唐明光广电基础知识讲座c.ppt

4 主前端包括当地节目制作 卫星频道和来自上级SDH网络的节目的接收 以及其它服务的处理及结口 当提供Internet高速数据通信服务时 由交互信道的主中心提供ISP配置 C 分前端配置的原则1 至少两个路由的光缆出入 2 用户相对集中的地方 3 与数据分中心同一机房 机房留有扩展的空间及机架 4 分前端复盖的光节点距离尽量控制在3km 5 复盖用户1 2万户 6 每个光节点最少需要4根光纤 覆盖300 500户 当然 最好是6 8根光纤 这样可以使将来的升级容易实现 也使修改设计变得灵活 光节点的设备宜选用具备档次变换的灵活性 以满足运营服务的要求 为升级提供便利 同时具有备份路由切换功能和工作参数监测功能 如光工作站 7 若交互数据通信采用CableModem方案 总前端和分前端配置的CMTS数应根据该前端覆盖的用户数及CableModem入户率而定 通常 一台CMTS接入的用户数以不超过1 500户为宜 考虑到CMTS系统要求的C N为25dB 6个光节点就需1台CMTS 8 同轴分配网设计遵循原则三种网络结构 三级放大器的同轴分配网 光工作站 一级分配放大器的同轴分配网 光工作站 无源同轴分配网 采用分配 分配方式 最好是集中分配方式 不采用或尽量少采用分支分配方式 9 网络设备选择前端设备 射频调制器C N 70dB QAM调制器C N 60dB MER 50dB 光设备 光发射机 光接收机 光放大器 光工作站带宽要求为750MHz 862MHz 具备回传功能 同轴分配网设备 放大器带宽750MHz 862MHz 具备回传功能 无源器件带宽5 1000MHz 屏蔽性大于100dB 连接器宜采用内螺纹针型 同轴电缆屏蔽性大于 100dB 120dB 6 多级光放大器级联的长距离传输系统 1 有线数字电视长距离传输中遇到的问题有线数字电视长距离传输必需考虑以下三个问题 1 入纤光功率与光纤中受激布里渊散射 SBS 传输距离的关系 2 光纤的自相位调制 SPM 与入纤光功率 光调制度 光纤色散 RF工作带宽 总传输距离的关系 3 系统中掺铒光纤放大器 EDFA 级联时 掺铒光纤放大器的输入光功率与载噪比劣化的关系 这三个问题又是相互关联相互制约的 因此 有线数字电视长距离传输时 应对上述三个问题进行优化处理 使系统的指标最优化 2 入纤光功率与光纤中受激布里渊散射 SBS 传输距离的关系在超长距离 多级光放大器级联的情况下 考虑SBS因素 即外调制光发射机的SBS阈值光功率应该选择多大 根据实际经验 可以按如下条件选择 光纤总的传输距离 Km 光发射机的SBS阈值光 dBm 8019 12016 1 20013外调制光发射机的SBS阈值光功率确定后 入纤光功率就确定了 根据实践经验有 光发射机的SBS阈值光 dBm 入纤光功率 dBm 1919 51616 5 2 1313 5 3 光纤的自相位调制 SPM 与入纤光功率 光调制度 光纤色散 RF工作带宽 总传输距离的关系当传输距离超过80Km时 光纤中的自相位调制的影响随传输距离的增加而急剧增大 其现象是CSO急剧劣化 CSO劣化的经验公式为CSO 155 20Lgm 20LgD 10LgP0 35LgB 20Lg l 1 400 85 10LgP0 35LgB 20Lg 0 22l 1 3 式中光调制度m 0 03 光纤色散系数D 17ps nm Km 光纤损耗系数 0 22 Km 其它的参数可取的值如下 入纤光功率P0 20mW 13dBm 40mW 16dBm 80mW 19dBm RF工作带宽B 500 700 800 MHz 总传输距离l 90 100 120 150 200 250Km 从经验公式中可以看出 光调制度增加1dB CSO劣化2dB 入纤光功率增加1dB CSO劣化1dB 将实际系统的入纤光功率 RF工作带宽 总传输距离的数值代入经验公式 3 即可计算出系统的CSO值 根据这个CSO数值确定系统的色散补偿长度 按上述公式计算结果如下 P0 40mW l Km 90100120150200250 Km CSO B 500 55 8 54 52 3 50 3 47 7 45 8 dBc CSO B 700 51 4 50 5 48 8 46 8 44 2 42 2 dBc CSO B 800 48 47 45 3 43 3 40 7 38 8 dBc 由于光纤干线要求CSO 47dB 当B 500MHz时 无中继传输距离可以达到200Km 当B 700MHz时 无中继传输距离可以达到120Km 当B 800MHz时 无中继传输距离可以达到100Km 4 系统中掺铒光纤放大器 EDFA 级联时 光放大器的输入光功率与载噪比劣化的关系考虑到光纤干线有多级EDFA级联 两级EDFA之间的传输距离将受输入EDFA的光功率限制 当输入EDFA的光功率Pin减少时 C N将劣化 试验证明 Pin 6dBm C N劣化13 0dBPin 3dBm C N劣化5 0dBPin 0dBm C N劣化3 0dB 4 Pin 3dBm C N劣化2 0dBPin 5dBm C N劣化1 5dBPin 7dBm C N劣化1 0dB 当光发射机 含EDFA 输入光纤的光功率为17dBm C N 51dB B 500MHz 如果总的传输距离为200Km时 要求光纤干线的C N 35dB 光纤干线容许C N劣化的容量为16dB 如果中继距离为两个100Km 则输入中继光放大器的光功率Pin 17 0 22 100 0 5 5 5dBm按上述列出的数据 中继EDFA使C N降低13dB 因此 中继距离为100Km是可行的 此时接收端的C N 38dB 高于设计要求 如果采用每个中继段为70Km 这时输入中继光放大器的光功率Pin 17 0 22 70 0 5 1 1dBm每级中继光放大器使C N降低2 5dB 两级中继光放大器使C N降低5dB 接收端的C N 46dB 高于设计要求 注意 此处的例子只是说明EDFA输入光功率的大小对C N的劣化作用 而没有考虑其它的因素对系统指标的影响 5 有线数字电视长距离传输系统设计步骤综合考虑SBS SPM和Pin对光纤传输距离的限制 在超长距离 多级光放大器级联的情况 有线数字电视长距离传输系统设计步骤如下 1 考虑SBS因素 即外调制光发射机的SBS阈值光功率应该选择多大 根据实际经验 可以按 1 进行选择 2 考虑SPM因素 按公式 3 计算在光纤总的传输距离上CSO的大小 并由此设计采用光纤色散补偿模块的色散补偿位置和色散补偿大小 通常光纤总传输距离 120km就要进行色散补偿 如果系统总的传输距离太长 例如大于200km 可以在总传输距离约一半的位置处 用光接收机将光信号变成RF信号 再用光发射机 EDFA将光信号发射到光纤中去 这样 可以把总传输距离光纤的色散分为相互独立的两部分 从而使每一部分光纤的色散容易得到补偿 3 根据光纤传输系统C N要求 合理设计每级EDFA的输入光功率 4 如果总传输距离200km 系统中两级EDFA之间的传输距离又太长 例如大于80km 则两级EDFA中后一级EDFA的输入光功率偏低 这时在后一级EDFA前面应采用拉曼光放大器 RFA 进行小信号光放大 适当选择RFA的增益 使RFA的输出光功率达到后一级EDFA对输入光功率的需求 色散补偿模块 DCM 在系统中应用的考虑因素 1 DCM工作波长必须与光发射机发射波长匹配每一个色散补偿基本单元 Etalon 只能针对单一中心波长的光来进行补偿 为了使得色散补偿模块 DCM DispersionCompensatingModule 能应用于WDM DWDM等系统中 通常在一个DCM模块中集成了许多个Etalon 它们各自的中心波长由所传输的光波长来定 目前市场上供应的DCM均是为数字传输系统而开发的 因此其工作波长范围 每个Etalon的中心波长均是按照ITU T的标准来制作的 而在有线电视的1550nm光纤传输系统中 通常采用的1550nm外调制光发射机的波长没有遵循ITU T的标准 因此不能将目前市场上可以提供的DCM直接应用到有线电视的模拟传输系统 解决的办法 一是采用波长符合ITU T标准的1550nm外调制模拟光发射机 这类光发射机市场上已经有供货 另一种解决方案是针对有线网络的实际情况 开发适用于有线电视1550nm模拟光传输系统的DCM 这需要DCM生产厂商的配合 2 DCM模块放置位置的考虑理论上 DCM模块安装在系统中任何位置都一样 但实际试验的结论是 DCM模块的后向补偿作用要比前向补偿作用好很多 色散补偿模块DCM安放的位置如下 1 从光发射机后的EDFA算起 在50km后或在70km前放置第一个DCM 2 第一个DCM补偿的光纤色散长度 km 必须小于第一个DCM与第二个DCM之间的光纤长度 km 3 最后一个DCM补偿的光纤色散长度 km 必须小于它到光接收机之间的光纤长度 km 3 色散补偿模块的选择 1 谐振腔型色散补偿模块DCMF P腔或G T腔宽带色散补偿器 DispersionCompensatingModule 每一个色散补偿基本单元 Etalon 只能针对单一中心波长的光来进行补偿 为了使得色散补偿模块能应用于WDM DWDM等系统中 通常在一个DCM模块中集成了许多个Etalon 它们各自的中心波长由所传输的光波长来定 市场上的产品DCM分为C L波段 C 1529 94 1561 42nm L 1573 71 1602 74nm 补偿光纤的色散长度通常有40 60 80km 插入损耗5 6dB 其优点是可以承载大的光功率 2 光纤光栅 FiberBraggGrating 光纤光栅从结构上可分为周期性结构和非周期性结构两类 非周期结构一般由周期结构经某种方式演变而来 光纤光栅从功能上可分为滤波型光栅和色散补偿型光栅两类 色散补偿型光栅又称为啁啾光纤光栅 基于啁啾光纤光栅的色散补偿器 如图所示 啁啾光栅间距不等 短波长光 1 在近端反射 长波长光 2 在远端反射 不同点反射不同波长从而使反射回去的光波产生不同的时间延迟 粗略地估算表明 用约3 6cm长度的啁啾光纤光栅在0 2nm带宽就可补偿100km长的标准光纤在波长1550nm的色散 色散补偿原理 光纤光栅色散补偿的原理是根据衍射光栅的角色散特性 当光进入到光栅后 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 如图所示 输入光信号传输一定距离后发生展宽 经过色散补偿器后 时延被补偿 环形器将补偿后的信号导出 从而达到补偿效果 参数单位Specification中心波长ITU通道间隔GHz100反射端口带宽 0 5dBnm0 4 Min 插损dB0 8 Max 色散量Ps nm40Km 680 5 60Km 1020 5 80Km 1360 5 反射率 95 Min 时延抖动ps 15 Max 偏振相关损耗dB0 3 Typ 波长温漂nm 0 08 5 70 操作温度 65储存温度 45尺寸mm174x22x12光纤类型SM 28光纤长度1M或定制连接器FC APC或定制 3 QAM调制的数字电视信号长距离光纤传输数字电视时代 地市到县要传输大量数字节目 利用1550nm模拟光纤传输设备传输数字电视是一种较好的方式 地市到县只需要传输纯数字信号 因此不同于模拟系统 也不同于模拟 数字混合传输系统 数字系统与模拟系统有许多不同 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最终都归结为噪声 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 地市到县的传输一般都是长距离的 因此必须采用大功率1550nm系统 影响长距离1550nm光纤传输系统指标的因素主要有光纤色散 普通G 652光纤在1550nm波长时色散较大 多重激光反射 SBS 受激布里渊散射 和SPM 自相位调制 SBS SPM和光纤色散主要影响二阶失真和噪声 数字信号对强度噪声不敏感 因此问题的关键在于解决二阶失真 解决二阶失真已有许多方案 例如采用外调制光发射机降低附加的光频率调制 chirp 效应 利用1550外调制光发射机外调制器的奇函数特征 使二阶失真较小 采用多种补偿措施 SBS抑制 光纤色散补偿 采用G 655光纤组建光纤传输系统 这些方案现在都已能可靠地实现 采有与否取决于运营商的需求 另一种比较经济的解决方案是一个倍频程带宽的方案 一个倍频程带宽的方案 数字电视优于模拟电视的一个重要特点是频谱利用率高 可以用较窄的频带传送较多的节目 因此可以把传输带宽控制在一个倍频程以内 在 110 860 MHz带宽的一个倍频程375MHz带宽内 可传输带宽8MHz的频道45个 按一个频道传输6套数字电视节目计 共可传输270套数字电视节目 扣除受干扰的频道外 至少可传输200套数字电视节目 在普及数字电视的初级阶段是足够了 在一个倍频程带宽情况下 除了交调和A B C类非线性产物外 其它二阶 三阶产物全部落在带外 无需上述补偿措施 可以采用直接光强度调制方式 既简单又经济 系统设计和调整也简化了 只需要考虑发射机的光调制度 入纤光功率和接收机的接收光功率 典型系统如图所示 图中QAM发射机是指直接光强度调制光发射机 可以包括EDFA 一个倍频程带宽可选的带宽有 250MHz 500MHz 350MHz 700MHz 400MHz 800MHz 500MHz 1000MHz 如果需要继续增加频道 还可以采用波分复用 如图所示 在传输频带不超过一个倍频程的条件下 1550纯数字光传输系统的非线性制约条件基本与距离无关 取决于光发射机 因此在发射机不过载 非线性产物不足以影响接收端误码超标的前提下 调制度越高越好 从试验结果看 在88dB以下光发射机调制信号电平越高可能传输的距离越远 不同光发射机会不同 根据理论分析 传输带内A B C类产物的分布见图 是以中心频率为轴的抛物线 因此光调制度的设计和调整应当以传输频带中心的频道为准 从测量结果看 非线性噪声比热噪声对数字信号的误码影响大 这可能是由于A B C类产物具有相位相关性 市级数字信号与县级模拟信号混合应采用分割滤波器 这一方面可以降低损耗 更重要的 可以滤除市级数字信号在传输过程中产生的带外噪声 其中部分会落入县级模拟信号传输带内 根据现有的試验结果 在纯数字QAM调制信号传输条件下 接收光功率可以低至 10 15 dBm 甚至更低 低光功率接收时应当采用低光功率接收机 低光功率接收机就是在普通光接收机光电转换之后增加了一级超线性 超低噪声的GaAs驱动电路 根据理论计算 在低光功率接收时 C N指标有明显提高 同时又能保证此时仍能有较高的射频输出 根据北京依斯康光电技术有限责任公司生产的低光功率接收机实测数据 在 10dBm接收时 低光功率接收机比普通光接收机CNR指标可以改善3dB左右 7 模拟向数字过渡期间的几个具体问题 1 分配系统安装方式分配系统过去多数采用串接式安装方式 这种安装方式的优点是省电缆 安装比较简单 但管理不便 接头多 存在多次反射问题 当不考虑分支器的时延差异时 由于楼层高度基本一致 楼道中的反射波有一定的规律性 在f n c h f是频率 n是任意正整数 是同轴电缆绝缘介质介电常数 c是电磁波在真空中的传播速度 h是楼层高度 时基本上是同相叠加的 短距离反射对模拟电视影响不大 但对数字电视却可能造成影响 因为数字信号对相位敏感 在故障处理过程中多次发现模拟电视收看正常但数字电视收不到的情况 查找结果都是反射造成的 因此 集中分配方式更适合数字电视 2 整体平移的几种技术方案a 前端到整体平移点模数混传 在平移点用滤波器滤掉模拟信号 这是目前多数地方采用的方案 具体方案见图 方案优点 成本低 实现灵活 因为分割滤波器的指标要求不高 只要保证数字电视正常收看 模拟电视不能正常收看即可 因此价格低廉 即使一户一户实施也没问题 方案缺点 容量有限 存在频道资源不足问题 b 建两套光纤传输系统 目前也有些地方采用这种方案 这种方案的优点是容量大 不存在频道不足的问题 但此方案造价较高 特别是实施不灵活 只适用于整体平移 无法发展零星用户 具体方案见图9 光纤富裕的地方也可以不采用波分复用 数字信号可以用QAM发射机传送 c 混合应用以上两种方案 在频道够用时采用第一种方案 在频道不够用时 整体平移点采用第二种方案 用户享受全部数字电视服务 非整体平移点的零星用户享受部分数字电视服务 3 模拟加扰目前有些地方已经或正在做模拟加扰 我们觉得应当反对 因为这是与数字化背道而驰的 而且今后数字化时对原有的模拟加扰用户不好处置 我们在已经模拟加扰的地方开通数字电视还碰到一个问题 集体解扰的单位无法接收数字电视 如图虚线所示 经过群解扰后数字信号被破坏了 解决的办法就是在群解扰前后分别加入分割滤波器 使数字信号不经过解扰 4 模 数混传带来的问题a QAM信号产生的非线性产物会落入模拟频道 影响模拟频道性能 QAM信号非线性失真产物对模拟信号影响表现为载波互调噪声 b 模拟频道的非线性失真产物会落入QAM频道 影响QAM信号传输性能 模拟信号非线性失真对QAM信号影响表现为误码性能的下降 5 有线数字电视系统的频谱计划与单纯的双向模拟传输网不一样 数字化传输的CATV信号内容包括有数字电视信号 CableModem上下行信号 网管信号 电平 频谱设置更复杂 也有很多不同特点 国家广播电影电视总局科技司的 有线数字电视频道配置指导性意见 中规定了在有线电视分配网实现整体数字化过程中的频道配置 在特殊情况下模拟与数字电视广播共存期间的过渡策略 以及上 下行频道的配置意见 为平稳实现有线电视分配网络模拟向数字技术全面转换提供频道配置的指导性意见 有线数字电视频道配置指导性意见 中有线数字电视下行频道的配置建议如下图所示 在不具备专门线路传输数字电视信号的地区 可根据要求同时传送模拟和数字电播信号供分配网络使用 分配网络的频道配置可按以下原则配置 按照相对完整的频段划分模拟 数字业务将有利于减少模拟和数字频段之间的邻频干扰 并且便于在系统中相对独立地处理模拟和数字电视频道 A频段早期可用于传输模拟电视业务 全数字化后再传输数字电视信号 D频段用于传输数字电视业务 各频段的数字化优先顺序为 最先数字化 B2 D C2其次数字化 B1 C1最晚数字化 A上行频道的配置仍按照GY T180 2001 HFC网络上行传输物理通道技术规范 文件的规定 有线数字电视前端系统由四个部分组成 1 信号输入部分2 信号处理部分3 信号输出部分4 系统管理部分 8 有线数字电视前端系统的组成 DVB C前端 信号输入部分 信号处理部分 信号输出部分 TS切换器 解扰器 数字卫星接收机 备份单元 备份单元 MPEG 2编码器 MPEG 2编码器 MPEG 2编码器 编码器备份单元 DS 3适配器 适配器备份单元 播控服务器 交换机 节目库服务器 视频服务器 VOD NVOD服务器 SI EPG发生器 节目采编工作站 数据广播系统 节目磁盘阵列 SDH AV AV AV AV 传输流处理器 QAM调制器 传输流处理器 QAM调制器 备份TS处理器 QAM调制器 QAM调制器 再复用器 再复用器 QAM调制器 备份再复用器 备份QAM调制器 传输流处理器 加扰器 备份加扰器 加扰器 加扰器 模拟电视频道 CA系统 SMS 路由器 交换机 系统管理部分 SMS远端工作站 DVB C数字电视前端系统配置图 混和器 小结 DVB C前端系统构建的关键技术硬件平台卫星数字电视接收机阵列MPEG 2编码器阵列码流复用器 码流分配器阵列加扰器阵列视频服务器阵列SI服务器64QAM调制器阵列数字矩阵切换器网关 交换机 路由器DS 3适配器 中心软件平台SMS系统CA系统EPG系统中间件系统网络管理系统计费系统播控系统 用户管理系统SMS 有线数字电视服务用户管理系统业务流程如下图 1系统的基本要求 系统符合 数字电视广播业务信息应用指南 SMS与监管平台数据交换接口技术要求 节目订购和用户结帐单格式基本要求 等规范 取得广电总局颁发的入网许可证 2系统应实现的基本功能 1 支持先付费后收看的营运方式 在交费之前 用户所定购的服务处于未生效状态 用户如果在计划收看开始日之前交费 就可以按计划收看节目 如过了计划收看开始日后 用户所定购的服务何时开通完全取决于用户何时交费 一旦SMS收到用户交费信息 就会立即开通服务并自动平移服务的计划结束日期以保证服务期限长度不变 2 支持先收看后付费的营运方式 先收看后收费一律采用按月计费并自动按月续服务 用户所选择的服务在计划收看开始日准时开通 当每个月收看天数不满整月时 可以按天计费 系统在本月服务结束日生成本期帐单 用户在下个月缴纳本月的收视费 后收费会有用户欠费的问题 当用户欠费超过规定月数后 系统会暂停服务 被动暂停 3 支持续服务 用户订购服务时如果不能决定收看结束日期 可以采用续服务的方式 上面提到后交费的用户都是按月续服务 对于先交费用户 其第一期服务可以是几天 一个月 多个月甚至一年 如果用户同时要求续服务 其后期服务的长度均与第一期服务相同 后期服务的价格既可以固定又可以随数字产品调价而变动 先交费用户后期服务的帐单在前期服务结束之前产生 先交费用户如果在后期服务计划开通之前还没有交费 本期服务结束后系统就会把该服务置成欠费暂停状态 直到用户交费后再开通后期服务 续服务就这样一期一期滚下去 直到用户主动提出终止 4 支持用户主动暂停和恢复服务 用户在收看期内可以要求暂停收看 到了用户要求暂停服务当日 系统会自动暂停该服务 如果用户申请暂停服务时指明了恢复日期 系统到时会自动恢复被暂停的服务 5 支持用户提前终止服务 用户不想继续收看节目时 可以要求提前结束收看 对于先收费用户 服务提前终止可能会导致退款 运营商能自由地选择是否允许给提前终止服务的用户退款 如果允许退款的话 SMS能根据用户购买服务时产品的标准价格和收看天数自动计算出退款金额 6 灵活的定价方式和优惠政策 SMS的数字产品管理模块支持丰富的节目频道打包和定价方式 对于同一个数字产品 即节目包 营运商即可以根据其收看期间的长短制定不同的优惠价格 也可以根据不同地区的消费水平制定不同的价格 SMS还可以给用户设定不同的折扣级别 用户在定购数字产品时 系统会自动根据该用户的折扣级别对该用户所购买的数字产品进行打折 操作员可以按照营运商的规定 根据用户一次定购数字产品数量多少对数字产品的价格进一步打折 用户首次定购数字产品时 可以免费试看 7 方便安全的交费渠道 支持用户在银行或营业网点进行实时现金交费和充值 支持用户在营业网点采用POS机刷卡交费 支持用户银行帐户扣帐交费 8 全面的机卡进销存管理 待销售机顶盒和智能卡的全方位管理 支持仓库中机顶盒和智能卡的配对 解配对和测试 支持运营中心仓库和各地区仓库之间的设备转库 具有丰富的设备基本信息 配对信息和转库信息查询功能 9 多种机顶盒销售方式 支持机顶盒销售前免费试用 支持营业网点直销和经销商代销 集团用户购买机顶盒可以分批付款 10 行政机构管理和操作权限管理 支持多级子地区的设置 同一地区可以设置多个营业网点 客服网点和仓库 在集中管理和分地区管理之间有很大的伸缩余地 运营中心即可以把一些重要的权限 如产品打包和定价 用户的折扣级别设定 免费试看期限设定 机顶盒特殊授权等 全部下放给各地区 也可以视需要下方部分权限而把另一部分权限控制在运营中心手中 SMS允许运营中心为下属各个地区分别制定不同的数字产品价格范围 各地区可以在运营中心制定数字产品价格范围内自由定价 下级地区的所有业务对上级地区完全透明 同级地区之间在业务上完全独立和保密 SMS中有许多权限 可以细到每个操作页面上的任何一个按钮都对应一个权限 权限被赋予操作组 操作人员只要加入了某个操作管组后 就享有该组的所有权限 11 有效地进行业务审核 审核员可以通过DVNSMS的审核页面对网点操作员所做的机顶盒销售业务和数字产品销售业务进行事后审核 操作员的操作失误可以通过取消交易 补缴或特殊退款的方式得到补救 营业网点可以通过网点交易日报核对当天发生的各种交易 运营中心管理员可以通过银行对帐报表审核与银行发生的交易 系统管理员可以通过操作员日志查看所属操作员的操作记录 12 高品质的客户服务 各地区客服网点可以在DVNSMS中建立并逐步完善咨询库 为用户提供在线故障咨询 网点操作员可以通过重发授权的功能对用户收不到节目进行补救 实现安装和维修的电子工单化 提供从前台登记 派单 上门施工 回单等各个环节的查询和监督 提供维修换机操作 更换机顶盒后自动把旧机顶盒所拥有的授权信息转移到新机顶盒上 用户因欠费而暂停的服务一旦交费就立即开通服务 13 确保运营商和节目提供商的经济效益 SMS能按照运营商的设定 自动暂停欠费用户的服务 从而督促用户交费 运营中心能控制下属各地区数字产品的销售价格 免费用户数量和集团用户的授权 运营商可以根据收视费统计报表和下属各地区进行分帐 节目提供商可以根据每个数字产品的收视费统计报表和运营商进行分帐 14 数据发掘功能 自动生成多维报表作为营运分析和市场决策的基础 15 同时支持多种CA系统 满足广电总局为保障CA安全 可靠运行的要求 最大限度地保护运营者的利益 应能与多种CA连接 16 避免客户端软件的安装和维护 SMS的客户只需要Windows2000操作系统自带的IE浏览器 17 基于XML的WebService 其它商业系统可以通过SMS的WebService查询或获得所需要的数据 18 技术实现上采用J2EE构架 平台独立 易于维护 在并发处理商业事务上能保证一致性 安全性和可靠性 在系统性能上具有高可用性和可扩展性 用户管理系统示意图 八 条件接收 CA 系统 数字电视的有条件接收是一个比较复杂的题目 各个国家 各个公司都希望保守自已的秘密 大家很难达成一致意见 最终DVB标准达成以下共识 a 两种加解扰方式共存于市场 第一种为 Simulcrypt 同密 每台接收机只能使用单一的解扰方式 排斥其它的解扰方式 第二种为 Multrypt 多密 每台接收机通过定义的公共接口 CommonInterface 允许使用多种解扰方式 b 定义一种公共的加解扰算法 使用户能使用单一的解码器 c 要求条件接收的供应商提供进入数字解码器的接口方法 d 公布有条件接收公共接口 CommonInterface 的技术规格 e 起草反盗版建议 f 有条件接收系统供应商向其它数字电视生产厂商所提供的产品必须是合情合理的产品 并且是禁止排斥公共接口 CommonInterface 的产品 g 有条件接收系统必须允许节目经营者之间的有条件控制转移 比如卫星有条件接收的节目进入有线网后 原有的有条件接收系统可以被新的有条件接收系统所替换 CA的选取及应用1 CA安全性 可靠性及开放性的确定1 安全性 安全性对于一个CA系统是至关重要的 在密码学中的定义是指系统被攻破的几率有多大 一个CA是否安全不能单纯看它的加密算法 更重要的是看实现这个CA的系统安全机制 CA的算法和CA的系统安全机制可以形象地比喻成安全门和门锁的关系 算法好比安全门上的锁 锁如果不牢靠 门再坚固也会被人打开 但如果锁很牢靠 门却装得很松散 也会很容易被人破门而入 只有两者有机地结合起来 才能让系统牢不可破 从这两点出发 我们来考查CA的安全性 a 算法 从算法的角度来看 CA是否采用了一系列先进的算法从理论上避免被破解的可能 这样使得黒客很难通过解析法得出一个明文与密文之间的函数关系 b 节目流加载时间戳 CA对于每一段要做加密处理的数字产品包打上含有年 月 日 时 分 秒的 时间戳 这样使破解者无法在一定的时间段内拿到足够多的对应关系 从而无法通过穷举法破解 c 足够长度的密钥 CA的密钥长度是否足够 这样理论上单纯通过穷举法计算破解需要达到的计算量将是一个天文数字 从系统安全机制的角度来看 CA也应采取一系列措施 d 软硬结合法 CA应把核心的算法和密钥都放在保密性极高的专用IC卡里 使破密者无法打开IC卡里的内部程序 从而保护核心机密 核心算法和密钥的存储方式为破坏性氧化电荷易失存储 这样就保证了破解者无法采用早期的剖开芯片 用电子显微镜分析集成电路的破解手段 e 一机一卡配对 机卡配对是一种很重要的保护CA的方式 就是让破密者觉得不值得去破密 这种方式大大增加了破密的代价和减低了破密者获益的机会 是有效地提高安全性的方法 在实际使用中 每张卡都与一台机器的序列号实现加密配对 这就意味着破密者在破完密之后必须为每一台机器单独制作一张卡 这样就大大增强了制作和发行的成本 并具有一定的风险 使得破密者就算破了密也无法获得商业利益 从而降低其破密的积极性 从根本上防止了CA被破密 f 机顶盒内部通讯加密机制 一般破密者很难从系统前端入手 他们都是通过购买正版机顶盒与智能卡 通过截获并分析机顶盒解扰模块与智能卡之间的通讯信息 来破解密钥的 在机卡两者之间的通讯上 采用了互相加密的方式 要解出一方传来的信息 必须依靠储存在另一方硬件中的部分信息 这样就使得黒客无从下手 g 加密母卡与系统分离结构 CA系统设计架构为软硬件结构分离体系 即母卡与系统分离结构 这样即使母卡密钥被破 可以简单地在前端更换母卡 不会对系统造成影响 另外如果运营商觉得算法不安全 还可以随时通过软件下载的方式进行智能卡算法置换 升级 h 黒客侦测技术 CA的系统监控模块时刻监视着系统内所有智能卡的活动状况 一旦发现某些可疑的智能卡活动频繁 可以直接通过前端发送关机指令 使与之配对的机顶盒失效 及时制止黒客试图多次攻击的行为 2 可靠性 CA的可靠性指的是 CA技术运用到数字电视平台上以后 能否可靠稳定地实现运营商的业务 CA的可靠性主要是看在应用过程中的稳定和方便程度如何 如果CA的功能有很多限制 运营商的业务无法得到充分的支持 CA就反而成了发展业务的阻力 所以CA的可靠性主要应从系统运行的稳定程度和适用程度上来判断 均衡负载处理方式和系统模块叠加并发机制保证了CA系统的稳定 通过对缓冲区存储队列进行智能化的均衡负载分配待加密指令的方式 调节系统性能 这样如果某一台加密机出现故障 系统监控模块很快会发现并告警 此时系统功能运行并不受影响 只是其它加密机的负荷加重 加密速度有所下降 硬件架构采用独特的以太网架构下的堆叠式结构 以20万用户为一个最小系统模块 系统升级只需按照一定的硬件比例进行简单的叠加 可以实现系统平稳地升级 模块化的结构也使系统软件升级变得极为方便 只需采用置换模块的方式 就可以保证服务器升级期间不会中断服务 多种芯片的支持保证CA系统的广泛适用性 要求CA已经和市场通用的机顶盒芯片完成了集成 通用芯片包括 LSISC1000 LSISC2005 ST以及Fujitsu NEC等 CA支持的芯片越多越便于运营者从运营成本的角度选择机顶盒 3 开放性 CA的开放性体现在如下几方面 a CA系统兼容所有符合DVB规范的编解码器 复用器 兼容所有符合DVBSimulcrypt规范的加扰器 b 提供CA 节目管理 SI PSIG的开放性接口 c CA系统应提供标准的SMS网关接口 支持目前市场上所有符合标准接口的数字电视用户管理系统 且同时支持多个不同的SMS系统 d 应提供标准EPG接口 除自带的EPG编辑功能外 还可接入独立的EPG编辑系统 e 对CA系统而言 与中间件集成相关的模块只有OSD模块 因此CA对于OSD的支持是能否方便地接入各种类型的中间件系统的关键 特别是符合MHP规范的中间件系统 f CA智能卡符合GB T16649 1996标准接口规范和国家广电总局已颁布的其他规范 符合ISO7816 2规范 支持全国统一编号 采用EAL4 安全标准 2 CA系统的构成用户授权系统 SAS 加 解密系统加 解扰系统用户管理系统 SMS 3 CA系统重要接口节目信息接口用户管理接口复用器接口智能卡接口机顶盒CA功能接口回传通道接口 加扰器 PRBSG SI发生器 ECMG加密器2 EMMG加密器1 EMMG加密器1 节目信息管理 控制字发生器 SAS SMS 复用器 解复用 解扰器 PRBSG 解密器2 解密器1 授权 PDK智能卡 解密器1 TS加扰TS加扰TSTS 发送端用户端 CW 信道ECM EMM EMM ECM SK PDK 支付 SK 4 用户授权系统 SAS SAS在用户管理系统 SMS 的指导下 负责用户业务开通前的授权预处理操作 包括对用户信用度的确认 用户业务与IC卡有效性确认等 5 加扰系统加扰序列生成 在前端 由 控制字 CW 控制的伪随机序列发生器 PRBSG 产生特定的伪随机加扰序列 传输流的加扰 使用伪随机加扰序列对MPEG 2传输流进行加扰 即伪随机加扰序列与MPEG 2传输流进行模2加得到加扰的传输流 加扰的目的是 使用加扰算法将信号成分内的有用部分转换为一种不可予测的二进制数据流 但保持复用码流的帧结构 控制字 CW 的产生 由控制字发生器生成 为保证CW不会被非法者窃取 控制字发生器若干秒就会将CW更新一次 6 加密系统加密概念 指为了加扰信号进行的连续不断地改变密钥的处理 基本原理 使用加密算法对原始明文信息进行加密 生成加密过的信息 同时用读取的用户权限信息生成用户授权管理消息EMM和用户授权控制消息ECM加密具体过程如下 1 用业务密钥SK ServiceKey 对控制字CW 以及SI等其它控制参数 进行保护加密 在加密器2即ECMG中实现 业务密钥SK是变化的 SK和用户付费有关 实际上是用户的授权信息 例如 一般情况下用户一个月付一次费 SK也按月变化 没有付费的用户将得不到新的业务密钥SK 用业务密钥SK加密处理后的控制字CW放在用户授权控制消息ECM中传送 ECM被送到复用器与加扰的TS流复用在一起传到接收端 2 用个人分配密钥PDK PersonalDistributionKey 对SK再进行加密保护 这个加密过程就完全按照各个用户的特征来进行 PDK的产生 在共用网络寻址模式中 数据包是按用户地址传送的 每个终端设备 即机顶盒 有一个不重复的唯一的地址码 用和这个地址码相关连的一个数列作为PDK PDK由CA系统设备自动产生并严格控制 在终端设备处PDK由网络运营商通过CA系统提供的专用设备烧入机顶盒智能卡的PROM中 不能再读出 为了能提供不同级别 不同类型的各种服务 一套CA系统往往为每个用户分配几个PDK 用来满足丰富的业务需求 用PDK加密处理后的业务密钥SK放在用户授权管理消息EMM中传送 用户管理系统提供的用户地址信息 用户授权信息等和SK一起被送入加密器1 EMMG 利用PDK对这些信息进行加密运算 其输出即为EMM 7 解密和解扰 在机顶盒中完成1 机顶盒中插入智能卡 解码器在TS流中寻找未加扰的PSI 2 在PSI中找出PID 0的PAT 3 在PAT中找出TS流中所有PMT的PID 4 由PMT的PID找出相应的PMT 从PMT中再找出相应的码流 5 在PSI中 找出PID 1的CAT 6 从CAT中可读出所有EMM所在数据包的PID和ECM的PID 7 由EMM和ECM的PID 从TS流中过滤出ECM和EMM 通过智能卡接口将其送给智能卡 8 智能卡先读取已经存入的个人密钥PDK 用PDK对EMM解密 得到业务密钥SK 再用SK对ECM解密 得到控制字CW和控制参数 9 通过智能卡接口将CW和控制参数送给解扰器 对加扰码流解扰 10 已解扰的码流送入解码器进行解码 得到视 音频信号 8 关于PSI ProgramSpecificInformation 节目特定信息由MPEG 2标准定义的PSI 一般是对单一TS流的描述 PSI的作用是使机顶盒中的解码器可以使用PSI信息来自动地设置解码器所需要的各种参数 PSI用四个表格来定义码流结构 PAT ProgramAssociationTable 节目关联表 PID 0 PAT给出了构成传输流TS中各个节目业务的PMT的PID 同时也给出了NIT的PID PMT ProgramMapTable 节目映射表 PMT表给出了组成节目业务的各个码流的PID NIT NetworkInformationTable 网络信息表 它是由ETS300468定义 符合ISO IEC13818 1标准 它提供有关物理网络的信息 CAT ConditionalAccessTable 条件接收表 PID 1 它提供一个或多个CA系统接入的信息 指定CA系统与它们相应的授权管理信息EMM信息之间的联系 指定EMM的PID 以及其它相关参数 PSI信息在复用时通过复用器插到TS流中 并用特定的包标识符 PID 进行标识 PSI指定了如何从一个携带多个节目的TS流中正确找到特定的节目 NIT表在MPEG 2标准中未予规定 它是由SI来规定的 9 关于SI ServiceInformation 业务信息 DVB标准中关于Service的定义 Serviceofprogramunderthecontralofabroadcasterwhichcanbebroadcastaspartofaschedule 它的意思是 在一个可以广播节目时刻表的运营商控制下的节目服务 DVB对SI的定义 PSI是对单一码流的描述 由于播出系统通常存在多个码流 通常一个频道对应一个TS码流 多个频道就有多个TS码流 为了让使用者能在多个码流中快速地找出自己需要的业务 DVB标准化组织对MPEG 2规定的PSI进行了补充 即在PSI四个表的基础上再增加了九个表构成了SI SI是对整个系统所有码流的描述 它描述系统传输内容 广播数据流的编排和时间表等数据 也包括PSI信息 SI规定的九个表 BAT 业务群关联表 提供节目业务群相关信息 给出了业务群的名称和每个业务群中的业务清单 利用BAT可以方便地进行相关节目或某一类节目的浏览和选择 SDT 业务描述表 提供系统中业务的数据 例如业务名称 业务提供者 起始时间 持续时间 以及是否有相应的业务描述表等方面的信息 业务描述表可以描述当前的TS流 也可以描述其它的TS流 可以用表标识符来区分 EIT 节目信息表 包含了与事件或节目相关的数据 如节目的名称 开始时间 时间长度 运行状态等 EIT是生成EPG的主要表 RST 运行状态表 给出某一或多个事件的运行 非运行状态和时间 即某一事件运行或不运行的信息 如正在运行 即将运行 暂停 不运行等 并更新这些信息 允许按时自动切换到指定的事件事件 TDT 时间和日期表 给出了与当前的时间和日期相关的信息 由于这些信息更新频繁 需要单独使用一个表 TOT 时间偏移表 给出了与当前时间 日期和本地时间和日期偏移相关的信息 由于这些信息更新频繁 需要单独使用一个表 ST 填充表 它的作用是表明现有的内容是无效 只是作为填充字节 不传输有用信息 SIT 选择信息表 仅用于码流片段中 例如记录一段码流 包含了描述该码流片段业务信息间断的地方 DIT 间断信息表 仅用于码流片段 如记录的一段码流中 并将它插入到码流片段业务信息间断的地方 SI信息是用来描述传输系统 传送内容和广播数据流时间表等的数据 是MPEG 2中PSI的附加数据 这些数据帮助机顶盒自动调谐 给用户提供附加信息 使机顶盒能自动设置可供选择的业务 SI的表在传输流中以数据段的形式传输 不同的信息表在传输流中通过赋予不同的特定的PID来进行区分 如下表所示 表PID 16进制 PAT0 x0000CAT0 x0001PMT0 x0002NITST0 x0010SDTBAT0 x0011EIT0 x0012RST0 x0013TDTTOT0 x0014TS流中有两种标识符 一种是包标识符 一种是表标识符 例如 SI中的SDT 业务描述表 的每一个表都对一个特定TS中的业务进行描述 而这些业务可能是这个表所存在的TS的一部分 也可能是其它TS的一部分 这些SDT的PID都是相同的 这时候我们就可以通过不同的表标识符来区分它们 从而识别出哪一个表所描述的业务是哪一个TS的 SI PSI中的表在实际中并不都需要传送 必须传送的表如下 PAT ProgramAllocationTable节目关联表CAT ConditionalAccessTable有条件接收表PMT ProgramMapTable节目映射表NIT NetworkInformationTable网络信息表SDT ServiceDescriptionTable业务描述表EIT EventInformationTable节目信息表TDT TimeandDateTable时间日期表通过这些服务信息表格 可以查到所要接收节目的PID码和对应的时钟PCR 节目就可以还原 其它表则按需进行选择传送 49 31 PID 33 码流编号码流属性PID值码流编号码流属性PID值 节目1PMTPATPID 0节目2PMTPID 22 PIDMPEG 2传输流的结构 188字节 PID 10 关于EMM EMM是用户授权管理消息 可以将用户预定的各种节目收视授权包含在其中 从而实现对用户的各种管理EMM的生成过程 基本消息的获取 EMM基本消息的获取来自数据库 它由用户管理系统产生消息的产生 包括用户的地址信息 用户的多种授权信息 用户的辅助信息等消息的加密消息的传输 11 关于ECM ECM是用户授权控制消息 在条件接收过程中 与EMM共同作用 并结合加扰 加密及认证技术 从而对用户完成多种节目有条件接收的控制ECM包括的内容 节目的提供商消息 节目标识信息 节目收视条件 节目辅助信息等 经过适当的组合作为ECM消息的基础 为ECM消息提供基本素材 ECM消息的获取 来自节目数据库 该数据库的内容由节目管理系统经过人工或自动录入编辑而产生的 加扰控制字CW的生成 首先根据时钟获取随机数作为加密的初始密钥 然后通过若干次加密运算产生一个安全的密钥 这个密钥就是最终的加扰控制字 ECM消息的组合ECM消息的加密ECM消息的传输 12 同密与多密工作模式 同密模式 指不同的CA厂家的CA系统在前端建立一个与复用器统一的接口 将不同厂家的用户管理系统 ECM EMM发生器集成在同一个前端 多密模式 是解决用户机顶盒独立于CA系统的要求 多密模式将解密 解扰等功能集中于一个通用接口的插卡式CA模块中 而机顶盒只完成解调 MPEG 2解复用 音 视频解码等功能 从而可实现机卡分离 同密中需要考虑的问题 数字电视广播同密协议允许两家或多家CA厂商共享一条特殊的DVBMPEG 2服务