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HFC网络数字调制信号的技术维护规范建议第1页1HFC网络双向数字调制信号的技术维护规范建议{摘要}：本文在介绍HFC网络数字业务的各项指标及其设计原理基础上，以实际测量、维护的图例说明了HFC双向数字调制信号的具体技术维护内容，并对上下行网络技术维护需要关注的数字调制信号的部分技术参数要求做了总结。{关键词}：MER、BER、C/N、星座图、回传通路衰减、ZeroSpan当前HFC网络运营的网络业务中，数据业务已经占有相当比例。为使HFC网络数据与模拟业务稳定的开展，必须及时建立HFC网络数字业务的技术维护规范。本建议是在研究ETSI标准EN300429、ATSCDOC.A/64、DOCSISSP-RF1V1.1（含EU-DOCSIS1.1）、等国际技术规范；CED、IEEE、communicationstechnology等技术刊物的基础上，结合HFC网络数字信号的维护实践总结的。本草拟稿分为四部分。第一部分重点说明下行数字调制信号的具体指标的确定方法及在数字业务维护中的相关技术手段。第二部分说明上行数字调制信号要求的部分指标的确定方法及在维护中的相关技术手段。第三部分为数字调制信号的网络技术参数表。包括：下行数字调制信号的参数要求、上行数字调制信号的参数要求。最后是参考文献附录。第一部分下行数字调制信号的指标的确定方法及在数字业务维护中的技术手段首先介绍数字电视前端与接收的系统框图如附图一：附图一是ETSI标准（欧洲）EN300429v1.2.1提供参考的CATV数字前端与接收的系统框图，主要由三部分组成：CATV系统前端、传输网络（HFC）、CATV有线电视综合解码接收机IRD（数字机顶盒）1、CATV系统前端用的电缆数字调制器的框图如图1所示，有人也称为全数字CATV系统。系统前端的电视数字基带信号源主要有本地的MPEG-2节目源、接收的数字卫星信号、本地的无线电视信号（例如HDTV等）。将这些节目在CATV前端进行编码、复用后，进入基带和物理单元接口。基带接口与同步：将信号源格式与数字结构进行匹配。帧结构应与包含同步字节的MPEG-2传送层一致。同步1翻转和随机化：将MPEG-2帧结构的同步1字节反相。为了频谱成形，并对数据流进行随机化处理，一般使用伪随机序列对统计特性不好的码列进行扰码（随机化），可使输出序列中的0与1的个数大致相同，没有长串的连续0或1，从而使码列的特性与传输通道的特性相符。RS编码器：对每一个已随机化的传送包进行截短的块RS编码，以产生误码保护包。这种编码也应用于同步字节本身。根据误码保护的要求，有线传送与卫星传送系统不同，没有使用卷积编码，而只是使用基于RS编码的前向纠错（FEC）。卷积交织器：完成一定深度的误码保护包的卷积交织，同步字节不参加交织处理。这种直字节交织有利于抗突发误码，进一步增强抵御能力（当码流在传输中突发误码持续多个码元时，经过去交织器后，连续误码变为离散的单个误码即可被RS解码器纠正）。HFC网络数字调制信号的技术维护规范建议第2页2字节映射到m比特符号：该单元将交织器产生的字节映射为QAM符号，以便进行调制。对64QAM的调制，是将8比特数据转换成6比特为一组的符号。差分编码：为获得旋转不变星座图，该单元应对每个符号的两个最高有效位（MSB）进行差分编码以便获得固定90度旋转的QAM星座图。基带成形：将经过差分编码的m比特符号映射为I和Q信号，在QAM调制前对I、Q信号进行升余弦滚降平方根滤波。QAM调制和中频物理接口：完成QAM调制，并将QAM已调信号连接到CATV射频信道。CATV用的QAM调制是使用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质实现两路并行数字信息传输，因此它兼顾了频带及功率利用率。2、传输网络：指HFC3、CATV有线电视综合解码接收机（数字机顶盒）：完成与前端相反的物理过程。一、系统输出口数字调制信号的输出功率电平1、64QAM调制的数字频道功率电平比模拟电视载波电平低10dB,这里数字频道功率电平指的是平均功率电平，而不是峰值电平。因为射频载波被随机化的数字信号调制，使射频信号呈现为类似噪声充满整个频谱。一般而言，64QAM调制数字频道的峰值功率要比平均功率高6---10dB、QPSK调制数字频道的峰值功率要比平均功率高3---5dB。在网络中一方面要为了防止数字信号的峰值电平过高导致放大器压缩、互调干扰及光发射机的限幅削波产生CSO、CTB等非线形产物对模拟信号的干扰而要降低数字信号的功率，另一方面又要尽量提高数字频道的电平以增加信噪比，提高抗非线性及噪声的能力。综合起来，数字频道的功率电平应比模拟电视载波电平低10dB为好。2、测量方法：第一种：用加滤波器的热功率计法测量（因滤波器实现困难，较少使用）第二种：用频谱仪NoiseMarker的每Hz功率法。它是用每Hz带宽显示每Hz功率的方法。数据信道功率=显示的每Hz功率+10lg（信道带宽）注意：频道带外所显示的噪声电平应比频道带内的最大电平应至少低15dB，且频谱仪的基底噪声应比频道带外所显示的噪声电平至少低10dB时，噪声的贡献才可不计。否则应予以修正。当数字频道显示的频谱倾斜严重时，测量的结果将不准确。第三种：用专用测量宽带频谱功率的仪器，可直接读出数字频道功率。3、实际数字频道的平均功率电平的确定应与邻近的模拟频道电平对比，看其是否相差10dB。如系统输出口的模拟信号频道的电平范围在62---72dBμν，则数字频道的平均功率范围应在52---62dBμν。二、调制误差率MER：指平均矢量幅度与误差矢量幅度的有效值的比值，结果用dB表示。HFC网络数字调制信号的技术维护规范建议第3页3实际矢量1、图解说明：Q*误差矢量****理想矢量****I********当接收机接收信号时，在某一段时间里捕获到N个符号（应远大于星座点数M），得到N个矢量，记录他们的实际位置，而该符号的理想位置是，从而可得到误差矢量，即实际位置到理想位置的偏移。MER反映的是实际信号对理想信号位置的总体偏移程度。2、调制误差率MER反映了在整个测量系统中对信号的所有相位、幅度类型的损伤和劣化。例如：各种非中断性的损伤（系统噪声、CSO、CTB、侵入噪声）、相位误差、相位噪声等造成的相位误差及调制器IQ幅度不平衡、放大器压缩造成的幅度误差等。在只考虑频道中的高斯噪声时，MER近视于基带数字调制信号的SNR。MER的测试结果客观而准确的反映了数字接收机正确还原数字信号的能力，也可以看作为数字信号被正确还原的概率。在考察数字电视传输系统的性能、调制信号的质量及SNR的分配时，MER比S/N更能说明整个系统的性能。3、关于MER的门限：基于8MHz的64QAM的MER门限值为24dB，一旦低于此值，由于数字信号的“峭壁”效应，图象就会从满意的效果转到马赛克现象、静帧或黑屏。（这一点完全不同于模拟电视的图象质量逐渐下降，如下图三）。一般应给系统输出4---6dB的安全裕量。建议系统输出口的MER在28dB。前端MER值达到35dB时将是理想情况（一般仪器的测量范围在18---35dB。模拟频道峭壁点数字频道频道噪声由小到大图三：数字频道“峭壁”效应与模拟电视的图象渐变4、用专用仪器即可通过高速计算软件测得MER值。三、误差矢量幅度EVM：用百分比表示误差矢量幅度归一化到峰值矢量幅度的图象质量由好到差HFC网络数字调制信号的技术维护规范建议第4页4MER。EVM计算公式为Smax为最大矢量幅度EVM与MER可以相互转化，公式为：其中V为峰值与平均电压的比，MERv为转化dB单位后的值，64QAM的V值取1.527。一般情况下，用MER表示系统状况较好，它反映了在整个测量系统中对信号的所有相位、幅度类型的损伤和劣化，而S/N主要考虑的是高斯噪声。折算后EVM取值范围：2.62%(MER取28dB)---1.2%((MER取35dB)四、载噪比C/N：指RF/IF信号的总功率对有效带宽内噪声功率的比值，用dB表示。这只是一种传统的称呼，因为实际上有线数字电视采用的是抑制载波的调制，传输中已不出现载波。选择不同的噪声带宽就会有不同的C/N。一般有三种带宽：频道带宽8MHZ、符号率带宽F、占用带宽（1+a）F。用占用带宽（1+a）F作为系统通道内的噪声是DVB推荐方法。（a为64QAM升余弦滚降系数0.15）1、实际使用两种C/N：系统（通道）的C/N、接收机的Crec/Nrec。两者的区别在带宽的选择上。C/N以占用带宽（1+a）F为系统带宽，代表接收机输入滤波器之前的载噪比，Crec/Nrec以符号率为带宽，代表接收机输入滤波器之后的载噪比。对64QAM而言两者的关系为：Crec/Nrec=C/N+0.4412、用频谱仪测量的方法：先用频谱仪Noisemarker模式测量信号的每Hz功率C，再关掉调制器的信号，用相同模式测量相同频率点的噪声功率No,两者之差即为C/N。或者在不关断调制器的情况下，测量没有信号的相邻频道的噪声功率No,则C—No即为所求。但是这种情况要求，相邻频道的噪声频谱应较平坦。在频道带外所显示的噪声电平应比频道带内的最大电平低15dB，且频谱仪的基底噪声应比频道带外所显示的噪声电平低10dB时，噪声的贡献才可不计。3、系统C/N的设计取值：设模拟电视的的输出范围为：62---72dBμV，当系统要求载噪比为44dB时，噪声最大可能为28dBμV。若保持数字频道比模拟频道电平低10dB，即52---62dBμV，则最差的数字频道C/N将只有52-28=24dB，而系统C/N的门限值（只计高斯噪声）为23.7dB（对应的BER为1E-04），这样就会使系统处于临界。一般应该增加4---6dB作为余量，即系统C/N建议定为28dB。五、噪声功率带宽内的每比特能量Eb/No：它与系统C/N的关系为：Eb/No=C/N—10lgm(m为每个符号的比特数，64QAM中m为6)六：比特误码率BER：错误比特数和发送比特总数的比，简称为误码率。它作为载噪比的函数是数字传输系统最重要的参数。数字信号不同于模拟信号，一切损伤与干扰最后都反映在BER上。系统可靠性最终都归结到BER这一HFC网络数字调制信号的技术维护规范建议第5页5指标上。BER与测试点的C/N有关。1、准确测量误码率要在非业务状态下进行。基本原理是：在发送段送出空包或伪随机序列，收端将收到的比特流与已知的比特流对照，从而统计出误码率。有线数字电视中关心的RS解码前（FEC）的误码率为1E-07---1E-03。2、测量BER一般有两种显示值：FEC校正前的BER、FEC校正后的BER。FEC校正前的BER指系统的误码率（包括可校正、不可校正的误码），FEC校正后的BER指FEC不能校正的误码，两者之间的不同反映了FEC工作的状况及系统离失败点的远近程度。高于1E-03的误码率则超过了系统FEC校正的能力，1E-04为64QAM系统FEC校正前的BER临界，高于此误码率，系统的传输质量将急剧劣化，而误码率在1E-06、1E-07时将会出现可察觉的图象损伤，误码率在1E-09以下时服务质量将相当好。建议选择1E-08作为系统FEC校正前的BER参考值。FEC校正后的BER至少应远远小于1E-11才能达到MPEG-2解复用器的输入要求。CATV的前向误码纠正FEC可将BER从1E-04提高到1E-11，确保了传送中准无误码（QEF）工作。3、BER反映了限幅与失真峰值造成的影响，限幅与失真产生的频谱尖峰是BER劣化的主要原因，而且限幅产生的问题无法通过MER测试来读出，必须采用误码检测来捕捉。以下是几个测试结果中常用概念：准无误码（QEF）：每小时少于1个不可纠正的错误事件无误码秒：在一秒时间内无误码比特误码秒：在一秒内能够被FEC校正的误码比特数严重误码秒：在一秒内不能被FEC校正的误码比特数，它反映了系统中断的时间。对BER而言，因为它很难反映产生问题的原因，系统一般还会关注B