數字電視系統(tǒng)中的關鍵射頻測量

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

電纜數字電視系統(tǒng)建立在該基礎之上，其調制方案更為多樣，而且仍在不斷發(fā)展之中。其他調制階次(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。

在美國的數字電視體制中，64-QAM的傳輸速率可達27Mb/s，相當于在一個6MHz的帶寬內傳輸6～10個SD信道或 1個HD信道。新的壓縮技術可以在256-QAM上提供多達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電纜標準：

* 附件A－歐洲

* 附件B－北美

* 附近C－亞洲

除了能對衛(wèi)星應用的QPSK進行測量之外， MTM400具有與上述所有QAM標準進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。符號是一個特定調制系統(tǒng)中所傳輸的最小信息成分。對于QAM-64，一個符號代表6個位，在圖上繪制為一個點。這些符號位從原始的MPEG-2傳輸流中經過了一個復雜的代碼轉換處理過程。這個過程包括Reed-Solomon編碼、交織、隨機化、QAM附件B系統(tǒng)網格化和QPSK系統(tǒng)卷積(Viterbi)編碼。其目的是為了保護和糾正位誤碼，提供對突發(fā)噪聲的抵抗能力，并在頻譜中均勻分布能量。在解碼器中反向進行這一處理過程之后，必須重建準無誤碼位流。由于這一糾錯處理，僅僅檢查傳輸流將不會得到關于信道或調制器和處理放大器正在引入誤碼、使系統(tǒng)更接近“數字尖峰點”的任何指示。等到MPEG流中開始報告?zhèn)鬏斦`碼標志 (TEF)的時候，采取任何糾錯措施通常都已經太晚了。

星座圖

星座圖可以看成數字信號的一個“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在圖中越接近，信號質量就越高。由于屏幕上的圖形對應著幅度和相位，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制問題相當有用：

* 幅度失衡

* 正交誤差

* 相關干擾* 相位噪聲、幅度噪聲

* 相位誤差

* 調制誤差比

遠程星座圖

MTM400采用了基于Web的技術，因此它的獨特之處在于可以在不同的地方甚至不同的國家，通過因特網或專用網絡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余輝，可以在較早的接收載波中淡去斑點，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I、Q相差不精確為90度時，便會出現正交誤差。其結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)和高斯性質(數學上為“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軸上導致拐角邊沿被圓滑的增益壓縮現象，但這只發(fā)生在當調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。

相關干擾

發(fā)生相關干擾時，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

在現代全數字調制器中，IQ增益和相位誤差通常可以忽略。發(fā)生這些誤差不是因為失調，而是由于設備故障。另一方面，在調制器、上行轉換器和傳輸網絡中也可能產生壓縮。

本文小結

比較好的辦法是在數字電視服務失效之前就提前預計系統(tǒng)問題，而不是等到問題出現之后才去想辦法解決。MER可以測量出發(fā)射機和系統(tǒng)性能中的微小變化，是任何電纜和衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中的最佳品質因素之一。EVM和更傳統(tǒng)的BER則對于標準的跨設備檢查以及幫助識別短期信號質量下降相當有用。星座圖能指示缺陷、畸變或設備偏差，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合這些關鍵的射頻測量和全面的 MPEG傳輸流監(jiān)控與告警功能，數字電視運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現在能夠提供所有的關鍵射頻測量和接口，并在單個成本經濟的監(jiān)控探測器中集成MPEG測量功能。

參考文獻

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