2014技术能手竞赛有线电视部分

有线电视系统

1．基础理论

1.1 分贝比与电平，电平单位的换算

当需要表示系统中的一个功率（或电压）时，可利用电平来表示。系统中某一点的电平是指该点的功率（或电压）对某一基准功率（或电压）的分贝比。10 lg( P / P0 ) = 20 lg( U / U0 )已知系统中某点的电压，也可用dBW来表示该点的电平。例如某输入端的电压为100mV，则其输入功率：P = U^2/Z = 0.1^2 /75 = 1.3 ×10^(-4) W 【75就是75欧姆，75欧姆是一个常见的同轴电缆阻抗标准】那么它对应的电平为:10lg( 1.3 ×10^(-4) / 1 ) = -38.75dbW 0dbW=30dbm=78.75dbmv=138.75dbuv

1.2 载噪比的计算

信噪比即信噪比的分贝值为信号电平与噪声电平之差。定义为高频信号解调后所得的视频信号功率与噪声功率之比，即S／N＝Ps / Pn，若用分贝来表示，则上式变为（S／N）dB＝10 lg（Ps / Pn）＝ＰsdB－Ｐn Db。

载噪比：载噪比定义为图像或声音载波功率与噪声功率之比。即C／Ｎ＝Ｐc / Ｐn （2-16）用分贝来表示为（C／N）dB＝10 lg（Pc / Pn）＝20 lg（Uc / Un）。

目前公认的中国电视制式标准下的载噪比和信噪比的关系:…Ｓ／Ｎ?＝…Ｃ／Ｎ?－６．４ｄＢ。

1.3 非线性失真指标C/CSO和C/CTB的计算

我们将谐波项和差拍项所产生的频率分量落入到正常频道中的那部分产物称为三阶互调产物，这三种产物之和我们称为组合三次差拍，简称CTB。

直流项（低频项），二次谐波项（称二次谐波产物），差拍项（称差拍产物）我们将这些频率分量称为二阶互调产物，把这三种产物的总和通称为组合二阶失真，简称CSO。

交调是由三阶失真CTB产生的，互调在二阶CSO和三阶CTB失真都能产生。为了定量分析这些失真对系统的影响，引入了组合三次差拍比C/CTB和组合二次差拍比C/CSO两个参数。

①、组合三次差拍比：它为载波电平和CTB电平的比

C/CTB=20lg（载波电平/CTB电平）单位是：db

CATV电缆网C/CTB大少与放大器的选料、放大器的输出电平、放大器串接级数及工作频道数有关。

在CATV电缆网中，每个放大器都要产生CTB失真。随着信号往后

逐级传输（即放大器的级联数增加）CTB将逐步积累，C/CTB则逐步变坏，它与放大器串接级数n是20lgn的关系，即如果串接的放大器为n个，那么C/CTB指标将下降20lgn（db）。

C/CTB与所传输的频道数是20lg(M/m)的关系，M是系统传输的最大频道数，m是实际工作的频道数。即传输的频道数越少则C/CTB指标越高。

C/CTB与放大器的输出电平关系是，放大器的输出电平（每个频道电平）若降低1db，则C/CTB指标将改善2db。

在习惯上，我们常说的CTB就是指C/CTB指标。

②、组合二次差拍比：它是载波电平与CSO电平的比

C/CSO=20lg（载波电平/CSO电平）单位为：db

在CATV电缆传输网中C/CSO的特点与C/CTB相同。C/CSO与放大器的输出电平关系是：每个频道电平提高1db，C/CSO指标将变坏1db。

C/CSO与放大器串接数n的关系是10lgn(db)。

C/CSO与所传输的频道数是10lg(M/m)的关系（其中M是系统传送的最大频道数，m是实际传送的频道数），即传输的频道数越少C/CSO指标越高。在习惯上，我们常说的CSO 就是指C/CSO指标。

1.4 数字调制技术

1.4.1 QPSK调制的原理，符号率，宽带计算

QPSK又叫四相绝对相移调制，QPSK利用载波的四种不同相位来表征数字信息。由于每一种载波相位代表两个比特信息，故每个四进制码元又被称为双比特码元。

1.4.2 QAM调制的原理，符号率，宽带计算

1.4.3 OFDM调制的原理，符号率，宽带计算

1.4.4星座图分析

1.5 数字编码技术

1.5.1 MPEG-2 编码器的编码速率

1.5.2 TS码流的形成

1.5.3 TS流的结构和分析

1.5.4 MPEG-4，H.264,AVS编码器的编码速率

1.5.5差错控制编码，线性分组码，循环码，RS码，交织码，卷积码等信道编码原理1.6 多路复用技术：MPEG-2中的PSI信息

1.7 加扰技术

1.7.1 基本原理

1.7.2 同密加扰和多密加扰

1.8 有线数字电视的性能指标

1.8.1数字电视频道功率

1.8.2误码率，MER和载噪比

2.专业知识

2.1 有线电视模拟前端系统

2.1.1组成结构

2.1.2设计计算：载噪比，输出电平，非线性失真

2.2 有线电视数字前端

2.2.1 数字电视前端的组成和主要设备

2.2.2 卫星接收系统的功能和应用

2.2.3 QAM调制器的功能和应用

2.2.4 MPEG-2编码器的功能和应用

2.2.5 复用器的功能和应用

2.2.6 加扰器的功能和应用

2.2.8 视频服务器的功能和应用

2.2.9 核心路由器的功能和应用

2.2.10波分设备的功能和应用

2.2.11网管系统的功能和应用

2.2.12业务与运营支撑系统（BOSS）的功能与应用

2.2.14条件接收系统的功能和应用

解读星座图

如上所述，星座图主要反映数字信号在尚未误码时的噪声状态。在每一个瞬间，信号在方框内都有一个相应的位臵，由于广义噪声影响，它会成为一个离散的小云团，由于噪声的性质不一样，其的形状就有区别，因此我们在星座图测试时可以根据星座图的形状分析判断数字电视系统的噪声特征和来源。

图6连续噪声干扰的星座图图7相位噪声干扰的星座图

图8压缩失真的星座图图9 有入侵信号的星座图图3是性能良好的星座图。即它的MER大于32dB，各种噪声干扰都较小，是以白噪声为主。

图4是具有噪声的星座图。它的噪声较大，在框内比较离散。

图5 广义噪声的干扰。由于这种噪声是随机的，经多次取样，它在星座图方框内形成小园形。

图6为连续噪声干扰。这主要来源于系统内的调制产物，外面的强烈干扰，如计算机，广播发射信号等，这些干扰信号是连续的，它使得星座图的每个点成中心空的小园圈图形，严重者形成一个个小园环。

图7为相位噪声干扰。相位噪声是表征一段时间内信号其相位不稳定情况。如振荡器是关于信号处理（如本地震荡器），这些相位不稳定会影响在信号上，信号处理设备内的振荡器在设计上是只会对处理的信号增加非常微小的相位噪声，然而不良的调制器或处理器可能增加非可观的相位噪声在信号上。这时，我们可以看到一个围绕中心旋转的星座图。

图8为压缩失真引入的噪声干扰。由于发射系统，传输设备的放大器，其信号幅度过大而饱和，造成非线性失真，则形成如图8所示的四个角落被扭曲，四边形成弓形，而不是正常的四方形状。

图9为有入侵信号的星座图。一般来说，上述广义噪声它的图形大都集中在中心附近，由于某一瞬间有入侵信号，它会较远离中心，如图9小园图，入侵信号偏离中心较远，也可能跳出本框，那就产生误码了。

图10是I、Q两路电平不平衡的星座图，这与QAM调制器有关。

图11是信号相位错误引起的星座图错位，引起误码。

图10 I Q电平不平衡星座图图11 信号相位错误星座图从上述可知，由于不同噪声使得星座图形状产生不同变化，那么我可以利用星座图来监测数字电视信号系统噪声特征和来源。数字电视的工程师，可以根据自己的系统所测得的星座图，找出它的规律，去判别噪声，排除隐患。可以这样说，星座图是鉴别数字电视信号质量好坏，寻找噪声来源，排除故障非常好的工具。

2.3 有线电视网络

2.3.1 WDM技术：基本概念，光波长区的分配，WDM系统在传送网中的应用

WDM（Wavelength Division Multiplexing，波分复用）是利用多个激光器在单条光纤上同时发送多束不同波长激光的技术。每个信号经过数据（文本、语音、视频等）调制后都在它独有的色带内传输。WDM能使电话公司和其他运营商的现有光纤基础设施容量大增。制造商已推出了WDM系统，也叫DWDM（密集波分复用）系统。DWDM可以支持150多束不同波长的光波同时传输，每束光波最高达到10Gb/s的数据传输率。这种系统能在一条比头发丝还细的光缆上提供超过1Tb/s的数据传输率

WDM系统在传送网中的应用

传送网面临着巨大带宽需求和网络业务调度等压力，2000年传送网络的热点是：长途

干线大规模应用DWDM系统，从而提供更多的带宽、降低中继成本；在大容量市话网络中规

模应用STM－64和STM－16系统，支持业务的灵活调度。

1．WDM在长途干线传输网中的应用

与由分插复用器（ADM）和中继器构建的传统SDH长途干线网相比，DWDM系统由于采用具有多波长放大能力的接饵光纤放大器技术，从而降低了长途干线网的中继成本，获得了广泛应用。在长途干线传输网中，DWDM负责解决业务的长距离传送，SDH负责解决业务的调

度、上下和保护。根据目前长途干线网建设和维护中对DWDM的要求，总结出以下几个要点：

①在长途干线网中，中继设备数量大为减少，具有统一管理DWDM和SDH设备能力的网管系统可降低网管系统的投资，简化维护工作。

②长途干线中设备节点距离较远，给系统维护和故障排除带来很大不便。如果采用具

有定时扫描各种光谱特性的内臵光谱分析单元，维护人员就可以在网管中心实时了解动态运行中的每个波长的光功率、中心波长、光信噪比等光谱特性，实现系统在线监控，满足干线网远程监控与维护的需要。

③目前ITU－T建议只定义了8×22dB，5×30dB，3×33 dB三种规模的光放大单元，但

长途干线中实际再生段超出120km的情况很多，随着器件技术水平的提高，采用具有更多光放规格的DWDM系统，在工程设计时就可以超出上述受限范围，最终降低中继建设成本。

④目前大多数DWDM系统尚不支持系统误码性能监测和连接完整性确认等重要功能，相反，SDH利用丰富的开销字节能很好地支持上述功能。目前国内有些厂商的DWDM系统在收端

和发端的波长转换单元（OTU）进行波长转换的同时，将SDH帧结构中的B1字节提取出来进

行校验，可实现在线监测和故障准确定位。

⑤长途干线中具有再定时、再整形和再放大（3R）能力的OTU单元可在国距离原因导致

光信噪比下降突破阈值、超出色散容限的节点替代SDH电中继设备，以降低建设成本。

2.3.2宽带城域网的关键技术

关键技术1、压缩编码技术：压缩多媒体数据流的传输码率。

2、基于端系统的流媒体传输QoS控制：主要包括拥塞控制和差错控制。

3、内容分发网络CDN：一个建立并覆盖在互联网之上、由分布在不同区域的节点服务器群组成的、专门为高质量、大规模地分发丰富的多媒体内容的特殊虚拟网络。

4、媒体同步控制：核心是在媒体内或者媒体间说明时间关系。

媒体同步控制的三个类型：

（1）流内（Intra-Stream）同步，

（2）流间（Inter-Stream）同步，

（3）对象间（Inter-Object）同步。

（5）数字版权管理DRM：保护多媒体内容免受未经授权的播放和复制的一种方法。

2.3.3 FTTH的关键技术及应用

光纤到户或称光纤到府（Fiber To The Home，FTTH）是一种光纤通信的传输方法。是直接把光纤接到用户的家中（用户所需的地方）。

FTTH技术主要有以下两种：一种是点到点无源光网络（PON）入户结构；另一种是点到多点无源光网络（PON）结构。PON是一种树状结构的全光网，可以采用稀疏波分复用(CWDM)技术解决双向传输问题。

2.3.4 DOCSIS的关键技术及应用

美国有线电视实验室有限公司（Cable Labs）1997年3月颁布了应用于HFC网的电缆系统数据业务接口规范DOCSIS1.0。定义如何通过电缆调制解调器(Cable Modem)系统在HFC提供双向数据业务。

DOCSIS3.0主要特点

1）信道捆绑技术：

信道捆绑是DOCSIS3.0的核心技术，标准要求支持至少四个下行及四个上行的信道捆绑，这意味着DOCSIS3.0的CMTS和CM至少能够提供超过200Mbps的下行和120Mbps的上行速率，并且更多的上下行信道捆绑还能不断提高接入速率。

目前下行8个信道绑定的产品已经得到了广泛使用。16个下行频道绑定的产品也已经由各个厂家陆续推出。

2）增强的组播特性：

DOCSIS3.0支持IGMPv3以及MLDv2，引入了对PIM-SSM的支持，增强了CMTS 对组播的管理和控制能力。

PIM-SSM要求客户端在加入一个组播时要携带该组播的源地址，阻止了非法组播源对业务的干扰，增强了组播业务的安全性。通过在CM配臵文件中对组播流指定业务流，就能够对组播业务进行完善的业务质量保障。

增强的组播特性和信道捆绑配合，使得在DOCSIS架构下利用组播方式为用户提供高质量的视频服务成为可能。

3）支持IPv6

由于IPv4地址的组建耗尽，DOCSIS3.0要求支持IPv6, 同时定义了IPv6和IPv4的双栈运行模式，能够同时支持IPv6和IPv4的设备，使得从IPv4到IPv6实现平滑过渡。

4）增强的安全特性：

DOCSIS3.0引入了EAE（Early Authentication and Encryption, 早期鉴权和加密），该特性要求CM在注册过程中就与CMTS进行认证和加密，进一步防止业务盗用及“克隆设备”接入网络；引入AES－128位加密，防止报文被非法窃取并破解。

5）增强的网管功能：

除了标准的SNMP之外，DOCSIS3.0引入了IPDR(IP Data Record)，IPDR提供了一种基于XML格式的机制，以一种比SNMP更为直观和高效的方式对网络流量以及单个用户的流量进行监测，更方便主动发现网络中潜在的问题。

6）物理层的扩展

DOCSIS 3.0 还在物理层方面进行了一些扩展，将下行频率扩展为

108~1002MHz，上行扩展为5~85MHz。

DOCSIS规范应用高度依赖双向HFC网络质量（网络硬件和网络运维能力）

DOCSIS的应用首先要求HFC网络硬件质量优异，其次要求网络运维能力强。这些要求在我国只有那些资金充裕、技术力量相对强大、管理规范、运营理念超前的少数有线电视网络公司才具备。

2.3.5 EoC的关键技术及应用

EOC（Ethernet Over Cable）主要分为基带传输、调制传输、2.4GHz扩展应用三类，可具体细分出很多标准、非标准的技术，如基带、MoCA、同轴Wi-Fi、CableRan等。

基带EOC(Ethernet Over Coax)是基于IEEE802.3协议的一种同轴传输技术，只做物理变换，原来的以太网帧格式和MAC层保持不变，不涉及任何协议转换，不增加任何网络层次，对同一根同轴电缆通过频率分割，在0.5－25MHZ带宽内直接传送10Base-T的基带以太网信号，110－860MHz仍然传送RF TV信号，把有线电视信号的下行传输和IP数据双向传输有机地结合在一起，用同一根电缆送入用户，既有大容量清晰的图像，又有双向独享的宽带数据接入。

基带EOC设备包括EOC局端设备和EOC终端设备。EOC局端设备相当于交换机+混频器，将数据信号与电视信号混合后进行传输，有数据接入口，接口类型为10/100M自适应，连接器类型为RJ45网络接口，输入阻抗为100Ω。

EOC终端设备实质上就是分频器，一般都是无源类型，有同轴输入口、数据和TV 输出口。同轴输入口为F型连接座, 输入阻抗为75Ω；数据接口类型为RJ45网络接口，输入阻抗为100Ω。TV输出口为F型连接座, 输入阻抗为75Ω。

但是，由于以太网PHY芯片只能适应比较纯净的五类线或者铜缆等物理介质，而对于各个有线网络实际使用中五花八门的各种品质的同轴电缆，会出现复杂的信号衰减和回传畸变情况，影响接入距离和信号传输质量。需要EOC设备具有较好的自适应传输阻抗匹配能力，和良好的稳定性、可靠性。

另外基带EOC只适合点对点的应用，只能适应星型结构的集中分配方式，而对于串接型的树形结构难以适应。目前在湖南地区，相当多的用户家庭室内布线是私人布线，布线极不规范，所用材料参差不齐，多数是劣质产品，如果不进行认真的网络线路整治，一般不适合直接应用基带EOC技术和设备。

2.3.6 同轴电缆传输网络：基本结构，干线放大器的工作电平，传输系统的设计和计算

2.3.7用户分配网：树形结构，集中分配结构；无源分配网的设计和计算

2.4 相关知识

2.4.1三网融合，NGB，IPTV的基本概念及其相关技术

三网融合，是指广播电视网、电信网与互联网的融合，其中互联网是核心。但在现阶段它并不意味着电信网、计算机网和有线电视网三大网络的物理合一，而主要是指高层业务应用的融合。其表现为技术上趋向一致，网络层上可以实现互联互通，形成无缝覆盖，业务层上互相渗透和交叉，应用层上趋向使用统一的IP协议，在经营上互相竞争、互相合作，朝着向用户提供多样化、多媒体化、个性化服务的同一目标逐渐交汇在一起，行业管制和政策方面也逐渐趋向统一。三大网络通过技术改造，能够提供包括语音、数据、图像等综合多媒体的通信业务。

NGB是英文Next Generation Broadcasting network的缩略语简称，意为中国下一代广播电视网。NGB是以有线电视数字化和移动多媒体广播电视（CMMB）的成果为基础，以自主创新的“高性能宽带信息网”核心技术为支撑，构建的适合我国国情的、“三网融合”的、有线无线相结合的、全程全网的下一代广播电视网络。

NGB的核心传输带宽将超过每秒1千千兆比特、保证每户接入带宽超过每秒40兆比特，可以提供高清晰度电视、数字视音频节目、高速数据接入和话音等“三网融合”的“一站式”服务，使电视机成为最基本、最便捷的信息终端，使宽带互动数字信息消费如同水、电、暖、气等基础性消费一样遍及千家万户。同时NGB还具有可信的服务保障和可控、可管的网络运行属性，其综合技术性能指标达到或超过国际先进水平，能够满足未来20年每个家庭“出门就上高速路”的信息服务总体需求。

基本信息

iptv

iptv

IPTV是利用计算机或机顶盒+电视完成接收视频点播节目、视频广播及网上冲浪等功能。它采用高效的视频压缩技术，使视频流传输带宽在800Kb/s时可以有接近DVD的收视效果（通常DVD的视频流传输带宽需要3Mb/s），对今后开展视频类业务如因特网上视频直播、远距离真视频点播、节目源制作等来讲，有很强的优势，是一个全新的技术概念。

传统电视播放存在的问题：传统的电视是单向广播方式，它极大地限制了电视观众与电视服务提供商之间的互动，也限制了节目的个性化和即时化。如果一位电视观众对正在播送的所有频道内容都没有兴趣，他（她）将别无选择。这不仅对该电视观众来说是一个时间上的损失，对有线电视服务提供商来说也是一个资源的浪费。另外，目前实行的特定内容的节目在特定的时间段内播放对于许多观众来说是不方便的。一位上夜班的观众可能希望在凌晨某个时候收看新闻，而一位准备搭乘某次列车的乘客则希望离家以前看一场原定晚上播出的足球比赛录像。现在看来是不可能的。

用户在家中可以有三种方式享受IPTV服务：⑴计算机；⑵网络机顶盒+普通电视机；⑶移动终端（如IPad，IPhone等）。它能够很好地适应当今网络飞速发展的趋势，充分有效地利用网络资源。IPTV既不同于传统的模拟式有线电视，也不同于经典的数字电视。因为，传统的和经典的数字电视都具有频分制、定时、单向广播等特点；尽管经典的数字电视相对于模拟电视有许多技术革新，但只是信号形式的改变，而没有触及媒体内容的传播方式。

2 主要特点

IPTV是利用宽带有线电视网的基础设施，以家用电视机作为主要终端电器，通过互联网络协议来提供包括电视节目在内的多种数字媒体服务。特点表现在：

1）用户可以得到高质量（接近DVD水平的）数字媒体服务。

2）用户可有极为广泛的自由度选择宽带IP网上各网站提供的视频节目。

3）实现媒体提供者和媒体消费者的实质性互动。IPTV采用的播放平台将是新一代家庭数字媒体终端的典型代表，它能根据用户的选择配臵多种多媒体服务功能，包括数字电视节目，可视IP电话，DVD/VCD播放，互联网游览，电子邮件，以及多种在线信息咨询、娱乐、教育及商务功能。

4）为网络发展商和节目提供商提供了广阔的新兴市场。目前中国通信事业正在迅猛地发展，用户对信息服务的要求越来越高，特别是宽带视频信息。可以说中国已基本具备了大力发展IPTV的技术条件和市场条件。

一般所说的IPTV与数字电视，既有相似点，又有区别。烽火网络公司的技术专家从以下方面阐述了二者的异同。

2.1 1．技术体系

IPTV系统又叫交互电视，它的系统结构主要包括流媒体服务、节目采编、存储及认证计费等子系统，主要存储及传送的内容是以MPEG-4为编码核心的流媒体文件，基于IP网络传输，通常要在边缘设臵内容分配服务节点，配臵流媒体服务及存储设备，用户终端可以是IP机顶盒+电视机，也可以是PC。

有线数字电视的广播网采取的是HFC网络体系，与传统的模拟有线电视网络体系架构相同，而开展新型的交互式业务情况下（如VOD），网络体系会有所不同。有线数字电视VOD系统主要包括VOD服务、节目采编、存储及认证计费系统，主要存储及传送的内容是MP-2TS 流，采用IPOVERDWDM技术，基于DVDIP光纤网传输，与IPTV的分布式架构不同，有线数字电视VOD系统采用的是集中式的服务架构，在HFC分前端并不需要配臵用于内容存储及分发的视频服务器，只需要放臵DWDM接收机及GAM调制等设备即可，大大降低了系统的运营成本及管理复杂度，用户终端是数字机顶盒+电视机。目前国内已经基本形成数字电视产业链，出现了众多的数字电视机顶盒制造商、前端设备制造商、系统集成商。

2.2 2．业务内容

IPTV有很灵活的交互特性，因为具有IP网的对称交互先天优势，其节目在网内，可采用广播，组播，单播多种发布方式。可以非常灵活地实现电子菜单、节目预约、实时快进、快退、终端帐号及计费管理、节目编排等多种功能。另外基于Inter网的其它内容业务也可以展开，如网络游戏、电子邮件、电子理财等。

有线数字电视采用广播方式，如果要实现视频点播必须将原来的HFC广播网络进行双向改造。一般情况下，只开通有关生活资讯的交互频道。如果数字电视要支持视频点播时，也是