光传输技术能手竞赛复习试题

光传输技术能手竞赛复习试题内容摘要：

有涉及的技术都紧密连接起来而成为一个 CA 系统，如图所示。 常用条件接收系统原理 从 上 图可以看 出 ，常用的 CA 系统一般有 3 层 的加密体制。 首先是对音视频、数据流的加扰，他是扰码序列对信息流进行加密处理的过程。 扰码序列是伪随机二进制序列，他具有近似随机序列的功率谱特征，不同的是 它 具有周期，但周期很长，一般是数小时甚至是数天。 图中 PRBS 指扰码序列生成器。 生成器的初始条件受控于控制字（ CW），在初始条件已知的情况，可以推测出生成的扰码序列。 根据这个原理，只要在接收端有一个相同的扰码生成器，同时将 CW 发送给接收端用于控制他，运用对应的解扰算法就可以对相应的信息流解扰恢复原始信号。 在这里 CW 起到了 “ 种子 ” 的作用，只要获得了 CW，系 统就被破解了。 所以如何将 CW 安全送到接收端，就成了 CA 系统的核心。 后面的两重加密过程便是为实现 CW 的安全传送并达到授权控制的目的。 为实现保密，使用授权密钥 KS 对控制字 CW 加密形成授权控制信息（ ECM），复用到传送流当中。 同时使用分配密钥 KD 对授权密钥 KS 加密形成授权管理信息（ EMM），也复用到传送流当中。 分配密钥 KD 通常是固化在智 能卡中，用户通过购买智能卡方式获得，避免广播方式的信道传送有被窃取的可能。 如果将授权密钥 KS 通过安全通道分配给用户，一样也能起到保护控制字的效果，为什么要再加一层加密操作呢。 这种体制是为实现授权控制的目的。 例如用户对某一业务授权期限到了（如没有按时缴费），系统通过用户管理系统的确证，将该业务的授权密钥 KS 修改成 KS1，但对用户发送的仍然是 KS 经 KD 加密而成的授权管理信息 EMM，用户虽然可以解密获得 KS 但还是不能享受该业务。 以上的加密过程可以看出一个已获得授权的接收端使用相关业务要依次获取 EMM， ECM。 对 这些信息的提取要依靠节目管理系统提供的 PSI/SI 信息（特殊节目信息 /节目信息）。 节目管理系统将节目的加密情况（是否加密）、加密系统类型（是何种 CA 系统加密）等信息描述在 PSI/SI 信息中。 其中最重要的是 2 种信息表条件接收表（ CAT）和节目映射表（ PM T）。 CAT 表针对具体 CA 系统中的用户的授权情况，他含有标识具体 CA 系统的 CA_System_ Id 和用于获取 EMM 信息的索引 EMM_Pid，通过这两项内容就可以获得用户所在 CA 系统的 EMM 信息。 PMT 表是针对节目的加密情况，他也含有 CA_System_Id 信息用于表示节目是用何种 CA系统加密和 EMM_Pid 用于告知用户如何搜索 ECM。 CA_System_Id 可惟一标识 CA 系统，分配到用户的智能卡中含有这项内容，用户端的条件接收过程就是从读取卡内的 CA_System_Id开始的，获取相应的 EMM， ECM 后，解密解扰的工作就按与发送端相逆的顺序开始了。 (2) 同密加扰绕和多密加扰 同密条件接收系统 若发送端有多个 CA 系统加入，同密方式的做法基于各个运营商之间的商业协议，采用相同控制字生成器和扰码生成器，并使用通用加扰算法对信号加扰。 不同系统之间的差别是从对 CW 的加密开始的，各个系统使用自己的加密算法对 CW 和授权密钥 KS 加密。 用户管理系统可以公用也可以分开。 节目管理系统会将各种 CA 系统的标识 CA_System_Id 以及EMM,ECM 索引信息一一对应描述在 PSI/SI 信息中，原理图如图所示。 同密 CA 系统原理 集成了其中一套 CA 系统的接收解码器（ STB）从插入的智能卡中读出对应 CA_System_I d，根据这个标识获取 EMM,ECM 索引信息进而滤取出具体信息发送回智能卡。 智能卡中集成了 2 套私有的解密算 法，对应与前端生成 EMM 和 ECM 的加密算法，从而获得 CW，送到接收解码器 STB 中， STB 的解码芯片中有集成了通用解扰算法的解扰器，用这个解扰器就可以恢复出原始信号。 用户只要获得其中一种机密系统的授权就可以收看节目。 这种方式下对信号的加解扰是使用通用算法的，所以保证这种方式的通信安全全靠智能卡，两层私有加密电路是其中的关键。 这种做法要求将条件接收系统嵌入接收机中。 多密条件接收系统 同密 系统和 多密系统不同的 地方在于： 多密系统各种 CA系统运营商使用各自不同的 CW，不同的扰码生成器和加扰算法 ；相同 的是 ： 后面的两层加密算法也是私有的。 这使接收端不能使用解码芯片中的公共解扰算法电路，但使用条件接收模块很好地解决这个问题。 他是将接收端所需的 3 层解密电路都集成到一个使用通用接口标准的模块中。 模块中集成了微处理芯片和滤取 CAT， EMM， ECM 所需的硬件电路，主机需要做的就是滤取出节目对应的 PMT表，获取 CA 相关的信息按通用接口标准协议规定的格式发送到模块就可以了。 模块与主机间的命令接口提供模块和主机部分的通信方法却不需要主机了解具体的细节操作。 这种通用接口的应用，使一台 机顶盒 可以使用多个 CA 运营商的模块，也就是可以收看由不同 CA 系统控制的节目。 同密和多密方式的原理如图所示。 8 有线数字电视的性能指标 （ 1）数字电视频道功率 由于数字电视信号的信号功率相对稳定，不随内容的变化而变化，所以数字电视用信道平均功率来表示本频道的功率。 数字电视信号的平均功率电平也称作信道功率，这与模拟电视的电平是完全不同的概念。 数字信号的功率不能用峰值功率测量来完成，因为信道功率是和带宽有关的 ，带宽越宽，信道的平均功率越高。 数字信号载波功率是正确接收的关键性因素之一，适当提高数字信号载波电平就可以较大地提高抗干扰的能力。 8MHz 带宽内的总 RF功率，测试点频率在被测试频道的中央。 其单位为 dBmV 或 dBμV。 （ 2）误码率、 MER 和载噪比 调制误差比 (MER) 数字电视系统中的 MER 类似于模拟系统中的信号噪声比 (S/N)。 调制误差率 MER 是理想符号矢量幅度的平方和除以符号误差矢量幅度的平方和，用 dB 表示。 MER调制误差率是反映数字信号质量非常重要的指标， MER 并非意味着此信号已经误码，而是表征它 在尚未误码时的质量。 它用来早期检测非突发性噪声（或称作无用信号）的影响，如各种噪声、失真（ CSO、CTB）、交调制产物、干扰，不仅包含幅度噪声，而且包含相位噪声。 这些噪声它不像模拟信号那样直接影响到电视信号而产生雪花，图像滚动等，但它将表征信号质量，监测系统可依据此项参数判定做出预警，表示信号劣化，反映播出端信号不佳。 比特误码率 (BER) 误码率 BER是误码的比特数与传输的总比特数之比。 通常用于对随机噪声引起的误码进行的概率统计。 误码不仅导致电视图像出错，而且严重时还会造成图像丢失。 误码的产生在很大 程度上取决于传输的环境如心杂比下降、高频抖动、设备接地问题、设备键连接的电气特性不好、 电源 纹波、脉冲干扰等。 该指标是有线数字电视监测中参考的一个重要指标。 数字电视信号信噪比 信噪比 S/N指传输信号的平均功率与噪声的平均功率之比。 载噪比 C/N 指已调制信号的平均功率与噪声的平均功率之比， 载噪比中的已调制信号的功率包括了传输信号的功率和调制载波的功率。 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。 数字调制信号对网络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不能对图像解码。 此参数也可以同样是判定前端播出信号质量的一个重要参数。 二 专业知识 1 有线电视模拟前端系统 （ 1）组成结构 有线电视系统主要由 信号源、前端、干线传输和用户分配网络 组成。 信号源接收部分的主要任务是向前端提供系统欲传输的各种信号。 它一般包括开路 电视接收信号、调频广播、地面卫星、微波以及有线电视台自办节目 等信号。 系统的前端部分的主要任务是将信号源送来的各种信号进行 滤波、变频、放大、调制、混合 等，使其适用于在干线传输系统中进行传输。 系统的干线传输部分主要任务是将系统前端部分所提供的高频电视信号通过传输媒体不失真地传输给分配系统。 其传输方式主要有 光纤、微波和同轴电缆 三种。 用户分配系统的任务是 把从前端传来的信号分配给千家万户，它是由 支线放大器、分配器、分支器、用户终端 以及它们之间的分支线、用户线组成。 （ 2）设计计算：载噪比、输出电平、非线性失真 为使有线电视系统传输高质量的电视节目，就必须满足一些系统指标的要求：如载噪比（ C/N） ≥43 dB （带宽为 MHz），交扰调制 比（ CM） ≥46 dB ，载波互调比（ IM） ≥54 dB（电视频道内单频互调干扰），复合三次差拍比（ CTB） ≥54 dB ，复合二次差拍比（ CSO）≥53 dB。 其中对系统影响最大的是载噪比（ C/N）和复合三次差拍比（ CTB）这两项指标。 2 载噪比和复合三次差拍比。 在 CATV 系统中，载噪比指标反映了系统内部产生的噪声对电视图像质量的影响。 系统内部产生的噪声主要来源于电阻产生的热噪声和放大器中的晶体管等器件产生的噪声。 为了限制噪声的干扰，保证一定的载噪比，就必须按指标要求限制系统内部放大器的级联数量，同时，还 要保证级联放大器中第一级放大器的噪声系数要小，因为第一级放大器的噪声系数对整个系统的载噪比影响最大。 载噪比的大小直接影响到用户收看电视节目的图像质量，载噪比越大，电视图像的清晰度就越高。 按照 CATV 系统载噪比的大小，我国将电视图像划分为 5 个等级，如表 1 所示，并规定 CATV 系统的图像质量必须达到 4级以上。 下 表 是 载噪比与电视图像质量等级 ： 载噪比（ C/N） 电视图像质量主观评价 电视图像等级 46 dB 以上 图像清晰、觉察不到杂波和干扰优 5 40～ 46 dB 图像良好、可觉察到杂波和干扰良 4 37～ 40 dB 图像一般、杂波和干扰稍令人讨厌 中 3 30～ 37 dB 图像差、杂波和干扰令人讨厌 差 2 30 dB 以下 图像很差、干扰严重、无法收看 劣 1 非线性失真： 复合三次差拍比 在 CATV 系统中，由于有源设备的使用和传输频道数量的增多，产生了非线性失真。 尽管在有源设备中采用线性良好的晶体管和集成电路模块，但设备的输入 — 输出特性仍不是绝对的直线，因此，非线性失真始终存在于有源设备中，这种失真影响电视图像传输的质量和传输的距离。 为了在允许非线性失真的范围内传输电视图像，国际电工委员会（ IEC7281公告）和我国国家标准（ GB6510）对这些非线性失真指标作了明确的规定，譬如：交扰调制比（ dB） ≥46 （下行）或 ≥66 （上行），载波互调比（ dB） ≥57 （宽带系统单频干扰）或 ≥54（频道内干扰，宽带系统多频干扰），信号交流声比（ dB） ≥46 （下行）或 ≥60 （上行），微分增益（ %） ≤10 （下行）或 ≤5 （上行），微分相位（ 176。 ） ≤10 （下行）或 ≤6 （上行）等等。 其中微分增益和微分相位为视频非线性失真，载波互调比、交扰调制比和信号交流声比是射频非线性失真。 由非线性失真产生的各种互调成分会同时对一个有 用频道信号产生干扰，同时，互调成分的数目随着频道数的增加而迅速增加，这就需要综合考虑它们对有用信号的影响。 这些互调成分综合起来称为复合差拍。 当 CATV 系统传输的频道数目超过 16 个时，复合三次差拍将超过交调成为最主要的非线性失真，其数值大小成为限制非线性失真的设计依据。 美国就此首先提出应用复合三次差拍比来取代交扰调制比的建议，这一建议很快被世界各国所接受，成为分析 CATV 系统非线性失真的关键指标。 CATV 系统传输的电视频道的频率间隔大多数是相同的。 譬如：我国电视频道之间的间隔大多数是 8 MHz，当频道数量多时，相互形成的三次差拍成分同时落入某个频率的可能性很大，同时这些差拍分量还有聚集性，往往集中在图像载波频率或频道内某个频率附近 177。 15 kHz 的频带内形成簇，在一个频道内也可能有几簇，但是在图像载波频率上的一簇往往是最大的。 测量一个簇的电平，也就是测量三次差拍成分的总和，这个电平称为复合三次差拍电平。 复合三次差拍电平干扰在电视屏幕上表现为网纹状。 为了定量地描述复合三次差拍对电视图像的影响程度， CATV 系统用复合三次差拍比来衡量， 2 有线数字前端 （ 1）数字电视前端的组成和主要设备 数字有线前端主要由以下几个部分组成： 数字电视信源系统、业务系统、存储播出系统、复用加扰系统、条件接收系统、用户管理系统、编码调制系统、回传处理系统、以及其它辅助系统。 目前的前端系统将接收到的数字卫星节目信号直接送入复用器或将模拟电视信号进行相应的编码后也送入复用器，复用器完成多套节目的复用后通过调制器，借助光纤或电缆网络传输到用户终端。 但是这仅仅是节目转发系统的改造，随着国家广电总局开展有线数字电。