数字电视体系中的要害RF丈量

在各种不同类型的数字电视（DTV）传输体系中，为了从头到尾供给牢靠的高质量的服务，最重要的便是有必要重视那些对体系的完整性或许有所影响的各种因素。本使用文章介绍了这些要害的RF 丈量参数，它有助于咱们在觉察到服务水准和图象质量下降之前就能检测出体系中的潜在问题。

当信号在传输通道中呈现噪声、失真和遭到搅扰时，现代数字有线体系、卫星或地上体系的体现特性彻底不同于传统的模仿电视。现在的电视收看用户现已习惯于模仿电视的接纳办法，假如接纳的图象质量较差，一般是调整一下室外天线，这样接纳的图象就或许要好一些。即便是图象质量依然很差，但假如节目的内容满足吸引人，那么，只需还有声响，观众仍会持续收看。

DTV可不这样简略。一旦接纳的信号中止，要康复信号的通路并非总是见效。发生的原因或许是MPEG SI或PSIP表中呈现过错，或许仅仅是由于RF 功率在数字作业门限电平以下或在“溃散”（cliff）点电平以下。而RF 中的问题又或许由以下原因所引起：卫星碟形天线或低噪声变频器小盒(LNB)中的毛病；地上RF 信号的反射；信道噪声功用太差；信号传输通道中的搅扰；有线放大器或调制器损坏等。

为了处理DTV信号的接纳问题，可以有两种处理办法。一种处理方案是使机顶盒接纳机对劣化的信号不再活络，但对作业人员来说更好的处理方案是始终坚持明晰、高质量的RF 信号。

为此，泰克公司提出了要害RF 丈量的处理方案，在这种处理方案中，集MPEG实时监督与记载功用于一体，这便是MTM400监督器。从经济上考虑，可以将MTM400装备在传输链路中的各监测点上，从下行链路和编码处理，经过复用和再复用，直至经由上行链路、前端和发射机站点的终究传送。

用MTM400来进行这项作业，作业人员只需出资其它专用RF测验设备费用的若干分之一，即可完结要害的RF丈量。经过根据Web 的遥控设置，可在整个传输链路中的相应信号层面上进行正确的RF 丈量，这样的丈量既经济、又高效。

要害RF丈量参数

BER或误码率

误码率是过错比特与悉数传送比特之比。在前期的DTV监督接纳机中，误码率作为数字信号质量的仅有丈量值。误码率的丈量简略易行，由于它一般可由调谐解码器芯片组供给且简单进行丈量。不过，调谐器的输出BER 一般是在前向误码校对(FEC)之后，最好是在FEC(“前维特比”)之前来丈量BER。这样，经过丈量BER可以反映出FEC的校对才能。在维特比去交错之后，选用里德－索罗门(Reed-Solomon，R-S)解码可以校对过错比特以在输出端获取准无误码(quasi error-free)信号。

假如传输体系的作业情况远离信号溃散点，这种运转情况是适宜的。这时，只要很少的数据过错发生，前维特比(pre-Viterbi)误码率挨近为零。假如传输体系作业在溃散点边际邻近，则前维特比BER 就会逐步添加，后维特比(post-Viterbi)BER的改变就比较徒峭，后FEC(在RS之后)就十分徒峭。

因而，FEC可以对溃散点的徒峭程度发生影响。这样，十分活络的误码率丈量确实会发生告警信号，但关于要采纳的校对而言，一般又显得太迟。

关于被传送信号质量的定量测验和运转记载而言，显现BER依然是有用的。BER一般用来记载长期的体系运转情况。最好是用来辨认周期性损害、瞬态损害。

BER 的丈量值常常用工程记数法来表明，并标明为瞬时码率和均匀码率。

典型的方针误码率为：1E-09，准无差错的误码率为2E-04；临界误码率为1E-03；当误码率大于1E-03 时则处于传输服务答应值之外。

怎么改进BER－经过MER

TR101 290规范是用来描绘DVB体系的丈量原则。在规范中，调制差错比(MER)指的是被接纳信号的单个“品质因数”(figure of merit)。MER往往作为接纳机对传送信号可以正确解码的前期指示。事实上，MER 是用来比较接纳符号(用来代表调制进程中的一个数字值)的实践方位与其抱负方位的差值。当信号逐步变差时，被接纳符号的实践方位离其抱负方位愈来愈远，这时测得的MER 数值也会逐步减小。一向到最后，该符号不能被正确解码，误码率上升，这时就处于门限情况即溃散点。

图1. 64-QAM 接纳机的MER 丈量曲线

图1 是将MER 接纳机与一测验调制器相衔接时所测得的曲线。衔接稳当后，逐步引进噪声，一起记载MER 和前维特比BER 的数值。在没有引进噪声时，MER 的起始值为35dB，而BER 挨近为零。跟着噪声的添加，MER 值逐步下降，而BER却坚持稳定。当MER下降至26dB邻近时，BER 才开端攀升，阐明溃散点就在此值邻近。因而，MER可用来指示体系在溃散点之前的前期劣化突变进程。

MER 的重要性

泰克公司设备可以丈量十分高的极限MER值（在QAM体系中，极限MER的典型值为39dB），因而，假如下流MER的减缩因子（安全余量）是已知的，或许可在用户点（或其邻近）测出MER 的安全余量，那么，坐落前端调制器处的监督设备经过丈量MER即可供给信号劣化的前期指示。当MER 下降至24dB（64-QAM）或30dB（256-QAM）时，通用机顶盒就不能正确解调。至于其它的一般丈量设备，只能给出较低的极限MER 丈量值，因而也就不能用于信号劣化的前期告警。

关于数字有线（QAM）前端，典型的MER值为35dB至37dB。而在模仿有线体系中，典型的MER 值为45dB。模仿体系和数字体系的MER差值为10dB，在数字分配体系中，MER值在35dB 左右。

EVM(差错矢量起伏)

EVM的丈量与MER有些类似，但表明办法有所不同。EVM是差错矢量的RMS起伏与最大符号起伏之比，并以百分比来表明。信号损害添加时，EVM 添加；信号损害下降时，EVM 减小。

图2. 经过丈量MER 和EVM，能在BER 敏捷攀升和接纳信号中止之前猜测出体系的安全余量。

MER和EVM 可以彼此导出。EVM 是IQ（同相轴和正交轴）星座图中被检测载波与理论上的抱负着陆点（landingpoint，参见图3）之间的间隔，即为“差错信号矢量”与“最大信号起伏”的比值，并用RMS 百分比数值来表明。EVM 是依照TR 101 290 的附件部分作出的界说。泰克公司的MTM400，既可以丈量MER，也可以丈量EVM。

图3. 差错矢量。

图4. QAM 调制器。

传输体系的调制办法

在卫星、有线和地上数字电视传输体系中，信号的调制办法一般为正交调制，用已调制信号波形的相位和起伏来代表数据符号。在数字电视传输体系中，最常用的调制办法是正交起伏调制（QAM）。

例如，在广泛运用的地上数字调制办法中，COFDM 选用的是16-QAM 或64-QAM 调制办法，8VSB 运用的是8 列体系。在卫星数字体系中，所选用的数字调制办法是四相或正交相移键控（QPSK），它等效于4-QAM。QPSK 是一种十分牢靠的调制办法，它现已运用很多年了。QPSK 也常用于分配馈送体系中，它可以有效地运用可用带宽，但需求较高的载噪比。

有线传输体系也是以QAM为根底，有着更多的调制办法，现在仍在开发之中。在有线体系中，添加了调制情况数（16-QAM、64-QAM、256-QAM 和1024-QAM），改进了频谱运用率。这样，在给定的带宽内，可以包容更多的电视频道。

在美国的数字传输体系中，选用64-QAM 每秒可以传送27Mb的数据，这相当于在6MHz的带宽内可以传送6至10个SD 电视频道或1 个HD 电视频道。而256-QAM 的数据率为38.8Mbps，它等效于在6MHz 带宽内传送11 至20 个SD电视频道或两个HD电视频道。选用新的紧缩技能，经过256-QAM调制办法可进一步添加到三个HD频道。在欧洲的数字传输体系中，运用256-QAM调制办法，8MHz 带宽内的数据率可达56 Mbps。

在ITU.J83 规范中，规则了三种区域性的QAM 有线规范，它们是：
·附录A －欧洲
·附录B －北美
·附录C －亚洲

在MTM400 中，备有RF 接口选项，可以丈量上述的悉数QAM调制规范，还可丈量卫星数字传输使用中的QPSK调制办法。

图5. 数字传输体系中的调制办法

星座显现

数字调制体系的星座显现图形相当于矢量仪中的矢量显现，可用来表明QAM信号中的同相(I)重量和正交重量(Q)。符号是给定调制体系中传输信息的最小部分，一个符号在星座图中可描绘为一单个点。这些符号比特是经过杂乱的代码转化进程由原始的MPEG-2传输流中导出的。这一转化进程包括了里德－索罗门编码、交错、随机化处理，北美区域的QAM和格形编码或QPSK体系中的卷积(维特比)编码。人们期望能对体系的传输供给防护并能纠正比特过错，抵挡脉冲噪声，将传输能量均匀地散布于整个频谱。解码器端所采纳的处理办法与上述进程相反，应能康复基本上无差错的比特流。由于采纳了误码校对，仅对传输流进行查看并不能供给传输通道或调制器和处理放大器包括有过错的任何指示，使得体系接近“数字溃散点”。

一旦MPEG 码流中的传送过错标志(TEF) 作出陈述，这时再采纳校对办法常常是太迟了。

星座图

可以把星座图认为是一种数字信号“2 维眼图”的阵列，在星座图中标出了符号的着陆点，并给出了着陆的答应规模和判定鸿沟。符号着陆点愈是接近而集合在接纳符号的“云层”中，那么信号质量就愈佳。由于星座图映射为屏幕上信号的起伏和相位，因而可以运用该阵列的形状来判别和确认传输体系或传输通道中毛病和失真的严峻程度，有助于阻挠传输质量的下降。

图6. 星座图显现

运用上述星座图，可以判别下述调制问题：
·起伏不平衡
·正交过错
·相干搅扰
·相位噪声，起伏噪声
·相位过错
·调制差错比

星座图的遥控显现

在MTM400 中，选用了特有的网络浏览器（Web-browser）技能，可经过因特网或专用网络在各个不同地址乃至不同国家调查到无人监测点处的星座图显现。可以调整用户界面的余辉特性，使得从前接纳的载波显现点逐步削弱，就象传统的显现仪器相同。

阐明：以下的MTM400 屏幕快照是依照仪器的测验设置显现的，这样在一切情况下的MER 和EVM 都是类似的。仅星座图形不同。

正交差错

传输体系中的正交差错使得符号着陆点接近鸿沟容限，因而下降了噪声余量。当I信号和Q信号彼此间的相位差不是精确的90 度时就会呈现这种景象。正交差错使星座图失去了“方形”结构而呈现为平行四边形或呈菱形。

图7. 星座图中同相轴和正交轴间的正交差错使得图形不是方形而呈菱形

图8. MTM400 中的屏幕抓获显现，阐明IQ 间有5 度的正交相位差。

图9. 信号的同相重量和正交重量间的增益差使得星座图不为方形而为矩形。

图10. MTM400 显现出IQ 间的起伏不平衡为10%。

噪声差错

噪声是任何信号中最常见的也是无法防止的信号损害，QAM 信号也不破例。噪声损害的常见方式是加性高斯（白）噪声（AWGN）。由于白噪声（按频率散布，噪声功率为平整密度函数）和高斯噪声（数学上称为正态起伏密度）的存在，使得所接纳的符号在星座图中呈簇状涣散在抱负方位邻近。

图11. 噪声差错（QAM-64有线体系）

图12. 噪声差错(来自卫星的QPSK信号)

增益紧缩

MTM400 可给出各种生动的实践信号显现，从中您可以调查到增益紧缩现象，它在I 和Q坐标显现图形的边角处呈圆弧形，不过这种显现只在调制器或光纤传输体系中才调查得到，由于它们的信号驱动可到达其容限。这种现象发生在高起伏电平下，体现为非线性失真。其图形看起来象“球形”或呈“鱼眼透镜”(fish-eye lens)状。

图13. MTM400 的增益紧缩显现。

图14. MTM400 的显现图形，该信号具有显着的增益紧缩差错。

相干搅扰

相干搅扰是一种与IQ信号相确定的通道搅扰或谐波重量。相干搅扰的存在使得显现阵列呈环状或呈“圆环图”。

图15. 相干搅扰

相位噪声(I和Q信号中的颤动)

信号传输链路的载波信号或本机振荡器中存在着相位噪声或相位颤动，它叠加在所接纳的信号上。在MTM400的显现图形中，载波符号呈现为同心圆弧状。

图16. 相位噪声(I 和Q 信号中的颤动)

载波按捺

图17. 同相轴上的一种“直流偏置”效应，载波按捺为10%。在MTM400 的显现中，符号方位向右偏移。

可接纳信号

在现代全数字调制器中，一般情况下的IQ 增益和相位差错是可以疏忽的。这样的差错并非校准不妥而是设备毛病。另一方面，信号的紧缩或许呈现在调制器中，或上变频器中和传输网络中。

图18 为MTM400 中的正常信号显现。

图18. 作业正常的256-QAM 有线体系。

结束语

最好的处理方案是远在体系中止广播节目之前，尽早地对体系中的问题作出猜测并及时予以修正。

无论是有线传输体系仍是卫星传输体系，经过MER 的丈量，均可以及时地发现发射机中和体系功用的细小改变，因而它是可以反映体系情况的一项最好的品质因数。EVM和更传统的BER 丈量可用于跨接设备间的质量检验，它们有助于判别短期的信号劣化。

经过星座显现，可供给RF传输体系的“健康查看”，这是一项牢靠的查看，它能发现体系的畸变、失真或设备的误差。

总归，将上述要害的RF 丈量与综合性的MPEG 传输流监督相结合，一起再供给各监测点的告警设置，就能在前期阶段检测到体系中的各种问题，而不会给观众的收看带来影响。