數(shù)字電視維護(hù)指標(biāo)及典型故障

數(shù)字電視維護(hù)指標(biāo)及典型故障1第1頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)字電視技術(shù)維護(hù)指標(biāo)及典型故障一、數(shù)字電視系統(tǒng)框圖二、星座圖詳解三、主要技術(shù)指標(biāo)四、指標(biāo)解析五、典型星座圖特征現(xiàn)象與故障關(guān)聯(lián)六、數(shù)字電視與模擬電視兼容傳輸?shù)奶攸c(diǎn)差異2第2頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、數(shù)字電視系統(tǒng)框圖1、基帶接口與同步：將信號(hào)源格式與數(shù)字結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。幀結(jié)構(gòu)應(yīng)與包含同步字節(jié)的MPEG-2傳送層一致。2、同步1翻轉(zhuǎn)和隨機(jī)化：將MPEG-2幀結(jié)構(gòu)的同步1字節(jié)反相。為了頻譜成形，并對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行隨機(jī)化處理，一般使用偽隨機(jī)序列對(duì)統(tǒng)計(jì)特性不好的碼列進(jìn)行擾碼（隨機(jī)化），可使輸出序列中的0與1的個(gè)數(shù)大致相同，沒(méi)有長(zhǎng)串的連續(xù)0或1，從而使碼列的特性與傳輸通道的特性相符。3、RS編碼器：對(duì)每一個(gè)已隨機(jī)化的傳送包進(jìn)行截短的塊RS編碼，以產(chǎn)生誤碼保護(hù)包。這種編碼也應(yīng)用于同步字節(jié)本身。根據(jù)誤碼保護(hù)的要求，有線傳送與衛(wèi)星傳送系統(tǒng)不同，沒(méi)有使用卷積編碼，而只是使用基于RS編碼的前向糾錯(cuò)（FEC）。注解：（204，188）（K+2t），可以糾正t即8個(gè)誤碼。4、卷積交織器：將數(shù)據(jù)碼按一定規(guī)則打亂，抵御突發(fā)噪聲引起的連片數(shù)據(jù)誤碼。當(dāng)碼流在傳輸中突發(fā)誤碼持續(xù)多個(gè)碼元時(shí)，經(jīng)過(guò)去交織器后，連續(xù)誤碼變?yōu)殡x散的單個(gè)誤碼即可被RS解碼器糾正）3第3頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五一、數(shù)字電視系統(tǒng)框圖（續(xù)）5、字節(jié)映射到m比特符號(hào)：該單元將交織器產(chǎn)生的字節(jié)映射為QAM符號(hào)，以便進(jìn)行調(diào)制。對(duì)64QAM的調(diào)制，是將8比特?cái)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成6比特為一組的符號(hào)。6、差分編碼：為獲得旋轉(zhuǎn)不變星座圖，該單元應(yīng)對(duì)每個(gè)符號(hào)的兩個(gè)最高有效位（MSB）進(jìn)行差分編碼以便獲得固定90度旋轉(zhuǎn)的QAM星座圖。7、基帶成形：將經(jīng)過(guò)差分編碼的m比特符號(hào)映射為I和Q信號(hào)，在QAM調(diào)制前對(duì)I、Q信號(hào)進(jìn)行升余弦滾降平方根濾波。8、QAM調(diào)制和中頻物理接口：完成QAM調(diào)制，并將QAM已調(diào)信號(hào)連接到CATV射頻信道。CATV用的QAM調(diào)制是使用兩個(gè)獨(dú)立的基帶波形對(duì)兩個(gè)相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，利用這種已調(diào)信號(hào)在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)兩路并行數(shù)字信息傳輸，因此它兼顧了頻帶及功率利用率。9、傳輸網(wǎng)絡(luò)：指HFC；10、CATV有線電視綜合解碼接收機(jī)（數(shù)字機(jī)頂盒）：完成與前端相反的物理過(guò)程。4第4頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、星座圖詳解

星座圖（Constellation）：圖形化地顯示相應(yīng)調(diào)制格式的信號(hào)（符號(hào)）幅度、相位。例如，當(dāng)比特流進(jìn)入16QAM調(diào)制器時(shí)，4個(gè)比特形成一個(gè)符號(hào)，然后這些符號(hào)就會(huì)被載波調(diào)制到正交的I、Q平面上。當(dāng)比特流進(jìn)入64QAM調(diào)制器時(shí)，則是6個(gè)比特形成一個(gè)符號(hào)，然后這些符號(hào)就會(huì)被載波調(diào)制到正交的I、Q平面上。符號(hào)點(diǎn)在I/Q平面上的位置與其調(diào)制相位、幅度對(duì)應(yīng)。

2*n：n個(gè)比特代表一個(gè)符號(hào)，16、64代表符號(hào)點(diǎn)的個(gè)數(shù)；5第5頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五二、星座圖詳解（續(xù)）1、16QAM：16個(gè)符號(hào)點(diǎn)；4個(gè)比特代表一個(gè)符號(hào)，如：0000、0001、0011、0111、1000、1100、1110、1111等；2、64QAM：64個(gè)符號(hào)點(diǎn)；6個(gè)比特代表一個(gè)符號(hào)，如：000000、000001、000011、000111、1000000、110000、111000、111100、111110、111111等；3、比特轉(zhuǎn)化為符號(hào)的框圖解析。6第6頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五三、主要技術(shù)指標(biāo)1、系統(tǒng)輸出口數(shù)字調(diào)制信號(hào)的輸出功率電平

2、調(diào)制誤差率MER

3、誤差矢量幅度EVM

4、比特誤碼率BER

5、載噪比C/N；噪聲功率帶寬內(nèi)的每比特能量Eb/No

6、噪聲裕量（Noisemargin）

7、等效噪聲劣化（EquivalentNoiseDegradation,END）

8、射頻載波的相位噪聲（Phasenoise）、相位抖動(dòng)（Phasejitter）7第7頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五系統(tǒng)輸出口數(shù)字調(diào)制信號(hào)的輸出功率電平1、數(shù)字頻道功率電平指的是平均功率電平，而不是峰值電平。因?yàn)樯漕l載波被隨機(jī)化的數(shù)字信號(hào)調(diào)制，使射頻信號(hào)呈現(xiàn)為類似噪聲充滿整個(gè)頻譜。2、一般而言，64QAM調(diào)制數(shù)字頻道的峰值功率要比平均功率高6---10dB、QPSK調(diào)制數(shù)字頻道的峰值功率要比平均功率高3---5dB。3、一方面要為了防止數(shù)字信號(hào)的峰值電平過(guò)高導(dǎo)致放大器壓縮、互調(diào)干擾及光發(fā)射機(jī)的限幅削波產(chǎn)生CSO、CTB等非線形產(chǎn)物對(duì)模擬信號(hào)的干擾而要降低數(shù)字信號(hào)的功率，另一方面又要盡量提高數(shù)字頻道的電平以增加信噪比，提高抗非線性及噪聲的能力。數(shù)字頻道的功率電平應(yīng)比模擬電視載波電平低6---10dB為好。4、測(cè)量方法：

1）用頻譜儀NoiseMarker的每Hz功率法：用每Hz帶寬顯示每Hz功率的方法。數(shù)據(jù)信道功率=顯示的每Hz功率+10lg（信道帶寬）

2）用專用測(cè)量寬帶頻譜功率的儀器，可直接讀出數(shù)字頻道功率。8第8頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五模擬電視頻道的測(cè)量9第9頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五下行數(shù)字電視信號(hào)的測(cè)量10第10頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)字電視不正確的測(cè)量方式11第11頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)字電視正確的測(cè)量方式12第12頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五調(diào)制誤差率MER1、指平均矢量幅度與誤差矢量幅度的有效值的比值，結(jié)果用dB表示2、圖解說(shuō)明：當(dāng)接收機(jī)接收信號(hào)時(shí)，在某一段時(shí)間里捕獲到N個(gè)符號(hào)（應(yīng)遠(yuǎn)大于星座點(diǎn)數(shù)M），得到N個(gè)矢量，記錄他們的實(shí)際位置，而該符號(hào)的理想位置是，從而可得到誤差矢量，即實(shí)際位置到理想位置的偏移。MER反映的是實(shí)際信號(hào)對(duì)理想信號(hào)位置的總體偏移程度。13第13頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五調(diào)制誤差率MER（續(xù)）3、調(diào)制誤差率MER反映了在整個(gè)測(cè)量系統(tǒng)中對(duì)信號(hào)的所有相位、幅度類型的損傷和劣化。例如：各種非中斷性的損傷（系統(tǒng)噪聲、CSO、CTB、侵入噪聲）、相位誤差、相位噪聲等造成的相位誤差及調(diào)制器IQ幅度不平衡、放大器壓縮造成的幅度誤差等。4、在只考慮頻道中的高斯噪聲時(shí)，MER近視于基帶數(shù)字調(diào)制信號(hào)的SNR。MER的測(cè)試結(jié)果客觀而準(zhǔn)確的反映了數(shù)字接收機(jī)正確還原數(shù)字信號(hào)的能力，也可以看作為數(shù)字信號(hào)被正確還原的概率。在考察數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)的性能、調(diào)制信號(hào)的質(zhì)量及SNR的分配時(shí)，MER比S/N更能說(shuō)明整個(gè)系統(tǒng)的性能。14第14頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五調(diào)制誤差率MER（續(xù)）5、關(guān)于MER的門限：基于8MHz的64QAM的MER門限值為24dB，一旦低于此值，由于數(shù)字信號(hào)的“峭壁”效應(yīng)，圖象就會(huì)從滿意的效果轉(zhuǎn)到馬賽克現(xiàn)象、靜幀或黑屏。（這一點(diǎn)完全不同于模擬電視的圖象質(zhì)量逐漸下降）。一般應(yīng)給系統(tǒng)輸出4---6dB的安全裕量。建議系統(tǒng)輸出口的MER在28dB。前端MER值達(dá)到35dB時(shí)將是理想情況（一般儀器的測(cè)量范圍在18---35dB）。峭壁點(diǎn)6、用專用儀器即可通過(guò)高速計(jì)算軟件測(cè)得MER值

15第15頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五誤差矢量幅度EVM1、用百分比表示誤差矢量幅度歸一化到峰值矢量幅度的MER。EVM計(jì)算公式為2、EVM與MER可以相互轉(zhuǎn)化，公式為：其中V為峰值與平均電壓的比，MERv為轉(zhuǎn)化dB單位后的值，64QAM的V值取1.527。3、折算后EVM取值范圍：2.62%(MER取28dB)---1.2%((MER取35dB)16第16頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五比特誤碼率BER1、錯(cuò)誤比特?cái)?shù)和發(fā)送比特總數(shù)的比，簡(jiǎn)稱為誤碼率。2、數(shù)字信號(hào)不同于模擬信號(hào)，一切損傷與干擾最后都反映在BER上。系統(tǒng)可靠性最終都?xì)w結(jié)到BER這一指標(biāo)上。BER與測(cè)試點(diǎn)的C/N有關(guān)。3、測(cè)量BER一般有兩種顯示值：FEC校正前的BER、FEC校正后的BER。FEC校正前的BER指系統(tǒng)的誤碼率（包括可校正、不可校正的誤碼），F(xiàn)EC校正后的BER指FEC不能校正的誤碼，兩者之間的不同反映了FEC工作的狀況及系統(tǒng)離失敗點(diǎn)的遠(yuǎn)近程度。4、高于1E-03的誤碼率則超過(guò)了系統(tǒng)FEC校正的能力，1E-04為64QAM系統(tǒng)FEC校正前的BER臨界，高于此誤碼率，系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量將急劇劣化，而誤碼率在1E-06、1E-07時(shí)將會(huì)出現(xiàn)可察覺(jué)的圖象損傷，誤碼率在1E-09以下時(shí)服務(wù)質(zhì)量將相當(dāng)好。17第17頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五比特誤碼率BER（續(xù)）5、MER與BER的關(guān)系：

在此MER范圍內(nèi)無(wú)誤碼

1E-081E-071E-061E-051E-041E-0335343332313029282726242322216、好的BER并不說(shuō)明有好的MER，因?yàn)樵谛亲鶊D的決策邊框內(nèi)的點(diǎn)均能恢復(fù)，但是由于存在一些偏離中心點(diǎn)（理想位置）的點(diǎn)，因此產(chǎn)生矢量誤差，導(dǎo)致了MER劣化；而且好的MER也不能表明BER一定就好，在系統(tǒng)遭到中斷類的噪聲沖擊、激光器削波、掃描脈沖干擾、松動(dòng)的接頭時(shí)，BER會(huì)明顯劣化，但MER可能變化不大。BER反映了限幅與失真峰值造成的影響，限幅與失真產(chǎn)生的頻譜尖峰是BER劣化的主要原因，而限幅產(chǎn)生的問(wèn)題無(wú)法通過(guò)MER測(cè)試來(lái)讀出，必須采用誤碼檢測(cè)來(lái)捕捉。

18第18頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五載噪比C/N；噪聲功率帶寬內(nèi)的每比特能量Eb/No1、指RF/IF信號(hào)的總功率對(duì)有效帶寬內(nèi)噪聲功率的比值，用dB表示。這只是一種傳統(tǒng)的稱呼，因?yàn)閷?shí)際上有線數(shù)字電視采用的是抑制載波的調(diào)制，傳輸中已不出現(xiàn)載波。2、噪聲功率帶寬內(nèi)的每比特能量Eb/No：它與系統(tǒng)C/N的關(guān)系為：

Eb/No=C/N—10lgm(m為每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)，64QAM中m為6)3、系統(tǒng)C/N的門限值（只計(jì)高斯噪聲）為23.7dB（對(duì)應(yīng)的BER為1E-04，F(xiàn)EC前）。4、測(cè)量方法：

1）先用頻譜儀Noisemarker模式測(cè)量信號(hào)的每Hz功率C，再關(guān)掉調(diào)制器的信號(hào)，用相同模式測(cè)量相同頻率點(diǎn)的噪聲功率No,兩者之差即為C/N。

2）或者在不關(guān)斷調(diào)制器的情況下，測(cè)量沒(méi)有信號(hào)的相鄰頻道的噪聲功率No,則C—No即為所求。但是這種情況要求，相鄰頻道的噪聲頻譜應(yīng)較平坦。19第19頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五數(shù)字電視信號(hào)載噪比C/N的測(cè)量CourtesyAgilentTechnologiesand

SunriseTelecomBroadbandDivision20第20頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五噪聲裕量（Noisemargin）1、噪聲裕量（NOISEMARGIN）：是接收信號(hào)的載噪比C/N與BER為1E-04（FEC校正前）的載噪比之間的差值，用dB表示。2、噪聲裕量給出了整個(gè)系統(tǒng)離門限點(diǎn)的距離（howfartothecliff）即系統(tǒng)可靠性數(shù)值。3、它是描述數(shù)字系統(tǒng)的一個(gè)主要參數(shù)，反映了數(shù)字系統(tǒng)還能承受的額外噪聲能力。如果該值較大，就會(huì)保證系統(tǒng)抗噪聲的健壯性。建議選擇4dB作為系統(tǒng)值。21第21頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五等效噪聲劣化（EquivalentNoiseDegradation,END）

指實(shí)際系統(tǒng)誤碼率為1E-04時(shí)的載噪比C/N與理論上誤碼率為1E-04時(shí)的載噪比的差值，結(jié)果用dB表示。END表示了實(shí)際系統(tǒng)與理想系統(tǒng)的距離。22第22頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五射頻載波的相位噪聲、相位抖動(dòng)1、相位噪聲（Phasenoise）：由于不穩(wěn)定的本振引入的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、變頻器內(nèi)部相位的隨機(jī)變化。在DVB-C中取偏離載波100KHz點(diǎn)作為相位噪聲測(cè)量點(diǎn)。2、相位抖動(dòng)（Phasejitter）：由于振蕩器的頻率和相位的起伏引起的載波相位的不確定。相位抖動(dòng)將會(huì)帶來(lái)接收機(jī)取樣的不確定，因?yàn)檩d波的再生很難跟蹤相位的起伏。在星座圖上，相位抖動(dòng)將會(huì)使邊緣的符號(hào)向中間靠攏。

23第23頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五五、典型星座圖特征現(xiàn)象與故障關(guān)聯(lián)1、測(cè)量MER、BER并不能全面反映數(shù)字調(diào)制信號(hào)的損傷情況。2、只有星座圖（Constellation）通過(guò)符號(hào)在I/Q平面上的實(shí)際位置、形狀與理想狀況的偏離（幅度與相位失真）程度對(duì)比，定性地判斷引起誤碼的各種故障來(lái)源3、故障來(lái)源包括系統(tǒng)噪聲、相干干擾、相位噪聲、I/Q幅度不平衡、激光器削波、交流聲等。4、若符號(hào)偏離其理想點(diǎn)，就會(huì)產(chǎn)生誤碼，點(diǎn)偏離程度實(shí)際上就是誤差矢量。24第24頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五好的星座圖

理想的星座圖：符號(hào)點(diǎn)均在決策邊框內(nèi)的中心點(diǎn)。說(shuō)明良好的相位噪聲、熱噪聲等，因此MER值好。25第25頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五熱噪聲引起的損傷現(xiàn)象：符號(hào)點(diǎn)隨機(jī)的向外擴(kuò)展（相對(duì)于中心點(diǎn)）26第26頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五相位噪聲（上、下變頻器產(chǎn)生）引起的損傷現(xiàn)象：四個(gè)邊角的符號(hào)向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使方形的星座圖變?yōu)閳A

27第27頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五相干干擾（如CTB、CSO等互調(diào)失真、侵入噪聲產(chǎn)物）

現(xiàn)象：符號(hào)云的中心被掏空，形成圓串

28第28頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五I/Q不平衡（前端I/Q調(diào)制器、基帶放大器、濾波器造成）現(xiàn)象：星座圖不成方形，I、Q軸即寬、高不等29第29頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五增益壓縮（放大器、濾波器及上、下變頻器、中頻均衡器等造成）現(xiàn)象：外部的符號(hào)向中間均勻地靠攏，而中間的保持不變30第30頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五中斷性的干擾及激光器削波等產(chǎn)生現(xiàn)象：在符號(hào)中心附近孤立的隨機(jī)點(diǎn)31第31頁(yè)，共36頁(yè)，2023年，2月20日，星期五補(bǔ)充：自適應(yīng)均衡器（AdaptiveEqualizer）

1、自適應(yīng)均衡器（AdaptiveEqualizer）：用來(lái)補(bǔ)償傳輸系統(tǒng)中因存在不良分配器、松動(dòng)的接頭、損壞的電纜等造成數(shù)字頻道內(nèi)的頻率響應(yīng)（In-Channel）及群時(shí)延(Groupdelay)失真的數(shù)字濾波器。2、自適應(yīng)均衡器反映了數(shù)字調(diào)制信號(hào)的線性損傷度。自適應(yīng)均衡對(duì)線性失真相當(dāng)有效，但是不能抵消非線性失真。3、頻道內(nèi)頻率響應(yīng)反映幅度損傷，群時(shí)延(Groupdelay)反映相位損傷。通過(guò)均衡器的顯示，能判斷頻道內(nèi)的反射等線性失真，有的儀器還能計(jì)算出產(chǎn)生反射的距離位置。4、當(dāng)測(cè)量到均衡器難以消除的線性失真后，用頻譜儀檢測(cè)頻道的平坦度來(lái)確定線路失真的來(lái)源（如不良分配器、松動(dòng)的接頭、損壞的電纜、雙工濾波器等）并加以修復(fù)，從而減輕均衡器校正強(qiáng)度。32第32頁(yè)，