數(shù)字電視系統(tǒng)中的關(guān)鍵射頻測(cè)量

在不同數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中保持可靠、高質(zhì)量服務(wù)的秘訣在于關(guān)注那些有可能破壞系統(tǒng)完備性的關(guān)鍵因素。本文介紹這些關(guān)鍵的射頻測(cè)量，它們可以幫助在收視者完全喪失數(shù)字電視服務(wù)和畫面之前提前檢測(cè)出有關(guān)的問題。

與傳統(tǒng)的模擬電視相比較，現(xiàn)代數(shù)字電纜、衛(wèi)星和陸地系統(tǒng)非常不同，其信號(hào)容易受到線路中噪聲、畸變和干擾的影響。今天的消費(fèi)者已習(xí)慣于輕松地收看模擬電視。如果圖像質(zhì)量變差，人們通常會(huì)調(diào)整室內(nèi)天線，以獲得較好的圖像。即使圖像質(zhì)量仍然較差，在節(jié)目具有足夠吸引力的情況下，觀眾通常將會(huì)繼續(xù)收看，只要還能聽見聲音。

數(shù)字電視沒有這么簡(jiǎn)單。一旦接收中斷，恢復(fù)的方法并不總是那么明顯的。問題可能是由MPEG SI或PSIP表錯(cuò)誤引起的，或者僅僅是由于射頻功率太低，達(dá)不到數(shù)字工作門限或“尖峰”點(diǎn)。射頻問題可能包含以下問題中的任何一個(gè)：碟形衛(wèi)星天線或低噪聲塊轉(zhuǎn)換器(LNB)問題、陸地射頻信號(hào)反射、噪聲性能太差或信道干擾，此外還有電纜放大器或調(diào)制器故障。

解決數(shù)字電視接收問題的途徑有好幾條。一種方案是降低機(jī)頂盒接收機(jī)對(duì)信號(hào)質(zhì)量的敏感度，而更根本的方案則是運(yùn)營(yíng)商應(yīng)保持干凈和高質(zhì)量的射頻信號(hào)。為了確保這一點(diǎn)，Tektronix公司提供了關(guān)鍵的射頻測(cè)量能力，在單臺(tái)MTM400儀器中集成了實(shí)時(shí)MPEG監(jiān)視和記錄功能。這些儀器可以經(jīng)濟(jì)地部署在從下行鏈路和解碼到復(fù)用和再?gòu)?fù)用，最終通過上行鏈路、前端和發(fā)射機(jī)站進(jìn)行節(jié)目分配的整個(gè)傳輸鏈中的各個(gè)位置。利用MTM400，運(yùn)營(yíng)商能夠以相當(dāng)于專用射頻測(cè)試設(shè)備數(shù)分之一的成本來進(jìn)行關(guān)鍵的射頻測(cè)量?；赪eb的遠(yuǎn)程控制允許在傳輸鏈中適當(dāng)?shù)男盘?hào)層上進(jìn)行正確的測(cè)量，從而確保獲得經(jīng)濟(jì)有效的結(jié)果。

位誤碼率BER

位誤碼率是發(fā)生誤碼的位數(shù)與傳輸?shù)目偽粩?shù)之比。早期的數(shù)字電視監(jiān)視接收機(jī)提供了一個(gè)位誤碼率指示，作為數(shù)字信號(hào)質(zhì)量的唯一度量。這一點(diǎn)很容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)閿?shù)據(jù)通常是由調(diào)諧器解調(diào)器芯片組提供的，很容易處理。不過，調(diào)諧器可能常常在執(zhí)行前向糾錯(cuò)(FEC)之后輸出BER。更好的方式是在FEC之前測(cè)量BER，這樣便可以給出FEC工作情況的一個(gè)指示。在Viterbi解交織過程之后，Reed-Solomon (RS)解碼將糾正各誤碼位，以便在輸出端給出準(zhǔn)無誤碼信號(hào)。

當(dāng)傳輸系統(tǒng)遠(yuǎn)離尖峰點(diǎn)工作時(shí)，這種方法是可行的，這時(shí)只發(fā)生很少的數(shù)據(jù)誤碼，并且Viterbi之前的位誤碼率接近于零。當(dāng)系統(tǒng)接近尖峰時(shí)，Viterbi之前的位誤碼率逐漸增大，Viterbi之后的位誤碼率快速增大，而FEC(在RS之后)后的位誤碼率則急劇增大。因此， FEC具有銳化尖峰角的效果。其結(jié)果是，非常靈敏的位誤碼率測(cè)量可以給出一個(gè)告警，但對(duì)采取任何糾錯(cuò)措施而言通常已經(jīng)太晚了。盡管如此，顯示BER以記錄或量化傳輸信號(hào)的質(zhì)量仍然是有用的。BER也可用來記錄長(zhǎng)期的系統(tǒng)趨勢(shì)。它最適合用來識(shí)別周期性的短時(shí)信號(hào)缺陷。

BER測(cè)量結(jié)果通常使用工程表示法，并常常顯示為一個(gè)瞬時(shí)比值和一個(gè)平均比值。典型的目標(biāo)值為1E-09，準(zhǔn)無誤碼BER為2E-04；臨界BER為1E-03；BER大于1E-03將喪失服務(wù)。

如何改進(jìn)BER ---采用MER

TR 101 290標(biāo)準(zhǔn)介紹了數(shù)字電視系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)則。調(diào)制誤差比(MER)測(cè)量的設(shè)計(jì)目的是為了給接收信號(hào)提供一個(gè)單一的品質(zhì)因素。MER可為接收機(jī)對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行正確解碼的能力提供一個(gè)早期指示。事實(shí)上，MER將接收符號(hào)(代表調(diào)制圖案中的一個(gè)數(shù)字值)的實(shí)際位置與其理想位置進(jìn)行比較。當(dāng)信號(hào)質(zhì)量降低時(shí)，接收符號(hào)距離理想位置更遠(yuǎn)，MER測(cè)量值將會(huì)減小。

隨著信號(hào)質(zhì)量不斷降低，符號(hào)最終會(huì)被錯(cuò)誤解碼，位誤碼率將增大，這時(shí)就到了門限或尖峰點(diǎn)。圖1中顯示的圖是通過將MER接收器連接到一個(gè)測(cè)試調(diào)制器而獲得的。連接好之后，逐步引入噪聲，并記錄下MER和Viterbi前的BER值。沒有加性噪聲時(shí)，MER的初始值為35dB，此時(shí)BER接近于零。值得注意的是，隨著噪聲增大，MER逐漸降低，而BER仍然保持不變。當(dāng)MER達(dá)到26dB時(shí)，BER開始增大，顯示已接近尖峰點(diǎn)。 MER表明，在到達(dá)尖峰點(diǎn)之前很久，系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量就已經(jīng)在不斷下降了。

MER的重要性

由于Tektronix公司的設(shè)備可以測(cè)量到很高的極限MER值(QAM系統(tǒng)中典型值為39dB)，因此，當(dāng)下行信號(hào)流的 MER下降因子(安全裕度)已知或者可以在用戶處或其附近進(jìn)行測(cè)量時(shí)，位于前端調(diào)制器的監(jiān)視設(shè)備可以提供信號(hào)質(zhì)量下降的早期指示。當(dāng)MER降低到24dB (對(duì)于64-QAM)或30dB(對(duì)于256-QAM)時(shí)，普通機(jī)頂盒可能就無法正確解調(diào)或無法工作了。極限MER測(cè)量功能較低的其他普通測(cè)量設(shè)備將無法給出信號(hào)質(zhì)量降低的早期告警。電纜(QAM)前端的典型極限MER為35～37dB。模擬電纜系統(tǒng)中的MER典型值為45dB。模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)相差10dB，因此傳送系統(tǒng)中的數(shù)字MER約為35dB。

誤差矢量幅度EVM

EVM測(cè)量類似于MER，但表達(dá)形式不同。EVM表達(dá)為RMS誤差矢量幅度與最大符號(hào)幅度的百分比值。信號(hào)缺陷增加時(shí)， EVM將會(huì)增大，而MER則會(huì)減小。MER和EVM彼此可以相互進(jìn)行轉(zhuǎn)換。EVM是在IQ(同相與正交)星座圖上檢測(cè)到的載波與其理論上的準(zhǔn)確位置(參見圖3) 之間的距離，是“誤差信號(hào)矢量”與“最大信號(hào)幅度”之比，表達(dá)為RMS百分比值。EVM定義在TR 101 290的一個(gè)附件中。Tektronix MTM400提供了MER和EVM兩種測(cè)量能力。

調(diào)制方案與系統(tǒng)的各種變體