史坤详数字电视长距离传输.ppt

数字电视及其外调制长距离传输技术史坤祥,数字电视平台系统结构,数字电视是一个系统的概念.数字电视系统通常由数字前端传输网络用户终端三部份组成.,交互电视技术平台结构框架,数字卫星,接收机,本地直播,视频节目,*,数字实时,压缩编码,卫星节目,视频节目,压缩制作,数字视频,节目服务,视频节目,内容审核,视频节目,播出排程,EPG,节目信息,编辑制作系统,各类多媒体应用,*,SI,信息服务器,数据和,应用播控系统,数据和,应用服务器,*,多,路,复,用,器,*,C,A,加,密,控,制,系,统,*,Q,A,M,调,制,和,信,道,处,理,双,向,通,信,系,统,有,线,网,络,电视机,*,机顶盒,计算机,互联网,有线网络,*,用户计费,管理客服系统,数字前端传输网络用户终端,数字前端,1前端系统数字电视前端系统是有线电视网络的信息源及交换中心：-数字电视前端系统一般可分为四个主要部分：信号输入部分、信号处理部分、信号输出部分和系统管理部分，每一个部分都有其特定的功能，最终组成完整的数字电视前端-数字电视的前端系统一般由数字卫星接收机、视频服务器、编解码器、复用器、QAM调制器、各种服务器以及管理控制系统组成,数字电视前端结构模式,数字前端系统结构,SI：服务信息,信号采集,信号处理,传输接口界面,管理平台,SMS,EPG,IP,VOD,CAS,数字前端结构框图,解扰,路由,再复用,TS处理,加扰,典型的中央前端,TSDescrambler（TS输出解密器）,Encoder,Encoder,TelecomInterface（电信接口）,Receiver接收机,Encoder,Encoder,Encoder编码器,OpticalFibreRing,MUX,MUX-系统的第一级信道编码采用R-S前向纠错编码保护；-调制与其它附属的信道编码方式，由不同的传输媒介来确定；-使用通用的加扰方式以及有条件接收界面,几种不同DVB传输系统结构,卫星传输用MPEG-2编码系统框图,有线电视传输用MPEG-2编码系通框图,宽带通信传输用MPEG-2编码系通框图,-为了保证在任何情况下进入DVB传输系统的数据码流中“0”与“1”的概率都能基本相等，传输系统首先用一个伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱处理-伪随机序列是由一个标准的伪随机序列发生器生成的，其中“0”与“1”出现的概率接近50%-由于二进制数值运算的特殊性质，用伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱后，无论原TS码流是何种分布，扰乱后的数据码流中的“0”与“1”的概率都接近50%-扰乱改变了原TS码流，因此在接收端对传输码流纠错解码后，还需按逆过程对其进行解扰处理，以恢复原TS码流从信号功率谱的角度看，扰乱过程相当于将数字信号的功率谱拓展了，使其分散开了，因此扰乱过程又被称为“能量扩散”,RS(Reed-Solomon)码是在伽罗思域(GaloisField，GF)中运算的,在GF(2m)域中，符号(n，k)RS的含义如下:m表示符号的大小，如m=8表示符号由8位二进制数成,n表示数据包长度，k表示数据包中的信息长度,K=nk=2t表示校验码的符号数,t表示能够纠正的错误数目.例如，(28，24)RS码表示数据包长度为28个符号，其中信息代码的长度为24，检验码有4个检验符号。在这个由28个符号组成的数据包中，可以纠正包中出现的2个分散的或者2个连续的符号错误，但不能纠正3个或者3个以上的符号错误.,DVB-S（ETS300421）数字卫星直播系统以卫星通道作为传输介质-通过卫星转发的压缩数字信号，经过卫星接收机后由卫星机顶盒处理，输出现有模拟电视机可以接收的信号，这种传输覆盖面广，节目量大-数据流的调制采用四相相移键控调制（QPSK）方式，工作频率为11/12GHz，在使用MPEG2的MPML（主类主级）格式时，用户端达到CCIR601演播室质量的码率为9Mb/s，达到PAL播放质量的码率为5Mb/s-一个54MHz转达发器传送速率可达68Mb/s，并可供多套节目用-在DVB-S标准公布之后，几乎所有的卫星直播数字电视均采用该标准，包括美国的Echostar等，我国也选用了DVB-S标准,DVBS系统DVBS系统可适用于多种卫星广播系统，卫星转发器带宽可以从26MHz到72MHz，转发器功率从49dBW到61dBW发送端信号的处理分以下几个层次：-首先MPEG2的信源编码和复用，将输入的视频信号，音频信号和数据按MPEG2格式编码，再经节目复用和传送复用形成有用的数据包格式，包长188字节，包括1同步字节-然后将此数据码流经多项处理，目的是增加信号对误码的抵抗能力并使其适应通道传输特性这些处理包括：用伪随机序列使数据随机化，使用里德索罗门编码RS(204,188T=8)及卷积交织编码技术以提高对误码的抵抗能力-最后以QPSK调制方式发送至转发器为了达到最大的功率利用率和合理的频谱利用率，卫星系统采用QPSK调制并使用卷积码和RS级联纠错的方式,帧结构,DVB-C（ETS300429）数字有线广播电系统-以有线电视网作为传输介质，应用范围广-DVBC的MPEGTS流的帧结构是每8个188拜特(byte)包同步翻转一次-它采用QAM调制方式，工作频率在10GHz以下，采用64QAM正交调幅调制时，一个PAL通道的传送码率为41.34Mb/s，可供套以上节目复用-系统前端可从卫星和地面发射获得信号，在终端需要电缆机顶盒,DVBC系统电缆电视系统可由下图的方框图表示，其中分为两个部分：CATV前端和综合解码接收机(IRD)-为了使各种传输方式尽可能兼容，除通道调制外的大部分处理均与卫星中的处理相同，即有相同的伪随机序列扰码，相同的RS纠错，相同的卷积交织-随后进行的处理是专门用于电缆电视系统的：先进行字节（拜特）到符号的转换，如64QAM:将8比特数据转换成6比特为一组的符号，然后头两个比特进行差分编码再与剩余的4比特转换成星座图中相应的点,DVB-T(ETS300744)数字地面广播系统-相比于DVB-S/DVB-C,DVB-T是最复杂的DVB传输系统-地面数字系统发射的传输容量，在理论上大致与有线电视系统相当，本地区覆盖好-采用码分正交频分复用（COFDM）调制方式，8MHz带宽内一般传送4套高质量电视节目-DVB-C系统接收费用高，频道也较少,MPEG-2传送系统结构根据传输媒体的质量不同，MPEG-2中定义了两种复合信息流：传送流（TS）和节目流（PS：ProgramStream)无论对哪种码流，MPEG-2系统复接都分为两个步骤：1、视频和音频的基本码流(ES)分别按一定的格式打包，构成具有某种格式的打包的基本信息流（PES：PacketizedElementaryStream），分别称为视频PES和音频PES-这一步骤在打包器内实现-PES的长度可在一定范围内变化2、将视频，音频的PES流以及辅助数据(例如PSI，SI等）按不同的格式再打包，然后进行复接，即分别生成了TS流和PS流-TS流与PS流的区别：在于TS流的包结构是固定长度的(188byte)，PS流的包结构是可变长度的*节目流是对完整的视频和音频PES包进行复接形成的*由于视频、音频编码器本身的特性，PES包的长度是可变的，因此PS包的长度也是可变的*传送流是将视频和音频的PES包作为固定长度的TS包的净荷，然后对TS包进行复接形成的,PS包与TS包在结构上的差异，导致了它们对传输误码具有不同的抵抗能力，因而应用的环境也有所不同：-TS码流由于采用了固定长度的包结构，当传输误码破坏了某一TS包的同步信息时，接收机可在固定的位置检测它后面包中的同步信息，从而恢复同步，避免了信息丢失-PS包由于长度是变化的，一旦某一PS包的同步信息丢失，接收机无法确定下一包的同步位置，就会造成失步，导致严重的信息丢失*由于TS码流具有较强的抵抗传输误码的能力，因此在传输媒体中传输MPEG-2码流基本上都采用了TS码流的包格式,现有MPEG-2视频标准的技术规范集包括5（或6）类（profile）/4级（level）组成，并采用分级编码-所谓级(xL)是指MPEG-2的输入格式，标识从有限清晰度的家庭视频（VHS）质量图象到高清晰度（HDTV）图象-每一种输入格式编码后都有一个相应的码速率范围,-低级LL（LowLevel）：图象输入格式的象素是ITU-RRec.BT601格式的1/4，即352*240*30(代表图像帧频为每秒30帧，每帧图像的有效扫描行数为240行，每行的有效像素为352个)或352*288*25，相应编码的最大输出码率为4Mbps-主级ML（MainLevel）:图象输入格式符合ITU-RRec.BT601格式，即720*480*30或720*576*25,相应编码的最大输出码率为15Mbps,高级类20MbpsHDTV范围，基本上为ITU-RRec.BT601格式的4倍,其中:-1440高级H14L（High1440Level）:图象输入格式为1440*1152*25的高清晰度格式;相应编码的最大输出码率为60Mbps,高级类80Mbps-高级HL（HighLevel）:图象输入格式为1920*1152*25的高清度格式;相应编码的最大输出码率80Mbps,高级类为100Mbps,MPEG-2共分种类型6类（xP)：-简单类SP（SimpleProfile）-主类MP（MainProfile），它比简单类增加了一种双向预测方法，在相同比特率的情况下，将给出比简单类更好的图像-主类的扩展类P（Profile），主要是由Tektronic公司和SONY公司在主类的基础上推出的更适用于演播室视频节目制作要求的数据压缩处理方法-信噪比可分级类SNRP（SNRScaleableProfile）-空间可分级类SPP（SpatiallyScaleableProfile）-高级类HP（HighProfile）,若把主类MP和主类的扩展类P合并MPEG-2标准共分5种类型(xp)：-简单型（SP：simpleprofile），只有基准帧和预测帧P-主型（MP：mainprofile）,比SP增加了双向推测帧-信杂比分层型（SNRP：SNRscalableprofile）-空间可分层型（SSP：spatialscalableprofile）-高级型（HP：highprofile）,各种型级的含义:第1行其使用的抽样宏块格式第2行为画面的每行有效像素数每帧扫描行数第3行为编码后的比特率第4行为其图象组（GOP）的构成,MPEG-2图像压缩的原理是利用了图像中的两种特性：空间相关性和时间相关性-一帧图像内的任何一个场景都是由若干像素点构成的，因此一个像素通常与它周围的某些像素在亮度和色度上存在一定的关系:这种关系叫作空间相关性；-一个节目中的一个情节常常由若干帧连续图像组成的图像序列构成，一个图像序列中前后帧图像间也存在一定的关系:这种关系叫作时间相关性-这两种相关性使得图像中存在大量的冗余信息*一个好的压缩编码方案就是能够最大限度地去除图像中的冗余信息,MPEG-2中编码图像帧被分为三类，分别称为I帧，P帧和B帧-I帧图像采用帧内编码方式，即只利用了单帧图像内的空间相关性，而没有利用时间相关性-I帧主要用于接收机的初始化和信道的获取，以及节目的切换和插入，I帧图像的压缩倍数相对较低I帧图像是周期性出现在图像序列中的，出现频率可由编码器选择-P帧和B帧图像采用帧间编码方式，即同时利用了空间和时间的相关性:P帧图像只采用前向时间预测，可以提高压缩效率和图像质量P帧图像中可以包含帧内编码的部分，即P帧中的每一个宏块可以是前向预测，也可以是帧内编码-B帧图像采用双向时间预测，可以大大提高压缩倍数由于B帧图像采用了未来帧作为参考，因此其MPEG-2编码码流中图像帧的传输顺序和显示顺序是不同的,采用帧内压缩编码形成的图像称为I帧采用帧内及帧间压缩编码形成的图像称为B帧和P帧-P帧为前向预测帧，是用前一个I帧为预测帧进行编码的-形成P帧时参考帧帧存只要求存储一帧图象-B帧是从相邻的最近的I帧或P帧作双向预测进行编码的-形成B帧时，参考帧帧存则需存储前后两帧图象在I帧和P帧中间可以插入若干个B帧,DVB传输系统的五个主要技术环节：1、数据扰乱-数字通信理论在设计通信系统时都假设所传输的比特流中“0”与“1”出现的概率是相等的，各为50%，但TS码流经过编码处理后，可能会在其中出现连续的“0”或连续的“1”-另一方面在接收端进行信道解码前须首先提取出比特时钟，比特时钟的提取是利用传输码流中“0”与“1”之间的波形跳变实现的，而连续的“0”或连续的“1”给比特时钟的提取带来了困难-为了保证在任何情况下进入DVB传输系统的数据码流中“0”与“1”的概率都能基本相等，传输系统首先用一个伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱处理-伪随机序列是由一个标准的伪随机序列发生器生成的，其中“0”与“1”出现的概率接近50%-由于二进制数值运算的特殊性质，用伪随机序列对输入的TS码流进行扰乱后，无论原TS码流是何种分布，扰乱后的数据码流中的“0”与“1”的概率都接近50%-扰乱改变了原TS码流，因此在接收端对传输码流纠错解码后，还需按逆过程对其进行解扰处理，以恢复原TS码流从信号功率谱的角度看，扰乱过程相当于将数字信号的功率谱拓展了，使其分散开了，因此扰乱过程又被称为“能量分散”,2.纠错编码数字通信虽然较模拟通信相比有较强的抗干扰的能力，但当干扰较大时仍然可能发生信息失真，因此必须采取措施进一步提高传输系统的可靠性，纠错编码就是为这一目的提出的-纠错编码利用数字信号可以进行数值计算这一特点，将若干个数字传输信号作为一组，按照某种运算法则进行数值运算，然后将传输信号和运算结果（也是数字信号）一起传送给接收机-接收机按规定的运算法则对接收的一组传输信号及其运算结果进行检查:*如符合运算法则，则认为传输信号中没有误码，然后将运算结果抛弃，将传输信号送给下一级处理系统，如数据解扰器*如不符合运算法则，就意味着传输中发生了误码:-如果误码的数量不超出纠错编码的纠错范围，纠错解码器就会按照某种算法将误码纠正过来，然后将正确的传输信号送给下一级处理系统-如果误码的数量超出了纠错编码的纠错范围，纠错解码器无法纠正这些误码，将发出一个出错信号给下一级处理系统，通知下一级处理系统传输信号中有误码,3、数字调制传输信息有两种方式：基带传输和调制传输-由信源直接生成的信号，无论是模拟信号还是数字信号，都是基带信号，其频率比较低-基带传输系统的结构较简单，但难以长距离传输，因为一般的传输信道在低频处的损耗都很大为进行长途传输，必须采用调制传输的方式-调制就是将基带信号搬移到信道损耗较小的指定的高频处进行传输，调制后的基带信号称为通带信号，其频率比较高-DVB传输系统是数字传输系统，因此其中采用的调制技术是数字调制技术-数字调制的基本任务有两个：第一个任务同模拟调制一样，将不同的节目传输信号搬移到规定的频带上，这一功能由调制器和解调器实现，它实质上是一个载波耦合的过程第二个任务是控制传输效率:-在DVB传输系统中，可根据需要将频带利用率从2bit/s/Hz提高至6bit/s或8bit/s/Hz，这相当于提供了2-8倍的压缩，这一功能是由映射和反映射实现的-实际上，数字调制的主要目的在于控制传输效率，不同的数字调制技术正是由其映射方式区分的，其性能也是由映射方式决定的,数字调制过程实际上是由两个独立的步骤实现的：映射和调制-映射将多个二元比特转换为一个多元符号，这种多元符号可以是实数信号（在ASK调制中），也可以是二维的复信号（在PSK和QAM调制中）:*例如在QPSK调制的映射中，每两个比特（对应四进制码元）转换为一个四个载波相位的QPSK四元符号，在这种多到一的转换过程中，实现了频带压缩*例如在16QAM调制的映射中，每4个比特（对应16进制码元）转换为由3个可能的载波幅度电平和12个可能的载波相位角组成的16QAM符号，实现了频带压缩-经过映射后生成的多元符号仍是基带数字信号,经过基带成形滤波后生成的是模拟基带信号，但已经是最终所需的调制信号的等效基带形式，直接将其乘以中频载波即可生成中频调制信号，这一步由调制器实现,4、均衡-为了防止传输符号间的相互串扰，数字通信系统中大都采用升余弦滚降信号波形,升余弦滚降信号具有良好的传输特性-但实际的传输信道不可能是完全理想无失真的，因而经过传输后这种波形常常会遭到破坏，其后果就会引起符号间的串扰-符号间串扰与噪声干扰不同，它来自传输信号本身，某个采样点处的符号间串扰来自于相邻信号采样点符号间串扰难以用增大信号功率的方式减小其影响，因为增大信号功率会将符号间串扰同时增大，符号间串扰是一种乘性干扰符号间串扰严重时会使整个系统无法工作，必须对其进行校正，这个校正的过程称为均衡-均衡在模拟通信系统中也经常采用，但一般在频率域中进行，称为频域均衡,在数字通信系统中采用的是时域均衡-时域均衡在时间域内进行，采用有限冲激响应滤波器（FIR）实现,它的优点是可以利用数字信号处理理论和超大规模集成电路技术，具有设计准确、实现方便的特点,5、同步与时钟提取数字电视系统中的三种同步要求*1.比特(位)同步*2.符号同步-符号时钟和比特时钟是由接收机的本地晶体振荡器生成的-为了保证正确地采样信息，接收机中必须采取措施将本地时钟与信号频率间的偏差控制在系统允许的范围之内，这种措施称为“锁相”，实现锁相的设备称为锁相环-锁相环在数字通信系统中具有举足轻重的地位，锁相环性能不佳有可能使得整个系统无法工作*3.帧同步：-数字通信系统中将数据分成具有一定格式的组来传输的，这种组称为传输帧-纠错编/解码、数据交织/反交织以及均衡都是按数据帧进行的，因此接收机在进行数据处理前还必须提取出帧同步,交互式数字电视,VoD网络结构,两种VoD网络结构,分布式结构多个视频服务器分布于网络中不同地点这种结构的固有问题:多个视频服务器处于不同的远地分前端主前端内容必需在远地分前端进行复制内容管理较困难内容安全性较低集中式结构视频服务器集中于主前端干线具有很高的带宽对远端站点提供灵活的路由,分布式VOD网络结构,主前端,分前端/HUB,分前端/HUB,分前端/HUB,集中式VOD网络结构,主前端,分前端/HUB,分前端/HUB,分前端/HUB,典型的IP+HFC交互数字电视系统构架,1-2Gbps,Switch,Headend100KHP,Hub20KHP,QAM,QAM,QAM,QAM,GbE,GbE,ASI,EdgeQAMs,边缘QAMs支持:xOD,广波和数据应用,O/E,SG,SG,SG,服务组(SG)-共通享用某几个QAM频道的一组用户,HFC,IP+HFC交互电视系统的关键环节边缘IP-QAM,72,对xOD边缘QAM调制器的主要要求:每个流的成本:因为XOD需要大量边缘设备的支持可扩展性:投资根据需求逐步扩大高密度:边缘设备要适应现有网络结构和功耗限制RF性能:应保证高等级的视频质量便易性:边缘设备应便于控制,操作,关键技术环节,原理框图,系统GbE接口2个GbE接口(SFP)主备方式环通方式综合数据环通方式:全部数据环通非综合数据环通方式:仅部分所需数据环通执行IP滤波和缓冲要求缓冲能力强:当前顶级水平可达+/-100msec的网络抖动缓冲能力,系统控制器取决于系统体制(例如ITU-A,B,C)所有插入QAM板可根据系统体制进行编程HoldsallSWandFWcodeonon-boardflashmemory具有10/100BT管理口基于UDP映射执行复接功能SPTS根据节目号进行PID重新映射MPTS无需PID重新映射,基于Ethernet的系统机理符合IEEE802.3ab的电接口或符合IEEE802.3z的光接口(可选)采用TCP/IP协议栈:采用IP/UDP数据帧:,EthernetFrame,IPFrame,UDPFrame,TCP/IP,UTPTCP是TCP/IP协议组中的传输层协议.该协议在协议栈中工作在IP协议之上,在面向连接的链路上提供可靠的数据传输功能.TCP/IP协议是一种可路由协议,因此数据报可以通过特定的路径发送,具有可靠和有效的数据发送机制.UDP-用户数据报协议,在TCP/IP协议组中通常与IP层软件绑定在一起.因为UDP不象面向连接的TCP那样增加予处理负担,因此常用于SNMP的应用程序.在组播和发送实时音频和视频数据流的实时传输协议常把作为其信息发送机制,它不需要TCP中的确认信息和重发服务.,UDP端口作为数据目的地址UDP端口默认映射规则:UDPport=49152+256x(QAM通道号-1)+2X节目号QAM通道号:1to24节目号:2to33,信息流类型单节目流(SPTS)包含PAT,1个PMT和ESPIDs根据映射规则对PIDs重新映射发出的PMTPID=(节目号+1)X16随后的15个PIDs用于ES没有PID阻塞的可能性多节目流(MPTS)包含PAT,多个与ESPIDs有关的PMTs和SI表无PID重新映射-实际上是直通模式有PID阻塞的可能性若PID0(PAT)被阻塞,会再生一个PAT,现场信息(PLANT)实际上是不带PCR信息的SPTS它的比特率不能测量比特率需求由用户指定数据实际上是不带PCR信息的MPTS它的比特率不能测量比特率需求由用户指定可用于(P)SI信息分别接收的场合,24通道高密度QAM阵列IP-QAM边缘设备实应样1RUhigh,hotswappableQAMcards24QAMout(6cards,2blocksof2percard,ablockof2channels)Redundantpowersupply(AC/AC,AC/DCorDC/DC)OnlyIPinputFrequency:45-1000MHz(channeledges)Outputlevel45-55dBmVfordualchanneloperation50-60dBmVforsinglechanneloperation,如何实现交互数字电视运作?上海实际系统模型实例工作原理解绍,帐户系统检查根据订购业务规则检查该用户付费忠诚度,有否可用带宽?在IP地址表和UDP口表中查找有否可到达该服务区组的空限地址,数字电视传输系统技术,以往，有线电视网络长期作为一个AM-VSB模拟电视节目广播传输平台，很少有人把它与开放式系统互连(OSI)模型联系起来。近年来，有线电视网络带宽、功能的不断发展，它与电信公用网和数据网的互连互通规模不断扩大，功能融合的速度不断加快，因此，有必要对新一代HFC网络的作用和定位有一个新的认识。,为了使有线电视网络从一个功能单一的模拟电视节目广播平台演变成新一代能提供多种服务的HFC宽带交互平台，SCTE（电缆工程师协会）参考OSI提出了“数字有线网络接口标准”，其中包括：1.MPEG-2传输流正向应用传输(FAT)频道物理层接口标准。2.具有垂直消隐间隔（VBI）信号的NTSC模拟频道物理层标准。3.正向数据频道(FDC)物理层和数据链路层协议。4.反向数据频道(RDC)物理层数据链路层协议。,与传统的有线电视网络相比，新一代有线电视HFC网络必需具备的上述特点使它当之无愧地担当起城域网和接入网两重角色。作为城域网，它担负着把地市级前端的信号及服务业务高质量地送到所属各县和乡镇。作为接入网，它担负着地市及所属各县和乡镇的用户与城域网和广域网之间上传信息的接入和各种交互功能的实现。,新一代有线电视HFC网络的核心是必须高质量地实现模拟和数字信号的混合传输。经过MPEG-2信源编码以及MPEG-2TS传输流经过复用、扰码、RS编码及卷积交织后，进行m-QAM调制形成中频调制信号(m为调制阶数)，中频调制信号经过上变频转为射频信号，然后与模拟电视AM-VSB调制射频信号混合后通过HFC网传送到用户。,由于DVB-C数字电视信号的加入，新一代有线电视HFC网络中完全不同于传统HFC网络的几个主要指标：,调制误差率MER（ModulatorErrorRate）MER是DVB-C数字电视系统的主要指标之一，反映接收信号的品质因素，体现数字信号能被正确还原的概率或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（SNR），MER的值越大则代表系统性能越好。如果系统MER值越小，信号受到的损伤越大，误码率也越大，图象将出现乱码现象，严重时会出现黑屏。MER通常用如下公式表示：MER=10LOG(平均调制误差度/平均调制度)2模拟有线电视系统中图象质量会随着载噪比性能的下降明显降低，而在DVB-C数字电视系统中，只有在低于系统MER门限的情况下才严重影响数字电视传输质量。64QAM系统一般要求大于31dB.,MER包括由噪声、载波泄露、IQ幅度/相位不平衡、相位噪声等各种因素对信号造成的所有类型的损伤，优化数字QAM调制器的MER指标，对于系统MER指标是十分重要的。通过综合分析比较后可以发现，市场上各种型号QAM调制器的MER从36dB到41dB以上（64QAM，6.875Mbaud）。为了保证系统有一个优良的源指标，必须选用MER指标较高的QAM调制器。,误码率BER（BitErrorRate）比特误码率BER（BitErrorRate）是指错误比特数与全部比特数的比值。在新一代HFC网络中，C/N、CSO、CTB等指标都反映到误码率上，所以误码率是数字传输系统中衡量系统优劣程度的关键指标,用户对系统的要求实际上最终就是误码率。对于模拟频道与数字频道混合传输的新一代有线电视HFC网络，为了保证在RS解码前的TS流的误码率要求，网络的其他参数（例如载噪比、调制误差率、噪声容量）都必须达到相关的要求。对于DVB-C系统，考虑到有关综合因素，数字传输误码率（BER）的系统指标一般按如下原则分配：数字前端BER10-8、传输和中继BER10-7、用户终端BER10-5(RS解码前的TS流的误码率要求)。,MER指标的主要局限性是不能捕捉到周期性的干扰，有时会发现信号有良好的MER，但BER却很差，那么该错误一般是由一个周期性的故障造成，因此系统性能的最终判据是BER。,MERvs.BER,载噪比CNR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。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采用平衡调幅，抑止了载波，因而从频谱分析仪上看，一个数字频道的已调制信号，像一个抬高了的噪声平台，均匀地平铺于整个限定带宽内。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。DVB-C系统的载噪比CNR是指已调制信号的平均功率与噪声的平均功率之比。数字调制信号对网络RF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无法对图像进行解码。,CNR与BER的对应关系值：在理想状态下，对于64QAM信号的BER与CNR的关系,CNR(dB)5101520253035,不同的国际标准对调制传输系统QAM数字电视频道(6MHzRF频道带宽)载噪比提出了相应的要求。-SCTE对CNR要求如下：对64QAM频道CNR27dB对256QAM频道CNR33dB对AM-VSB模拟频道CNR43dB-IEC对64QAM数字频道载噪比要求为31dB-综合各种因素，必需考虑考虑必要的工程余量,CNR,网络的相位特性DVB-C数字电视采用QAM调制，码值的判决不仅与信号的幅度有关，而且与信号的相位也直接有关。以64QAM为例，它有64个判决点，点与点之间的幅度和相位差异都很小，因此它们对链路相位特性必然十分地敏感。传输链路中多径效应所产生符号间干扰（ISI）和频率源频谱的不纯度导致的相位噪声会影响相位判决的准确性，从而产生误判决形成误码。系统相位噪声的来源是频率处理单元，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。,HFC网中的光链路的非线性,光纤的非线性效应是阻碍长距离光链路传输长度的重要因素,它主要包括：自相位调制（SPM）、交叉相位调制（XPM）、四波混频（FWM）、受激拉曼散射（SRS）、受激布里渊散射（SBS）等.,光纤非线性由两种基本作用过程引起：，光纤折射率随着入纤光功率大小而变化，这是光纤非线性的主要来源:n=n0+n2XP/Aeffn0=低功率条件下的纤芯光纤折射率n2=非线性折射率系数(2.35X10-20m2/Wforsilica).P=入纤光功率(Watts)Aeff=纤芯有效面积(m2),2，光纤非线性的第二个来源散射现象引起的SBS,SRS,自相位调制：自相位调制(SPM)是由于光纤折射率随着入纤光功率大小而变化所引起的SPM的影响随下列因素而增大:-色散较大-链路较长-波长较长-较高的输入光功率-较高的射频频率,SPM和XPM只是引起信号的频谱展宽及频率偏移，并不改变脉冲的形状，但是由于光纤存在色散，色散导致脉冲展宽，SPM及XPM所产生的频率啁啾会通过色散作用使得脉冲变形加剧.光纤的SPM和XPM受功率的影响很大，功率越高，SPM和XPM作用因子越大，因而产生的频率啁啾也越大.,数字视频在HFC中传输的基本技术要求,正交辐度调制(QAM),正交调制(QAM)可以看作为辐度调制和相位调制的结合.例如:用一个具有16个符号的QAM系统矢量图来说明16-QAM,P0,Q90,A1,A2,A3,A4,A1,A2,A3,A4,P,Q,A1,A1,A2,A2,A3,A3,A4,A4,调制信号P和Q,每个调制信号有4个可能的电平A1,A2,A3,A4;P和Q分别对两个辐度相等但相位相差90的载波进行辐度调制,从而可以产生由12个可能的相位角和3个可能的辐度电平组成的16种不同的状态,它们分别具有16种不同的相位和辐度值.16种不同的状态可以表示4比特信号(24).同理,64-QAM具有64个不同的状态可以表示6比特信号(26).256-QAM具有256个不同的状态可以表示8比特信号(28).,符号间干扰符号间干扰是由于传输系统的通道特性,尤其是传输系统的失真所致.对于较高阶的QAM,传输效率高,带宽省,但在星座图上可以看到:信号星座样点之间距离近，对传输系统的通道特性要求较高.否则,信号辐度和相位发生偏移后时容易与其它信号混淆，造成较高的误码率.QPSK效率较QAM低，每个符号只表示2比特信号。但信号星座样点之间距离远，每个点允许漂移空间较大,信噪比很低时仍可正确辨别各个信号.,通道箝位噪声：对于一个模拟/数字混合传输系统，其输入相关函数包含AM和QAM信号，当出现过调制时，通道箝位噪声统计特性为：w2=4.-3/2.5.e-1/(a2+q2).(rpo)2/3其中a=Na.ma;Na为AM频道数，ma为AM调制指数g=Ng.mg;Ng为QAM频道数，mg为QAM调制指数,对于一个模拟/数字混合传输系统，考虑到通道箝位噪声统计特性，当数字视频采用256-QAM时，通常取：ma为4%mg为0.8%以保证10-9的误码率,1550nm波长外调制长距离光纤传输系统,-凡是有条件的地方,在新建时,可优先采用G.655光纤构建1550nm波长外调制长距离光纤传输干线/超干线-对于采用G.652光纤构建的1550nm波长外调制长距离光纤传输系统,由于存在较大的色散，在研究光纤的非线性对系统的影响时，先要进行色散补偿，否则色散所产生的负面影响远远大于光纤的非线性作用.,G.652单模光纤1550nm波长长距离光纤传输系统中，二阶非线性失真可表示为：CSO=20log(D.L.)+10log(NCSO)其中，L是光纤的长度，D是色散系数。是CSO产生处的角频率大小，Ncso是CSO的产物数量多少，是光信号的谱宽。式中：10log(NCSO)项是光发射机本身产生的CSO，20log(D.L.)项就光纤色散导致的CSO指标的劣化，其中D.L是链路光纤的总色散。信号的频率越高（即频道越高），色散对指标的劣化就越大。当D.L链路光纤的总色散很小或者为零，那么其对CSO指标的劣化就很小或者可以忽略不计，这就是色散补偿技术的原理。,自相位调制（SPM）现象不可避免。SPM与G.652光纤的色散相互作用，使CSO指标劣化：式中：m是1550光发射机每个频道的调制度，K2/，是光信号波长n2是光纤的非线性系数，P0是入纤光功率大小，L是光纤的长度，是CSO产生处的角频率大小，Ncso是CSO的产物数量多少，D是色散系数，C是光速，Aeff是光纤的有效面积SPM导致的CSO劣化与光纤中的光功率P0有直接的关系，控制光纤中的光功率可以有效降低SPM对CSO指标的劣化。,色散补偿技术在1550nm长距离传输系统中的应用在数字传输系统中，色散补偿技术是比较成熟的、并得到广泛应用，主要应用在10Gb/S、40Gb/S以上的超高速系统中。目前，实用的色散补偿技术主要有三类：基于色散补偿光纤（DCF-DispersionCompensatingFiber）型、基于光纤光栅FBG（FiberBraggGrating）型和基于F-P腔或G-T腔型色散补偿器,光通信使用的G.652标准光纤在1550nm波长窗口的色散值为17ps/nm.km。G.652标准光纤1550nm外调制传输系统光纤链路色散的容差为1100ps左右，因此，对于1550nm外调制光纤干线/超干线而言，必须解决色散补偿问题。目前，光通信系统使用的光纤色散补偿技术大多是针对非调制数字光纤系统的，因此对于HFC有线电视宽带网络1550nm光纤干线/超干线实际可供选用的色散补偿手段较少，限制条件较多，而且对于在实际系统中如何用好有关色散补偿技术还存在不少问题。,色散补偿光纤(DCF)构成的色散补偿器,DCF的参数:参照康宁公司生产的DCM-10-SMF-C光纤，具体参数如表所示:,DCF的优点是带宽不受限制，产品供应商多，稳定性高。目前，在全球有线电视宽带网络领域内，斜率补偿DCF模块已获广泛应用.它的缺点是非线性效应较明显，插损较大。此外，DCF制成的DCM的色散量不可调，而且不同类型的光纤需要不同类型的DCF。,啁啾布拉格光纤光栅（FBG）,布拉格光纤光栅（FBG）：FBG也是一种干涉型器件，它不同于标准具可调色散补偿方案。,布拉格光纤光栅光纤光栅在普通光纤上用一定的技术刻出变周期的光栅。当光信号进入光栅后，波长为光栅周期两倍的光将被反射。不同波长的光在啁啾光栅中反射点的位置也不同，因此入射光波长中的不同波长成分在光栅中走过不同距离，产生不同的时延，从而达到色散补偿的目的。光信号通过光纤传输后，光信号种的短波长成分（设为s）比长波长成分（设为l）传得快，因而s比l经历的时延短，光信号从光栅周期大的那端入射，光信号中的长波长成分l在光栅的前端反射，而短波长成分在光栅的末端反射，这样，在光栅中光信号中的长波长成分将获得比短波长成分更多的时延，此时光纤光栅的色散特性正好与常规光纤的色散特性相反，可以起到色散补偿作用。,FBG色散补偿器插入损耗小,基本上无非线性限制,使用方便灵活。目前FBG光纤光栅产品的相位特性平滑度还不够令人满意，它对光信号波长以及光谱线宽要求也比较严格。若能较严格的满足有关条件，其使用效果令人满意。实践证明，在实际的1550nm外调制光纤超长距离传输系统中，如不能较严格的满足有关条件，其使用效果会不尽如人意。,基于标准具的可调色散补偿方案：利用GT干涉仪，使光信号中不同的光谱分量所传输的光程不同，产生周期性的色散效果。当色散周期与信道间隔匹配时，该方案可同时补偿所有信道的色散。从原理上讲，调整路径长度和微分路径长度即可实现色散补偿量及斜率的调节。但是该方案利用了较高的多重衍射级次，因此插损很高；带内色散比较大，此外色散斜率的调节也比较困难。,电色散补偿(EDC)电色散补偿(EDC)是一种很有吸引力的技术，它通常可以采用予色散补偿或后色散补偿两种方式。予色散补偿方式通常应用于光发送端。它通过改变电参数的设置产生一个与链路大小相同相位相反的予色散函数，从而实现光纤链路色散的补偿。它的优点是方案比较简单，但是，整个色散补偿调试过程需要人工干予。实际系统中，长达120-160公里的光纤链路段使用予色散补偿可以达到较好的色散补偿效果。后色散补偿方式通常供光接收端使用。它采用数字滤波器原理对信道损伤进行校正。,电子予色散补偿（EDC）技术在发射机中，使用EDC专利技术产生一个负向的SPM，实现对1550nm光链路SPM的补偿,从而有效地改善1550nm光链路的失真指标,后色散补偿這类电色散补偿采用传統线性前饋均衡器(如SectionA所示)与附加反饋分量(SectionB)相结合的方法组成，因此，這种結构能夠校正信道頻譜中的严重凹口。,对于HFC有线电视宽带网络1550nm光纤干线/超干线,必需根据系统路由和性能指标要求的实际情况选择合适的色散补偿手段,才能获得较好的效果,线性和非线性现象对1550nm光链路的影响,受激波利渊散射StimulatedBrillouinScattering(SBS)当入射光进入光纤，如果它的强度达到阈值电平时，将在光纤内激发出声子波该声子波会使光纤的特性发生变化，包括折射率的改变折射率的起伏导致入射光的散射，从而产生一个与入射光传播方向相反的反射波这种散射称为受激波利渊散射(SBS).,SBS引起的问题:到达接收端的实际功率减小,该损失的能量被光纤中的分子振动所吸收SBS限制了入纤光功率的最大值超过某值以后，接收端的接收功率不再随入纤光功率的增加而增加背向反射光会在光发射机内产生噪声,SBS抑制功能的目的：提高SBS阈值电平减小光纤传输链路的低频RIN,对于不具备SBS抑制措施的VSB/AM光发射机:当载波功率超过SBS阈值时,系统性能严重劣化,提高SBS阈值SBS影响的基本方法：1.相位调制光谱有效线宽正比于调相信号的频率.调制信号频率选择:确保调制信号本身及其差拍、互调、谐波等产物在电视信号频带之外,一般选2GHz整数倍频率2.激光器电流源轻度调制增大光源线宽，但可能会导致失真劣化,提高SBS阈值的目的达到尽可能远的点对点传输或尽可能高的可用分配功率对于C