數(shù)字電視系統(tǒng)中的關(guān)鍵射頻測量

衛(wèi)星、電纜和陸地數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中的信號采用正交調(diào)制方案，這種方案通過對相位和幅度進(jìn)行調(diào)制來表示數(shù)據(jù)符號。數(shù)字電視傳輸中最常用的調(diào)制方案都是正交調(diào)幅(QAM)的變體形式。例如，在普遍采用的陸地?cái)?shù)字調(diào)制方案中，COFDM采用16-QAM或64-QAM，8VSB采用了一種8列體制。衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)中采用的數(shù)字調(diào)制方案是QPSK(正交相移鍵控)，相當(dāng)于4-QAM。QPSK是一種魯棒性非常好的調(diào)制方案，并且已經(jīng)使用多年了。QPSK還更有效地利用了可用帶寬，但需要更高的載噪比。

電纜數(shù)字電視系統(tǒng)建立在該基礎(chǔ)之上，其調(diào)制方案更為多樣，而且仍在不斷發(fā)展之中。其他調(diào)制階次(16-QAM、64-QAM、256-QAM和1024-QAM)可提高頻譜效率，因而在特定的帶寬中能夠提供更多的信道。

在美國的數(shù)字電視體制中，64-QAM的傳輸速率可達(dá)27Mb/s，相當(dāng)于在一個6MHz的帶寬內(nèi)傳輸6～10個SD信道或 1個HD信道。新的壓縮技術(shù)可以在256-QAM上提供多達(dá)3個HD信道。在歐洲體制中，8MHz帶寬可在QAM-256上獲得56Mb/s的傳輸速率。

ITU.J83規(guī)定了三種地區(qū)性的QAM電纜標(biāo)準(zhǔn)：

* 附件A－歐洲

* 附件B－北美

* 附近C－亞洲

除了能對衛(wèi)星應(yīng)用的QPSK進(jìn)行測量之外， MTM400具有與上述所有QAM標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行射頻接口和測量的能力。

星座顯示

星座顯示是矢量示波器顯示的數(shù)字等價形式，它可顯示QAM信號的同相(I)分量和正交(Q)分量。符號是一個特定調(diào)制系統(tǒng)中所傳輸?shù)淖钚⌒畔⒊煞?。對于QAM-64，一個符號代表6個位，在圖上繪制為一個點(diǎn)。這些符號位從原始的MPEG-2傳輸流中經(jīng)過了一個復(fù)雜的代碼轉(zhuǎn)換處理過程。這個過程包括Reed-Solomon編碼、交織、隨機(jī)化、QAM附件B系統(tǒng)網(wǎng)格化和QPSK系統(tǒng)卷積(Viterbi)編碼。其目的是為了保護(hù)和糾正位誤碼，提供對突發(fā)噪聲的抵抗能力，并在頻譜中均勻分布能量。在解碼器中反向進(jìn)行這一處理過程之后，必須重建準(zhǔn)無誤碼位流。由于這一糾錯處理，僅僅檢查傳輸流將不會得到關(guān)于信道或調(diào)制器和處理放大器正在引入誤碼、使系統(tǒng)更接近“數(shù)字尖峰點(diǎn)”的任何指示。等到MPEG流中開始報(bào)告?zhèn)鬏斦`碼標(biāo)志 (TEF)的時候，采取任何糾錯措施通常都已經(jīng)太晚了。

星座圖

星座圖可以看成數(shù)字信號的一個“二維眼圖”陣列，同時符號在圖中所處的位置具有合理的限制或判決邊界。代表各接收符號的點(diǎn)在圖中越接近，信號質(zhì)量就越高。由于屏幕上的圖形對應(yīng)著幅度和相位，陣列的形狀可用來分析和確定系統(tǒng)或信道的許多缺陷和畸變，并幫助查找其原因。

星座圖對于識別下列調(diào)制問題相當(dāng)有用：

* 幅度失衡

* 正交誤差

* 相關(guān)干擾* 相位噪聲、幅度噪聲

* 相位誤差

* 調(diào)制誤差比

遠(yuǎn)程星座圖

MTM400采用了基于Web的技術(shù)，因此它的獨(dú)特之處在于可以在不同的地方甚至不同的國家，通過因特網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)來對一個無人值守的測試探查位置察看星座圖。用戶界面也具有可調(diào)余輝，可以在較早的接收載波中淡去斑點(diǎn)，就象在傳統(tǒng)儀器上一樣。注意：以下MTM400屏幕圖形都來自通過測試設(shè)置使得MER和EVM的顯示效果相似的儀器，只有星座圖的顯示不同。

正交誤差

正交誤差使得符號在圖中的位置更接近邊界限制，因而降低了噪聲裕度。當(dāng)I、Q相差不精確為90度時，便會出現(xiàn)正交誤差。其結(jié)果是使得星座圖不再為方形，而是看起來象一個平行四邊形或菱形一樣。

噪聲誤差

噪聲是包括QAM在內(nèi)的任何信號中最為常見和無法避免的損傷。加性高斯白噪聲(AWGN)是噪聲損傷的常規(guī)類型。由于它是白色(在頻率上為平坦功率密度函數(shù))和高斯性質(zhì)(數(shù)學(xué)上為“正態(tài)”幅度密度)的，使得接收符號分布在理想位置的周圍。

增益壓縮

MTM400形象的信號顯示使操作人員能夠觀察到I軸和Q軸上導(dǎo)致拐角邊沿被圓滑的增益壓縮現(xiàn)象，但這只發(fā)生在當(dāng)調(diào)制器或光纖傳輸系統(tǒng)趨于極限的時候。此時信號幅度較高，呈現(xiàn)出了非線性。發(fā)生增益壓縮時，圖形顯示為“半球”狀或“魚眼珠”狀。

相關(guān)干擾

發(fā)生相關(guān)干擾時，信道干擾或諧波成分恰好鎖相至IQ信號。此時，圖形顯示是一組圓環(huán)，或“炸面圈”形狀。

相位噪聲(I、Q抖動)

信號鏈中的任何載波源或本地振蕩器都會產(chǎn)生疊加到接收信號上的相位噪聲或相位抖動。相位噪聲顯示為載波符號的同心圓弧。

可接受的信號

在現(xiàn)代全數(shù)字調(diào)制器中，IQ增益和相位誤差通?？梢院雎浴０l(fā)生這些誤差不是因?yàn)槭д{(diào)，而是由于設(shè)備故障。另一方面，在調(diào)制器、上行轉(zhuǎn)換器和傳輸網(wǎng)絡(luò)中也可能產(chǎn)生壓縮。

本文小結(jié)

比較好的辦法是在數(shù)字電視服務(wù)失效之前就提前預(yù)計(jì)系統(tǒng)問題，而不是等到問題出現(xiàn)之后才去想辦法解決。MER可以測量出發(fā)射機(jī)和系統(tǒng)性能中的微小變化，是任何電纜和衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中的最佳品質(zhì)因素之一。EVM和更傳統(tǒng)的BER則對于標(biāo)準(zhǔn)的跨設(shè)備檢查以及幫助識別短期信號質(zhì)量下降相當(dāng)有用。星座圖能指示缺陷、畸變或設(shè)備偏差，可幫助為射頻傳輸系統(tǒng)提供一種可靠的“完好性檢查”。通過在單個探測器中結(jié)合這些關(guān)鍵的射頻測量和全面的 MPEG傳輸流監(jiān)控與告警功能，數(shù)字電視運(yùn)營商可以在早期階段檢測出系統(tǒng)問題，從而避免對觀眾的收視造成影響。有了MTM400，Tektronix現(xiàn)在能夠提供所有的關(guān)鍵射頻測量和接口，并在單個成本經(jīng)濟(jì)的監(jiān)控探測器中集成MPEG測量功能。

參考文獻(xiàn)

International Telecommunications Union, ITU-T J.83, Series J: Digital multi-program system for television, sound and data services for cable distribution (04/97).