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。如果圖像質量變差，人們通常會調整室內天線，以獲得較好的圖像。即使圖像質量仍然較差，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)通常是由調諧器解調器芯片組提供的，很容易處理。不過，調諧器可能常常在執(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太晚了。盡管如此，顯示BER以記錄或量化傳輸信號的質量仍然是有用的。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)的信號質量就已經在不斷下降了。

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，位于前端調制器的監(jiān)視設備可以提供信號質量下降的早期指示。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。

調制方案與系統(tǒng)的各種變體