数字有线电视传输网络的测量

我们的数字有线电视是建立在模拟网络上进行的，即所谓物理网络，一般都是由光钎和电缆组成的HFC网络。在构成HFC网络中，前端设备，光收光发，放大器，分支分配器等，它们都会产生噪声，对大信号有饱和。因此，这个网络无论是对模拟信号或是数字信号都有载噪比C/N，二次失真CSO，三次失真CTB的问题。由于数字电视是脉冲信号，抗干扰能力较强，因此对HFC网络的要求较传输模拟信号要求低一些。

           C/N：传模拟电视要求43dB，数字电视要求28 dB

CSO、CTB： 传模拟电视要求54dB，数字电视要求44 dB

可以这样说，模拟电视合格的网络，数字电视平移是没有问题。但得注意的是，不少网络在模拟时传输30多个频道是可以的，但现在传数字电视信号，往往也会传数据信号，那就不是30个频道了，而是110～860MHz，几乎每个频道都满了，甚至用到1000MHz，这时也应该保证网络每个频道指标合格，特别是CSO、CTB是非常重要的问题。因此，即是在全数字电视网络中也必须测试传输网络指标C/N，CSO，CTB。

对于整个网络和其中的关键部件，如光发射机，光接收机，放大器、分支器等都应该严格测量C/N，CSO，CTB。

图1是C/N，CSO，CTB测量方框图，多路信号源是根据要求提供多路信号同时加入被测网络或器件，CATV分析仪器可测得相应指标。

这里要说明：

(1) 信号源可根据实际使用情况，确定载波信号路数，电平可调。如DS9903共有99路，每路电平为100dBμν，并可调0～50dB，步进1dB。

(2)  CATV分析仪要测得较大的动态范围并获得较高的测量精度一般采用HP8591C(现已停产)、AT2500、ETL。

(3) 特别要说明的是，我们要测量的是被测网络或器件的噪声及饱和失真，因此要求多路信号源高电平输入，这是几十路信号同时加上去，总功率很大。这时测量仪器也可能出现信号过大而产生饱和，因此我们要在仪器前端用衰减器控制仪器的输入电平，同时也可以改变衰减器的衰减来判断CATV分析仪是否失真，如改变衰减器1dB，则CATV也应变化1dB，否则就有失真。用带通滤波器使非测量频的道信号被抑制，以保证仪器在非饱和状态下测到某一个频道准确的测量数据 C/N、CSO、CTB值。

2.2 数字电视信号的分析

一般来讲，数字电视信号分析的主要参数有数字平均功率电平、误码率BER，调制误差率MER，星座图。

对于数字平均功率电平（简称数字电平）这是非常重要的参数，要求测量要准确。因为我们开展数字电视三网融合后，网络内各频道基本上都开通了，这时网络距饱和的临界点很近，如果高2～3dB就很危险，因此对仪器测量精度要有一定的要求。一般在前端精度应在±1～±1.5dB，用户端±2dB以内。当然在±1dB以下最好，但由于被测网络的阻抗，仪器的制造成本等方面的原因，在工程上±1dB就可以了，不必过高地追求。

2.3 误码率BER

BER有前向误码率pre BER和后向误码率post BER，所谓前向误码率是指索罗门纠错前的误码率，纠错后的误码率为纠错后向误码率。我们主要关心前向误码率。

误码率顾名思义它是指数字信号误码的概率。按DVB的要求，64QAM的信号，在一个小时之内只允许误一次码，即前向误码率pre BER为 。对于网络来说一般达到 以上。对于测量仪器来说一般在  以内的测量范围即可，但不必要求过高。

2.4 调制误差率MER和星座图

关于MER和星座图，我曾在本刊写了一篇“调制误差率MER及星座图剖析”，这里不详述。我们将影响数字电视信号的所有干扰信号都视成“广义噪声”来处理。MER调制误差率是表征广义噪声对数字电视信号影响的数字表达式，是反映受干扰的数字电视信号对于理想的数字电视信号的位置偏差；而星座图则是电视信号受广义噪声影响的图形表达式，通过星座图看到信号广义噪声影响，而产生相对理想信号位置的偏移，并通过不同的星座图形可判别广义噪声来源。如果MER合格，一般星座图会是好的，所以在比较重要的测试中这两个参数都要测量，特别是深层次分析中两参数非常重要，但在用户端大量频繁的测量时，为了节约时间，降低成本也可以不用测量星座图，一般质量问题，MER已能反映出来。

2.5 关于MER和BER的讨论

我们知道影响MER、BER的原因是广义噪声。在模拟电视中主要有白噪声，哼声（即交流声）和失真引起的CSO、CTB，这主要是以幅度为特征的噪声。数字电视中，这些噪声影响依然存在，而且增加了相位、相位抖动、群延时、时钟偏移、符号偏移等等干扰，这些都在广义噪声之列。一般来说，这些噪声是综合起来影响数字电视信号，最坏就是造成信号误码。根据通信原理的瀑布图来看BER与噪声有相对应的关系。但是我们营运的数字电视网络系统，其数字电视信号是远远偏离它误码状态。如64QMA的信号在引起误码应是MER为24dB左右，这时BER为 。而一般网络， MER都在30dB以上，要因广义噪声来引起误码是不可能的，所以有专家说在正常营运中，如果因广义噪声引起误码那是一万年一次！

一般来说网络引起的误码大是外界突发信号较多，如外界强烈干扰信号，或者网络的变坏,如网络泄露，接头不良，受潮，接地不良等。

对于数字电视网络，专家们有个MER推荐表（详见表1），从表来看64QAM的网络在用户端最好在32dB以上。

表1、国际组织推荐MER参数表

因此正常的维护监测，不要过高追求误码率、误了多少次码，而是要在误码以前对网络监测诊断，防止它误码，作者称它在不误码状态，即所谓亚误码状态。这就要严格测量MER，要将MER控制在所规定的范围之内，并随时观察它的变化，防止网络老化和突变。因此从这种意义上来讲，MER的测量比BER更重要。是保证数字电视质量非常重要的参数。

我们要牢记，我们的网络维护营运测量，首先是维护网路，要使网络保持工作在亚误码状态，正如是一个保健医生那样。然后才是维修网络，如治病医生那样。如果我们的网络每天都忙于维修，那网络就完蛋了，因为我们的网络是几十万、上百万用户，一定要把它控制在亚误码状态。

3  关于MER的测量

3.1 MER的定义

调制误差率MER的定义是：由此可见，我们测量MER就是要测量信号的理想值与广义噪声引起的比差值。

3.2  MER测量电平的设置

对于MER的测量，被测信号电平的大小非常重要，一般来说电平大些可以获得大的MER值，测量精度也比较高，但过于大后，信号会产生失真，甚至仪器本身也可能因大信号产生饱和失真；如果信号太小，则相应的广义噪声也太小，可能低于仪器的本机噪声，那么测出的MER比实际值要小，因此在实际测量中要具体分析。

3.3  MER的测量

上述分析，在数字电视测量中，数字电平和MER是非常重要的两个参数，而MER也许是测量中最困难，最有争议的参数，但它也是保证数字电视信号质量最重要的参数。

这些年来，数字电视平移中遇到很多问题，大都与MER有关，因此人们越来越多地重视MER的测量，而且将MER值要求也提高。如以前，64QAM的MER，要求为用户端30dB，前端36dB；现在要求用户端一般在32～34dB，前端要求在38～40dB。这样一来对测量仪器要求也就高了。为了保证测量，仪器的测量范围应比网络要求值大 2～3dB，故用于用户端的仪器应在 36dB 以上，前端应在39、40dB。这对仪器是一个非常难的要求，很多数字电视仪器大都是由模拟基础上开发的，它一般只能测量到MER在35 dB以内。目前是，用户需要MER 40dB，仪器厂家或供应商就说能做到40dB，其实很多现有仪器根本做不到，再则一般场合MER值又没有办法计量。因此，目前国内数字电视仪器的MER值测量非常混乱。故很多场合网络出了毛病找不出来，有的工程验收扯皮，有的测试结果无法判定，有的测量MER指标很好，但就是常出现马赛克。

4  数字电视分析仪

4.1 数字电视分析仪原理

图2是数字电视分析仪的方框示意图，它是由频谱分析单元（即接收部份）、射频分析单元、数字电视参数测量单位、控制及按键单元等四个部分组成。

(1) 接收部分实际上就是一个频谱分析仪，它不仅有频谱分析功能，同时给另三个测量单元提供所需的信号。

(2) 射频分析单元，是从接收部分获取IF信号，测量模拟电视参数，同时按数字电视参数的定义测量出相应数值，并算出平均功率电平值。

(3) 参数分析单元首先从接收单元获取信号进行解调，解码，然后根据噪声估计值，错误计数值以及放大后的IF信号A/D值等，通过查看及运算得到相应的校正后的测量参数BER、MER、星座图。

(4) 控制及按键单元，是与相关单元联系，实现人机接口，并保证在屏幕上显示各种参数及图形的测量结果。

  数字电视分析仪原理示意图

 4.2  数字电视分析仪的剖析

图2是一般数字电视分析仪的原理方框，由图中可以看出，无论那个仪器，首先是接收部分，即频谱分析仪的部分，然后是参数分析测量。接收部分是关键，只有将信号接收好了，才好进行各部分参数测量的处理，后者大都是数字电路和软件来完成，各仪器厂家都差不多，而接收部分是实际电路，各仪器的性能与成本相差很大，一个仪器，只有将接收信号处理好了，才能对它所测的信号进行高精度测量、分析、计算、参数显示。

下面仅对调制误差MER进行讨论。我们从MER的定义公式可以看出，它必须测量出信号的标称值（理想值），然后测量它的每次取样偏差值，它的大小近似于如下公式：

信号，其值很小，而且是一个多变的随机信号，故需多次取样，为保证测量误差，其取样次数要远远大于数字信号的QAM数，如64QAM信号，其取样次数要远远大于64次。由此可见小信号测量就会带来较大困难，而且引入较大误差。

我们知道，仪器本身也有噪声，如果仪器噪声大于或等于信号 那么测量无法进行。为了保证小信号测量，一般应大于仪器噪10dB，至少要大于3dB，在3～10dB以内要给出修正系数，对测量结果进行修正。

由此可见，为了保证MER的测量，首先要保证小信号的测量，那就是必须要求仪器本身有小的噪声。例如一般测量信号为65 dBμν，如果要测量MER为40dB，那么噪声信号小于25dBμν，仪器噪声应该在10 dBμν以下。

这个分析只是一个估计，因噪声测量一直是测量工程师非常困扰的问题。但我们可以得出一个概念，即CATV分析仪接收部分是非常重要，特别是仪器本机噪声，一般是指仪器的灵敏度，或测量的最小信号能力。为此，CATV分析仪的频谱分析部分非常重要。实际上一些高级CATV分析仪就是从频谱分析仪基础上演变过来的。如HP8591C、AT2500、ETL，它本身就是一个非常高级的频谱分析仪，它们的信号分析能力强大，精度高，而且灵敏度也很高，都在1μν以下。即是手持式的数字电视分析仪如CX380、CX350、TM1750，它们都将灵敏度提高到10 dBμν以下。如果灵敏度在20dB以上，它的MER要达到40dB是不可能的。进入我们国内来的进口仪器，从说明书看，德国宝马的PRE系列、美国JDSU的DSA4040D，MER为22～35dB，美国创立西克860DSP MER为22～36dB。如果灵敏度在20dB以上甚至更大，若要测到40dB是不可能的。现在数字电视领域的仪器国内又未严格计量，这就造成市面上的仪器良莠不分非常混乱。

作为保证数字有线电视网络质量的仪器，它是计量器具，它一定要保证这些量度（参数）的严格非常重要,即测量参数测量范为和精度。我们当前在研制、验收、维护中常常为测量引起争议，网络设备出了问题找不出原因，就是如此。

5  数字电视分析仪配置及要求

5.1 省、地市级前端网络监测、验收及开发仪器。

(1) 高精度的频谱分析功能。实际上就是一个高精度频谱分析仪。

(2)  CATV 模拟电视分析。它的功能与过去HP8591C功能一致。

(3) 高性能的数字电视测量指标（DVB-C）。世界最高水平BER：0～10-14；MER22～40dB 1dB（此指标非常重要）。

(4)  QAM损伤分析，实际上是对广义噪声的定量测试分析，这是今后数字电视深层次分析的方向。

(5) 时域分析，全程扫描小于1.5ms，是目前CATV分析仪中最快的,这对双向网络，特别是 Cable modem网络分析入侵信号分析非常重要的。

(6) 可以关掉均衡测试，目前一般网络测量都是在开均衡工作状态下测试，对于深层次的分析必须进行关均衡测试，