數(shù)字電視系統(tǒng)中的關鍵射頻測量

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

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，其信號容易受到線路中噪聲、畸變和干擾的影響。今天的消費者已習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，觀眾通常將會繼續(xù)收看，只要還能聽見聲音。

數(shù)字電視沒有這么簡單。一旦接收中斷，恢復的方法并不總是那么明顯的。問題可能是由MPEG SI或PSIP表錯誤引起的，或者僅僅是由于射頻功率太低，達不到數(shù)字工作門限或“尖峰”點。射頻問題可能包含以下問題中的任何一個：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。一種方案是降低機頂盒接收機對信號質(zhì)量的敏感度，而更根本的方案則是運營商應保持干凈和高質(zhì)量的射頻信號。為了確保這一點，Tektronix公司提供了關鍵的射頻測量能力，在單臺MTM400儀器中集成了實時MPEG監(jiān)視和記錄功能。這些儀器可以經(jīng)濟地部署在從下行鏈路和解碼到復用和再復用，最終通過上行鏈路、前端和發(fā)射機站進行節(jié)目分配的整個傳輸鏈中的各個位置。利用MTM400，運營商能夠以相當于專用射頻測試設備數(shù)分之一的成本來進行關鍵的射頻測量?；赪eb的遠程控制允許在傳輸鏈中適當?shù)男盘枌由线M行正確的測量，從而確保獲得經(jīng)濟有效的結果。

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)視接收機提供了一個位誤碼率指示，作為數(shù)字信號質(zhì)量的唯一度量。這一點很容易實現(xiàn)，因為數(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(FEC)之后輸出BER。更好的方式是在FEC之前測量BER，這樣便可以給出FEC工作情況的一個指示。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無誤碼信號。

當傳輸系統(tǒng)遠離尖峰點工作時，這種方法是可行的，這時只發(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。當系統(tǒng)接近尖峰時，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。其結果是，非常靈敏的位誤碼率測量可以給出一個告警，但對采取任何糾錯措施而言通常已經(jīng)太晚了。盡管如此，顯示BER以記錄或量化傳輸信號的質(zhì)量仍然是有用的。BER也可用來記錄長期的系統(tǒng)趨勢。它最適合用來識別周期性的短時信號缺陷。

BER測量結果通常使用工程表示法，并常常顯示為一個瞬時比值和一個平均比值。典型的目標值為1E-09，準無誤碼BER為2E-04；臨界BER為1E-03；BER大于1E-03將喪失服務。

如何改進BER ---采用MER

TR 101 290標準介紹了數(shù)字電視系統(tǒng)的測量準則。調(diào)制誤差比(MER)測量的設計目的是為了給接收信號提供一個單一的品質(zhì)因素。MER可為接收機對傳輸信號進行正確解碼的能力提供一個早期指示。事實上，MER將接收符號(代表調(diào)制圖案中的一個數(shù)字值)的實際位置與其理想位置進行比較。當信號質(zhì)量降低時，接收符號距離理想位置更遠，MER測量值將會減小。

隨著信號質(zhì)量不斷降低，符號最終會被錯誤解碼，位誤碼率將增大，這時就到了門限或尖峰點。圖1中顯示的圖是通過將MER接收器連接到一個測試調(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，MER的初始值為35dB，此時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MER達到26dB時，BER開始增大，顯示已接近尖峰點。 MER表明，在到達尖峰點之前很久，系統(tǒng)的信號質(zhì)量就已經(jīng)在不斷下降了。

MER的重要性

由于Tektronix公司的設備可以測量到很高的極限MER值(QAM系統(tǒng)中典型值為39dB)，因此，當下行信號流的 MER下降因子(安全裕度)已知或者可以在用戶處或其附近進行測量時，位于前端調(diào)制器的監(jiān)視設備可以提供信號質(zhì)量下降的早期指示。當MER降低到24dB (對于64-QAM)或30dB(對于256-QAM)時，普通機頂盒可能就無法正確解調(diào)或無法工作了。極限MER測量功能較低的其他普通測量設備將無法給出信號質(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測量類似于MER，但表達形式不同。EVM表達為RMS誤差矢量幅度與最大符號幅度的百分比值。信號缺陷增加時， EVM將會增大，而MER則會減小。MER和EVM彼此可以相互進行轉(zhuǎn)換。EVM是在IQ(同相與正交)星座圖上檢測到的載波與其理論上的準確位置(參見圖3) 之間的距離，是“誤差信號矢量”與“最大信號幅度”之比，表達為RMS百分比值。EVM定義在TR 101 290的一個附件中。Tektronix MTM400提供了MER和EVM兩種測量能力。

調(diào)制方案與系統(tǒng)的各種變體