數(shù)字電視參數(shù)測量

有線數(shù)字電視信號傳輸中參數(shù)的測量方法

關(guān)鍵詞：數(shù)字電視，傳輸，參數(shù)，測量，方本文描述了在有線數(shù)字電視傳輸中測量參數(shù)的客觀方法。重點是有線數(shù)字電視信號從信號源到用戶接收端的端到端性能。這個傳輸鏈包括電纜分配系統(tǒng)，也可包括為有線電視前端提供信號源的鏈路，如衛(wèi)星鏈路、地面?zhèn)鬏旀溌?、或?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)鏈路等。

因為衛(wèi)星系統(tǒng)、地面系統(tǒng)、微波系統(tǒng)有截然不同的測量規(guī)范，這里不對它們一一進行定義。

同時建議在測量有線電視系統(tǒng)性能時，通過系統(tǒng)的信號不應(yīng)是解調(diào)后的信號，即有線電視的源信號取自衛(wèi)星傳輸（經(jīng)QPSK、BPSK等調(diào)制）、地面開路傳輸（經(jīng)8－VSB或COFDM調(diào)制）或多點分配微波系統(tǒng)。

本文所述內(nèi)容適用于任何工作頻率從30MHz到2150MHz的有同軸電纜輸出的電視和聲音信號的有線數(shù)字電視分配系統(tǒng)（包括獨立接收系統(tǒng)）。

在未來的應(yīng)用中，頻率范圍將可能擴展為從5MHz到3000MHz。

本文介紹了對有同軸電纜輸出的有線數(shù)字電視分配系統(tǒng)工作特性的基本測量方法，以便評估此類系統(tǒng)的性能及其性能限制。

這些測量方法應(yīng)用于經(jīng)PSK、QAM和OFDM等方式調(diào)制后的數(shù)字信號（對于在有線系統(tǒng)中的VSB信號的測量，還需要另外的測量方法），測量的參數(shù)如下：

系統(tǒng)輸出口的相互隔離度

通道內(nèi)的幅頻響應(yīng)

射頻載波功率

射頻噪聲功率

載噪比（C/N）

比特誤碼率（BER）

比特誤碼率與Eb/No

噪聲余裕

調(diào)制誤差率（MER）

信噪比（S/N）

射頻相位抖動

回波（用于測量均衡器的屏蔽能力）

數(shù)字調(diào)制信號的測量方法不同于模擬調(diào)制信號，主要有以下幾個原因：

a)除VSB調(diào)制方式外，數(shù)字調(diào)制的信號不存在載波，因此無法測量（例如ITU－TJ83中的PSK或QAM

調(diào)制系統(tǒng)等），或是有幾千條載波（例如OFDM調(diào)制系統(tǒng)，包括導(dǎo)頻及BPSK、QPSK和QAM調(diào)制）；

b)被調(diào)制信號頻譜像噪聲般平鋪于頻帶中；

c)影響接收信號質(zhì)量的參數(shù)與通過信道傳輸在解調(diào)和糾錯前引入的比特或字符誤碼因素有關(guān)(如:噪聲、幅度和相位的失真等)；

數(shù)字調(diào)制信號的測量方法基于以下幾個條件：

a)對于各種基帶系統(tǒng),其輸入輸出信號為MPEG－2的傳輸流(TS),例如衛(wèi)星,有線,SMATV,MMDS/MVDS和地面分配系統(tǒng);

b)通過衛(wèi)星接收的PSK調(diào)制數(shù)字信號,例如QPSK等方式,能夠以同樣的調(diào)制方式在有線網(wǎng)絡(luò)(SMATV)中分配;

c)通過衛(wèi)星接收的數(shù)字調(diào)制信號以QAM方式在有線電視網(wǎng)(CATV)中分配;

d)通過地面廣播系統(tǒng)接收的OFDM調(diào)制信號能以同樣的OFDM調(diào)制方式在SMATV/CATV系統(tǒng)中分配;e)提供PSK,QAM或OFDM調(diào)制的I/Q基帶信號源,具備適用的接口和相關(guān)的SI文件信息;

f)在注明的有關(guān)地方需用PSK,QAM或OFDM調(diào)制的一個基準接收機,并指明其接口;

g)解碼設(shè)備不會影響結(jié)果的一致性.

（1）系統(tǒng)輸出口的相互隔離度

系統(tǒng)隔離度通常在以下幾個連接處測量

a)系統(tǒng)輸出連接相鄰用戶的分支器連接處;

b)系統(tǒng)輸出連接相同多用戶的分支器連接處;

c)相鄰環(huán)路系統(tǒng)的輸出處;

測量方法如同模擬調(diào)制系統(tǒng)方法，使用掃描信號發(fā)生器測量。

（2）通道內(nèi)的幅頻響應(yīng)

本參數(shù)用于描述在有線電視分配系統(tǒng)特定兩點間，某一獨立信道頻帶的幅度響應(yīng)。

但是，對那些輸入信號解調(diào)到基帶后再調(diào)制頻道，其調(diào)制器及解調(diào)器的響應(yīng)不應(yīng)包括進來。當需要將這些響應(yīng)特性包括進來時，應(yīng)使用適用的測試手段對這些設(shè)備進行獨立的評估。

如果在被測系統(tǒng)的天線輸入與系統(tǒng)輸出之間有變頻設(shè)備，應(yīng)進行設(shè)備的輸出頻率標準。首先檢查信號發(fā)生器輸入頻率到輸出頻率的頻響平坦度。

測量方法如同模擬調(diào)制系統(tǒng)的方法，采用掃描信號發(fā)生器測量。

（3）射頻載波功率

數(shù)字調(diào)制信號的射頻載波功率使用熱功率計來測量。也可用頻譜儀積分信道標稱頻帶中頻譜功率來測量(許多種頻譜儀都有此項功能)。

對于PSK、QPSK和QAM調(diào)制的信號，其帶寬（BW）定義為符號率的（1＋α）倍，此處α為滾降系數(shù)，不同應(yīng)用中有不同的定義。OFDM信號的帶寬定義是兩個邊界副載波所占的頻帶外邊界的差值。

射頻載波功率的單位是dBm(dB對應(yīng)于1mW的功率)。

也可使用其它一些適用設(shè)備來測量數(shù)字調(diào)制信號的射頻功率，如矢量信號分析儀等。

在測量載波功率時，應(yīng)該將一些預(yù)防措施考慮在內(nèi)，具體見附錄Ⅰ。

測量可以在系統(tǒng)輸出端進行，也可在有源或無源的分配設(shè)備輸出處進行，還可在前端輸出處或衛(wèi)星接收設(shè)備的戶外單元輸出處（SHF接收）進行。

（4）射頻噪聲功率

任何傳輸系統(tǒng)都會有噪聲，而且都可對傳輸信號造成重要的損傷。

噪聲功率使用熱功率計測量。也可用頻譜儀積分信道標稱頻帶中頻譜功率來測量。

在測量時,應(yīng)當停止被測信道的載波(停止業(yè)務(wù))。測量射頻噪聲功率的帶寬應(yīng)與測量射頻載波功率的相同。

射頻噪聲功率的單位是dBm(dB對應(yīng)于1mW的功率)。

也可使用矢量信號分析儀等儀器來測量射頻噪聲功率。

測量可以在系統(tǒng)輸出端進行，也可在有源或無源的分配設(shè)備輸出處進行，還可在前端輸出處或衛(wèi)星接收設(shè)備的戶外單元輸出處（SHF接收）進行。

在測量噪聲功率時，應(yīng)該將一些預(yù)防措施考慮在內(nèi)，具體見附錄Ⅰ.

（5）載噪比(C/N)

載噪比的定義是射頻載波功率與射頻噪聲功率的比值。

附錄Ⅰ解說了大致的測量過程。

（6）比特誤碼率(BER)

BER是描述一個數(shù)字傳輸系統(tǒng)的主要指標,它的定義是錯誤比特數(shù)與總接收比特數(shù)的比值。

業(yè)務(wù)中斷BER測量是在FEC之前,測量接收的總錯誤比特數(shù),此時調(diào)制器的前端接PRBS。

業(yè)務(wù)在線傳輸中進行的實際數(shù)據(jù)BER測量，利用FEC解碼的R－S誤碼檢測能力來進行。這種方法提供了一種測量接收信號性能的統(tǒng)計手段。

無論是哪一種測量方法，在提到BER時,應(yīng)當說明是凈比特率還是總比特率,以及是在何點測量得到的。1）業(yè)務(wù)中斷，F(xiàn)EC前總BER測量

如果在FEC解碼器前的業(yè)務(wù)中斷的BER值在10－2到10－4之間,測量能在合理的時間內(nèi)進行。

測量必須在不進行業(yè)務(wù)傳輸時進行。

測量BER的框圖見圖1

圖3調(diào)制誤差率(MER)的測量原理圖

測量步驟如下：

●設(shè)置輸入信號，以得到需要的調(diào)制方式，信道頻率，信號電平。

●調(diào)整測量設(shè)備到合適工作狀態(tài)。

恢復(fù)載波頻率和符號定時，去除了頻率誤差和相位旋轉(zhuǎn)。但是未糾正原點偏移(由殘留載波或直流偏置等引起)，正交誤差，及幅度不均勻。

利用星座分析儀定時捕獲接收到的N符號正交信號對(Ij＋δIj,Qj＋δQj)，N應(yīng)顯著的大于信號符號M。

理想字符對應(yīng)是(Ij,Qj)。

對每個接收到的符號都要進行關(guān)于原發(fā)射符號是什么的判斷，矢量誤差的定義是選定符號的實際接收位置偏離理想位置的距離，此處，選定符號是指判決矢量的中心位置。

差值可被表示為矢量dj=(δIj，δQj)。

圖4舉例表示了64QAM調(diào)制格式的星座圖和接收到的N個符號從它的ith坐標點到理想位置(Ij,Qj)的距離(δIj，δQj)。

圖464QAM調(diào)制格式的星座圖的例子,它的ith坐標點被放大以顯示矢量誤差的坐標

對每個符號M而言，其矢量誤差顯示為一片云狀軌跡。

調(diào)制誤差率(MER)的定義是所有理想矢量的平方和被所有矢量的平方和除的結(jié)果，用dB表示。

在測量之前,應(yīng)先檢查調(diào)制器的性能，在數(shù)字源調(diào)制的信號發(fā)生器輸出處接上接收機及星座分析儀，所顯示的星座圖將被視為測量的基準位置.

MER單位是dB。對應(yīng)MER的測量結(jié)果，應(yīng)標明測量點。

(10)信噪比(S/N)

這里的S/N主要描述解調(diào)之后的信號S/N。

噪聲來源于幾種情況：網(wǎng)絡(luò)傳輸中引入的噪聲，嵌入調(diào)制信號中的幅度噪聲，相位噪聲，碼間串擾和調(diào)制損傷等。

應(yīng)在解調(diào)后的星座圖數(shù)據(jù)中測量信噪比。

對應(yīng)于星座圖中每一符號，從其云狀軌跡可以得出其統(tǒng)計分布。在去除了正交失真，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)波干擾的影響后，剩余的云狀軌跡可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(chǔ)。

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。

目標矢量誤差(TEV)

因為以上提到了一種減少誤差的方法，目標矢量誤差可以這樣定義:

在M符號點的星座圖中，對應(yīng)于每個符號I，理論值與實際值的差用dij表示，其平均值dI就稱為目標矢量誤差(TEV),見圖5.

dij=(δIij，δQij).

以Ni為例，在已得到的N個采樣值之外，將之與各個不同符號的標號“i”對應(yīng)起來,TEV的值可由以下公式得到：

此處k代表對于符號“i"的采樣值“j"的總數(shù)。

每個采樣值“j"到符號“i"的中心點的矢量差值表示式為：

對于在M符號星座圖中的每個符號“i",此差值矢量可用來對每個符號的噪聲的RMS值。

TEV表示了正交失真,幅度不均勻,殘留載波,非線性失真等的干擾結(jié)果。

當干擾類型為CW,CTB,CSO等時,必須先將其影響去除,才能認為S/N等于MER.圖5示意出星座圖中所有矢量的dij的平均值來表示的TEV.

(11)射頻相位抖動

這種測量用于反映有線電視分配系統(tǒng)所用設(shè)備（例如變頻器）震蕩器的頻率或相位波動。因為在接收端載波恢復(fù)時，無法跟隨此種波動，所以使用這種震蕩器，數(shù)字調(diào)制信號會在接收端造成取樣錯誤。

測量應(yīng)在有線電視分配系統(tǒng)輸出端進行。根據(jù)被測系統(tǒng)不同，將所需調(diào)制信號輸入到系統(tǒng)前端輸入口或分配網(wǎng)絡(luò)輸入口。前端可包括調(diào)制轉(zhuǎn)換器(例如從PSK轉(zhuǎn)到QAM格式)。此項測量必須停止業(yè)務(wù)。

測量調(diào)制誤差率(MER)的框圖見圖3

測量步驟如下:

●設(shè)置輸入信號，以得到需要的調(diào)制格式，信道頻率，信號電平。

●調(diào)整測量設(shè)備到合適的工作狀態(tài)。

恢復(fù)載波頻率和符號定時，去除了頻率誤差和相位旋轉(zhuǎn)，非相位抖動因素。但是未糾正原點偏移(由殘留載波或直流偏置等引起)、正交誤差，及幅度不均勻。

用星座分析儀記錄N個接收符號的坐標對(Ij＋δIj,Qj＋δQj)，N應(yīng)遠大于M值。

符號的理想坐標是(Ij,Qj)。

受相位抖動的影響信號點表現(xiàn)為穿過星座圖中各個信號正方框中心的曲線，此種正方框稱之為"角決定方框"，見圖6。

相位抖動可以用以下步驟計算。對每個接收到符號：

●計算星座圖I軸與接收矢量(Ircvd,Qrcvd)之間的角度

Ф1=arctan(Qrcvd/Ircv)

●計算星座圖I軸與相應(yīng)理想符號矢量(Iideal,Qideal)之間的角度

Ф1=arctan(Qideal/Iideal)

●計算錯誤角度:ФE=Ф1=Ф23

從N的誤差角度計算出RMS相位抖動(PJ):

在測量之前，先檢查調(diào)制器的性能，在數(shù)字調(diào)制的信號發(fā)生器輸出處接上接收機及星座分析儀，所顯示的星座圖將被視為測量的基準位置。

相位抖動單位是度。

(12)回波(測量均衡器的屏蔽)

高階的調(diào)制如64QAM等對失真非常敏感，其眼圖很小，任何小的抖動都可造成接收信號的失真。當滾降系數(shù)小的時候，此問題更加突出。在實際網(wǎng)絡(luò)中，如果在接收端沒有特殊的措施，眼圖近乎完全閉合，無法同步。為解決這個問題，所有的網(wǎng)絡(luò)接收機，無論是否是專業(yè)級的，都裝有均衡器。

在有線電視網(wǎng)絡(luò)傳輸中，最常見的質(zhì)量損傷來自于阻抗不匹配和濾波器的影響。這種損傷表現(xiàn)為信道的頻率響應(yīng)(或脈沖響應(yīng))的擾亂，使用均衡器可以消除這些失真。均衡器在消除線形失真時非常有效，但卻無法消除非線性失真。如同模擬電視中的互調(diào)產(chǎn)物一樣，均衡器只能消除固定頻率的干擾。因為時鐘與載波的恢復(fù)系統(tǒng)利用的是均衡的信號，所以，均衡對時鐘與載波恢復(fù)有很大的影響。因此接收端的特性很大程度上取決于均衡器的性能。

本文提到的測量大多數(shù)是在經(jīng)過均衡器后進行的。其原因首先是因為在均衡之前信號失真太大，以至得不到有意義的結(jié)果。另外，由于接收機中，均衡之后大多數(shù)信號失真都已濾掉了，所以這種測量與系統(tǒng)的相關(guān)性并不大。測量結(jié)果受均衡器的影響很大，這就意味著使用不同均衡器的設(shè)備會有不同的結(jié)果。從測量的觀點來看，這種方式并不適合,因此，必須對均衡器進行規(guī)范。

圖7表示有線數(shù)字電視系統(tǒng)均衡器的實際模板。

圖7用于測量均衡器的規(guī)范模版

由于濾波器波