數(shù)字電視的主要測量技術指標

1、作者：林挺逵數(shù)字電視的主要測量技術指標1.1.1引言我們要準確把握數(shù)字電視傳輸網(wǎng)絡質量的好壞，應該分三步。第一步：對平均功率，mer,ber這三個指標進行測量。mer、ber測量門限（實際經(jīng)驗總結）前端merpro fec berpost fec ber64qam優(yōu)良38dbuv>1.00e-9>1.00e-9正常值36dbuv1.00e-8>1.00e-9臨界值34dbuv1.00e-71.00e-8光節(jié)點merpro fec berpost fec ber64qam優(yōu)良36dbuv>1.00e-9>1.00e-9正常值34dbuv1.00e-8>1.00

2、e-9臨界值32dbuv1.00e-71.00e-8放大器merpro fec berpost fec ber64qam優(yōu)良35dbuv1.00e-9>1.00e-9正常值33dbuv1.00e-81.00e-9臨界值28dbuv1.00e-71.00e-8分支器merpro fec berpost fec ber64qam優(yōu)良32dbuv1.00e-8>1.00e-9正常值28dbuv1.00e-71.00e-9臨界值24dbuv1.00e-61.00e-8機頂盒merpro fec berpost fec ber64qam優(yōu)良32dbuv1.00e-8>1.00e-9正常

3、值28dbuv1.00e-71.00e-8臨界值24dbuv1.00e-61.00e-7第二步：當這些指標惡化的時候，應該對其它指標進行詳細的測量，判斷造成網(wǎng)絡質量惡化的原因。因為mer的惡化是最主要的因素，它將直接導致ber的下降并最終影響用戶接收機的接收效果。所以因主要測試調制質量參數(shù)，找出問題原因。調制質量參數(shù)主要有：調制誤差率、載波抑制、幅度不平衡、正交誤差、相位抖動，rs解碼前誤碼率等。其中調制誤差率反映了調制的總體質量；載波抑制、幅度不平衡等反映調制中可能引起誤差的主要原因；rs解碼前誤碼率則反映了整個信道的可靠性的性能。對數(shù)字調制的直接測量是找到信號失真源頭的有用工具。調制質量的

4、估價是放在數(shù)字解調之后，自適應均衡器附近.第三步：利用星座圖進行逐級排查。當然我們一般的測試工作只需要做第一步就可以，當網(wǎng)絡有問題的時候做第二，三步；而且絕大多數(shù)時候我們第二，三步是同時進行的。建議即使網(wǎng)絡正常也因該定時在網(wǎng)絡前端執(zhí)行第二，三步操作便于防范問題于未然。1.1.1. 平均功率 1.1.1.1. 數(shù)字信號電平和模擬信號電平的區(qū)別因為模擬電視圖像內容是通過幅度調制來傳送的，圖像的內容是隨時變化的，所以模擬電視的信道的功率取決于圖像內容，根據(jù)圖像的內容的不同，信道功率不斷的變化。由于模擬電視行/場同步脈沖電平相對穩(wěn)定，故我們把測量峰值電平作為判別模擬電視信號強弱的測量標準。所有的數(shù)字調

5、制信號都有類似噪聲的特性，信號在調制到射頻載波之前被進行了隨機化處理，所以當發(fā)送一個數(shù)字信號時，無論它是否傳送數(shù)據(jù)，在頻域中觀察一般都是相同的。而且在頻域中觀察這樣的信號通常也說明不了有關的調制方式，例如是qpsk，16qam，還是64qam，它只能說明信號的幅度、頻率、平坦度、頻譜再生等等。噪聲信號的最大響應與噪聲信號的功率沒有關系。因為數(shù)字信號也是以噪聲的形式出現(xiàn)，但它更像是隨機加入到分析儀檢測儀中的一組組脈沖，所以采用平均值作為功率系數(shù)更有價值。因為數(shù)字電視信號的信道功率相對穩(wěn)定，不隨內容而隨機變化，所以數(shù)字電視用信道平均功率來表示本頻道的功率。數(shù)字電視信號的平均功率電平也稱作信道功率，

6、這與模擬電視電平是完全不同的概念。數(shù)字信號的功率不能用峰值功率測量來完成，因為信道功率是和帶寬有關的，帶寬越寬，信道的平均功率越高。數(shù)字信號載波功率是正確接收的關鍵性因素之一，適當提高數(shù)字信號載波電平就可較大地提高抗干擾的能力。1.1.1.2. 數(shù)字信號電平的測量方法當用dvb-c描述qam信號和用dvb-s描述qpsk信號時，都稱調制的rf/if信號為“載波”（c），主要是把它與來自用作有關基帶解調“信號”（s）相區(qū)別。嚴格的說把數(shù)字信號描述為“載波”是不正確的，因為qpsk，qam調制是抑制載波的調制機制。然而，工程師們繼續(xù)使用“載波”作為該參數(shù)的稱呼，特別是談論“載”噪比時。其實載波說成

7、像要信息功率更為恰當，確切的說應為rf/if功率，是調制rf/if信號的總功率。1.1.1.3. 數(shù)字調制信號的測量方法不同于模擬信號的原因（1）在數(shù)字調制信號中不出現(xiàn)載波（使用qpsk調制的dvb-s和使用qam調制的dvb-c系統(tǒng)），或是有上千個載波（使用ofdm調制的dvb-t系統(tǒng)），所以不能測量載波。（2）帶內的調制信號有平坦的頻譜，非常類似于噪聲。如果從頻譜以上觀察，則數(shù)字調制信號的頻譜像噪聲一樣充滿整個頻道。（3）影響接收信號質量的參數(shù)與解碼和誤碼校正前由通道（噪聲，幅度和相位不等，回波等）引入的比特和字誤差有關。（4）數(shù)字信號本身具有峭壁效應，不同于模擬信號。信號電平定義為在有效

8、帶寬內所選射頻和中頻信號的均方根值（rms）功率。它是用熱功率傳感器或頻譜儀在前端輸出口和系統(tǒng)輸出口進行測量所得。用熱功率探頭測量時必須沒有任何其它信號（包括噪聲）。在多信號系統(tǒng)中，也就是catv網(wǎng)絡，但頻道的rf/if功率需要進行頻率選擇，因此必須使用在熱功率表前增加了頻道濾波器并具有頻帶功率測量功能的頻譜分析儀或測量接收機進行測量。數(shù)字傳輸?shù)姆逯倒β时绕骄β矢?-10db，在有線同軸網(wǎng)絡中為了防止放大器的壓縮和互調干擾產(chǎn)物，要求通過調節(jié)峰值功率來降低平均傳輸功率，數(shù)字調制信號電平可比模擬調制信號電平低10db左右。圖 11數(shù)字電視信號的頻譜形狀圖 12通道功率測量的畫面1.1.2. 調制

9、誤差率（mer）mer（modulation error ratio）其中，i和q是理想的qam接收機相位圖中的數(shù)據(jù)點，i和q是由損傷引起的接收的數(shù)據(jù)點和理想的qam相位圖的點的誤差，n是在數(shù)據(jù)抽樣中捕獲的點數(shù)。上式中的n是數(shù)據(jù)抽樣的大小，他一般比相位圖中的點數(shù)多，為了能捕獲到具有代表性的抽樣。換句話說，它是測量由任何損傷合法設計與理想的相位圖點的位置相比的道德不理想導致的相位圖族的變化。在測量時，矢量分析儀首先對被測量數(shù)字調制信號進行接收和采樣，調整信號經(jīng)解調后于基準矢量信號進行比較。被測矢量信號與基準矢量信號之間的差矢量信號被稱為誤差矢量信號，有誤差矢量信號中既包含幅度誤差信息，也包含相位

10、誤差信息。在干擾小的時候mer變化緩慢，隨著干擾的增大，當出現(xiàn)誤碼率時，mer變化很快。mer可以被認為是信噪比測量的一種形式，它將精確表明接收機對信號的解調能力，因為它不僅包括高斯噪聲，而且包括接收星座圖上所有其它不可校正的損傷。如果信號中出現(xiàn)的有效損傷僅僅是高斯噪聲，那么mer等于s/n。圖13 mer的原理示意圖mer的經(jīng)驗門限值對于64qam為23.5db，對于256qam為28.5db，低于此值，星座圖將無法鎖定。另外對不同的部分mer的指標也存有一些經(jīng)驗值：在前端>38db，分前端>36db，光節(jié)點>34db，用戶>26db。1.1.3. 誤差矢量幅度（ev

11、m）和mer相關的參數(shù)是誤差矢量幅度（evm），它的定義為其中smax是m相qam相位圖最遠狀態(tài)的矢量的幅度。i和q是由損傷引起的接收的數(shù)據(jù)點和理想的qam相位圖的點的誤差，n是在數(shù)據(jù)抽樣中捕獲的點數(shù)。evm是在iq(同相與正交)星座圖上檢測到的載波與其理論上的準確位置之間的距離，是“誤差信號矢量”與“最大信號幅度”之比，表達為rms百分比值。在干擾小的時候evm變化很快，當接近數(shù)字信號即將崩潰的懸崖時，變化緩慢。evm的定義和測量原理與mer非常相似，也是采用誤差矢量的幅度來描述調制失真，只是在測量參數(shù)的定義上略有區(qū)別。mer和evm的區(qū)別在于評價的基準不同。mer以基準矢量幅度的有效值為基

12、準，而evm則以基準矢量幅度的峰值為基準。圖 14evm的原理示意圖1.1.4. 比特誤碼率定義：ber（比特誤碼率）是發(fā)生誤碼的位數(shù)與傳輸?shù)目偽粩?shù)之比ber 被敘述為大量傳送碼的錯誤碼比率10的幾次方來表示，例如測量得3e-7 表示在一千萬次傳送碼有3 次被誤解，此比率是采用少數(shù)的實際傳送碼來實際分析并統(tǒng)計而推估的值，越低的ber 代表越好的效能表現(xiàn)。ber(pre-fec)：糾錯前誤碼率：fec糾錯算法可以檢測出錯誤比特的數(shù)量，同時還可以糾正其中的一部分錯誤，糾錯前的誤碼率就是實際發(fā)生錯誤的比特數(shù)量和總的傳送比特數(shù)量的比值。ber(post-fec)：糾錯后誤碼率：fec糾錯算法在檢測出有

13、多少錯誤比特后，根據(jù)自身的糾錯能力，糾正錯誤比特當中的一部分或者全部的錯誤，用還沒有被糾正的錯誤比特數(shù)量與總的傳送比特數(shù)量進行比較就是糾錯后的誤碼率。當信號質量很好的情況下，糾錯前與糾錯后的誤碼率數(shù)值是相同的，但有一定干擾存在的情況下，糾錯前和糾錯后的誤碼率是不同的，糾錯后的誤碼率要更好。典型的目標值為1e-09，準無誤碼ber為2e-04；臨界ber為1e-03；ber大于1e-03將喪失服務。盡管較差的ber 表示信號品質較差，但ber 不只是測量純粹qam 信號本身的情況，因為ber 測量偵測并統(tǒng)計每個被誤解的碼，他是一個靈敏的指標可指出問題是由瞬間的或突然發(fā)生的噪聲干擾。測試的誤碼率的

14、結果表示的意義科學計數(shù)法1.00e+001/1一個1.00e-011/10在十個里面一個1.00e-021/100在一百個里面一個1.00e-031/1000在一千個里面一個1.00e-041/10000在一萬個里面一個1.00e-051/100000在十萬個里面一個1.00e-061/1000000在一百萬里面一個1.00e-071/10000000在一千萬里面一個1.00e-081/100000000在一億里面一個1.00e-091/1000000000在十億里面一個1.1.5. mer與ber之間的關系數(shù)字電視和模擬電視圖像方面很大的不同不僅僅是圖像的清晰度更高，還有其他不同的特性，當模

15、擬電視和數(shù)字電視同時受到噪聲信號干擾的時候，隨著噪聲和干擾信號的增加，模擬電視的圖像會漸漸惡化，由開始的清晰逐漸變?yōu)橛醒┗?，最后雪花越來越多，最后無法觀看，有一個漸變的過程，但是數(shù)字電視信號不同，數(shù)字電視信號有一定的抗干擾性，小的干擾可能不會引起數(shù)字信號出現(xiàn)差錯，干擾逐漸增大，數(shù)字信號出現(xiàn)誤碼，但是由于有fec糾錯編碼機制，對少量的錯誤可以全部進行糾正，當出差錯的數(shù)據(jù)超過一定的數(shù)量，超過了糾錯編碼的錯誤糾正能力，信號出現(xiàn)錯誤，圖像便出現(xiàn)了馬賽克，甚至馬上不能觀看圖像。這些變化都是在一個門限處發(fā)生的，速度很快。這種特性稱為數(shù)字信號的懸崖效應。示意圖如下所示。圖 15模擬和數(shù)字電視信號對增加的損傷

16、的不同響應在明白mer和ber之間變化的相互關系之后，我們就可以理解上述現(xiàn)象的發(fā)生原理。mer可為接收機對傳輸信號進行正確解碼的能力提供一個早期指示。根據(jù)前面mer的定義可知，mer將接收符號(代表調制圖案中的一個數(shù)字值)的實際位置與其理想位置進行比較。當信號質量降低時，接收符號距離理想位置更遠，mer測量值將會減小。隨著噪聲和干擾的增大，mer逐漸降低，而ber仍然保持不變。但是當干擾增加到一定程度，mer繼續(xù)下降，ber開始增加。圖 16干擾信號對mer和ber變化的影響上圖是mer和ber之間相互關系的一個簡單說明。實際在一個星座圖中是不會同時出現(xiàn)這幾種情況的，這里時間四種不同的情況綜合

17、在一起進行互相對比說明。第一象限紅色的點是mer的最佳狀態(tài)，所有點幾乎都集中在理想位置；第二象限綠色的點受到一些噪聲干擾，干擾比較小，所以基本都環(huán)繞在理想中心位置周圍，屬于比較好的mer；第三象限的藍色點受到的干擾比較大，各個點無規(guī)則的散落在方框內，這時mer的指標比較差；第四個象限受到和很大的干擾，各個點不僅散落在本方框內，而且還有兩個點已經(jīng)離開第四象限的范圍，到了第一和第三象限。在第一、二、三象限中的信號有一個共同點，所有的點都落在了自己所在象限的方框內，根據(jù)數(shù)字電視信號的判決規(guī)則，只要在方框內就不會出現(xiàn)誤碼；只有第四象限的點到了別的方框，這些點一旦進入其它星座點的范圍就被判決為該星座點，

18、這樣就出現(xiàn)了誤碼。這就是為什么在一定干擾信號下mer的值在下降，卻沒有出現(xiàn)誤碼，直到mer下降到一定程度，才會出現(xiàn)誤碼，ber的數(shù)值開始上升。1.1.6. mer和evm之間的關系evm測量類似于mer，但表達形式不同。evm表達為rms誤差矢量幅度與最大符號幅度的百分比值。信號缺陷增加時，evm將會增大，而mer則會減小。 mer和evm彼此可以相互進行轉換。 其中 定義了在星座圖中各點的均方根值。其中是m相qam相位圖最遠狀態(tài)的矢量的幅度。所以 式中v是m相qam星座圖的峰值功率和平均功率之比，對于dvb-c的64qam調制方式，v的值是1.527。上面的公式式定義了mer和evm的關系。

19、1.2. 用星座圖判斷故障1.2.1. 星座圖的原理在一個星座圖中所有i和q信號可能的結合表現(xiàn)為網(wǎng)格形狀，使他們容易說明引起干擾的事物，星座圖圖表可想象為帶方框的數(shù)組，每個方框代表一個狀態(tài)或符號。在理想的數(shù)據(jù)傳輸情形下每個被接收的傳送碼應會落在它方框的中心點，在實際上噪聲，侵入干擾與反射會讓傳輸符號離開理論的中心點移往相鄰方框的邊界。相鄰方框之間的分界線稱為“判斷門坎”，如果傳送的信號被干擾推擠一個符號跨越此門坎，它會被錯誤的理解視為屬于相鄰方框的符號因此成為一個錯誤碼。符號的干擾不足以推擠跨越門坎則永遠被理解為屬于正常的。星座圖是一個很好的故障排除輔助工具，它可提供關于干擾的來源與種類的線索

20、。由于屏幕上的圖形對應著幅度和相位，符號陣列的形狀可用來分析和確定系統(tǒng)或信道的許多缺陷和畸變，并幫助查找其原因，使用星座圖可以輕松發(fā)現(xiàn)各種調制問題。以下的圖片顯示可各種干擾下星座圖對應的不同形狀。以下是幾種不同的故障所對應的星座圖形狀1.2.2. 相干干擾信號調制、傳輸網(wǎng)絡、接收設備等均會引入連續(xù)的噪聲干擾，如cso/ctb，qam信號中附帶的噪聲所產(chǎn)生的失真，會在星座圖上形成明顯的圓圈圖形。如果有夠多的連續(xù)噪聲,在特定方框內所顯示的符號形成一個粗環(huán)圖形。圓環(huán)半徑的大小代表帶內相干干擾幅度的強弱。圖 17相干干擾信號對星座圖的影響1.2.3. 相位噪聲相位噪聲是振蕩器相對的相位不穩(wěn)定的情況。如

21、果此振蕩器與信號處理相關(例如本地振蕩器) ，這些相位不穩(wěn)定會影響在信號上，在信號處理設備內的振蕩器在設計上是只會對所處理的信號增加非常微小的相位噪聲，然而不良的調制器或變頻器可能在信號上增加明顯的相位噪聲影響，結果在星座圖上顯示出繞著圖形中央旋轉的現(xiàn)象。 圖 18相位噪聲對星座圖的影響1.2.4. 增益壓縮增益壓抑是在信號傳送路徑上因有源器件(放大器或頻率變換器)過載或不良的有源器件所導致的信號壓縮失真，結果在星座圖上顯示出四個角落被扭曲造成四邊彎成如弓形的現(xiàn)象，而不是正常的四方形形狀。由于qam調制的峰值因子較大，星座中半徑越大的部分，壓縮越嚴重。圖 19信號增益壓縮對星座圖影響1.2.5

22、. 幅度不平衡由于i，q調制部分正交載波幅度的不平衡度造成星座圖i/q兩軸增益不一致，從而造成接收符號脫離理想星座點，接收星座圖變成長方形裝，使mer和ber指標下降，通常是qam調制器造成這個問題。圖 110信號幅度不平衡對星座圖影響1.2.6. 正交不平衡正交度是指接收星座i，q軸角度是否是90。由于i，q調制部分正交載波相位正交性差，造成接收星座圖有正方形變?yōu)榱庑危瑑奢S增益不一致，使mer和ber指標下降。通常是qam調制器造成這個問題。圖 111信號正交不平衡對信號造成的影響1.2.7. 載波抑制qam調制是載波抑制調制方式，如果調制部分載波泄漏到輸出單元，就會造成接收問題。如果載波抑

23、制差，星座圖表現(xiàn)為接收星座點整體平移，脫離理想星座位置，相當于星座上加直流偏置效果。圖 112載波抑制不好對星座圖的影響1.2.8. 噪聲干擾在實際的網(wǎng)絡系統(tǒng)中，qam信號會一直被噪聲干擾。噪聲導致所顯示的符號落在星座圖方框內正常位置的周圍，所以在累積一段時間長度后統(tǒng)計一特定方框內所有符號的落點就會形成如云般的形狀，每個符號表示噪聲干擾些微的差異。如果有夠多的噪聲干擾星座圖會顯示一些符號以表示超過判斷門限形成 “誤碼” 。圖 113受噪聲干擾的信號對星座圖的影響1.2.9. 星座圖測量畫面技術指標說明enm：估計噪聲裕量：噪聲裕量比ber更為有用，此測量可初步指示出數(shù)字業(yè)務接近失效的裕量，這是

24、一個檢查合格與否的快速而簡單的測量方法，它可用來在安裝過程中檢查信號質量，還可以作為一種維護手段，對通過網(wǎng)絡的信號質量作基本監(jiān)測。ber(pre-fec)：糾錯前誤碼率：fec糾錯算法可以檢測出錯誤比特的數(shù)量，同時還可以糾正其中的一部分錯誤，糾錯前的誤碼率就是實際發(fā)生錯誤的比特數(shù)量和總的傳送比特數(shù)量的比值。ber(post-fec)：糾錯后誤碼率：fec糾錯算法在檢測出有多少錯誤比特后，根據(jù)自身的糾錯能力，糾正錯誤比特當中的一部分或者全部的錯誤，用還沒有被糾正的錯誤比特數(shù)量與總的傳送比特數(shù)量進行比較就是糾錯后的誤碼率。當信號質量很好的情況下，糾錯前與糾錯后的誤碼率數(shù)值是相同的，但有一定干擾存在

25、的情況下，糾錯前和糾錯后的誤碼率是不同的，糾錯后的誤碼率要更好。mer：調制誤差率：mer包括了可能存在于商用接收機判決電路輸入全部信號的劣化，因此能夠指示出接收機正確解碼信號的能力。調制誤差率（mer）的定義是所有的理想矢量的平方和被所有矢量的平方和除的結果，用db表示。詳細的定義和解釋在本文前面部分有敘述。evm：誤差矢量幅度：本文前面部分有詳細敘述。pj：相位抖動：此項測量能夠表明用在電纜分配系統(tǒng)（也就是qam調制器或頻率變換器）中的本地振蕩器的相位起伏和頻率起伏。此指標從一定程度上表征網(wǎng)絡中相位噪聲的情況，惡化到一定程度會大大提高誤碼率。tj：時間抖動：接收符號時鐘的抖動；此指標的惡化

26、會影響符號的判決，形成誤碼；很差時會破壞整個傳輸系統(tǒng)。qe: iq正交載波相位正交（90°）誤差ai：iq正交載波幅度不平衡度freq offset：qam調制載波頻率偏移real symb：當前真實符號率snr: 信噪比。這里的s/n主要描述解調之后的信號s/n。噪聲來源于幾種情況：網(wǎng)絡傳輸中引入噪聲，潛入調制信號中的幅度噪聲，相位噪聲，碼間串擾和調制損傷等。應在解調后的星座圖數(shù)據(jù)中測量信噪比。對于星座圖中的每一符號，從其云狀軌跡可以得出其統(tǒng)計分布。在去處了正交失真，幅度不均勻，原點位移誤差殘留載波，非線性失真，相位抖動，連續(xù)波干擾的影響之后，剩余的云狀軌跡可以認為是由高斯噪聲引起的，這剩余的云狀軌跡也是計算信噪比的基礎。當所有以上談到的錯誤都被排除后，可以認為mer與s/n有相同的值。cs： 載波抑制ci： 同頻干擾1.2.10. qam技術參數(shù)解釋1.2.10.1. i/q不平衡i/q不平衡就是ds8821q上面所標注的技術指標ai，i/q不平衡的說明如下：i/q不平衡由dvb-c調制器的i路徑和q路徑的不同的放大產(chǎn)生，這個參數(shù)由以下公式來計算：