同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、包顺序错现象，会导致解码器不能正确解码。（5）PMT错误：节目映射表PMT标识并指示了组成每路业务的流的位置，及每路业务的节目时钟参考（PCR）字段的位置。PMT错误包括标识PMT的PID没有达到至少0.5s出现一次，或者所有包含PMT表的PID的包的包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27MHz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100ms或PCR整个发送间隔超过40ms，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500ns或PCR抖动量不得大于±500ns。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70ms，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0x0001的条件接收表CAT，或在PID为0x0001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。
1.2PCR分析
尽管PCR间隔错误和PCR抖动错误列在第二优先级中，但与第一优先级的参数有同样重要的地位。按照GB/T17975.1-2000第2.7.3节的规定，同一节目里两个连续PCR的时间间隔不能超过100ms。在数字电视广播应用中，PCR的时间间隔应不大于40ms。解码器要能够对PCR间隔在100ms以内的节目正确操作。
在MPEG-2标准中，假设在传输中所有参量的延迟都是一样的，编码器和解码器之间的延迟是固定的，则解码器利用接收到的PCR值，通过锁相环PLL 锁定本地系统时钟，使解码器服从于编码器，从而产生解码与播放的同步信号。但是在实际中，如果由于时钟的突然变化或再复用时对PCR的修改或传输码率
可以采用适当的频谱分析仪或者矢量分析仪测量系统的信噪比。
2.5调制误差比及其测量方法
数字调制信号的损伤通常用星座图来观察。在星座图中，噪声呈云状，差拍干扰呈环状，IQ不平衡的星座图不是正方形。
调制误差比（MER）包含了信号的所有类型的损伤，如各种噪声、载波泄漏、IQ幅度不平衡、IQ相位误差、相位噪声等。MER的测试结果反映了数字接收机还原二进制数码的能力，它近似于基带信号的信噪比S/N。
在用户端电缆信号出口处调制误差比MER要求达到30dB以上，可以采用QAM星座图分析仪和基准接收机来测量系统的调制误差比MER。
2.6传输系统非线性产物的分布和对信噪比的影响
传输系统非线性的根源是有源设备，在频率处理（调制、变频）和电平处理（放大）过程中，产生非线性失真是必然的。传输系统非线性失真产生新的频率成分，落到本频道或其他频道，都要成为干扰。在传输频道数很多时，非线性产物的数量是很大的。
HFC网中的光链路也会产生非线性，光链路的非线性主要产生于激光器。激光器的驱动电流与输出光功率特性上存在一个拐点。当驱动电流小于拐点时，输出光功率会急剧减小，形成光功率削波，从而产生大量的非线性产物。当QAM信号的光调制幅度增大到与模拟调幅信号的光调制度接近时，大量的非线性产物产生，因此应当正确配置光发射机的射频RF输入电平，防止削波特别是防止数字信号的削波发生。
数字频道采用64QAM，占有8MHz带宽。64QAM已调波的频谱像一个限定宽度的噪声带。从频谱分析仪上看，一个频道的64QAM已调信号，像一个抬高了的噪声平台，均匀分布在其中心频率两侧，它的能量在限定带宽内是均匀分布的。在传输通道存在非线性失真的情况下，数字频道与数字频道之间，数字频道与模拟频道之间的互调、交调产物呈白噪声性质，在被干扰的频道内弥散分布，这等于在被干扰频道里增加了噪声，通常称之为组合互调噪声（CIN）。
数字频道间，数字频道与模拟频道间的非线性产物，不再具有离散分布的特点，它以均匀分布的噪声形式出现，它对被干扰频道图像质量的影响以互调噪声的方式，劣化被干扰频道信号的信噪比。
被干扰频道是数字频道时，虽然该频道的电平并没有降低，但表现为图像频繁的马赛克。
2.7网络的相位特性对数字频道误码率的影响
数字电视采用既调幅又调相的QAM调制，不但信号的幅度影响码值的判决，信号的相位也影响码值的判决。尤其是高阶的64QAM，有64个判决点，点与点之间的幅度和相位差异都很小，对链路相位特性必然是十分敏感的。一般影响网络的相位特性有两种情况：（1）在电缆传输链路中形成的多径效应产生符号间干扰（ISI），影响相位判决的准确性，易产生误判决形成误码；（2）频率源的相位抖动。一般用相位噪声描述，相位噪声是指单位赫兹的噪声密度与信号总功率之比，也称残余相位调制，表现为载波相位的随机漂移，是评价频率源（振荡器）频谱纯度的重要指标。在时域中，它被解释为一个正弦信号在时域中过零点的不确定性，表现为波形的抖动；在频域中，则表现为谱线的近旁扩散，常转化为载波边带的幅度噪声。可以采用QAM星座图分析仪测量调制相位抖动。
相位噪声的影响，在星座图上表现为星座点轨迹围绕着I-Q平面的原点旋转。与通常噪声使星座点以原地点为中心的扩散不同，在64QAM调制方式中，I-Q平面星座图上的每个点代表一个6bit的二进制数据，在理想的传输条件下，64个星座点的位置是固定不变的。当星座点的旋转扩散范围超过了判决门限时，就不会正确判决而形成误码。由于相位噪声，使星座图上星座点的轨迹围绕I-Q平面的原点旋转，因而，位于星座图四角的星座点，受相位噪声的影响而偏离最大。可见，在相位噪声影响下，星座点的旋转要比通常噪声形成的星座点扩散严重。系统相位噪声的来源是频率处理，如调制器、频率变换器、解调器等，所以应挑选相位噪声低、调制错误率（MER）小的设备