数字电视的网络传输要求与与调试的必要性

时间:2011-01-07

     数字电视是人们谈论的热闹话题之一。由于数字电视是种新鲜事物,一些相关报道及文章介绍中出现似是而非的概念,诸如“数码电视”、“全数字电视”、“全媒体电视”、“多媒体电视”等,造成大众感到困惑,茫然不知所措。其实,“数字电视”的含义并不是指我们一般人家中的电视机,而是指电视信号的处理、传输、发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。

数字电视

  1、有线数字电视网络传输的基本概念

  我国有线数字电视采用欧洲DVB-C标准,利用数字音视频压缩技术.可以在现有的一个模拟频道内传送4~10套标准清晰度的数字电视节目或1~2套高清晰度电视节目。DVB-C通过数字时分复用(TDM)的方法将各套节目的数字码流按照一定的规律复合成一个码流,由此可以大大提高网络的传输能力.以充分利用频带资源。

  在调制方式上.数字电视与模拟电视系统有着明显的区别:有线数字电视传输主要采用正交调幅调制(QAM调制),这种调制方式包含了信道编码的功能.能够提高数字电视信号在传输中的抗干扰能力.同时还利用了误码纠正技术.从而可以降低由于数据码流经长距离传输后不可避免地引入噪声而发生的误码.以提高其抗干扰的能力。

  在数字电视传输网络中.传输的是数字电视信号.而在用户终端依然是模拟电视机.只能接收模拟电视信号.所以必须采用机顶盒进行接收。机顶盒的工作过程就是我们前端对数字电视信号处理的逆过程.机顶盒通过将有线网络传输过来的射频信号解调、解密并解码成模拟基带信号(AV信号)显示到电视机上。

  2、有线数字电视网络传输的主要技术指标与网络表征

  有线数字电视网络参数主要包括四大类:信号电平与频谱参数 调制质量参数、码流分析参数、图像质量参数。

  信号电平及频谱参数主要有:信号电平 噪声电平、载噪比、噪声余量 等价噪声劣化、带外杂散.均衡器响应.BER(比特误差率)与EblNO的关系等。

  调制质量参数主要有:MER(调制误差率)、载波抑制、幅度不平衡、正交误差 相位抖动(PJ)、RS解码前误码率等。

  码流分析参数:码流分析的目的是为了保证数字电视网络系统中各点各处数字Network Technology//电视数据的正确性.它是系统提供服务的基础。

  图像质量参数:图像质量是衡量整个数字电视系统终质量的标准,因为我们提供给用户终的目标就是优质的视音频节目.可以说所有的技术参数终都是为了保证图像质量参数。

  其中,信号电平、噪声电平、载噪比、噪声余量这几个指标是数字电视网络传输的基础,既决定了信号的抗干扰能力、与模拟电视传输互不干扰的能力.也决定了网络中各种失真的情况,固而应该首先保证这几个指标。BER(比特误差率)是决定用户接收机能否正常解码的一个关键指标,而且它较容易受到其它各种指标的影响.因此必须保证到用户接收端的BER指标一定要好。MER(调制误差率)、载波抑制、幅度不平衡 正交误差、相位抖动、RS解码前误码率等是表征整个网络调制传输质量的一系列综合指标.后面这些都会直接影响MER(调制误差率).而MER(调制误差率)是传输系统的一个关键指标,其表征了数字信号传输信道的好坏,而且将直接影响BER。

  数字电视传输对网络传输系统的载噪比有明确的要求,而对系统的非线性失真没有特别的要求,当然CSO与CTB指标的明显劣化也将影响数字电视的正常传输。

  在模拟电视系统中我们就知道.载噪比与网络放大器的级联级数有着直接的关系,当然,现在我国大部分地区都建成了HFC宽带网络,光节点进一步向用户端延伸,网络放大器的级联数已经大为减少,所以目前的有线电视网络中载噪比这一指标一般都能很容易满足要求。数字电视传输网络中,当这个指标由于某种原因下降到一定程度,就会导致高误码率的出现,用户终端反映出的是马赛克的情况,甚至出现无法收看的现象。

  另外,在有线数字电视网络传输过程中,反射、相位差这些对模拟相对影响较小的问题对于数字电视影响也将会很明显 具体表现在像相位抖动、群延迟等指标恶化,从而会明显影响网络传输的质量,因此需要在El常的相关网络维护过程中加以注意。

  需要指出的是,笔者认为上述这些指标中重要的也是我们常用的应该是平均功率、BER(比特误差率)、MER(调制误差率),由三者的相互结合测量分析就基本能够衡量数字电视网络传输系统的好坏,当然,更科学的分析应该包括以上所述的所有指标。

  3、有线数字电视传输对网络的要求

  (1)网络传输指标要求

  由于我国目前对HFC网络传输数字电视的技术指标的相关标准并未出台,因此参考国际标准ITU—J.1 12附录A(数字视频广播有线电视分配系统<DVB-C>的交互信道)、IEC 数字调制信号的技术参数及要求“规定,结合长期以来有线电视的实际经验,在要求BER=IOE-8时,在64qN~调制方式下我们选取数字电视系统相关技术指标如下:

  C/N≥27dB

  MER≥28dB

  CSO≥43dB

  CTB≥43dB

  (2)对频带及带内平坦度的要求

  目前我们进行模拟有线电视向数字电视的平移,主要有两种方案:一是采取模数混传的形式,先发展数字电视用户,待数字电视用户规模达到一定数量时停送模拟信号。这种方式对频带的划分基本采取为550Mhz以下仍然作为传输模拟信号的频段,550-750MHz作为传输数字电视信号的频段,这样的话就必须先将网络系统升级为750MHz或860MHz系统.并且在信号调整时,要将数字电视信号功率电平低于模拟频道的(峰值)5-lOdB,以免与模拟信号相互产生干扰。另一种方式是采取数字电视整体平移的形式,直接用550MHz以下的频段传输数字电视信号,1 10-550MHz这个频段存在53个模拟频道的位置,基本可以满足频道带宽资源的要求,只是在整体平移时需要以光节点为单位,采取分步的形式进行平移。

  与模拟电视一样,数字电视频道输出电平的大小和频道之间的电平差以及带内平坦度对网络系统的技术指标有直接影响,数字电视传输的相邻频道间应保持在3dB的电平差范围之内。当网络上某个器件接触不良或者这个设备的频响出现问题时.其中某一个或几个频点的信号电平降低,从而将使得带内平坦度得不到保证 网络系统在这些点的信噪比指标会明显下降,当信噪比恶化到一定程度时,机顶盒在这些频道位置就有可能解调不出数字信号来,或者能够解调出信号,但经常会出现马赛克的现象,所以网络设备及器件应严格按照标准规程进行安装调试,以保证整个网络传输系统的带内平坦度。

  通常机顶盒的接收电平为-1 5-+20dBmV, 而在模拟电视传输中,我们将用户终端电平设计值调整在70士5dB“V,高低端的电平差保持在5dB以内,所以我们只要保证用户终端的接收电平在模拟传输要求的电平范围之内,数字相邻频道问电平差≤3dB,数字频道与相邻模拟频道问电平差≤13dB就可以满足数字电视接收的电平要求。

  (3)保证网络器件的可靠连接

  数字电视信号对网络各种器件的可靠连接要求相当严格,特别是传输电缆外导体的连接。当同轴电缆的连接由于弯曲半径不符合要求.物理损伤、连接头进水、氧化等原因接触不良或干线设备空闲头未做终端匹配、分配器有空13未做终端匹配以及不合格器件(主要指反射指标不合格)、不合理分配方式等情况时容易产生网络阻抗失配而引发回波反射干扰的现象。因为由于网络阻抗失配引起的回波反射信号具有一定延时,当幅度足够大时会造成误码率显着增加,数字码流就不能正常传输,机顶盒就不能正常解调出数字信号,可能一个或几个数据包将解调不出来,也就无法正常收看这些节目。常见的就是用户家里的TV连线外屏蔽网接触不良造成的线路开路、短路情况时,会造成阻抗失配且反射波较重,同时也会由于同轴电缆特性阻抗的均匀性和一致性引起的对低频反射波的衰减小而导致这种故障。

  另外,由于目前有线数字网络多数停留在550MHz带宽,在实现数字电视平移时不得不采用增补频道。而事实上.这部分频道并非一定是有线电视独立在使用.因而这部分频道也相对容易受到外界干扰而造成信号叠加.产生相位噪音。相位噪声对模拟电视的影响相对比较轻,即便相位噪声指标很差,也不过表现为图像暗场时出现杂乱无章的花纹,因此相位噪声指标在模拟电视里基本不被考察,而对于数字电视这种噪声则会引起部分节目有马赛克或无法接收。

  4、有效提高网络传输的稳定性

  为了保证有线电视用户的合法权益,给用户一个全新的收视环境,感受数字电视节目和各种多功能业务的精彩,要千方百计地提高网络传输的稳定性。不管是以前的模拟电缆网络还是现在的宽带HFC网络.传输信号的稳定性一直以来受到市电供电系统的制约,因此要利用各种办法.尽量避免供电系统对网络传输稳定性的影响。

  为了完善整个网络系统的稳定性.在前端还应设立网络设备监测系统.它可以有效地对网络设备的正常运行进行监测。

  如果是在提供交互数字传输业务的系统中.还应合理利用上行信道的频道带宽.维护好上行信道的畅通无阻.目前双向HFC网络面临的一个关键问题是上行信道中的噪声和干扰的积累.为了保证交互式数字业务的正常运行.必须对反向链路进行有效的噪声控制.所以还需要建立噪声实时监控系统。

  5、数字电视开通前期的网络调试

  通过对部分已开展数字电视业务城市的了解,发现有线网络数字化后的维修故障率明显高于模拟传输时的维修故障率,因此为了能够lJ~,J进行数字化,在数字电视传输开通前,有必要先进行网络的全面调试工作.这样可以大大地降低数字电视开通后故障率,并从网络调试中进一步积累维修经验。

  数字电视正向传输的网络调试常用仪器主要有码流分析仪,数字场强仪和机顶盒及其他一些设备。利用码流分析仪在网络的各点对码流参数进行检测分析.测算数字电视系统的各项技术指标,利用数字场强仪测量网络各点的数字频道电平值和整个频谱,但是在有线电视数字化的准备阶段可能没有码流分析仪.甚至没有数字场强仪.或者在数字化整体平移之前.网络中仍然传输的是模拟信号和部分测试用的数字信号.这时候的网络前期调试主要就是根据网络设计资料和具体的电平计算.通过对现有的模拟传输系统进行网络调试,找出网络中潜在的问题并进行有效的处理.比如网络中存在电缆接头接触不良的地方、传输网络中的电平平坦度有特别突出的地方等等。另外.吴江广电在数字电视平移前实际所采取的在有线网络中混入测试数字电视信号.通过吴江广电内部人员分别带机顶盒回各自所在小区进行测试性收看.通过对有线网络的各个位置点进行机顶盒接收调试,从而全面了解现有网络传输数字电视信号的实际状况的做法也不失为一种比较行之有效的办法,根据终端信号的状况可以直接反映出网络的传输质量。当机顶盒接收出现异常.则说明网络存在问题,可以通过查找关键点对网络进行逐级排查.找出故障所在。

  由于目前开展交互式数字业务的情况比较少.所以针对双向网络的反向链路网络的前期调试.应充分利用仪器,按照相关的方法进行调试.这里就略过不再赘述。

  6、数字电视与模拟电视传输网络调试维护的几点区别与认识

  数字电视的网络传输与模拟电视的网络传输存在许多不同之处.因此也有许多概念需要我们网络调试维护人员加以区分,以更快捷有效地甄别数字电视传输网络维护过程中遇到的各种问题:

  (1)数字电视中频道不等于节目。由于模拟电视一个8MHz带宽的频道只能传送一套节I1.所以长期以来.我们已经习惯性的把频道和节I1看成是一回事.改换频道就是改换节I1。而数字电视时代几套节I1同时调制在一个8MHz带宽的载波上.一个频道运载着几套节I1.因此传输过程造成的频道损伤.也就往往会几套节I1同时出现劣化。

  {2)QAM调制信号和白噪声的频谱类似.不存在载波.因此也不存在CTB和CSO.非线性产物的频谱也类似白噪声.传输系统性能的劣化终都归结为噪声:热噪声,非线性噪声、相位噪声、脉冲噪声等。数字信号对热噪声不敏感(相对于模拟信号).而对相位敏感,因此纯数字传输系统应该和模拟系统以及模数混传系统有不同的思路、不同的设计,甚至采用不同的设备:相位噪声取决于光发射机和机顶盒(3)数字电视在终端接收时由解调、解码两个过程完成.模拟电视只要完成解调.节目便恢复了。而机顶盒对数字电视信号的解调、解密、解码还必须在前端提供的引导信息指引下才能进行,机顶盒不能独立完成。因此 前端提供的引导信息在接收中的作用等同于节目信号.丢失、损伤也会造成收不到节目。

  (4)数字电视信号的一切劣化在图像中的表现通通都是马赛克、中断.没有模拟电视图像劣化那些雪花、网纹、雨刷等现象.因而会给从图像判断故障性质造成困难。

  (5)接收数字电视有断崖效应。以往接收模拟电视时信号的劣化在图像上的表现是渐变的。比如C/N逐渐变坏,图像的雪花越来越多:交、互调逐渐变大,网纹越来越多。但图像依然是存在的,用户可以在一定程度上容忍这样的逐渐劣化。而接收数字电视过程中信号好时,图像清晰无瑕.一旦信号劣化超过门限.图像就立即出现马赛克、黑场而没有渐变与过渡的过程.我们网络调试维护者不能从图像上的具体表现分析故障的原因。

  (6)单频干扰对数字电视接收的影响比模拟电视大得多。单频率的干扰,对模拟电视的影响,一般只是一个频道出现网纹,影响不大.判断也容易;而对数字电视的影响就显得复杂:一是同时影响一个频道上所运载的几套节目,而不是一套节目:二是都表现为马赛克、黑场,没有过渡过程,不容易判断。单频干扰的来源有网络设备自身产生、外界侵入等。自身原因有设备自激(正、反向放大器、光结点都可能发生)、较强的互调干扰等.外界原因主要是无线通信干扰.特点是分布于固定通信频段、干扰发生时由同一个频道运载的几套节目同时劣化、存在地域性(在无线发射台附近)。比较难于解决的是如电脉冲、火花等突发性干扰,它也能造成一个频道的几套节目图像马赛克、黑场.并且恢复时间较长。

  (7),不容忽视的便是上文中说到的网络回波反射对传输的影响。实践证明,因网络反射造成的误码率增加是十分明显的。这一在模拟传输中不被重视的问题,必须引起足够注意。传输网络调试维护时.在排除了网络其它故障后仍解决不了问题时,就要考虑反射了,而反射产生的原因就是不匹配。在数字电视整转转换之前.必须有针对性的对网络进行计划整治,防止问题的集中发生。


  
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