南郵廣播電視工程廣測實驗七-數(shù)字電視有線射頻信號測量

1、通信與信息工程學(xué)院2016 / 2017 學(xué)年第一學(xué)期廣播電視測量技術(shù)實 驗 報 告實 驗 名 稱 數(shù)字電視有線射頻信號測量專 業(yè) 廣播電視工程 學(xué) 生 班 級 B130114 學(xué) 生 學(xué) 號 B1311413 學(xué) 生 姓 名 陳超 指 導(dǎo) 教 師 姚錫林 日 期： 2016 年 10 月 9 日1.實驗?zāi)康模涸诹私鈹?shù)字有線電視接收系統(tǒng)的組成、原理之后，利用矢量頻譜信號分析儀觀察有線電視QAM星座圖特征，分析有線電視傳輸環(huán)境的特征。2.實驗內(nèi)容： 在帶寬有效的通信系統(tǒng)中，大容量信息必須通過高進(jìn)制調(diào)制來傳輸。由信號星座圖可以直觀地看出，此時如果單獨使用幅度或相位攜帶信息，則信號星座點僅分布在一條

2、直線或一個圓上，不能充分利用信號平面。基于這種考慮，誕生了幅度和相位相結(jié)合的調(diào)制方式一一正交幅度調(diào)制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)，它可以在保證最小歐氏距離的前提下，盡可能地增加星座點數(shù)目。目前M進(jìn)制QAM調(diào)制方案己經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)字視頻廣播，可以在有限帶寬內(nèi)傳輸高清晰度視頻信號。圖7.1為常見的M進(jìn)制QAM信號星座圖。從歐氏距離的角度看，圖中矩形星座并不一定是最好的M元星座點分布，實際中也確實有通信系統(tǒng)選擇了不同的信號映射方式，例如蜂窩形狀。但是，矩形星座具有容易實現(xiàn)的獨特優(yōu)點，也很利于用正交相干方式解調(diào)。所以，矩形星座的QAM信號在實際應(yīng)用中占了

3、絕大部分。從QAM調(diào)制過程看，QAM信號可以看成是兩路正交的多進(jìn)制調(diào)幅信號之和。另一方面，在圖7.1中M=4的QAM調(diào)制與QPSK調(diào)制完全等同。因此，也可以把QAM信號看成多層QPSK信號的線性組合。例如:一個16QAM星座圖可以看成由兩層QPSK調(diào)制組成，第一層調(diào)制確定了星座點處于哪個象限;第2層調(diào)制再映射為該象限的4個星座點之一。 數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的星座顯示圖形相當(dāng)于矢量儀中的矢量顯示，可用來表示QAM信號中的同相(n分量和正交分量(Q>。符號是給定調(diào)制系統(tǒng)中傳輸信息的最小部分，一個符號在星座圖中可描繪為一單個點。這些符號比特是通過復(fù)雜的代碼轉(zhuǎn)換過程由原始的MPEG-2傳輸流中導(dǎo)出的。這

4、一轉(zhuǎn)換過程包括了里德一索羅門編碼、交織、隨機化處理，QAM和格形編碼或QPSK系統(tǒng)中的卷積(維特比)編碼。人們希望能對系統(tǒng)的傳輸提供防護(hù)并能糾正比特錯誤，抵御脈沖噪聲，將傳輸能量平均地分布于整個頻譜。解碼器端所采取的處理方式與上述過程相反，應(yīng)能恢復(fù)基本上無差錯的比特流。由于采取了誤碼校正，僅對傳輸流進(jìn)行檢查并不能提供傳輸通道或調(diào)制器和處理放大器包含有錯誤的任何指示，使得系統(tǒng)靠近“數(shù)字崩潰點”。一旦MPEG碼流中的傳送錯誤標(biāo)志(TEF)作出報告，這時再采取校正措施常常是太遲了。 星座圖可以認(rèn)為是一種數(shù)字信號“2維眼圖”的陣列，在星座圖中標(biāo)出了符號的著陸點，并給出了著陸的允許范圍和判決邊界。符號著

5、陸點愈是靠近而聚集在接收符號的“云層”中，那么信號質(zhì)量就愈佳。由于星座圖映射為屏幕上信號的幅度和相位，因此可以利用該陣列的形狀來判斷和確定傳輸系統(tǒng)或傳輸通道中故障和失真的嚴(yán)重程度，有助于阻止傳輸質(zhì)量的下降。 利用上述星座圖，可以判斷幅度不平衡、正交錯誤、相干干擾、相位噪聲，幅度噪聲、相位錯誤和調(diào)制誤差比等調(diào)制問題。 有線電視傳輸系統(tǒng)主要測量指標(biāo): 1)誤差矢量幅度(EVM)EVM是誤差矢量的RMS幅度與最大符號幅度之比，并以百分比來表示。信號損傷增加時，EVM增加;信號損傷降低時，EVM減小。通過測量MER和EVM,能在BER迅速攀升和接收信號中斷之前預(yù)測出系統(tǒng)的安全余量。 EVM表征的是調(diào)制

6、精度，是衡量現(xiàn)代無線通信系統(tǒng)中數(shù)字調(diào)制質(zhì)量的一項關(guān)鍵指標(biāo)。EVM是發(fā)射信號的理想的測量分量I(同相位)和Q(正交相位)(稱為基準(zhǔn)信號“R")與實際接收到的測量信號“M”的I和Q分量幅值之間的矢量差。EVM適用于每一個發(fā)射和接收的符號。 EVM是一個幅值量，表示為一個百分比，但是每個測量點上的相位和幅值誤差都是要測量的。很多信號都要測量EVM。實際上，EDGE標(biāo)準(zhǔn)要求要在200個以上的突發(fā)脈沖上測量EVM，因此它通常指的是RMS或者峰值EVM。 RMS EVM定義為平均誤差矢量功率與平均基準(zhǔn)功率的比值的平方根。峰值EVM是在測量區(qū)間內(nèi)出現(xiàn)的最大EVM。通過EVM值可以觀察到信號的質(zhì)量，

7、這是眼圖或BER測量之類的其他性能指標(biāo)無法表征的。EVM與誤碼率成正比，但是它比眼圖或BER測試的速度更J決，并且能夠提供更多可供觀察判斷的信息。 EVM和信噪比(SNR)以及信號與噪聲加失真比(SNDR)也有直接的關(guān)系。我們可以通過EVM判斷通信系統(tǒng)不同層次引入的實際誤差，這能夠幫助設(shè)計者查找某些具體的問題。 2 ) BER(誤碼率) 誤碼率是錯誤比特與全部傳送比特之比。在早期的DTV監(jiān)視接收機中，誤碼率作為數(shù)字信號質(zhì)量的唯一測量值。誤碼率的測量簡單易行，因為它通?？捎烧{(diào)諧解碼器芯片組提供且容易進(jìn)行測量。不過，調(diào)諧器的輸出BER通常是在前向誤碼校正(FEC)之后，最好是在FEC(“前維特比”

8、)之前來測量BER。這樣，通過測量BER可以反映出FEC的校正能力。在維特比去交織之后，采用里德·索羅門(Reed-Solomon, R-S)解碼可以校正錯誤比特，以在輸出端獲取準(zhǔn)無誤碼(quasi error-free)信號。如果傳輸系統(tǒng)的工作狀況遠(yuǎn)離信號崩潰點，這種運行狀態(tài)是合適的。這時，只有很少的數(shù)據(jù)錯誤發(fā)生，前維特比(pre-Viterbi)誤碼率接近為零。如果傳輸系統(tǒng)工作在崩潰點邊緣附近，則前維特比BER就會逐漸增加，后維特比（post-Viterbi) BER的變化就比較徒峭，后FEC(在RS之后)就非常徒峭。因此，F(xiàn)EC能夠?qū)Ρ罎Ⅻc的徒峭程度產(chǎn)生影響。這樣，非常靈敏的誤

9、碼率測量會產(chǎn)生告警信號并用來記錄長時間的系統(tǒng)運行狀態(tài)，最好是用來識別周期性損傷、瞬態(tài)損傷。BER的測量值常常用工程記數(shù)法來表示，并標(biāo)明為瞬時碼率和平均碼率。典型的目標(biāo)誤碼率為:1 E-09，準(zhǔn)無差錯的誤碼率為2E-04;臨界誤碼率為1 E-03;當(dāng)誤碼率大于1 E-03時則處于傳輸服務(wù)允許值之外。3)調(diào)制誤差比(MER )TR101 290標(biāo)準(zhǔn)是用來描述DVB系統(tǒng)的測量準(zhǔn)則。在標(biāo)準(zhǔn)中，調(diào)制誤差比(MER)指的是被接收信號的單個“品質(zhì)因數(shù)”C figure of merit )。 MER往往作為接收機對傳送信號能夠正確解碼的早期指示。事實上，MER是用來比較接收符號(用來代表調(diào)制過程中的一個數(shù)字

10、值)的實際位置與其理想位置的差值。當(dāng)信號逐漸變差時，被接收符號的實際位置離其理想位置愈來愈遠(yuǎn)，這時測得的MER數(shù)值也會漸漸減小。一直到最后，該符號不能被正確解碼，誤碼率上升，這時就處于門限狀態(tài)即崩潰點。 圖7.4是將MER接收機與一測試調(diào)制器相連接時所測得的曲線。連接妥當(dāng)后，逐漸引入噪聲，同時記錄MER和前維特比BER的數(shù)值。在沒有引入噪聲時，MER的起始值為3_SdB，而BER接近為零。隨著噪聲的增加，MER值逐漸降低，而BER卻保持恒定。當(dāng)MER降低至26dB附近時，BER才開始攀升，說明崩潰點就在此值附近。因此，MER可用來指示系統(tǒng)在崩潰點之前的早期劣化漸變過程。因此，如果我們在用戶點(

11、或其附近)測出MER的安全余量，那么，位于前端調(diào)制器處的監(jiān)視設(shè)備通過測量MER即可提供信號劣化的早期指示。當(dāng)MER下降至24dB ( 64-QAM)或30dB (256-QAM)時，通用機頂盒就不能正確解調(diào)。2. 實驗儀器:在了解數(shù)字有線電視接收系統(tǒng)的組成、原理之后，利用矢量頻譜信號分析儀觀察有線電視QAM星座圖特征，分析有線電視傳輸環(huán)境的特征。3.實驗過程及數(shù)據(jù) 1）將有線電視信號連接到N9020A；2）按MODE鍵進(jìn)入Vector Signal Analyzer(VXA) 矢量信號分析儀模式；3）按MEAS鍵進(jìn)入Digital Demod 數(shù)字解調(diào)界面；4）設(shè)置數(shù)字解調(diào)模式為64QAM；5）輸入中心頻率800MHZ；6）設(shè)置Points/Symbol 為1；7）設(shè)置Symbol Rate符號率為6.875MHZ；8）按SPAN X Scale鍵設(shè)置SPAN為FULL SPAN；9）按AMPTD Y Scale 鍵設(shè)置Range為-10dBm。圖1 解調(diào)信號分析數(shù)據(jù)圖 圖2 解調(diào)信號星座圖 圖3 解調(diào)信號誤差矢量 圖4 解調(diào)信號頻譜 圖5 解調(diào)信號誤差分析 4.實驗小結(jié)： 此次實驗利用矢量頻譜信號分析儀觀察有線電視信號并分析相關(guān)星座圖、頻譜等特征，其中星座圖是判斷相干干擾、想為噪聲等的重要參考，解調(diào)后的有線電視信號星座圖呈規(guī)范正方圖形，無傾斜，說明解調(diào)頻率等符合，實驗過程中采