CN101124821A - 数字有线电视设备的位置检测器 - Google Patents

Abstract

一种符合某些实施例的有线电视设备的审核操作方法包括：检测触发审核的事件；生成指纹值，该指纹值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数；将指纹值和存储的参考值进行比较；如果指纹值处于存储的参考值的指定范围之内，则允许有线电视设备执行正常的操作功能；如果指纹值处于存储的参考值的指定范围之外，则禁止有线电视设备执行正常的操作功能。不应将该摘要视为限制性的，因为其他实施例可能具有不同于本摘要所描述的特征。

Description

数字有线电视设备的位置检测器

对相关文件的交叉引用

本申请要求小佩德洛(Pedlow，Jr.)等人于2004年6月15日提交的申请号为60/580153的美国临时专利的优先权，此处通过引用将其全部内容包含于本文之中。

版权声明

本专利文件公开的一部分内容受到版权保护。版权所有人不反对对专利商标局的专利文件或记录形式的本专利文件或本专利公开进行的拓制(facsimile reproduction)，但保留除此之外的所有版权权利。

技术领域

本发明涉及数字有线电视，更具体地，涉及数字有线电视设备的位置检测器。

背景技术

数字有线电视设备正在成为现代家庭的主流设备。这些设备可以是从有线电视运营商处租赁的或是用户通过零售渠道购买的独立“机顶盒”。作为U.S.FCC(联邦通信委员会)批准的数字电视的“即插即用”提案的一部分，也可以将这些设备直接集成到新的电视接收机之中。

随着在消费产品中实施数字解码功能的成本的迅速下降和有线电视系统中的数字节目的日益流行，有线电视行业正在实行从它们的系统中淘汰所有剩余的模拟电视业务来回收频率范围、减少运营成本和信号盗用的计划。在可见的将来，这将导致有线电视运营商

必须为它们的拥有遗留的模拟电视机、VCR等的用户提供数字转换器(将数字信号转换成这些遗留的模拟设备可用的模拟信号)，以便使这些设备能够在全数字网络中继续使用。

在撰写本文件时，业内估计，在一个典型的家庭中，除任何现有的数字有线电视转换器或经CableCARD^TM启用的产品之外，有线电视系统连接了四种或更多的遗留的模拟设备。对有线电视运营商而言，由于它们需要派发大量的数字转换器来支持它们的用户家庭中的模拟设备，且由于这些设备目前不能利用电子节目向导、视频点播或按次计费业务，因而它们无法弥补它们在目前可以用于派发的先进的双向数字有线电视机顶盒上的巨大资本支出。结果，现在它们将注意力放在了用于实现上述目的的非常廉价的单向数字转换器上，与用当前已具备的双向设备来取代模拟设备相比，这些设备能以低得多的成本(对运营商而言)为当前的模拟用户提供类似数字业务的服务。因为管理方面的原因和其他原因，许多有线电视运营商试图以低成本为用户提供这些单向转换器，并认为通过回收有价值的频率范围、降低运营成本(即用于连接/断开和消除信号盗用的“上门服务”(业务呼叫))能获得超过提供这些设备的成本的收益。

这些简单的数字转换器通常只用于最基本的业务层，当前，这些业务层设置成模拟形式，因而，不同于当前采用现代数字加密技术的高级业务，它们不能防止未经授权的一方接收有关内容。保守估计，目前现代有线电视系统中有三分之一的频道仍然为模拟的基础业务，且全国范围的调查表明，每年约有1150万的美国家庭盗用这些有线电视业务，这造成了65亿美元的年收益损失(见Cox通信公司的新闻稿“Cox通信加入全国性的信号盗用察觉周(6月1日至5日)，BUSINESS WIRE，2004年5月21日)(Cox Communications PressRelease Cox Communications Joins Nationwide Signal Theft AwarenessWeek June 1-5，BUSINESS WIRE，May 21，2004)。

将基本层从模拟业务转变到加密的全数字业务将消除当前出现的大部分形式的信号盗用，因为有线电视运营商可以对这些新的数字转换器进行单独的寻址。不像现在(仅仅通过篡改或仅仅因为运营商未采取高成本的将现场人员派到各建筑物来断开连接的方式，非法用户便能通过未经授权的连接物理地访问有线电视信号)，当前的模拟用户再也无法以不对有线电视运营商进行补偿的方式来获得相关服务了。对于新型的电视接收机而言，如果它们的所有者未取得来自有线电视运营商的CableCard^TM和以电子方式得到服务授权，结果也将一样。

向全数字转变的典型转换方案是，有线电视运营商升级为社区或城市服务的头端，以便以数字形式和当前的模拟形式来运载基本层的内容。接下来，将所有目前部署的用于将高级数字业务内容解码的双向设备重新编程，以使它们仅接收数字内容，这包括用新的数字层替换模拟层，而非采用现有的混合格式。同时，运营商开始根据用户申报的其家中的连接录像机、电视等遗留的模拟设备的有线插口数向现有用户发放新的单向转换器。除了对用户进行调查或进行实地审核以外，有线电视运营商没有其他确定模拟设备数目的办法。随着将有线电视头端服务的各个节点从混合式的模拟/数字形式转换成全数字形式，运营商很可能将这些新型的转换设备整体地配置到用户。一个节点通常服务500至2000个用户，并且，必须在开通服务之前将转换器提供给用户，以避免服务中断。

尽管引入全数字业务和低成本的数字转换器似乎解决了所有未授权的收看和信号盗用的问题，但是，由于这些低成本的转换器是单向设备，因而出现了不向有线电视运营商公平付费的机会。当运营商联系用户以确定支持用户家中的模拟设备所需的转换器数量时，用户会有意的“过多申报”家中的模拟设备的数量。之后，他们可以把从有线电视运营商处获得的转换器提供给朋友、亲属等，以“分摊(基本有线电视业务的)费用”。还存在其他不让有线电视运营商知晓或不经其授权的重新分配单向转换器的模式。由于这些设备是运营商分发给有效用户的设备，且因为它们应用在不同于所记录的上述有效用户的家的位置，因而有线电视运营商损失了订阅收入。

其他连接到有线电视网络的单向设备也遇到了同样的问题。用于数字电视的新型CableCARD^TM设备便是这种设备的一个例子，同样，用户可以轻易地重新安排该设备的位置。而双向设备(如用于高级业务的现有的数字有线电视解码器)则不大可能存在这样的问题，因为可以通过头端查询和响应(测量响应的延迟时间来确定至上述设备的电缆距离)来以电子方式检测这些设备的位置。在这样的应用中，可以将分配了同一地址的两个设备的响应时间值进行相似性比较，以推断它们的物理相邻程度。

发明内容

一种有线电视设备审核操作方法，包括：检测触发审核的事件；生成指纹值，其中，所述指纹值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数；将所述指纹值与存储的参考值进行比较；如果所述指纹值处于所述存储的参考值的指定范围之内，则允许所述有线电视设备执行正常的操作功能；如果所述指纹值处于所述存储的参考值的指定范围之外，则禁止所述有线电视设备执行正常的操作功能。

一种有线电视设备审核操作方法，包括：检测触发审核的事件；生成指纹值，其中，所述指纹值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数；其中，所述指纹包括以下参数的至少其中之一的函数：所述有线电视设备的自适应均衡器的至少一个均衡器系数和所述有线电视设备的AGC环的至少一个增益系数值；将所述指纹值与存储的参考值进行比较；如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之内，则允许所述有线电视设备执行正常的操作功能；如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之外，则禁止所述有线电视设备执行正常的操作功能。

一种自我审核的有线电视设备，包括：用于检测触发审核的事件的装置；用于生成指纹值的设备，其中，所述指纹值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数；用于存储参考值的存储器；用于将所述指纹值与所述存储的参考值进行比较的处理器，其中：如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之内，则允许所述有线电视设备执行正常的操作功能；如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之外，则禁止所述有线电视设备执行正常的操作功能。

附图说明

通过阅读以下的结合附图的详细描述，应可以很好地理解某些用于说明本发明的构造、操作方法、目标和优点的说明性实施例。其中：

图1示出了符合本发明的某些实施例的典型有线电视网络接口的框图。

图2由图2A、2B和2C构成，这些图示出了以符合本发明的某些实施例的方式来描述均衡的频域图。

图3示出了符合本发明的某些实施例的典型均衡器的框图。

图4示出了符合本发明的某些实施例的有线电视网络的框图。

图5示出了符合本发明的某些实施例的典型激活过程的流程图。

图6示出了符合本发明的某些实施例的典型指纹匹配过程的流程图。

具体实施方式

虽然本发明可具有许多种不同的实施形式，但是，在附图和本文中详细示出和描述了一些特定的实施例，应当懂得，应当将这些实施例的公开视为对原理的举例说明，而不应认为本发明受限于这些所示和所述的特定实施例。在以下的描述中，相同的附图标记用于表示各附图中的相同的、相似的或相应的部分。

本文使用的术语“一个”表示一个或多个；“多个”表示两个或两个以上；“另一个”表示至少第二个或两个以上；“包括”和/或“具有”表示包含(即开放式语言)；“耦合”表示连接，这种连接不必是直接的或机械的连接；“程序”表示设计用来在计算机系统中执行的指令序列。“程序”或“计算机程序”可以包括可执行应用程序中的子程序、函数、进程、对象方法、对象实施方式、Java小应用程序、Java服务器小程序、源代码、目标代码、共享库/动态装载库和/或其他设计用来在计算机系统中执行的指令序列。

本文通篇提及的“一个实施例”、“某些实施例”和“某一实施例”或类似术语意味着结合实施例所述的某一具体特征、结构或特性已被包括在本发明的至少一个实施例中。从而，在说明书的不同地方出现的这类短语不一定指同一个实施例。而且，可以无限制地在一个或多个实施例中将这些特征、结构或特性以任何合适的方式组合在一起。

本文描述了用于对单向(仅接收)数字电视设备(如数字转换器机顶盒)的未经授权的位置安排进行自检测的稳健方法和装置的典型实施例。然而，应当指出，本文所述的技术不限于单向设备，因为它也可以有利的应用于双向设备。从而，尽管以下用单向设备进行了描述，但是，不应认为本发明限于单向设备。所述的典型实施例具有高分辩率，但一般而言它们不需要在实施的产品中加入额外的硬件。本发明理念的实施使用了所有有线电视设备中已有的资源。同时，详细描述了如何将本方法应用于运营之中。此外，提出了一种自动管理系统，其中，在正常情况下，无需运营商的干预，用户即可自行激活所连接的设备。

不管具体设备的终端使用是怎样的，所有连接到数字有线电视网络的设备在它们的前端拓扑结构方面存在大量相似之处。尽管存在细微的不同，但是，图1中以框图形式示出的前端100的拓扑结构一般仍较好地代表了这些设备的前端技术。组成网络接口的各元件可以从若干不同的制造商处购得，并可以以略不相同的配置的形式给出(突出了灵活性)、与其他元件集成、支持多种接口，等等，以用于区别各产品。

图1的有线电视网络接口具有RF调谐器104和正交幅值调制(QAM)解调器这两个主要子元件。这些主要子元件在模块性和功能元件方面存在细微差别。射频(RF)调谐器104的功能是在其有线电视输入端处接收数字有线电视系统的所有信号以及排除除一个希望的RF频道之外的其他所有频道，且该调谐器在其输出端110处包含希望的数字业务内容。输入滤波器112对来自有线电视系统的输入信号进行滤波，以消除噪声和干扰信号。低噪声可变增益放大器(VGA)114增强了来自滤波器112的信号，并将该信号施加到混频器116。混频器116将放大器114的输出信号和来自本地振荡器118的可调谐振荡器信号进行混合。这个过程将输入信号整个地下变频到较低的中频(IF)，且所关心的信号集中于一固定常数值。混频器116的输出信号由IF滤波器120进行滤波，并提供给QAM解调器106。QAM106解调器处理调谐器的IF输出110，并将其转换成由携带压缩的音频和视频业务内容的传输数据(如MPEG(活动图像专家组))组成的无错数字流。

RF调谐器中由主机处理器(未示出)控制的本地振荡器118的频率变化使得，来自118的本地振荡器信号和混频器116中来自有线电视网络的输入频谱的非线性组合导致来自混频器116的所关心信号集中于固定的较低中频(IF)。可以将该IF的值选为44MHz。

输入滤波器112消除了有效的有线电视音频/视频业务频率范围(54MHz至863MHz)以外的无关信号，且在132处自动调节可变增益放大器(VGA)114，使得通过调谐器和解调器的RF信号总保持在最佳电平。RF调谐器的最终级是输出滤波器120(如表面声波(SAW)滤波器120)，该滤波器是一种设计用来仅让集中于上述IF值的较小频带信号通过、而大幅衰减所有其他RF能量的机电设备。SAW滤波器120仅让标准的6MHz宽的频道信号通过，并在实际上拒收其他频道的信号。因此，来自调谐器的信号是携带所希望的业务内容的频道信号，且它已被下变频为由QAM解调器106进行处理的固定的标准IF频率。

QAM解调器106接收上述处于中频(如44MHz)的6MHz宽的输入信号，并通过第二个可变增益放大器130再次将其放大到一个固定的和最佳的电平。VGA130和VGA114的增益由QAM解调器106中的一个或多个闭合的自动增益控制器(AGC)控制环进行自动调节。然后，该信号由模数转换器(A/D或ADC)134进行处理，后者将时变的电压输入流转换成表示离散时间间隔处的信号电压的二进制位的串行数据流。ADC134一般具有10个位或更多个位的分辨率。

然后，将来自A/D134的数据流分成两个分量：同相分量(I)和异相分量(Q)。使用术语Q是因为该信号与I信号正交，这表示它经过了90度的移相。在进行相位分离的同时，也将上述信号下变频至基带信号，该基带信号的最低频率是0Hz(DC)，最高频率是6MHz。这与上述44MHz的输入IF信号形成了对比，后者将其内容对称地分布在以IF信号为中心的±3MHz范围内。下变频是通过使用均衡混频器(混频器136和138)实现的，由于该均衡混频器的两半之一具有本地振荡器140产生的信号，而该信号相对于向均衡混频器的另一半施加的信号发生了90度的移相，因而发生了I-Q分离。然后，均衡混频器的输出信号I、Q通过相同的频道滤波器142和144，这些滤波器可以对信号进行适当的定形处理，并衰减信号中出现的超过6MHz的通频带的伪信号。

接下来，将自适应均衡器150应用于频道滤波器142和144的输出端。自适应均衡器150是一种连续更改其滤波器特性(形状)的自动的自变更数字滤波器网络。它的目的是自动对回波、反射、频散(dispersion)、倾斜、码间干扰和其他将信号改变为不同于理想的原始形式的失真进行补偿。例如，考虑具有如图2A所示的发送频谱154的信号，当这个信号由有线电视运营商的光纤-同轴电缆分配网络传送到接收设备时，可能会引入各种异常，这些异常可能会导致接收器前端100的输入端处的频谱具有如图2B所示的频谱156。通过逼近匹配滤波器的理想形式，可以恢复失真的波形，并可大幅降低到达相位恢复元件(解旋器(derotator))的发送数据的误码率。从而，自适应均衡器的工作是重建输入信号，使得其频谱(如图2C所示的频谱158)更接近于图2A所示的频谱。这便使得系统能在非理想状态(对真实世界中的应用而言，这种状态是普遍的)下顺利工作。

不同QAM解调器生产商在实现自适应均衡器150的细节方面存在不同。它们的一般结构是相同的，并采用了经典的前馈/反馈数字滤波器的形式。图3示出了用于该用途的典型数字滤波器150。

滤波器具有由延迟级(Z^-1)160构成的级联链，其中，当将在解调器输入端看到的、由ADC转换成二进制数字形式的电压的离散时间样本作为信号序列f(k)施加到该输入端时，连续存储这些样本。各延迟级抽头的输出除馈送至下一串级外，还可反馈回输入或前馈至输出。抽头反馈可以与前馈同时进行，并且，可以在逐个抽头的基础上来专门地使用任一反馈和/或前馈路径。各条反馈或前馈路径均关联了独立的系数项，如以162表示的抽头值a₀至a_n，以及以164表示的抽头值b₀至b_n。取决于这些用作乘数的系数值，这些抽头值可以对抽头输出进行放大或衰减。将由反馈系数修改的延迟值重新加入166处的信号链中，类似的，将由前馈因子修改的值重新加入168处的信号链中，以产生输出信号y(k)。

因为均衡器150是自适应的，因而，在微处理器、控制器或状态机的控制下，上述系数发生动态改变。这些值根据均衡器输出的特性而发生变化，可以在下一个处理阶段相位恢复看出这一点。各制造商在实施QAM解调器中的自适应均衡器方面有所不同。例如，一种设计总共具有22个抽头，而另一种设计总共具有40个抽头-16个前馈抽头和24个反馈抽头。在不背离本发明的实施例的情况下，可以存在许多变例。

然后，自适应均衡器150的输出信号由称为检测器或解旋器的相位恢复模块174进行处理。检测器174的目的是将I和Q的组合信号解码为单一的数据流。该检测器能够用等于log₂(调制阶数)的因子来扩展输入数据流。对64-QAM和256-QAM这两种在数字有线电视中发送的典型形式而言，它们对应的扩展因子分别为6和8。这种扩展是能在相对较窄的频谱宽度内实现较高的传输数据速率的原因，这似乎违背了Nyquist定理。根据上述检测器对有效数据的成功锁定(即恢复该数据)，自适应均衡器150的系数值162和164以及QAM调制器的本地振荡器的频率设置均由微处理器或状态机进行控制。

在最后的处理阶段中，除了对恢复的原始有线电视数据流进行适当的格式化来将视频和音频业务内容恢复成MPEG传输流外，前向误差校正器(FEC)180还对这些数据应用一种或多种算法，以减少因错误而导致数据讹误的可能性。在这个阶段中，可进行维特比(网格)解码、去随机、里德-所罗门纠错和MPEG格式化(或其他数据格式化)。将这些阶段的操作中独有的某些开销数据从数据流中除去，使得来自解调器的最终的MPEG传输流在形式、内容和数据率方面与有线电视运营商为传输目的而插入到头端的相应QAM调制器中的数据流相同。

进一步的操作是将上述内容进行解密、多路解编、解压缩和转换为适合在电视上显示的形式。虽然这些功能对于系统的正常功能至关重要，但不在本文献的范围之内，并且，通常在随后的功能模块中执行这些功能。

根据本发明的某些实施例，检测数字有线电视接收设备的位置改变的能力部分地基于自适应均衡器。如前所述，该均衡器用作通信信道的匹配滤波器。从而，可以对包含在均衡器系数中的值进行数学变换，以显示对通过通信信道的信号产生影响的传递函数。换言之，将这些系数值视为一个集合(如由四十个左右的系数值组成的集合或其子集或超集)，则它们表示了在某一具体时点处关于所有不匹配、反射、相位变化、增益变化、回波和传输介质对传输信号的其他干扰的信息总和。在给定环境下QAM解调器能实现和保持信号锁定的事实证明，均衡器此时的状态使得它可以准确地反映有关设备对系统的影响的信息，从而，它便可消除这些影响和成功的锁定信号。由于数字有线电视中使用的QAM-64或QAM-256格式具有较小的矢量误差半径，因而，其对次优的均衡器配置的容限也较低。矢量误差半径是受到了所接收信号的幅值和相位误差的综合影响。

由于滤波器系数集合直接表示传输环境，因而，它动态地响应该环境中的任何变化。一般而言，最常见的情形是高频趋势(如连接处或有线电视设备后部的连接器处的阻抗变化、来自房屋信号分配器的电缆中的反射，等等)影响低阶反馈抽头，且它们对这些抽头的影响也最大。中间抽头则更主要地受到至抽头和分配放大器(distribution amplifier)的电缆连接的特性变化的影响，而高阶抽头一般对信道信号的倾斜、频散等最为敏感。当将该数据与指明实现恒定的信号电平输入所需的总增益的AGC信息以及任何其他这类参数进行组合后，便为给出装有特定有线电视设备的环境的非常独特的指纹提供了基础。

测试已经表明，均衡器对这类变化非常敏感，以致可以区分从RF分配器的不同端口起至由单个的公共源馈送信号的一组连接的数字有线电视设备的电缆。在一种试验情况下，所有设备相互之间的距离处于1米的范围内，且具有相同的电缆长度，然而，各个设备的上述观测值是独特的，且随时间相对地保持不变。

如果我们用a±jb表示均衡器系数，则表示处于一个时间点处的系统的状态的所有均衡器系数的矩阵H₁可以表示为

$H_1=\left[\begin{array}{cc}{a}_0& b_0\\ a_1& b_1\\ ...& ...\\ a_n& b_m\end{array}\right]$

其中n是反馈系数的数目，m是前馈系数的数目。

类似地，如果我们用k表示多个AGC环中的其中之一的增益值，则表示一个时间点处的系统的状态的所有AGC系数的矩阵H₂可表示为：

$H_2=\left[\begin{array}{c}{k}_0\\ k_1\\ ...\\ k_l\end{array}\right]$

其中1表示AGC系数的数目。

如果从数字有线电视设备捕获均衡器抽头系数和AGC数据，则根据预期的统计方差而应用阈值函数，然后，应用算法来将系数的加权和表示为代表设备所处环境的独特“指纹”的一元值。对特定的运营商而言，上述阈值和加权函数可以是独特的和保密的，以减少被篡改的可能性。

这样，这些操作的算法可表示为：

Fingerprint(t)＝F(t)＝Y(H₁，H₂).

例如，在一个简单的实例中，上述指纹值可以是：

$F\left(t\right)=\underset{0}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{a}_n{x}_n+\underset{0}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{b}_m{y}_m+\underset{0}{\overset{l}{\mathrm{\Σ}}}{k}_l{z}_l$

其中，符号t(时间)表明，尽管各系数随时间相对地保持不变，但是，它们实际上是时间变化的。在这个简单实例中，所有反馈系数乘以第一组常数(x_n)，所有前馈系数乘以第二组常数(y_m)，所有AGC系数乘以第三组常数(z_l)。

当接收来自有线电视运营商的命令消息(例如EMM)时，收集、求取上述指纹值，并将其储存到数字有线电视设备的存储器中。该存储值代表某一特定安装地点处的一组有线电视网络特性，最好通过加密来保证其安全性，并通过对其签名来检测篡改。

在某些其他实施例中，指纹值Y可以是由包含所有或部分均衡器系数值与所有增益值的数值组成的矩阵或数值组(而非单个值)。然而，不应认为这是对本发明的一种限制，因为也可以定义其他算法。例如，通过调整这些系数值来使得其中一些值为0，便可以使用上述均衡器系数的子集和所有增益值(或不使用增益值)。也可以使用另外的特性数据。类似的，如上所述，如果需要，可以用数学方法将这些函数进行组合，以产生更简明的指纹。

图4示出了使用符合本发明的某些实施例的网络设备的典型有线电视环境。在该系统中，电缆线路(cable plant)头端200产生电视信号，该信号通过高频有线电视传输环境202(如混合式的光纤-同轴电缆(HFC)系统)进行传输，如前所述，其间在传输信号中引入了各种反射204、频散206、失真208以及其他因素，使该传输信号在送至数字有线电视网络接口100处的网络设备220之前发生了讹误。网络设备220包括主机处理器225(如根据存储的一组编程步骤进行工作、以执行以下所述的功能和主机处理器的常规功能的微处理器)。

为实现符合某些实施例的指纹操作，将均衡器系数230(可能还有AGC增益值232和其他数据234)应用于加权和阈值功能部分236，以在238处产生指纹值或多个值的集合。将这个值(或这些值)存储到存储器240中，以根据各个可行的实施例而在指纹比较功能部分244中将其与未来或之前的指纹值进行比较。

从而，自我审核的有线电视设备具有用于检测触发审核的事件的机制。生成了指纹值，且该值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数。存储器存储参考值，处理器将上述指纹值与上述存储的参考值进行比较，其中：如果该指纹值处于该存储的参考值的指定范围之内，则该有线电视设备可执行正常的操作功能；如果该指纹值处于该存储的参考值的指定范围之外，则将禁止有线电视设备执行正常的操作功能。

在图5和图6中，示出了一种采用RF指纹识别的系统和方法的典型的但非限制性的实施例：

从300开始，在304处，用户从有线电视运营商处接收了配备指纹系统的设备。该产品包含“将该设备连接到有线网络和电视后，用你家的电话拨打XXX-XXX-XXXX电话来激活设备”的标签。在某些实施例中，这样的标签可采取当设备第一次工作时在屏幕上显示的提示的形式。在概念上，这一做法与用于激活家用卫星电视接收机和由主要金融机构通过邮寄发放的信用卡或自动取款机(ATM)卡的过程之一相同。

如图所示，用户按照指令在306处连接该设备，并在安装完成后在308处拨打设备标签上的电话号码。有线电视运营商处的自动确认和验证(AV&V)系统接听该电话，并提示用户在310处使用电话键盘输入该有线电视设备的序列号，在此过程中，它可能还要求用户按“#”键结束。

在接收到“#”键输入或其他指明已完成数据输入的指示符后，AV&V系统验证输入的该设备序列号的有效性。然后，该系统查看用户数据库，并找到发放了具有上述序列号的设备的那个用户的记录。然后，它从该数据库记录中读取该用户的家庭电话号码。使用ANI(一种用于针对免费电话号码(和911报警电话)的呼叫的非可屏蔽形式的呼叫者身份标识)，AV&V系统在312处将这些电话号码进行比较，以确认来电的电话号码与记录的电话号码的一致性。如果两者不一致，AV&V系统在316处将该呼叫转给客户服务代表(CSR)来解决任何问题。这个步骤证实授权用户正在试图激活有线电视运营商发放给他们的该设备。

在312处，如果ANI和记录的电话号码一致，则AV&V系统将通过有线电视网络向具有用户通过电话输入的上述序列号的设备发送权利管理消息(EMM)命令。在318处，EMM命令该设备在用户的电视屏幕上显示EMM消息中包含的、由AV&V系统随机产生的询问码序列。然后，在320处，AV&V系统指示用户使用电话键盘来输入屏幕上显示的号码，并在完成时按“#”键结束。

当接收到“#”键输入时，AV&V系统在322处验证输入的询问码的有效性。如果322处的验证表明输入的号码无效，则在316处，AV&V系统将电话转到客户服务代表。这个步骤证实了授权用户正在记录的家中试图激活由有线电视运营商发放给他们的设备。

如果322处的验证表明输入的询问码有效，则AV&V系统向有效性已得到证实的该设备发送另一个EMM，命令它执行以下两个步骤：

●在326处激活授权给该用户的业务，和

●在326处计算当前位置的该设备的RF指纹，并将其存储在持久型存储器中。现在，在330处，开始进行上述设备的正常操作。

参考图6，在334处确定的周期审核时间间隔内，或在336处生成(或通过自身初始化生成)EMM外部命令时(使用了软件中的定时器)，或当在338处发生任何系统重启时，该设备收集数据和计算电子指纹值，并将其与存储在存储器中的参考值进行比较。如果该计算值处于预定的范围之内，则直到下一个审核周期为止，不采取任何其他措施。如果新的指纹值明显不同于存储的参考值，则用新的参考值来更新存储器中的该参考值。

考虑重启或上电的情况。当在未经有线电视运营商授权的情况下重新安排上述设备的位置时，无论何时将上述设备重启或复位，均将发信号通知网络连接方面的差错，在342处，该设备收集数据，并计算电子指纹值。然后，在344处，从存储器中取得参考指纹值，并在346处将这些值进行比较。如果计算的值处于预定范围内，则在348处，将新值存放在存储器中，作为更新后的参考指纹。在350处，有线电视网络设备继续进行启动过程(如果必要)，并在330处，恢复正常业务和进行正常工作。如果在346处的匹配不成功，则在354处，由该设备自身自动将所有电视业务设为未授权状态(停用、关闭或禁止)。也就是说，不管通过什么方法，该设备将不产生作为其输出的电视信号。可通过任何数目的包括硬件和软件停用技术(将功能算法旁路，停用电源，中断信号流，替换信号、增益、频率、标志(flag)的值或系数值、参数，等等)在内的机制来实现这一点。然后，在360处，由该设备生成在用户的电视屏幕上显示的屏幕消息，该消息向用户指明，必须通过该消息中包含的AV&V电话号码与有线电视运营商联系来重新激活设备。该消息之所以出现，是因为该设备已确定出现了未经授权的位置安排。当用户呼叫显示的电话号码时，便开始新的AV&V过程，且重新评估设备的位置。

如图6所述，一旦实现正常工作，便可以通过在338处对设备进行新的启动或是在334处等自计时的审核时间间隔到期来进行新的审核(也用于保持对指纹值的更新，使其反映有线电视网络和所连接设备的缓慢变化的变量(如老化以及网络基础设施的改动))。另外，在某些实施例中，接收外部生成的审核命令可触发新的审核。各个触发操作均导致将控制转至342和开始所述的操作过程。

从而，根据某些实施例，有线电视设备的审核操作的方法包括：检测触发审核的事件；生成指纹值，其中，该指纹值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数；将指纹值和存储的参考值进行比较；如果该指纹值处于存储的参考值的指定范围之内，则允许有线电视设备执行正常的操作功能；如果该指纹值处于存储的参考值的指定范围之外，则禁止有线电视设备执行正常的操作功能。

符合某些实施例的有线电视设备的另一种审核操作方法包括：检测触发审核的事件(如从200处接收命令，以执行审核)；生成指纹值，其中，该指纹值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数；而且，该指纹值包括以下参数的至少其中之一的函数：该有线电视设备的自适应均衡器的至少一个均衡器系数和该有线电视设备的AGC环的至少一个增益系数值；将该指纹值和存储的参考值进行比较；如果指纹值处于存储的参考值的指定范围之内，则允许该有线电视设备执行正常的操作功能，并存储该指纹值，将其作为存储的参考值在随后的审核中使用；如果该指纹值处于存储的参考值的指定范围之外，则禁止该有线电视设备执行正常的操作功能。

从而，符合本发明的某些实施例解决了对有线电视运营商发放给用户的设备(包括单向或双向设备)的未经授权的位置安排进行检测的问题。其实现的方法使用上述设备中的已有资源，且未给上述产品增加额外的硬件成本。

本发明包括了各种实施例。出现在权利要求书之后的本申请文件的附录形成了说明书的一部分，并对符合本发明的实施例进行了进一步描述。附录是一篇尚未发表的论文(在撰写本文时)，它是由发明人之一的李·佩德洛准备的，且其题目为“RF指纹识别：一种用于减少有线电视信号和设备盗用的在运营上有效的方法”。该附录形成了本说明书的实质部分，此处通过引用将其全部内容包含于本文之中。然而，附录中所作的陈述不构成现有技术。此外，不应认为本发明限于附录中描述的实施例。

在研究上述教导后，本领域技术人员将发现，某些上述实施例建立在对经过编程的处理器的使用的基础上。然而，本发明不限于这些实例，因为可以通过使用具有等同功能的特殊用途的硬件和/或专用处理器来实施其他实施例。类似地，可以用通用计算机、基于微处理器的计算机、微控制器、光学计算机、模拟计算机、专用处理器，专用电路和/或专用的硬接线逻辑等来构建另外的等同实施例。

在研究上述教导后，本领域技术人员将懂得，可以采用光盘存储或只读存储(ROM)设备、随机存取存储(RAM)设备、网络存储设备、光存储设备、磁存储设备、磁光存储设备、闪存、磁芯存储器和/或其他等同的易失性存储和非易失性存储技术来实施那些用于实施上述某些实施例的程序操作、过程和相关数据，而不至于背离本发明的某些实施例。应将这些替代性的存储设备视为本文中所述的存储设备的等同物。

可以使用执行编程指令的经过编程的处理器来实施本文所述的某些实施例，这些编程指令已在上述的流程图中得到广泛的描述，并可被存储在任何合适的电子或计算机可读存储介质上和/或通过任何合适的电子通信介质进行发送。然而，在研究本教导后，本领域技术人员将懂得，可以用任意数目的变体形式和用许多种合适的编程语言来实施上述的过程。例如，通常可以改变所执行的某些操作的顺序、加入附加的操作或删去一些操作，而不至于背离本发明的某些实施例。可以增加和/或增强错误捕获功能，并可以对用户界面和信息表现方式进行修改，而不至于背离本发明的某些实施例。应当将这些变体视为本文中所述实施例的等同物。

可以使用执行编程指令的经过编程的处理器来实施本文所述的某些实施例，这些编程指令已在上述的流程图中得到广泛的描述，并可被存储在任何合适的电子或计算机可读存储介质上(如光盘存储或只读存储(ROM)设备、随机存取存储(RAM)设备、网络存储设备、光存储设备、磁存储设备、磁光存储设备、闪存、磁芯存储器和/或其他等同的易失性存储和非易失性存储技术)和/或通过任何合适的电子通信介质进行发送。然而，在研究本教导后，本领域技术人员将懂得，可以用任意数目的变体形式和用许多种合适的编程语言来实施上述的过程，而不至于背离本发明的某些实施例。例如，通常可以改变所执行的某些操作的顺序、加入附加的操作或删去一些操作，而不至于背离本发明的某些实施例。可以增加和/或增强错误捕获功能，并可以对用户界面和信息表现方式进行修改，而不至于背离本发明的某些实施例。应当将这些变体视为本文中所述实施例的等同物。

尽管已描述了某些说明性的实施例，但是，根据前面的描述，本领域的技术人员可以方便地得出许多替代形式和对本发明进行的修改、置换和变更。

附录

RF指纹识别：一种用于减少有线电视信号和设备盗用的在运营上有效的方法

李·佩德洛

索尼电子有限公司

摘要

本文提出了一种用于对数字有线电视设备(尤其是单向设备或基于CableCARD的设备)的未经授权的位置安排进行自检测的稳健方法，以对信号(业务)盗用和MSO提供的设备的盗用形成成慑。提出的方法具有高分辨率，而且不需要在使用该方法的产品中附加额外的硬件。该概念的实施利用了全数字有线电视兼容设备中已有的资源，并对由用户设备通过对环境的直接观测而获得的特性数据进行了实时分析。

本文也提出了一种自动设备管理系统，其中，在正常情况下，不需有线电视系统运营商的人工干预，用户便可以自行激活连接的设备。

引言

数字有线电视设备

数字有线电视设备正在成为现代家庭的主流设备。这些设备可以是从有线电视运营商处租赁的或是用户通过零售渠道购买的独立“机顶盒”。作为FCC批准的数字电视的“即插即用”提案的一部分，也可以将这些设备直接集成到新的电视接收机之中。

随着在消费产品中实施数字解码功能的成本的迅速下降和有线电视系统中的数字节目的日益流行，有线电视行业正在实行从它们的系统中淘汰所有剩余的模拟电视业务来回收频率范围、减少运营成本和信号盗用的计划。

在可见的将来，有线电视运营商将需要为它们的拥有遗留的模拟电视机、VCR等的现有客户提供大量数字转换器，以便使这些设备能够在全数字网络中继续使用，并以此作为运营商遵从联邦管制的行动的一部分。

业内估计，在一个典型的家庭中，除现有的用于高级业务访问的数字有线电视转换器或经CableCARDTM启用的产品之外，有线电视系统连接了四种或更多的遗留的模拟设备。对有线电视运营商而言，由于它们需要派发大量的数字转换器来支持它们的用户家庭中的模拟设备，且由于直接连接到有线电视网的设备不为电子节目向导、视频点播或按次计费业务这类高级业务付费，因而有线电视运营商无法弥补它们在目前已具备的先进的双向数字有线电视机顶盒上的巨大的额外资本支出。

结果，现在它们将注意力放在了用于实现上述目的的非常廉价的单向数字转换器上，与用当前已具备的双向设备来取代模拟设备相比，这些设备能以低得多的成本(对运营商而言)为当前的模拟用户提供类似数字业务的服务。因为管理方面的原因和其他原因，许多有线电视运营商试图以不付出额外成本的方式为用户提供这些单向转换器，并认为通过回收有价值的有线电视频率范围、消除信号盗用和降低运营成本(如用于连接/断开的“上门服务”)能获得超过提供这些设备的成本的收益。

这些简单的数字转换器通常只用于最基本的业务层，当前，这些业务层设置成模拟形式，因而，不同于当前采用现代数字加密技术的高级业务，它们不能防止未经授权的一方接收有关内容。保守估计，目前现代有线电视系统中有三分之一的频道仍然为模拟的基础业务。

一份来自主要的有线电视系统运营商Cox通信的2004年5月的新闻稿表明，每年约有1150万的美国家庭盗用这些有线电视业务，这造成了行业的65亿美元的年收益损失。

将基本层从模拟业务转变到加密的全数字业务将消除当前出现的大部分形式的信号盗用，因为有线电视运营商可以对这些新的数字转换器进行单独的寻址。不像现在(仅仅通过篡改或仅仅因为运营商未采取高成本的将现场人员派到各建筑物来断开连接的方式，非法用户便能通过未经授权的连接物理地访问有线电视信号)，当前的模拟用户再也无法以不对有线电视运营商进行补偿的方式来获得相关服务了。对于新型的电视接收机而言，如果它们的所有者未取得来自有线电视运营商的CableCard^TM和以电子方式得到服务授权，结果也将一样。

向全数字转变的典型转换方案是，有线电视运营商升级为社区或城市服务的头端，以便以数字形式和当前的模拟形式来运载基本层的内容。接下来，将所有目前部署的用于将高级数字业务内容解码的双向设备用新的频道映射表进行配置，以使它们仅接收数字形式的内容，这包括用新的数字层替换模拟层，而非采用现有的混合格式。同时，运营商开始根据用户申报的其家中的连接录像机、电视等遗留的模拟设备的有线插口数向现有用户发放新的单向转换器。除了对用户进行调查或进行实地审核以外，有线电视运营商没有其他确定模拟设备数目的办法。随着将有线电视头端服务的各个节点从混合式的模拟/数字形式转换成全数字形式，运营商很可能将这些新型的转换设备整体地配置到用户。一个节点通常服务500至2000个用户，并且，必须在开通服务之前将转换器提供给用户，以避免服务中断。

尽管引入全数字业务和低成本的数字转换器似乎解决了所有未授权的收看和信号盗用的问题，但是，由于这些低成本的转换器很可能仅仅是单向设备，因而出现了不向有线电视运营商公平付费的机会。当运营商联系用户以确定支持用户家中的模拟设备所需的转换器数量时，用户会有意的“过多申报”家中的模拟设备的数量。之后，他们可以把从有线电视运营商处获得的转换器提供给朋友、亲属等，以“分摊(基本有线电视业务的)费用”。这仅仅是不让有线电视运营商知晓或不经其授权的重新分配单向转换器的多种模式中的一个例子。

由于这些设备是运营商分发给有效用户的设备，因而它们仍然保持有效，但因为它们应用在不同于所记录的上述有效用户的家的位置，且因此运营商未得到其他未经授权的观众的补偿，因而有线电视运营商未得到全部的订阅收入。

其他连接到有线电视网络的单向设备也遇到了同样的问题。用于数字电视的新型CableCARD^TM设备便是这种设备的一个例子，同样，用户可以轻易地重新安排该设备的位置。而双向设备(如用于高级服务的现有的数字有线电视解码器)则不大可能存在这样的问题，因为可以通过头端查询和响应(测量响应的延迟时间来确定至上述设备的电缆距离)来以电子地检测这些设备的位置。在这样的应用中，可以将分配了同一地址的两个设备的响应时间值进行相似性比较，以推断它们的物理相邻程度。尽管这种方法在一定程度上防止了未经授权的位置安排，但是，以下将表明，它是一种较差的解决方案，存在分辨率低和其他一些问题。

索尼已开发出相关技术来解决对有线电视运营商分配给用户的单向设备的未经授权的位置安排进行检测的问题。这种方法的实施利用了设备中已有的资源，且不为产品增加任何附加的硬件成本成本。

数字有线电视的网络接口

不管具体设备的终端使用是怎样的，所有连接到数字有线电视网络上的设备均具有共同的前端拓扑结构。组成网络接口的各元件可以从若干不同的制造商处购得，并可以以不同配置的形式给出(突出了灵活性)、与其他元件集成、支持多种接口，等等，以用于区别各产品。

图1示出了典型的网络接口。该有线电视网络接口由RF调谐器104和QAM解调器这两个主要子元件组成。射频(RF)调谐器104的功能是在其有线电视输入端处接收数字有线电视系统的所有信号以及排除除一个希望的RF频道(包含关心的数字业务内容)之外的其他所有频道。用于选择上述希望的频道的方法称为外差法，该过程用于将输入信号整个地下转换为较低的中频(IF)，且所关心的信号集中于一固定常数值。让该信号通过固定的、通频带较窄的滤波器，以除去不想要的载波。QAM解调器处理调谐器的IF输出，并将其转换成由携带压缩的音频和视频业务内容的传输数据(如MPEG(活动图像专家组))组成的无错数字流。

RF调谐器中由主机处理器控制的本地振荡器118的频率变化使得，本地振荡器信号和混频器中的来自有线电视网络的输入频谱的非线性组合导致来自混频器的所关心信号集中于上述固定的较低中频。通常可以将该IF的值选为44MHz之类的值。该输入滤波器消除了有效的有线电视音频/视频业务频率范围(54MHz至863MHz)以外的无关信号，且自动调节可变增益放大器(VGA)，使得通过调谐器和解调器的RF信号总保持在最佳电平。RF调谐器的最终级是表面声波(SAW)滤波器，该滤波器是一种设计用来仅让集中于上述IF值的较小频带信号通过、而大幅衰减所有其他RF能量的机电设备。SAW滤波器120仅让标准的6MHz宽的频道信号通过，并在实际上拒收其他频道的信号。因此，来自调谐器的信号是携带所关心的业务内容的频道信号，且它已被下变频为由QAM解调器进行处理的固定的标准(IF)频率。

QAM解调器接收上述处于中频(如44MHz)的6MHz宽的输入信号，并通过第二个可变增益放大器再次将其放大到一个固定和最佳的电平。该VGA由QAM解调器中的闭合控制环进行自动调节。然后，该信号由模数转换器(ADC)进行处理，后者将时变的电压输入流转换成表示离散时间间隔处的信号电压的二进制位的串行数据流。该ADC一般具有10个位或更多个位的分辨率。

然后，将该数据流分成两个分量：同相分量(I)和异相分量(Q)。使用术语Q是因为该信号与I信号正交，这表示它经过了90度的移相。在进行相位分离的同时，也将上述信号下变频至基带信号，该基带信号的最低频率是0Hz(DC)，最高频率是6MHz。这与上述44MHz的输入IF信号形成了对比，后者将其内容对称地分布在以IF信号为中心的±3MHz范围内。下变频是通过使用均衡混频器实现的，由于该均衡混频器的两半之一具有本地振荡器信号输出，而该信号相对于向均衡混频器的另一半施加的信号发生了90度的移相，因而发生了I-Q分离。然后，均衡混频器的输出信号I&Q通过相同的频道滤波器，这些滤波器可以对信号进行适当的定形处理，并衰减信号中出现的超过6MHz的通频带的伪信号。

接下来，将自适应均衡器应用于上述频道滤波器的输出端。自适应均衡器是一种连续更改其滤波器特性(形状)的自动的自变更数字滤波器网络。它的目的是，当信号由有线电视运营商的混合式光纤-同轴电缆分配网络送至接收设备(可能需传送很长距离)时，自动对回波、反射、频散(dispersion)、倾斜、码间干扰和其他将信号改变为不同于理想的原始形式(图2a)的失真进行补偿。通过逼近匹配滤波器的理想形式，可以恢复通过上述通信路径到达用户的已失真波形，并可大幅降低到达相位恢复元件(解旋器(derotator))的发送数据的误码率。这便使得系统能在非理想状态(对真实世界中的应用而言，这种状态是普遍的)下顺利工作。

不同QAM解调器生产商在实现自适应均衡器的细节方面存在不同。它们的一般结构是相同的，并采用了经典的前馈/反馈数字滤波器的形式。图3示出了用于该用途的典型数字滤波器。

该滤波器具有由延迟级(Z^-1)160构成的级联链，其中，连续存储了在解调器输入端看到的、由ADC转换成二进制数字形式的电压的离散时间样本。各延迟级抽头的输出除馈送至下一串级外，还可反馈回输入或前馈至输出。抽头反馈可以与前馈同时进行，并且，可以在逐个抽头的基础上来专门地使用任一反馈和/或前馈路径。各条反馈或前馈路径均关联了独立的系数项。取决于系数的值，该项(图2中的a和b模块)可以对抽头输出进行放大或衰减。因为均衡器是自适应的，因而，在微处理器、控制器或状态机的控制下，上述系数发生动态改变。这些值根据均衡器输出的特性而发生变化，可以在下一个处理阶段相位恢复看出这一点。通常用最小均方(LMS)算法来改变这些抽头值和使它们收敛到最优解。各制造商在实施QAM解调器中的自适应均衡器方面有所不同。一种设计总共具有22个抽头，而另一种设计总共具有40个抽头-16个前馈抽头和24个反馈抽头。

然后，自适应均衡器的输出信号由称为检测器或解旋器的相位恢复模块进行处理。检测器的目的是将I和Q的组合信号解码为单一的数据流。该检测器能够用等于log₂(调制阶数)的因子来扩展输入数据流。对64-QAM和256-QAM这两种在数字有线电视中发送的典型形式而言，它们对应的扩展因子分别为6和8。这种扩展是能在相对较窄的频谱带宽内实现较高的传输数据速率的原因，这似乎违背了Nyquist定理。根据上述检测器对有效数据的成功锁定(即恢复该数据)，自适应均衡器的系数值以及QAM调制器的本地振荡器的频率设置均由微处理器或状态机进行控制。

在最后的处理阶段中，除了对恢复的原始有线电视数据流进行适当的格式化来将视频和音频业务内容恢复成MPEG传输流外，前向误差校正器(FEC)还对这些数据应用一种或多种算法，以减少因错误而导致数据讹误的可能性。在这个阶段中，进行了去隔行、维特比(网格)解码、去随机、里德-所罗门纠错和MPEG格式化(或其他数据格式化)。将这些阶段的操作中独有的某些开销数据从数据流中除去，使得来自解调器的最终的MPEG传输流在形式、内容和数据率方面与有线电视运营商为传输目的而插入到头端的相应QAM调制器中的数据流相同。

进一步的操作是将上述内容进行解密、多路解编、解压缩和转换为适合在电视上显示的形式。虽然这些功能对于系统的正常功能至关重要，但它们超越了本文献的范围。

索尼的“RF指纹”技术

检测数字有线电视接收设备的位置改变的能力在很大程度上取决于自适应均衡器。如前所述，该均衡器用作通信信道的匹配滤波器。从而，可以对包含在均衡器系数中的值进行数学变换，以显示对通过通信信道的信号产生影响的传递函数。换言之，将这些系数值视为一个集合(如由四十个左右的系数值组成的集合或其子集或超集)，则它们表示了在某一具体时点处的关于所有不匹配、反射、相位变化、增益变化、回波和传输介质对传输信号的其他干扰的信息总和。在给定环境下QAM解调器能实现和保持信号锁定的事实证明，均衡器此时的状态使得它可以准确地反映有关设备对系统的影响的信息，从而，它便可消除这些影响和成功的锁定信号。由于数字有线电视中使用的QAM-64或QAM-256格式具有较小的矢量误差半径，因而，其对次优的均衡器配置的容限也较低。矢量误差半径受到了所接收信号的幅值和相位误差的综合影响。

由于滤波器系数集合直接表示传输环境，因而，它动态地响应该环境中的任何变化。低阶反馈抽头最主要地受到高频趋势(如连接处或有线电视设备后部的连接器处的阻抗变化、来自房屋信号分配器的电缆中的反射，等等)的影响。中间抽头则更主要地受到至抽头和分配放大器(distribution amplifier)的电缆连接的特性变化的影响，而高阶抽头一般对信道信号的倾斜、频散等最为敏感。当将该数据与指明实现恒定的信号电平输入所需的总增益的AGC信息以及任何其他这类参数进行组合后，便为给出安装有特定有线电视设备的环境的非常独特的指纹提供了基础。

索尼的研究表明，均衡器对这类变化非常敏感，以致可以区分从RF分配器的不同端口起至由单个的公共源馈送信号的一组连接的数字有线电视设备的较短电缆。在这种情况下，所有设备相互之间的距离处于1米的范围内，且具有相同的电缆长度，然而，各个设备的上述观测值是独特的，且随时间相对地保持不变。

如果我们用a±jb表示均衡器系数，则表示处于一个时间点处的系统的状态的所有均衡器系数的矩阵H₁可以表示为：

$H_{1,i}=\left(\begin{array}{cc}{a}_0& b_0\\ \·& \·\\ \·& \·\\ \·& \·\\ a_n& b_n\end{array}\right)---\left(1\right)$

另外，如果我们用k表示多个嵌套的AGC环中的其中之一的增益值，则表示某一时间点处的系统状态的所有AGC系数的矩阵H₂可以表示为：

$H_{2,i}=\left(\begin{array}{c}{k}_0\\ \·\\ \·\\ \·\\ k_n\end{array}\right)---\left(2\right)$

如果从数字有线电视设备捕获均衡器抽头系数和AGC数据，则根据预期的统计方差而应用算法来将系数的加权和作为加权函数，以创建代表设备所处环境的独特“指纹”的一元值(单个标量)。对特定的运营商而言，上述阈值和加权函数可以是独特的和保密的，以减少被篡改的可能性。

这些操作的上述算法可表示为：

Fingerprint_i＝Y(H_1，i，H_2，i)(3)

在接收来自有线电视运营商的EMM之类的命令信息后，求取该指纹值，并将其储存到数字有线电视设备的存储器中。最好通过加密来保证该指纹的安全性，并通过对其签名来检测篡改。

指纹算法

我们当前关于RF指纹概念的研究大部分集中在细化用于计算RF指纹(具体而言，基于现场对实际的有线电视设备进行的试验观测的加权系数矩阵中的系数值)的算法方面。其中，基于一个制造商的QAM解调器的用于计算指纹值的算法的一般形式为：

$\mathrm{Fingerprint}=\underset{i=0}{\overset{39}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Tap}}_{i,a}{\·W}_{i,a}+\underset{i=0}{\overset{39}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{Tap}}_{i,b}{\·W}_{i,b}+\mathrm{SF}---\left(4\right)$

其中，W表示与特定的均衡器抽头相关的加权系数矩阵中的值，SF表示用于归一化所有均衡器抽头系数的均衡器比例因子。

为了为这些加权系数确定适当的值，开发小组开发了用于从安装在整个索尼有线电视测试网络中的数字有线电视设备远程收集均衡器系数和其他数据的工具。上述测试网络是一个为整个圣地亚哥公司园区提供服务的精心设计的系统，它很好的模仿了商用的有线电视网络。上述设备的采样时间间隔为三分钟，且它们被远程地调谐到多个频率的业务。随后，将采集的数据汇编成较大的数据库，以供进一步分析。

首先确定的事项之一是用于给定用户的投落光缆(drop)和有线电视设备的均衡器配置的可重复性。可根据四天内标准差的测量值来判断可重复性。图6示出了一次此类数据收集试验的结果，其中，在具有统计意义的时间内测试网络连接了两个不同的数字有线电视设备。在这段时间结束时，将这两个设备交换位置，并在同样长的时间内重新开始数据采集。从图中可以看出，对给定的设备而言，不仅数据一般是可重复的，且这种离散跟踪的是位置而非设备。

使用在同一试验中采集的数据，图7显示了四种情况(处于两个不同位置的两个数字有线电视设备)中的每一种情况均具有唯一的特征，这使得其中的每一种情况均可与其他设备/位置区分开来。加权系数矩阵的目的是有选择地放大那些表示“独特性”事项的均衡器抽头和AGC系数，以及衰减那些对区分设备贡献很小或是不可重复的均衡器抽头和AGC系数。

为了对最坏的情形进行评估，将三个有线电视设备通过相同的1米长的电缆连接到由测试网络馈送信号的同一分配器。在12小时内，以三分钟的时间间隔和使用四种离散频率对这三个测试单元的QAM性能进行监视。研究的结果如图5所示。上述结果证明，即使在表面上完全相同的RF环境中和设备在物理上接近的情况下(以确保其他环境因素的一致)，仅根据均衡器和AGC的系数值，便可以将上述三个不同设备区分开来。

在实际中，业务引入线仅1米长的安装方式很少见。事实上，为避免对家庭内进行的将设备从一个房间安排到另一房间的重定位的错误警报，用于比较指纹值的算法将忽略这一长度。然而，它已证明这种概念是稳健可靠的，且该概念适用于公寓、宿舍等高密度住宅区(即使DOCSIS中使用的双向方法也不适用于这一区域)。例如，DOCSIS方法只能分辨63米范围内的位置，这远大于相邻公寓之间的电缆长度的差别。这是因为DOCSIS和其他提出的方案使用延时测量值作为判断的标准。这些方案也要求某种形式的双向通信。而RF指纹方案不受仅与电缆长度有关的这些问题的影响，并可工作在纯粹单向的环境和双向环境之中。

运营方案

不论与实施用于计算指纹值的算法相关的具体细节是怎样的，均需要一种用于部署采用RF指纹技术的系统的在运营上可行的方法。必须使这种系统实现最大程度的自动化，以减少运营成本和将灵活性最大化。一种采用RF指纹的系统的实际实施方式如下：

1.用户从有线电视运营商处接收了配备指纹的设备。该产品包含“将该设备连接到有线网络和电视后，用你家的电话拨打XXX-XXX-XXXX电话来激活设备”的标签。在概念上，这一做法与用于激活家用卫星电视接收机和由主要金融机构通过邮寄发放的信用卡或自动取款机(ATM)卡的过程之一相同。

2.用户按照指令连接该设备，并在安装完成后拨打设备标签上的电话号码。有线电视运营商处的自动确认和验证(AV&V)系统接听该电话，并提示用户使用电话键盘输入该有线电视设备的序列号和按“#”键结束。

3.在接收到“#”键输入后，AV&V系统验证输入的该设备序列号的有效性。然后，该系统查看用户数据库，并找到发放了具有上述序列号的设备的那个用户的记录。然后，它从该数据库记录中读取该用户的家庭电话号码。使用自动号码标识(ANI)(一种用于针对免费电话号码(和911报警电话)的呼叫的非可屏蔽形式的呼叫者身份标识)，AV&V系统确认呼入号码与所记录号码的一致性。如果两者不一致，则AV&V系统将该呼叫转给客户服务代表。这个步骤证实授权用户正在试图激活有线电视运营商发放给他们的该设备。

4.如果ANI和记录的电话号码一致，则AV&V系统将通过有线电视网络向具有用户通过电话输入的上述序列号的设备发送控制消息(EMM)。该EMM命令该设备在用户的电视屏幕上显示EMM消息中包含的、由AV&V系统随机产生的询问码序列。然后，AV&V系统指示用户使用电话键盘来输入屏幕上显示的号码，并在完成时按“#”键结束。

5.当接收到“#”键输入时，AV&V系统验证输入的询问码的有效性。如果该验证表明输入的号码无效，则AV&V系统将该呼叫转到客户服务代表。这个步骤证实了授权用户正在记录的家中试图激活由有线电视运营商发放给他们的设备。

6.如果上述验证表明输入的询问码有效，则AV&V系统向有效性已得到证实的该设备发送另一个EMM，命令它执行以下两个步骤：

A.激活授权给该用户的业务，和

B.计算当前位置的该设备的RF指纹，并将其存储在持久型存储器中。

在周期性的审核时间间隔内(由EMM或通过自我初始化(使用了软件中的定时器)确定)，该设备收集数据和计算电子指纹值，并将其与存储在存储器中的参考值进行比较。如果该计算值处于预定的范围之内，则直到下一个审核周期为止，不采取任何其他措施。如果新的指纹值明显不同于存储的参考值，则用新的参考值来更新存储器中的该参考值。

当在未经有线电视运营商授权的情况下重新安排上述设备的位置时，无论何时将上述设备重启或复位，均将发信号通知网络连接方面的差错，该设备收集数据，并计算电子指纹值。然后，将其与存储在存储器中的参考值进行比较。如果计算的值处于预定范围内，则该设备继续进行启动过程和恢复业务。如果匹配不成功，则由该设备自身自动将所有电视业务设为未授权状态，并由该设备生成在用户的电视屏幕上显示的屏幕消息，该消息向用户指明，必须通过该消息中包含的AV&V电话号码与有线电视运营商联系来重新激活设备。该消息之所以出现，是因为该设备已确定出现了未经授权的位置安排。当用户呼叫显示的电话号码时，便执行AV&V过程，并且，在进行激活时，重新评估了设备的位置。

结论

RF指纹识别技术是可用于解决有线电视系统中的业务和设备盗用问题的工具中的一个要素。将其在数字解码器中进行实施，并使用简单的内容加密技术，则完整的解决方案能在全数字网络中实现一定的服务质量，保证系统安全，以及对之前仅在高级的数字业务中方能遇见的业务进行补偿。以上所有这些可以以最低的成本和用户建筑处的单向设备来实现。RF指纹识别未给有线电视设备增添硬件成本，且可在连接到有线电视网络的任何数字设备中实施。

随着这项技术的成熟，对其的后续研发继续致力于加权系数矩阵的优化。一家主要的美国有线电视运营商已经指定，在将他们当前的系统升级为全数字传输网络的过程中引入这项技术，最近已完成了关于管理和控制方面的规范的草稿。在以后的18个月内，很可能出现RF指纹识别技术的商用实例，且公众将实际接触这项技术。

参考文献

[1]ITU-T Rec.J.83：1997，Digital multi-programme systems for television，sound anddata services for cable distribution.Geneva：International Telecommunication Union，Apr.1997.

[2]ISO/IEC 13818-1：200，InformationTechnology-Coding of moving pictures andassociated audio-Part 1：Systems.Geneva：International Organization forStandardization/International ElectrotechnicalCommission，Dec.2000.

[3]B.P.Lathi，Signals，System and ControlsNew York：Harper&Row，1974，pp.207-214&pp.428-456.

[4]A.Bruce Carlson，CommunicationSystems，3rd ed.New York：Mc Graw-Hill，1986，pp.514-517&pp.550-554.

[5]Edward A.Lee and David G.Messerschmitt，Digital Communication，2^rded.Boston：Kluwer Academic，1994，pp.442-550.

[6]Richard E.Blahut，Digttal Transmissionof Information.New York：Addison-Wesley，1990，pp.159-170.

Claims (30)

1.一种有线电视设备的审核操作方法，包括：

检测触发审核的事件；

生成指纹值，其中，所述指纹值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数；

将所述指纹值与存储的参考值进行比较；

如果所述指纹值处于所述存储的参考值的指定范围之内，则允许所述有线电视设备执行正常的操作功能；

如果所述指纹值处于所述存储的参考值的指定范围之外，则禁止所述有线电视设备执行正常的操作功能。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：存储所述指纹值，以将其用作随后的审核中的所述存储的参考值。

3.如权利要求1所述的方法，其中，如果所述指纹值处于所述存储的参考值的指定范围之外，则发送输出信号，该信号产生了包含与有线电视供应商联系有关的指令的消息。

4.如权利要求1所述的方法，其中，所述指纹是所述有线电视设备的自适应均衡器的均衡器系数的函数。

5.如权利要求1所述的方法，其中，所述指纹是所述有线电视设备的可变增益放大器的增益值的函数。

6.如权利要求1所述的方法，其中，将所述存储的参考值存为在所述有线电视设备的激活过程中获得的指纹值。

7.如权利要求1所述的方法，其中，所述指纹是所述有线电视设备的自适应均衡器与可变增益放大器的均衡器系数与增益值的函数，其中，均衡器系数用a±jb表示，则表示所述系统在一个时间点处的状态的所有均衡器系数的矩阵H₁可表示为

$H_1=\left[\begin{array}{cc}{a}_0& b_0\\ a_1& b_1\\ ...& ...\\ a_n& b_m\end{array}\right]$

其中n是反馈系数的数目，m是前馈系数的数目；以及

如果用k表示多个可变增益放大器之一的增益值，则表示所述系统在一个时间点处的状态的所有增益值的矩阵H₂可表示为：

$H_2=\left[\begin{array}{c}{k}_0\\ k_1\\ ...\\ k_l\end{array}\right]$

其中，l是AGC系数的数目；以及

所述指纹由Fingerprint(t)＝Y(H₁，H₂)给出。

8.如权利要求1所述的方法，其中所述事件包括以下事件之一：所述有线电视设备的内部定时器的到期；所述有线电视设备的上电；所述有线电视设备的重启；从所述有线电视设备外部的源接收命令。

9.如权利要求1所述的方法，其中，所述指纹包括所述有线电视设备的自适应均衡器的均衡器系数。

10.如权利要求1所述的方法，其中，所述指纹包括所述有线电视设备的可变增益放大器的增益系数值。

11.如权利要求1所述的方法，其中，所述指纹包括所述有线电视设备的AGC环的至少一个增益系数值的函数。

12.如权利要求1所述的方法，其中，所述指纹包括以下参数的至少其中之一的加权函数：所述有线电视设备的自适应均衡器的至少一个均衡器系数和所述有线电视设备的AGC环的至少一个增益系数值。

13.一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当所述指令在经过编程的处理器上执行时，将执行如权利要求1所述的审核过程。

14.一种有线电视设备审核操作方法，包括：

检测触发审核的事件；

生成指纹值，其中，所述指纹值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数；

其中，所述指纹包括以下参数的至少其中之一的函数：所述有线电视设备的自适应均衡器的至少一个均衡器系数和所述有线电视设备的AGC环的至少一个增益系数值；

将所述指纹值与存储的参考值进行比较；

如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之内，则允许所述有线电视设备执行正常的操作功能；

如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之外，则禁止所述有线电视设备执行正常的操作功能。

15.如权利要求14所述的方法，其中，如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之外，则发送输出信号，该信号产生了包含与有线电视供应商联系有关的指令的消息。

16.如权利要求14所述的方法，其中，将所述存储的参考值存为在所述有线电视设备的激活过程中获得的指纹值。

17.如权利要求14所述的方法，所述指纹是所述有线电视设备的自适应均衡器与可变增益放大器的均衡器系数与增益值的函数，其中，均衡器系数用a±jb表示，则表示所述系统在一个时间点处的状态的所有均衡器系数的矩阵H₁可表示为

$H_1=\left[\begin{array}{cc}{a}_0& b_0\\ a_1& b_1\\ ...& ...\\ a_n& b_m\end{array}\right]$

其中n是反馈系数的数目，m是前馈系数的数目；以及

如果用k表示多个可变增益放大器之一的增益值，则表示所述系统在一个时间点处的状态的所有增益值的矩阵H₂可表示为：

$H_2=\left[\begin{array}{c}{k}_0\\ k_1\\ ...\\ k_l\end{array}\right]$

其中，l是AGC系数的数目；以及

所述指纹由Fingerprint(t)＝Y(H₁，H₂)给出。

18.如权利要求14所述的方法，其中，所述事件包括以下事件之一：所述有线电视设备的内部定时器的到期；所述有线电视设备的上电；所述有线电视设备的重启；从所述有线电视设备外部的源接收命令。

19.一种存储指令的计算机可读存储介质，其中，当所述指令在经过编程的处理器上执行时，将执行如权利要求14所述的审核过程。

20.一种自我审核的有线电视设备，包括：

用于检测触发审核的事件的装置；

用于生成指纹值的设备，其中，所述指纹值是授权安装地点的有线电视网络特性的函数；

用于存储参考值的存储器；

用于将所述指纹值与所述存储的参考值进行比较的处理器，其中：

如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之内，则允许所述有线电视设备执行正常的操作功能；如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之外，则禁止所述有线电视设备执行正常的操作功能。

21.如权利要求20所述的设备，还包括用于将所述指纹值在存储器中存为在随后的审核中使用的所述存储的参考值的装置。

22.如权利要求20所述的设备，其中，如果所述指纹值处于所述存储的参考值的规定范围之外，则用于发送输出信号的装置产生包含与有线电视供应商联系有关的指令的屏幕信息。

23.如权利要求20所述的设备，其中，将所述存储的参考值存为在所述有线电视设备的激活过程中获得的指纹值。

24.如权利要求20所述的设备，其中，所述指纹是所述有线电视设备的自适应均衡器与可变增益放大器的均衡器系数与增益值的函数，其中，均衡器系数用a±jb表示，则表示所述系统在一个时间点处的状态的所有均衡器系数的矩阵H₁可表示为

$H_1=\left[\begin{array}{cc}{a}_0& b_0\\ a_1& b_1\\ ...& ...\\ a_n& b_m\end{array}\right]$

其中n是反馈系数的数目，m是前馈系数的数目；以及

如果用k表示多个可变增益放大器之一的增益值，则表示所述系统在一个时间点处的状态的所有增益值的矩阵H₂可表示为：

$H_2=\left[\begin{array}{c}{k}_0\\ k_1\\ ...\\ k_l\end{array}\right]$

其中，l是AGC系数的数目；以及

所述指纹由Fingerprint(t)＝Y(H₁，H₂)给出。

25.如权利要求20所述的设备，还包括定时器，且所述事件包括所述定时器的到期。

26.如权利要求20所述的设备，其中，所述事件包括以下事件之一：所述有线电视设备的上电；所述有线电视设备的重启；从所述有线电视设备外部的源接收命令。

27.如权利要求20所述的设备，其中，所述指纹包括所述有线电视设备的自适应均衡器的均衡器系数。

28.如权利要求20所述的设备，其中，所述指纹包括所述有线电视设备的可变增益放大器的增益系数值。

29.如权利要求20所述的设备，其中所述指纹包括所述有线电视设备的AGC环的至少一个增益系数值的函数。

30.如权利要求20所述的设备，其中，所述指纹包括以下参数的至少其中之一的加权函数：所述有线电视设备的自适应均衡器的至少一个均衡器系数和所述有线电视设备的AGC环的至少一个增益系数值。

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