數(shù)字電視傳輸發(fā)射系統(tǒng)的測量

2006-07-27 依馬獅廣電網(wǎng)

目前，數(shù)字電視衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)、數(shù)字電視有線傳輸系統(tǒng)在我國已廣泛使用，地面數(shù)字電視覆蓋實(shí)驗(yàn)也在一些城市進(jìn)行。在各種不同類型的數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)在通道中出現(xiàn)噪聲、失真和受到干擾時(shí)，系統(tǒng)的表現(xiàn)特性是完全不同于傳統(tǒng)的模擬電視的。為了在圖像質(zhì)量降低之前就能檢測出系統(tǒng)中的潛在問題，保證機(jī)頂盒接收機(jī)始終能接收到清晰、高質(zhì)量的RF信號(hào)，那么對(duì)關(guān)鍵的RF參數(shù)進(jìn)行測量就很有必要了。我們使用了泰克公司MTM400監(jiān)視器對(duì)整個(gè)傳輸鏈路中的相應(yīng)信號(hào)層面上進(jìn)行了RF測量，以確保系統(tǒng)安全可靠地工作。

關(guān)鍵RF測量參數(shù)主要包括：RF信號(hào)強(qiáng)度，它表示接受到的信號(hào)有多強(qiáng)；BER（誤碼率）它用來表征前向誤碼校正（FEC）的誤碼糾錯(cuò)量；MER（調(diào)制誤差比），它是信號(hào)劣化的早期指示參數(shù)，為信號(hào)功率與誤差矢量功率的比值，以dB表示；EVM（矢量幅度誤差），它與MER類似，是RMS誤差矢量幅度與最大符號(hào)幅度的比值，以百分比表示；星座圖，表征鏈路和調(diào)制器性能；TEF（傳輸錯(cuò)誤標(biāo)志），用于指示FEC無法校正所有的傳輸錯(cuò)誤，也稱為“未校正的里德·索羅門分組碼計(jì)數(shù)”。

一. BER（誤碼率）
    誤碼率是錯(cuò)誤比特與全部傳送比特之比。在早期的DTV監(jiān)視接收機(jī)中，誤碼率作為數(shù)字信號(hào)質(zhì)量的唯一測量值。誤碼率的測量簡單易行，因?yàn)樗ǔ？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”）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(cuò)誤比特，以在輸出端獲取準(zhǔn)無誤碼（quasi error-free）信號(hào)。

    如果傳輸系統(tǒng)的工作狀況遠(yuǎn)離信號(hào)崩潰點(diǎn)，這種運(yùn)行狀態(tài)是合適的。這時(shí)，只有很少的數(shù)據(jù)錯(cuò)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(diǎn)邊緣附近，則前維特比BER就會(huì)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(diǎn)的徒峭程度產(chǎn)生影響。這樣，非常靈敏的誤碼率測量會(huì)產(chǎn)生告警信號(hào)并用來記錄長時(shí)間的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)，最好是用來識(shí)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(shí)碼率和平均碼率。典型的目標(biāo)誤碼率為：1E-09，準(zhǔn)無差錯(cuò)的誤碼率為2E-04；臨界誤碼率為1E-03；當(dāng)誤碼率大于1E-03時(shí)則處于傳輸服務(wù)允許值之外。

二. 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(hào)的單個(gè)“品質(zhì)因數(shù)”（figure of merit）。MER往往作為接收機(jī)對(duì)傳送信號(hào)能夠正確解碼的早期指示。事實(shí)上，MER是用來比較接收符號(hào)（用來代表調(diào)制過程中的一個(gè)數(shù)字值）的實(shí)際位置與其理想位置的差值。當(dāng)信號(hào)逐漸變差時(shí)，被接收符號(hào)的實(shí)際位置離其理想位置愈來愈遠(yuǎn)，這時(shí)測得的MER數(shù)值也會(huì)漸漸減小。一直到最后，該符號(hào)不能被正確解碼，誤碼率上升，這時(shí)就處于門限狀態(tài)即崩潰點(diǎn)。

圖1 64-QAM接收機(jī)的MER測量曲線

圖1是將MER接收機(jī)與一測試調(diào)制器相連接時(shí)所測得的曲線。連接妥當(dāng)后，逐漸引入噪聲，同時(shí)記錄MER和前維特比BER的數(shù)值。在沒有引入噪聲時(shí)，MER的起始值為35dB，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(shí)，BER才開始攀升，說明崩潰點(diǎn)就在此值附近。因此，MER可用來指示系統(tǒng)在崩潰點(diǎn)之前的早期劣化漸變過程。因此，如果我們?cè)谟脩酎c(diǎn)（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(hào)劣化的早期指示。當(dāng)MER下降至24dB（64-QAM）或30dB（256-QAM）時(shí)，通用機(jī)頂盒就不能正確解調(diào)。

三. EVM（誤差矢量幅度）
EVM的測量與MER有些相似，但表示方法有所不同。EVM是誤差矢量的RMS幅度與最大符號(hào)幅度之比，并以百分比來表示。信號(hào)損傷增加時(shí)，EVM增加；信號(hào)損傷降低時(shí)，EVM減小。通過測量MER和EVM，能在BER迅速攀升和接收信號(hào)中斷之前預(yù)測出系統(tǒng)的安全余量。

圖2 誤差矢量

四. 星座顯示
    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(hào)中的同相（I）分量和正交分量（Q）。符號(hào)是給定調(diào)制系統(tǒng)中傳輸信息的最小部分，一個(gè)符號(hào)在星座圖中可描繪為一單個(gè)點(diǎn)。這些符號(hào)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。這一轉(zhuǎn)換過程包括了里德－索羅門編碼、交織、隨機(jī)化處理，北美地區(qū)的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(duì)系統(tǒng)的傳輸提供防護(hù)并能糾正比特錯(cuò)誤，抵御脈沖噪聲，將傳輸能量平均地分布于整個(gè)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(cuò)的比特流。由于采取了誤碼校正，僅對(duì)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(cuò)誤的任何指示，使得系統(tǒng)靠近“數(shù)字崩潰點(diǎn)”。一旦MPEG碼流中的傳送錯(cuò)誤標(biāo)志（TEF）作出報(bào)告，這時(shí)再采取校正措施常常是太遲了。

    1.星座圖

圖3 星座圖顯示

可以把星座圖認(rèn)為是一種數(shù)字信號(hào)“2維眼圖”的陣列，在星座圖中標(biāo)出了符號(hào)的著陸點(diǎn)，并給出了著陸的允許范圍和判決邊界。符號(hào)著陸點(diǎn)愈是靠近而聚集在接收符號(hào)的“云層”中，那么信號(hào)質(zhì)量就愈佳。由于星座圖映射為屏幕上信號(hào)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(cuò)誤、相干干擾、相位噪聲，幅度噪聲、相位錯(cuò)誤和調(diào)制誤差比等調(diào)制問題。

    2.正交誤差
    傳輸系統(tǒng)中的正交誤差使得符號(hào)著陸點(diǎn)靠近邊界容限，因而降低了噪聲余量。當(dāng)I信號(hào)和Q信號(hào)彼此間的相位差不是準(zhǔn)確的90度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種情形。正交誤差使星座圖失去了“方形”結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)為平行四邊形或呈菱形。