数字电视技术维护指标及典型故障

1数字电视技术维护指标及典型故障金塔电视台有线电视中心[e-mail]2数字电视技术维护指标及典型故障•一、数字电视系统框图•二、星座图详解•三、主要技术指标•四、指标解析•五、典型星座图特征现象与故障关联•六、数字电视与模拟电视兼容传输的特点差异3一、数字电视系统框图1、基带接口与同步：将信号源格式与数字结构进行匹配。帧结构应与包含同步字节的MPEG-2传送层一致。2、同步1翻转和随机化：将MPEG-2帧结构的同步1字节反相。为了频谱成形，并对数据流进行随机化处理，一般使用伪随机序列对统计特性不好的码列进行扰码（随机化），可使输出序列中的0与1的个数大致相同，没有长串的连续0或1，从而使码列的特性与传输通道的特性相符。3、RS编码器：对每一个已随机化的传送包进行截短的块RS编码，以产生误码保护包。这种编码也应用于同步字节本身。根据误码保护的要求，有线传送与卫星传送系统不同，没有使用卷积编码，而只是使用基于RS编码的前向纠错（FEC）。注解：（204，188）（K+2t），可以纠正t即8个误码。4、卷积交织器：将数据码按一定规则打乱，抵御突发噪声引起的连片数据误码。当码流在传输中突发误码持续多个码元时，经过去交织器后，连续误码变为离散的单个误码即可被RS解码器纠正）4一、数字电视系统框图（续）5、字节映射到m比特符号：该单元将交织器产生的字节映射为QAM符号，以便进行调制。对64QAM的调制，是将8比特数据转换成6比特为一组的符号。6、差分编码：为获得旋转不变星座图，该单元应对每个符号的两个最高有效位（MSB）进行差分编码以便获得固定90度旋转的QAM星座图。7、基带成形：将经过差分编码的m比特符号映射为I和Q信号，在QAM调制前对I、Q信号进行升余弦滚降平方根滤波。8、QAM调制和中频物理接口：完成QAM调制，并将QAM已调信号连接到CATV射频信道。CATV用的QAM调制是使用两个独立的基带波形对两个相互正交的同频载波进行抑制载波的双边带调制，利用这种已调信号在同一带宽内频谱正交的性质实现两路并行数字信息传输，因此它兼顾了频带及功率利用率。9、传输网络：指HFC；10、CATV有线电视综合解码接收机（数字机顶盒）：完成与前端相反的物理过程。5二、星座图详解星座图（Constellation）：图形化地显示相应调制格式的信号（符号）幅度、相位。例如，当比特流进入16QAM调制器时，4个比特形成一个符号，然后这些符号就会被载波调制到正交的I、Q平面上。当比特流进入64QAM调制器时，则是6个比特形成一个符号，然后这些符号就会被载波调制到正交的I、Q平面上。符号点在I/Q平面上的位置与其调制相位、幅度对应。2*n：n个比特代表一个符号，16、64代表符号点的个数；6二、星座图详解（续）1、16QAM：16个符号点；4个比特代表一个符号，如：0000、0001、0011、0111、1000、1100、1110、1111等；2、64QAM：64个符号点；6个比特代表一个符号，如：000000、000001、000011、000111、1000000、110000、111000、111100、111110、111111等；3、比特转化为符号的框图解析。7三、主要技术指标1、系统输出口数字调制信号的输出功率电平2、调制误差率MER3、误差矢量幅度EVM4、比特误码率BER5、载噪比C/N；噪声功率带宽内的每比特能量Eb/No6、噪声裕量（Noisemargin）7、等效噪声劣化（EquivalentNoiseDegradation,END）8、射频载波的相位噪声（Phasenoise）、相位抖动（Phasejitter）8系统输出口数字调制信号的输出功率电平1、数字频道功率电平指的是平均功率电平，而不是峰值电平。因为射频载波被随机化的数字信号调制，使射频信号呈现为类似噪声充满整个频谱。2、一般而言，64QAM调制数字频道的峰值功率要比平均功率高6---10dB、QPSK调制数字频道的峰值功率要比平均功率高3---5dB。3、一方面要为了防止数字信号的峰值电平过高导致放大器压缩、互调干扰及光发射机的限幅削波产生CSO、CTB等非线形产物对模拟信号的干扰而要降低数字信号的功率，另一方面又要尽量提高数字频道的电平以增加信噪比，提高抗非线性及噪声的能力。数字频道的功率电平应比模拟电视载波电平低6---10dB为好。4、测量方法：1）用频谱仪NoiseMarker的每Hz功率法：用每Hz带宽显示每Hz功率的方法。数据信道功率=显示的每Hz功率+10lg（信道带宽）2）用专用测量宽带频谱功率的仪器，可直接读出数字频道功率。9模拟电视频道的测量10下行数字电视信号的测量11数字电视不正确的测量方式12数字电视正确的测量方式13调制误差率MER1、指平均矢量幅度与误差矢量幅度的有效值的比值，结果用dB表示2、图解说明：当接收机接收信号时，在某一段时间里捕获到N个符号（应远大于星座点数M），得到N个矢量，记录他们的实际位置，而该符号的理想位置是，从而可得到误差矢量，即实际位置到理想位置的偏移。MER反映的是实际信号对理想信号位置的总体偏移程度。14调制误差率MER（续）3、调制误差率MER反映了在整个测量系统中对信号的所有相位、幅度类型的损伤和劣化。例如：各种非中断性的损伤（系统噪声、CSO、CTB、侵入噪声）、相位误差、相位噪声等造成的相位误差及调制器IQ幅度不平衡、放大器压缩造成的幅度误差等。4、在只考虑频道中的高斯噪声时，MER近视于基带数字调制信号的SNR。MER的测试结果客观而准确的反映了数字接收机正确还原数字信号的能力，也可以看作为数字信号被正确还原的概率。在考察数字电视传输系统的性能、调制信号的质量及SNR的分配时，MER比S/N更能说明整个系统的性能。15调制误差率MER（续）5、关于MER的门限：基于8MHz的64QAM的MER门限值为24dB，一旦低于此值，由于数字信号的“峭壁”效应，图象就会从满意的效果转到马赛克现象、静帧或黑屏。（这一点完全不同于模拟电视的图象质量逐渐下降）。一般应给系统输出4---6dB的安全裕量。建议系统输出口的MER在28dB。前端MER值达到35dB时将是理想情况（一般仪器的测量范围在18---35dB）。峭壁点6、用专用仪器即可通过高速计算软件测得MER值16误差矢量幅度EVM1、用百分比表示误差矢量幅度归一化到峰值矢量幅度的MER。EVM计算公式为2、EVM与MER可以相互转化，公式为：其中V为峰值与平均电压的比，MERv为转化dB单位后的值，64QAM的V值取1.527。3、折算后EVM取值范围：2.62%(MER取28dB)---1.2%((MER取35dB)17比特误码率BER1、错误比特数和发送比特总数的比，简称为误码率。2、数字信号不同于模拟信号，一切损伤与干扰最后都反映在BER上。系统可靠性最终都归结到BER这一指标上。BER与测试点的C/N有关。3、测量BER一般有两种显示值：FEC校正前的BER、FEC校正后的BER。FEC校正前的BER指系统的误码率（包括可校正、不可校正的误码），FEC校正后的BER指FEC不能校正的误码，两者之间的不同反映了FEC工作的状况及系统离失败点的远近程度。4、高于1E-03的误码率则超过了系统FEC校正的能力，1E-04为64QAM系统FEC校正前的BER临界，高于此误码率，系统的传输质量将急剧劣化，而误码率在1E-06、1E-07时将会出现可察觉的图象损伤，误码率在1E-09以下时服务质量将相当好。18比特误码率BER（续）5、MER与BER的关系：在此MER范围内无误码1E-081E-071E-061E-051E-041E-0335343332313029282726242322216、好的BER并不说明有好的MER，因为在星座图的决策边框内的点均能恢复，但是由于存在一些偏离中心点（理想位置）的点，因此产生矢量误差，导致了MER劣化；而且好的MER也不能表明BER一定就好，在系统遭到中断类的噪声冲击、激光器削波、扫描脉冲干扰、松动的接头时，BER会明显劣化，但MER可能变化不大。BER反映了限幅与失真峰值造成的影响，限幅与失真产生的频谱尖峰是BER劣化的主要原因，而限幅产生的问题无法通过MER测试来读出，必须采用误码检测来捕捉。19载噪比C/N；噪声功率带宽内的每比特能量Eb/No1、指RF/IF信号的总功率对有效带宽内噪声功率的比值，用dB表示。这只是一种传统的称呼，因为实际上有线数字电视采用的是抑制载波的调制，传输中已不出现载波。2、噪声功率带宽内的每比特能量Eb/No：它与系统C/N的关系为：Eb/No=C/N—10lgm(m为每个符号的比特数，64QAM中m为6)3、系统C/N的门限值（只计高斯噪声）为23.7dB（对应的BER为1E-04，FEC前）。4、测量方法：1）先用频谱仪Noisemarker模式测量信号的每Hz功率C，再关掉调制器的信号，用相同模式测量相同频率点的噪声功率No,两者之差即为C/N。2）或者在不关断调制器的情况下，测量没有信号的相邻频道的噪声功率No,则C—No即为所求。但是这种情况要求，相邻频道的噪声频谱应较平坦。20数字电视信号载噪比C/N的测量CourtesyAgilentTechnologiesandSunriseTelecomBroadbandDivision21噪声裕量（Noisemargin）1、噪声裕量（NOISEMARGIN）：是接收信号的载噪比C/N与BER为1E-04（FEC校正前）的载噪比之间的差值，用dB表示。2、噪声裕量给出了整个系统离门限点的距离（howfartothecliff）即系统可靠性数值。3、它是描述数字系统的一个主要参数，反映了数字系统还能承受的额外噪声能力。如果该值较大，就会保证系统抗噪声的健壮性。建议选择4dB作为系统值。22等效噪声劣化（EquivalentNoiseDegradation,END）指实际系统误码率为1E-04时的载噪比C/N与理论上误码率为1E-04时的载噪比的差值，结果用dB表示。END表示了实际系统与理想系统的距离。23射频载波的相位噪声、相位抖动1、相位噪声（Phasenoise）：由于不稳定的本振引入的发射机、接收机、变频器内部相位的随机变化。在DVB-C中取偏离载波100KHz点作为相位噪声测量点。2、相位抖动（Phasejitter）：由于振荡器的频率和相位的起伏引起的载波相位的不确定。相位抖动将会带来接收机取样的不确定，因为载波的再生很难跟踪相位的起伏。在星座图上，相位抖动将会使边缘的符号向中间靠拢。24五、典型星座图特征现象与故障关联1、测量MER、BER并不能全面反映数字调制信号的损伤情况。2、只有星座图（Constellation）通过符号在I/Q平面上的实际位置、形状与理想状况的偏离（幅度与相位失真）程度对比，定性地判断引起误码的各种故障来源3、故障来源包括系统噪声、相干干扰、相位噪声、I/Q幅度不平衡、激光器削波、交流声等。4、若符号偏离其理想点，就会产生误码，点偏离程度实际上就是误差矢量。25好的星座图理想的星座图：符号点均在决策边框内的中心点。说明良好的相位噪声、热噪声等，因此MER值好。26热噪声引起的损伤现象：符号点随机的向外扩展（相对于中心点）27相位噪声（上、下变频器产生）引起的损伤现象：四个边角的符号向内旋转，使方形的星座图变为圆28相干干扰（如CTB、CSO等互调失真、侵入噪声产物）现象：符号云的中心被掏空，形成圆串29I/Q不平衡（前端I/Q调制器、基带放大器、滤波器造成）现象：星座图不成方形，I、Q轴即宽、高不等30增益压缩（放大器、滤波器及上、下变频器、中频均衡器等造成）现象：外部的符号向中间均匀地靠拢，而中间的保持不变31中断性的干扰及激光器削波等产生现象：在符号中心附近孤立的随机点32补充：自适应均衡器（AdaptiveEqualizer）1、自适应均衡器（AdaptiveE