有线数字电视系统测量技术参考

有线数字电视系统测量技术参考
第一部分:传输流测试
1.1 传输码流参数及测试
对MPEG-2 TS流参数的测试，主要是依据“DVB系统测试指导”文件TR101290。

MPEG-2 TS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。

TR101290的3个优生级(priority)错误的基本理解：
依据最新的TR101290标准将DVB/MPEG-2 TS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。

1.1.1 DVB/MPEG-2 TS流的第一优先级测试
第一级共6种错误，包括：同步错误、同步字节错误、PAT错误、连续计数错误、PMT 错误及PID错误。

（1）同步错误(TS Sync Loss)：同步错误是衡量传输流质量的最重要的指标。

用码流仪可观察某个TS有无同步错误的报警信息。

评测标准：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。

故障表现：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,严重的同步丢失将导致TS传输中断。

在机顶盒端的表现为节目画面有马赛克，甚至节目播放中断。

（2）同步字节错误(Sync Byte Error)：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。

评测标准：同步字节值只要不是0X47即可判断为同步字节错误。

故障表现：严重时会导致解码器解不出信号。

在机顶盒端的表现为节目播发有停顿，马赛克，甚至节目播放中断。

（3）PAT错误(PAT Error)：PAT在DVB标准中用于指示当前节目及其在数据流中的位置，标识节目相关表PAT的PID为0x0000。

评测标准：出现下列情形即为PAT错误：1.标识PAT的PID没有至少0.5 s出现一次(也就是最大重复间隔500ms)；2.PID为0x0000的包中无内容；3.PID为0x0000的包的包头中的加密控制段不为0。

故障表现：PAT丢失将导致解码器无法搜索到相应的节目包，使得机顶盒接收端收不到图像；PAT接收超时，解码器工作时间将延长，在机顶盒端表现为无法正常搜索到节目，节目播放失败等。

（4）连续计数错误(Cont Count Error)：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。

评测标准：只要TS包头连续计数不正确即产生该错误；用码流分析仪可直接针对某路PID给出该错误报警信息。

故障表现：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(PAT Error)：PMT在DVB标准中用于指示该套节目视/音频数据在传输流中的位置。

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。

评测标准：出现下列情形即为PMT错误：1.标识PMT的PID没有达到至少0.5 s出现一次(也就是最大重复间隔500ms)；2.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；
故障表现：某一套节目的PMT丢失，将导致解码器找不到该套节目视/音频数据，在机顶盒端的表现为收不到图像或声音。

PMT传输超时，将影响解码器切换节目时间，在机顶盒端的表现为在不同节目之间切换时，响应速度会比较慢，并偶然性地出现节目播放不出来的情形。

（6）PID错误(PID Mssing)：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。

1.1.2 DVB/MPEG-2 TS流的第二优先级测试
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。

详述如下：
（1）传输错误(Transport Error)：TS包数据在复用/传输过程中出现错误，包头标识位置被置为1，表明包已损坏，通过监测TS包的错误，可以监测码流是否连续及稳定。

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）循环冗余校验(CRC)错误：如节目专用信息(PSI)和服务信息(SI)出现错误，可以由CRC计算出来，以指明该包是否可用。

PAT、PMT出现连续错误，将影响解码器对某一节目的正确解码。

这些表中的信息有错，将不再从出现错误的表中得出其他错误信息。

（3）节目参考时钟间隔错误(PCR Discont)：PCR用于恢复接收端解码本地的27 MHz 系统时钟，每40ms传输一个。

评测标准：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，即为PCR间隔错误。

故障表现：导致接收端时钟抖动或者漂移，影响画面显示时间。

（4）节目参考时钟抖动错误(PCR Jitter Error)：正常情况PCR的精度必须高于500 ns。

评测标准：PCR抖动量大于±500 ns即为PCR抖动错误，用码流分析仪可检测出实际抖动的具体范围值。

故障表现：PCR抖动过大，会影响到解码时钟抖动因而出现马赛克现象，严重时不能正
常显示图像或失锁。

（5）播出时间标记错误(PTS Error)：在DVB标准中规定PTS每700ms传输一次。

评测标准：播出时间标记PTS重复发送时间大于700 ms，即可判断为PTS错误。

故障表现：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，就不能正确接收和解码加扰节目。

1.1.3 DVB/MPEG-2 TS流的第三优先级测试
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。

具体故障表现如:
✧NIT错误将导致机顶盒无法进行自动的全网搜索或节目搜索不完整.NIT Actual最
大字段间隔10s,最小字段间隔25ms; NIT Other最大字段间隔10s,无最小间隔.
✧SI重复率错误将导致机顶盒不能正常搜索到所有节目或者搜索情况不稳定,时而
能搜索到,时而搜索不到.
✧SDT错误将导致节目搜索成功后不能正常地显示节目名,如出现”未知节目
名”.SDT Actual 最大字段间隔2S,最小字段间隔25MS;SDT Other最大字段间隔
10s,无最小间隔.
✧EIT错误将导致机顶盒接收EPG的当前后续信息和周电视报不正常.EIT Actual 最
大字段间隔2s,最小字段间隔25ms; EIT Other最大字段间隔10s,无最小间隔.
✧TDT错误将导致机顶盒得不到正确的系统时间,受影响的有EPG信息,NVOD等.
1.2 PCR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。

PCR分析包括PCR的精度分析和PCR的间隔分析。

PCR精度(PCR_AC)是指允许偏离正确PCR值的范围。

对于MPEG-2标准，PCR抖动量≤±4 ms，对于DVB标准，PCR抖动量≤±500 ns（即PCR的精度必须高于500 ns）。

PCR的间隔指两个连续的PCR之间最大的间隔时间，DVB的默认值是40ms，MEPG-2的默认值是100ms。

1.3缓冲区（Buffer）分析
缓冲区分析用于分析系统和各路节目的系统目标解码器的缓冲器的存储情况，其中缓冲器容量表示该缓冲器的大小；缓冲器数据量表示某时刻在缓冲器中存在的数据的百分数；缓冲器出口速率表示不同类型的数据离开缓冲器的速度；MPEG-2规定的缓冲器错误有上溢错误、下溢错误、空缓冲器错误及数据延迟错误，描述了缓冲器出现的不同的错误的次数。

1.4 PSI/SI分析
数字电视业务信息由PSI和SI两部分构成。

PSI是MPEG-2规定的，它由PAT、PMT、CAT 和NIT 这4个表构成，其中PAT、PMT表最为重要。

SI是DVB标准规定的，它由BAT、SDT、EIT、RST、TDT、TOT、ST、SIT和DIT 这9个表构成，其中BAT、SDT、EIT和TDT是强制性必须发送的,其余的属于可选发送。

PSI/SI由“表”和“描述符”构成。

表是PSI/SI的基本结构，针对特定用途，PSI/SI中规定了一系列表来实现它；表由变量和描述符组成,描述符提供了更多的描述功能。

下面是各表的说明:
PAT:节目关联表,针对复用的每一路业务提供相应的PMT的PID(TS包的包标识符的值)和NIT的位置。

PMT:节目映射表,标识并指示组成每路业务的流的PID，及每路业务的节目时钟参考(PCR)字段的PID。

CAT:条件接收表,提供复用流中条件接收系统的有关信息。

这些信息属于专用数据，并依赖于条件接收系统。

当有EMM时，它还包括EMM流的PID。

NIT:网络信息表,提供有关物理网络的信息,如网络名称,网络ID,调制参数,符号率,频率,纠错方式等信息。

BAT:业务群关联表,提供业务群相关的信息，包括业务群的名称及每个业务群中的业务列表。

SDT:业务描述表,包含描述系统中业务的数据，例如业务名称、业务提供者等。

EIT:事件信息表,包含与事件或节目相关的数据，例如事件名称、起始时间、持续时间等。

不同的描述符用于不同类型的事件信息的传输，例如不同的业务类型。

TDT:时间和日期表,给出与当前时间和日期相关的信息。

由于这些信息更新频繁，所以需要使用一个单独的表。

分析PSI/SI，可以了解被监测的TS流的复用结构、每个PMT表的PID、每路节目的PCR 的PID、视/音频的PID、SDT和EIT的详细信息。

如果被监测的是加密的TS流，还可以通过分析PSI/SI获取相关加密信息。

使用比较先进的码流监测设备，甚至可以检测NIT、SDT、EIT中具体错误的根源，例如NIT_Actual_Error、NIT_Other_Error、SDT_Actual_Error、SDT_Other_Error、EIT_Actual_Error、EIT_Other_Error、EIT_PF_Error等。

相对而言，第三优先级相关数据的错误对接收端的解码及其图像质量产生的影响较小，因而一些监测设备对第三优先级中一些参数不做检测，或在监测设置上可以取消对其检测，例如缓冲器错误、空缓冲器错误和数据延迟错误。

1.5 TS流的基本结构信息分析
TS流的基本结构信息监测包括TS流的信息构成、TS包的包长、PSI/SI表的传输间隔、传输流的ID、PID的数量、网络ID和网络名称。

TS流的信息构成是指整个TS流所包含的节目数量、每个节目的节目号和节目名称、节目是否被加密等信息。

其实，这些信息都是从PSI/SI中提取的简单信息。

节目数量可以靠分析PMT表的数量而获得；节目号就是Service_ ID的值，并且应该和复用器、EPG上的配置相对应；节目名称来自SDT表下对应子表Service_Descriptor下的字段Service_ Name；而节目是否被加密可以通过CAT表和EMM、ECM确定。

因为PSI/SI中包含了大量的信息，建议单独分出来，在需要的时候再进行细致的分析。

对于一个有众多节目来源的播出前端来说，能够掌握传输流的ID、PID的数量、网络ID和网络名称是非常重要的。

1.6 带宽码率监测
带宽码率监测包括整个TS流总码率的最小值、最大值、有效值、当前值、TS流中每路节目的码率和所占带宽的比率、PSI/SI中每个表的码率、空包率和其它数据的码率。

监测TS流的总码率，可以防止TS流瞬间超过带宽而影响传输和接收，同时也为一个通道的节目规划设置提供了重要的参考。

监测TS流中每路节目的码率，可以掌握每路节目的播出状况。

尤其是在统计复用的情况下，当不同优先级别的节目因瞬间码率过高而使预先设置的总带宽溢出时，可能会为了保证优先级高的节目的效果而强行对优先级低的节目降码率，结果影响优先级低的节目在接收端的效果。

这些都可以通过监测TS流的节目码率而及时掌握和处理。

第二部分:传输网络技术参数及测试
经过MPEG-2信源编码和MPEG-2 TS传输流复用后生成的MPEG-2传输复用包经过扰码、RS编码及卷积交织后，进行64QAM调制形成中频调制信号，中频调制信号经过上变频转为射频信号然后送入HFC网传送到用户。

QAM是二维调制技术，在实现时采用正交调幅的方式，某一星座点在I坐标上的投影去调制同相载波的幅度，在Q坐标上的投影去调制正交载波的幅度，然后将两个调幅信号相加就是所需的调相信号。

由于QAM是幅度、相位联合调制的技术，它同时利用了载波的幅度和相位来传递信息比特，因此在最小距离相同的条件下，QAM星座图中可以容纳更多的星座点，即可实现更高的频带利用率，但QAM会受到载波幅度失真的影响，其可靠性不如PSK。

数字电视和模拟电视的频谱结构及能量分布完全不同。

由于QAM中的调幅是平衡调幅，抑止了载波，因而从频谱分析仪上看，一个数字频道的已调信号，像一个抬高了的噪声平台，均匀地平铺于整个限定带宽内。

伴音信号在MPEG-2编码时，已经与图像信号以包的形式复用到了一起，因而，一个数字电视频道，不但没有所谓图像载波，也没有伴音载波。

数字频道的存在，非线性产物对模拟频道的干扰明显比数字频道严重，所以应当把数字64QAM信道功率配置为比模拟信道图像载波峰值电平低至10 dB。

2.1数字电视的信号电平及其测量方法(LEVEL)
QAM调制的数字电视信号，没有图像载波电平可取，整个限定的带宽内是平顶的，无峰值可言。

所以，QAM数字频道的电平是用被测频道信号的平均功率来表达的，称为数字频道平均功率。

测量方法：对整个频道进行扫描、抽样，由于每一个随机抽样点的功率也是随机分布的，所以把每一个抽样点的功率值取平均。

这种测量功能是模拟电平测试仪器不具备的，所以不能用模拟电平表测量数字频道电平，把结果进行修正当作数字频道电平，而只能用数字场强仪测量数字频道平均功率电平，测量时应当把频率设定在该频道的中心频率处。

评测标准：在用户端电缆信号系统出口处要求：信号电平为47～67dBμV（比模拟电视信号的要求低10 dB），数字相邻频道间最大电平差为≤3 dB,数字频道与相邻模拟频道间最
大电平差为≤13 dB。

故障表现：当电平超出正常范围之外时，机顶盒不能正常锁定RF信号。

当处于临界值时，可能出现画面停顿或马赛克。

2.2数字电视的噪声电平及其测量方法
测量模拟频道噪声时，在模拟频道取噪声测试点，只要偏离图像载频即可。

而由于数字电视的类白噪声性质的频谱分布，测量数字频道噪声不能使用模拟频道的测量方法。

数字频道内有用能量也像噪声，没有什么特点把它们分开，所以测量噪声，要到被测频道的邻频道去取样，并且这个邻频道应当是空闲的。

测量方法：可以采用数字场强仪，频谱分析仪或者矢量分析仪和误比特率（BER）分析仪测量数字信号电平和数字系统的噪声电平。

评测标准：待补充。

故障表现：机顶盒不能正常锁定RF信号。

当处于临界值时，可能出现画面停顿或马赛克。

2.3误码率及其测量方法(BER)
数字电视信号是离散的信号，接收到的数字电视信号要么是稳定、清晰的图像，要么就是中断（包括马赛克、静帧），具有“断崖效应”的特点。

信号的这种变化，只与传输的误码率有关，所以把误码率作为衡量系统信号质量劣变程度的最重要的指标。

测量方法：可用数字场强仪，带QAM输入的码流分析仪，伪随机二进制序列（PRBS）发生器、带PRBS码流串行接口的QAM调制器、频谱分析仪和误比特率（BER）分析仪来测量误码率。

评测标准：在RS解码前的TS流的误码率规定为不劣于10-4，其他参数（如载噪比C/N、调制误差率、噪声容量）的限额值都是为了保证该误码率的。

故障表现：机顶盒端可能出现画面静帧或马赛克。

2.4信噪比及其测量方法（S/N & C/N）
信噪比S/N指传输信号的平均功率与噪声的平均功率之比。

载噪比C/N 指已调制信号的平均功率与噪声的平均功率之比，载噪比中的已调制信号的功率包括了传输信号的功率和调制载波的功率。

在调制传输系统中，一般采用载噪比指标；而在基带传输系统中，一般采用信噪比指标。

测量方法：可以采用数字场强仪，带QAM输入的码流分析仪，频谱分析仪或者矢量分析仪测量系统的信噪比，载噪比。

评测标准：只要满足GY/T 106-1999《有线电视广播系统技术规范》要求的有线网，在用户端电缆信号出口处数字频道载噪比要达到31dB以上（64QAM信号）。

故障表现：数字调制信号对网络参数的要求主要反映在载噪比上，载噪比越大，信号质量越好，反之信号质量就差，模拟电视会出现“雪花干扰”，数字电视会出现马赛克，严重时会造成图像不连续甚至不能对图像解码。

2.5调制误差比及其测量方法(MER)
数字调制信号的损伤通常用星座图来观察。

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。

测量方法：可以采用数字场强仪，带QAM输入的码流分析仪进行测试。

评测标准：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。

故障现象：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。

机顶盒端表现为信号失锁或信号锁定不稳定，节目播放有停顿，马赛克。

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8 MHz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6 bit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。