DVB-C測試關(guān)鍵指標(biāo)和測試儀器選擇-深圳市君輝電子有限公司

近兩年與國內(nèi)數(shù)字電視客戶技術(shù)交流過程中，我們發(fā)現(xiàn)由于國內(nèi)數(shù)字電視起步較晚，部分客戶對一些技術(shù)概念出現(xiàn)誤解，從而導(dǎo)致失誤，現(xiàn)將我們經(jīng)常遇見的問題列舉如下，希望能對大家在今后的故障判斷和測試設(shè)備選擇時提供幫助。

一、平均功率與峰值電平*不同

峰值電平在模擬電視廣播時用于表征頻道信號電平強弱。

模擬電視信號是單極性、不對稱的，即電視信號有一個固定黑色參考電平，比黑色亮的信號處在黑色電平線一邊，同步脈沖處在另一邊。單極性調(diào)制載波，有兩種方式，①正極性調(diào)制指亮度增加時載波幅度增大，同步脈沖始終對應(yīng)發(fā)射功率zui小值；②負(fù)極性調(diào)制指亮度增加時載波幅度減小，同步脈沖對應(yīng)發(fā)射功率zui大值。負(fù)極性調(diào)制由于具有受干擾小等優(yōu)點，我國和世界大多數(shù)國家都采用負(fù)極性調(diào)制。

測量模擬電視信號電平，使用頻譜分析儀在規(guī)定帶寬/300KHz對信號同步脈沖的峰值電平進行測量，并以此作為判別信號強弱的標(biāo)準(zhǔn)。因為這里集中了信號在頻道內(nèi)的主要能量（超過98%），所以可以認(rèn)為對載波同步脈沖的測量可代表信號在測量頻道內(nèi)的電平值。

在工程維護過程中，國內(nèi)通常使用模擬電視場強儀測量頻道電平強弱，測量時場強儀的接收通道調(diào)諧于圖像載波頻率，場強儀的RBW帶寬為300kHz，由于圖像載波電平隨圖像內(nèi)容的變化而變化，所以場強儀采用峰值保持采樣的方法測量圖像載波峰值電平，通過換算可近似表征頻道電平的強弱。

平均功率在數(shù)字電視廣播時用于表征頻道信號功率強弱，也稱信道功率，與模擬電視峰值電平概念和測量手段*不同。

數(shù)字調(diào)制信號類似噪聲，信號在調(diào)制到射頻載波前被進行了隨機化處理。一個數(shù)字載波信號，無論是否調(diào)制了數(shù)據(jù)，在頻域觀察時一般是相同的。而在頻域中觀察通常也說明不了調(diào)制方式是QPSK、16QAM、64QAM。。。。。。，只能表征信號幅度、頻率、平坦度、頻譜再生等信息。由于數(shù)字信號以噪聲形式出現(xiàn)，但它更像隨機加入到頻域測試設(shè)備中的一組組脈沖，所以采用平均功率判定信號強弱。數(shù)字電視信號平均功率不隨調(diào)制內(nèi)容的變化而變，平均功率和zui大響應(yīng)沒有關(guān)系。

數(shù)字電視頻道平均功率和帶寬有關(guān)，帶寬越寬信道平均功率越高。模擬電視場強儀只對RBW帶寬300kHz內(nèi)的窄帶峰值信號進行采樣，*不能表征在寬帶（如數(shù)字電視8MHz）內(nèi)的能量，僅當(dāng)該數(shù)字頻道的帶內(nèi)平坦度相當(dāng)好時可以近似換算。

我們在國內(nèi)進行技術(shù)交流和測試中發(fā)現(xiàn)，由于有線網(wǎng)絡(luò)的所使用調(diào)制器、電纜、接頭、放大器、分支分配器和網(wǎng)絡(luò)維護并不*令人滿意，數(shù)字電視頻道帶內(nèi)平坦度相當(dāng)差，各種帶內(nèi)頻譜形狀都有出現(xiàn)，用模擬場強儀所測量的窄帶300kHz峰值電平來換算數(shù)字頻道的寬帶（8MHz）平均功率，*不可信，也不能評價信號的好壞。必須采用具有平均功率功能的設(shè)備來進行信號評價，如德力DS2130Q/DS2008Q/1883Q誤碼測試儀、DS1191/A/B QAM分析儀、DS8831Q有線電視綜合測試儀。

二、為何64QAM數(shù)字頻道平均功率要調(diào)整為比模擬頻道電平低10dB？

對于64QAM調(diào)制，通常建議其數(shù)字頻道平均功率要調(diào)整為比同系統(tǒng)的模擬頻道峰值電平低10dB；對于256QAM要低6dB。產(chǎn)生這樣的要求，是基于兩個原因：

①數(shù)字信號抗干擾能力強，對載噪比要求比模擬信號低，所以數(shù)字電視信號可用比模擬信號低得多的幅度進行傳送，這樣每個數(shù)字頻道的傳送功率降低，整個通帶內(nèi)總傳送功率就降低，干線放大器的總體輸入功率就會降低，因此在同一個線路中可以傳送比原來更多信號，更多內(nèi)容。

②另一個主要原因是：通常64QAM調(diào)制的數(shù)字頻道，其頻道內(nèi)統(tǒng)計峰值電平比平均功率高約10dB，256QAM高約6dB。為避免放大器失真，產(chǎn)生互調(diào)干擾，干擾其他頻道信號，需要使數(shù)字頻道的峰值電平調(diào)整到同模擬頻道的峰值電平相同大小的程度，這樣64QAM數(shù)字頻道平均功率同比模擬頻道峰值電平就低10dB。下面詳細(xì)解釋這個技術(shù)概念：

RF信號在傳輸過程中，可能出現(xiàn)超過平均功率的更高峰值電平，要想得到這些無規(guī)律的峰值幅度，必須對全部時間內(nèi)的功率進行測量，以獲得統(tǒng)計峰值電平，進而得到統(tǒng)計峰值電平和平均功率的比值，即峰值-平均值比。

在有較低的峰值-平均值比的調(diào)制形式中，偶然的峰值電平只產(chǎn)生較低功率。因此即使出現(xiàn)偶然高幅度峰值電平，也不會產(chǎn)生紊亂的放大器互調(diào)失真，放大器不需要很多功率余量去接受這些高幅度的峰值電平。

所以恒定幅度的調(diào)制包絡(luò)信號，為提高輸出功率放大器的工作效率，可以使放大器工作在接近飽和且在功率輸出端不需要補償?shù)臓顟B(tài)。由于信號功率是恒定的，功率會不斷傳送給負(fù)載，其峰值功率等于平均功率。

對于功率不斷變化的RF信號，其峰值功率與平均功率就不同。峰值-平均值比值越低，信號就越接近1dB壓縮點的電平，在這個電平上能夠驅(qū)動放大器且不會產(chǎn)生額外互調(diào)失真。對于有很大的峰值-平均值比的信號，為不產(chǎn)生額外失真，放大器要有很大余量去放大這些偶然的峰值信號。

QAM調(diào)制的調(diào)制包絡(luò)是非恒定幅度的，峰值的出現(xiàn)時間一般沒有規(guī)律（QAM調(diào)制中峰值是由一個星座點到另一個星座點的調(diào)制偏移引起），一般使用在zui大功率輸出點補償性能良好的線性放大器，這樣放大器的功率余量大，工作效率會很低，但可以避免大量的頻譜再生，大多數(shù)頻譜再生是互調(diào)失真的另一種形式，會產(chǎn)生附加無用信號，對其他頻道造成干擾。

圖1 數(shù)字信號的峰值幅度和平均幅度

通常情況下，由于有線網(wǎng)絡(luò)上放大器的工作狀態(tài)是按照模擬頻道的峰值電平選配和調(diào)整的，如果讓數(shù)字頻道的平均功率和模擬頻道的峰值電平工作在相同電平值，那么數(shù)字信號的峰值電平信號在進入放大器時可能引起放大器失真，造成這些峰值信號的增益壓縮，引起頻譜再生，產(chǎn)生互調(diào)干擾產(chǎn)物，干擾其它頻道的信號。所以通常建議數(shù)字頻道平均功率要調(diào)整為比同系統(tǒng)的模擬頻道峰值電平低10dB，對于256QAM要低6dB。

當(dāng)然這個10dB和6dB的數(shù)值是在通常情況下統(tǒng)計得出的，由于國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)情況千差萬別，在實際工程維護中，準(zhǔn)確測量需要使用的儀器要具備：平均功率測量功能，并且要求具有快速頻譜掃描和頻譜峰值曲線保持能力，以測量在8MHz帶寬內(nèi)的峰值電平。顯然，普通場強儀只能在窄帶300KHz內(nèi)進行峰值電平測量，不具備快速頻譜掃描能力，即使能測平均功率，也不能滿足使用。建議使用德力DS8831Q、DS1191等設(shè)備。

三、MER與BER的關(guān)系

調(diào)制誤差率（MER：Modulation Error Ratio）的定義

在模擬電視中我們常使用C/N來表征信號質(zhì)量，在數(shù)字電視中，MER是表征數(shù)字信號質(zhì)量的zui重要指標(biāo)，它表明數(shù)字信號在調(diào)制和傳輸過程中所受到的損傷，也一定程度上說明該信號是否能被解調(diào)還原，以及解調(diào)還原后信號質(zhì)量狀況。

QAM調(diào)制信號從前端輸出，經(jīng)各級網(wǎng)絡(luò)傳輸、入戶，其MER指標(biāo)會逐漸惡化，MER的經(jīng)驗門限值對于64QAM為23.5dB，對于256QAM為28.5dB，低于此值，星座圖將無法鎖定。另外對于網(wǎng)絡(luò)不同部分的MER指標(biāo)也存有一些經(jīng)驗值：64QAM時在前端要求>38dB，分前端>36dB，光節(jié)點>34dB，用戶端>26dB。所以要求使用QAM分析儀對MER指標(biāo)進行測量。

圖2 MER的原理示意圖

QAM分析儀首先對被測量數(shù)字調(diào)制信號進行高速采樣，將采樣到信號解調(diào)為不同相位格上的I和Q兩個矢量信號，即相位、幅度信息，并將其矢量和位置點直觀地描繪在星座圖上，對于理想的I、Q信號，其矢量和位置點應(yīng)位于星座圖相應(yīng)相位格的正中心，但實際信號與理想信號相比都有偏差，其矢量和位置點將會偏離相應(yīng)相位格的中心位置，如果我們將I和Q定義為星座圖中理想位置點的矢量數(shù)值，（δI，δQ）定義為實際信號與理想信號的誤差矢量，即相位誤差和幅度誤差，就可計算出相應(yīng)相位格中心位置點到實際符號位置點的距離，并按下式計算出MER的大小。下式中N是一段時間內(nèi)捕獲符號的點數(shù)，它一般比星座圖中實際顯示的點數(shù)多。

觀察發(fā)現(xiàn)，在干擾小的時候MER變化緩慢，隨著干擾的增大，當(dāng)出現(xiàn)誤碼率時，MER變化很快。當(dāng)MER指標(biāo)出現(xiàn)偏差時，可直接觀測星座圖，不同的星座圖顯示表征了不同的干擾類型，了解干擾類型可直接查找出干擾源或故障設(shè)備所在。

BER（Bit Error Rate）的定義

定義：BER（比特誤碼率）是發(fā)生誤碼的數(shù)據(jù)位數(shù)與傳輸數(shù)據(jù)總位數(shù)之比

BER 通常以科學(xué)計數(shù)法表示，如誤碼率為3E-7，表示在10的7次方個傳送位中有3 個誤碼，此比率通常采用一個較小時段內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的分析結(jié)果來推估，越低的BER代表越好的信號質(zhì)量。

BER(Pre-FEC)糾錯前誤碼率：FEC糾錯算法可以檢測出的實際錯誤碼數(shù)量。接收機可以通過糾錯算法糾正其中的一部分誤碼，糾錯前誤碼率就是實際發(fā)生錯誤的比特數(shù)和總傳送比特數(shù)的比值。

BER(Post-FEC)糾錯后誤碼率：FEC糾錯算法根據(jù)自身的糾錯能力，對接收到的部分錯誤碼進行糾正后，無法被糾正的錯誤比特數(shù)與總傳送比特數(shù)進行比較，得到糾錯后誤碼率。

當(dāng)信號質(zhì)量很好的情況下，糾錯前與糾錯后的誤碼率數(shù)值是相同的，但有一定干擾存在的情況下，糾錯前和糾錯后的誤碼率就不同，糾錯后誤碼率要更低。典型目標(biāo)值為1E-09，對于數(shù)字電視而言，這時觀看效果清晰、流暢；準(zhǔn)無誤碼為BER為2E-04，偶然開始出現(xiàn)局部馬賽克，還可以觀看；臨界BER為1E-03，大量馬賽克出現(xiàn)，圖像播放出現(xiàn)斷續(xù)；BER大于1E-03*不能觀看。

盡管較差的BER 表示信號品質(zhì)較差，但BER指標(biāo)只具有參考價值，并不*表征網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀況，因為BER 測量偵測并統(tǒng)計每個誤碼，問題可能是由瞬間的或突發(fā)噪聲引起。

MER和BER之間的關(guān)系

MER是對疊加在數(shù)字調(diào)制信號上失真的對數(shù)測量結(jié)果，受多種因素影響，包括載噪比、突發(fā)脈沖、失真及IQ偏移量對信號造成的損傷。在數(shù)字調(diào)制信號中，突發(fā)脈沖、失真、IQ偏移量對信號造成的損傷十分相似。如果系統(tǒng)的MER減小，信號受到的損傷就會變大，出現(xiàn)誤碼的概率增加。

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預(yù)警。當(dāng)信號質(zhì)量降低時，MER將會減小。隨著噪聲和干擾的增大，MER逐漸降低，而BER仍保持不變，只有當(dāng)干擾增加到一定程度，MER繼續(xù)下降，BER才開始惡化。

圖3 干擾信號對MER、星座圖和BER變化的影響

上圖說明了MER、星座圖和BER之間的相互關(guān)系。實際在一個星座圖中是不會同時出現(xiàn)這幾種情況的，這里是將四種不同情況綜合在一起進行互相對比說明。

*個方框紅色的點是MER的*狀態(tài)，所有的點幾乎都集中在理想位置，BER測量值很好；第二個方框綠色的點受到一些噪聲干擾，干擾比較小，所以基本都環(huán)繞在理想中心位置周圍，屬于比較好的MER，BER仍不變；第三個方框的藍色點受到的干擾比較大，各個點無規(guī)則的散落在方框內(nèi)，這時MER的指標(biāo)比較差；第四個方框受到很大的干擾，各個點不僅散落在本方框內(nèi)，而且還有兩個點已經(jīng)離開本方框所劃定的范圍，BER惡化。

在*、二、三方框中的信號有一個共同點，所有的點都落在了自己所在方框所劃定的范圍內(nèi)，根據(jù)數(shù)字電視信號的*決規(guī)則，只要在*決范圍內(nèi)（方框內(nèi)）就不會出現(xiàn)誤碼；只有第四個方框的點超出了劃定的界限，這些點一旦進入其它星座點的范圍就被*決為該星座點，這樣就出現(xiàn)了誤碼。這說明為什么在一定干擾信號下MER的值在下降，卻沒有出現(xiàn)誤碼，直到MER下降到一定程度，才會出現(xiàn)誤碼，BER的數(shù)值開始惡化。

四、MER和S/N（信噪比）與C/N載噪比

MER與S/N

在理想狀態(tài)下，如果信號中出現(xiàn)的有效損傷僅僅是高斯噪聲，MER可被S/N信噪比表征，MER等于S/N。但實際應(yīng)用中，由于傳輸信號不僅包括高斯噪聲，還包括接收星座圖上所有其它不可校正的損傷，包括網(wǎng)絡(luò)傳輸中引入噪聲，潛入調(diào)制信號中的幅度噪聲、相位噪聲、碼間串?dāng)_和調(diào)制損傷等。所以簡單地使用S/N來推算MER*不可行。

S/N應(yīng)根據(jù)解調(diào)后的星座圖數(shù)據(jù)進行測量。對于星座圖中的每一符號，從其云狀軌跡可以得出其統(tǒng)計分布。在去除正交失真、幅度不均勻、原點位移誤差殘留載波、非線性失真、相位抖動、連續(xù)波干擾的影響之后，剩余的云狀軌跡才可以認(rèn)為是由高斯噪聲引起的，這剩余的云狀軌跡也是計算信噪比的基礎(chǔ)。

圖4 不同失真參數(shù)之間的關(guān)系

C/N與S/N

信噪比(S/N)是指傳輸信號平均功率與加性噪聲的平均功率之比，載噪比(C/N)指已經(jīng)調(diào)制的信號平均功率與加性噪聲平均功率之比，它們都以對數(shù)方式計算，單位dB。

信噪比與載噪比區(qū)別在于，載噪比中已調(diào)信號的功率包括傳輸信號功率和調(diào)制載波功率，而信噪比中僅包括傳輸信號功率。因此對同一個傳輸系統(tǒng)而言，載噪比要比信噪比大，兩者之間相差一個載波功率。當(dāng)然載波功率與傳輸信號功率相比通常是很小的，因而載噪比與信噪比在數(shù)值上十分接近。在調(diào)制傳輸系統(tǒng)中，一般采用載噪比指標(biāo)；而在基帶傳輸系統(tǒng)中，一般采用信噪比指標(biāo)。所以，這里S/N主要描述解調(diào)后信號的信噪比。

DVB廣播傳輸系統(tǒng)屬于調(diào)制傳輸系統(tǒng)，因此采用載噪比指標(biāo)。載噪比代表噪聲干擾相對于調(diào)制信號而言的強弱程度。噪聲干擾的強弱是沒有意義的，因為不同傳輸系統(tǒng)的信號平均功率不同，而載噪比則直接反映出調(diào)制信號與噪聲干擾間的相對強弱關(guān)系。

五、如何選擇數(shù)字電視測試儀器

從前面的描述可以看出，選擇一款的數(shù)字電視測試儀器，是提高工作效率，減少誤判的關(guān)鍵。按重要性排列，的數(shù)字電視測試設(shè)備應(yīng)具備5個功能，功能越多，價格越貴，實際用戶在選擇時，應(yīng)根據(jù)自己的實際需求和資金狀況，進行組合配置。

① 大動態(tài)的MER指標(biāo) 這是表征數(shù)字信號質(zhì)量zui重要的指標(biāo)，對于網(wǎng)絡(luò)的不同部分，MER指標(biāo)有一些經(jīng)驗值：64QAM時在前端要求>38dB，分前端>36dB，光節(jié)點>34dB，用戶端>26dB。測試儀器的MER指標(biāo)也應(yīng)按相應(yīng)要求進行選擇。

特別要注意的是，由于MER指標(biāo)越大，說明信號質(zhì)量越好。但作為測試儀器不僅要測量的信號，對實際網(wǎng)絡(luò)中惡化需要檢修的信號也應(yīng)該能夠準(zhǔn)確測量，所以選擇數(shù)字儀器，不僅要看其*MER指標(biāo)是多少，還要重點考察在各種實際網(wǎng)絡(luò)情況下的實際測試準(zhǔn)確度。

目前市場上已有客戶買到只能測信號的儀表，網(wǎng)絡(luò)信號質(zhì)量稍差儀表就無法工作或偏差極大，嚴(yán)重影響了網(wǎng)絡(luò)維護工作。

② 準(zhǔn)確的平均功率測量 平均功率反映了帶內(nèi)傳輸能量，過大或過小都會對傳輸質(zhì)量產(chǎn)生影響。

以上兩項功能相當(dāng)于工程師日常使用的萬用表，同時具有這兩項功能的儀器目前被定義為數(shù)字電視測量的入門級儀器。

③ 可縮放的星座圖顯示 星座圖是數(shù)字信號調(diào)制質(zhì)量zui直觀的圖形顯示，在實際工作中，相當(dāng)于工程師日常使用的示波器?？疾靸x器的星座圖功能，不僅要看儀器有沒有這項功能，更重要的是要看其配置的星座圖功能是否可用。

星座圖顯示要求能多級縮放，并且觀察屏幕要大，這樣才能清楚觀察到星座點的位置，才有實際應(yīng)用價值。目前國內(nèi)外普遍認(rèn)為顯示屏幕在4吋以上觀察星座圖才有實際意義。

④ 快速的頻譜分析功能 由于信號在頻域上傳輸，帶內(nèi)和帶外的頻譜分布和干擾對信號質(zhì)量有直接影響，配置頻譜功能可以準(zhǔn)確觀察信號在頻域上的傳輸狀況并捕捉突發(fā)干擾、噪聲。對于數(shù)字信號測量，儀器所配置的頻譜功能，按重要性排列應(yīng)考察是否滿足以下條件：

測試動態(tài)是否滿足要求

RBW接收帶寬可否多級切換，*小RBW必須達到30KHz或更小

頻譜掃描速度是否足夠快，能否捕捉瞬間干擾或噪聲

⑤直接觀看數(shù)字電視節(jié)目 在現(xiàn)場測量中，經(jīng)常需要對數(shù)字電視節(jié)目圖像和伴音質(zhì)量進行直觀檢測，如果儀器能集成此項功能將大大方便工作。值得注意的是，在選擇這項功能時，應(yīng)考慮由于各地CA條件接收系統(tǒng)的差異性，測試儀器不一定能接收全部頻道。
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