02--移动多媒体发射机测试技术

1移动多媒体广播发射机测试技术我国采用的手机电视技术是我国自主开发CMMB技术，并确定相应的行业标准GY/T220.1-2006《移动多媒体广播第1部分：广播信道帧结构、信道编码和调制》和GY/T220.1-2006《移动多媒体广播第2部分：复用》等7个标准，为移动多媒体广播业务的开展奠定了技术基础。根据广播电视行业的技术要求和相关产业的技术能力，广播电视技术部门制定了GDJ020《移动多媒体广播UHF频段发射机技术要求和测量方法(暂行)》，从而为产业部门研究开发具体产品提供技术指导。移动多媒体广播发射机是移动多媒体广播网络的末端设备，直接影响移动多媒体广播网络的覆盖效果和覆盖质量。移动多媒体广播发射机主要由激励器、功率放大器和监控系统组成，其组成框图见图1。PMS信号1激励器功率放大器监控系统输出滤波器PMS信号2RF信号RF信号输出遥控接口监控接口本振监测输出RF监测输出RF监测输出图1移动多媒体广播发射机组成框图本文根据移动多媒体相应标准的要求，详细分析具体技术指标的含义、相应的测量方法，并就仪器设备操作使用注意事项进行了说明。2一、相关术语定义1.1激励器：将PMS输入信号按照GY/T220.1-2006的规定进行编码调制输出射频信号的设备。1.2功率放大器：用于将激励器输出的射频小功率信号放大到发射机标称功率的设备。1.3峰值平均功率比(PAPR)：调制信号峰值功率与平均功率的比值，单位为dB。1.4频谱模板：频谱曲线。1.5调制误差率：调制信号理想符号矢量幅度平方和与符号误差矢量幅度平方和的比值，单位为dB。1.6带肩：偏离中心频率某一规定值的带外频率点平均功率相对于中心频率点的变化量，单位为dB。1.7带内频谱不平坦度：带内信号各频点平均功率相对于中心频率的幅度变化量，单位为dB。1.8带外杂散：带外泄漏信号功率与带内数字信号功率的比值，单位为dB。1.9工作模式：应符合GY/T220.1-2006规定的不同参数的组合。1.10互补累积分布函数(CCDF)：峰值统计理论分析概率统计的角度对信号的峰均比进行评价。二、移动多媒体广播发射机相关技术要求2.1发射机接口要求节目与信息码流数据输入采用ASI接口，BNC接头，阴性，输入阻抗为75Ω，数据格式应符合GY/Z234-2008的有关PMS规定；310MHz参考时钟输入采用BNC接头，阴性，输入阻抗为50Ω(10MHz时钟信号的频率精度为10-9，正弦波，电平-5dBm～12dBm)；1pps时钟输入采用BNC接头，阴性，TTL电平，输入阻抗为50Ω，接口信号波形见图2；1pps10MHz图2秒脉冲信号波形和占空比TOD输入采用RS232接口，DB9接头，阴性，符号率为9600波特，数据位8位，停止位1位，无奇偶校验位，数据格式应符合GY/Z234-2008的有关TOD规定；监测输出采用SMA或BNC接头，阴性，输出阻抗为50Ω；射频输出阻抗为50Ω，接口类型根据功率等级采用标准的连接器。应具有远程监控接口，用于状态监测、远程遥控；2.2功能要求移动多媒体广播发射机要求支持GY/T220.1-2006规定的全部工作模式（8MHz带宽）。各种工作模式下，系统每时隙净荷和系统最大净码率参见附录A。码流备份和切换：至少提供两路PMS输入互为备份，并具有手动和自动切换功能。预校正：具有线性和非线性预校正功能。工作频率范围：应符合GB/T14433-1993的有关UHF频段的规定，参见附4录B。频率参考源：有外参考源时，发射机优先使用外部参考源；无外参考源时，发射机应启用内部参考源。内外参考源可手动或自动切换。功率控制：提供手动电平控制(MLC)和自动电平控制(ALC)的功率控制方式。监控和报警：提供实时监控和报警功能。监控内容包括：设备工作状态、参数配置和接口工作状态等。报警内容包括：数据输入数据异常、10MHz时钟输入信号异常、1pps时钟输入信号异常、TOD输入信号异常和设备故障等，发生异常情况时，给出报警指示。监控和报警可以远程进行控制和查询。管理配置：通过远程监控接口或控制面板设置发射机工作参数和接口配置等。自动保护：应提供自动保护功能。当发射机的某些部件发生严重故障时（如输出过载，功放过热等），或由于外部原因造成调制器损伤时，监控系统会自动降低发射功率或切断发射机的射频输出或关机。监测输出：应提供10MHz时钟监测输出、本振监测输出和RF监测输出。组网方式：支持多频网(MFN)或单频网(SFN)组网方式，其中SFN模式要求应符合GY/Z234-2008的有关规定。2.3移动多媒体广播发射机性能要求移动多媒体广播发射机性能要求见表1。序号项目指标1工作频率应符合GB/T14433-1993有关UHF频段规定，见附录B2频率调整步长多频网模式≤1kHz单频网模式≤1Hz53频率稳定度（3个月）采用内部参考源≤110-7采用外接参考源≤110-104频率准确度多频网模式±100Hz单频网模式±1Hz5本振相位噪声≤-85dBc/Hz@1kHz≤-95dBc/Hz@10kHz≤-110dBc/Hz@100kHz6射频输出功率稳定度（24小时）±0.3dB7射频有效带宽7.512MHz8输出负载的反射损耗正常工作：≥26dB允许工作：≥20dB9频谱模板应符合GY/T220.1-2006规定，见图3和表310带肩（在偏离中心频率±4.2MHz处）≤-36dBc11带内不平坦度（fc±3.756MHz）±0.5dB12调制误差率（MER）≥32dB13峰值平均功率比满足CCDF曲线模板要求，见图414带外杂散邻频道内≤-45dB（相对于带内发射功率），并且≤13mW邻频道外≤-60dB（相对于带内发射功率），并且≤13mW15单频网时延调整范围0s～4s16单频网时延调整步进100ns在上述技术指标中，对于移动多媒体广播业务监测机构，下面几个参数是需要进行监测的。a)工作频道b)接收信号电平（或场强）：c)接收信号频谱：d)带肩：e)MER：f)工作模式g)码流层/节目内容6-12-10-8-6-4-200-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100024681012dB0-10-20-30-40-50-60-70-80-90-100dB图3调制信号频谱模板（Bf=8MHz）表3带内功率定义为0dB时频谱模板中各点相对功率值（Bf=8MHz）相对频率(MHz)相对功率等级(dB)-12-90-8-84-4.2-72-3.8-373.8-374.2-728-8412-907图4CCDF曲线模板三、移动多媒体广播发射机指标的测量和监测3.1工作模式测量一般定义：检查移动多媒体广播发射机的信道编码与调制处理技术是否符合GY/T220.1-2006的规定。影响分析：按照标准规定，应该测量在GY/T220.1-2006所含模式下系统能否正常工作。这个检查的意义在于验证发射机的标准符合性，按照框图的测试要求进行测量，还应该选用市场上主流的移动多媒体广播接收机进行设备兼容性测量，测试发射机与已经认可的不同品牌型号接收机的兼容匹配性。测量框图见图5。被测发射机测量接收机误码分析仪监视器音视频信号PMS信号假负载图5工作模式测量框图8测量步骤如下：a)按图5所示连接测量设备；b)设置被测发射机工作于GY/T220.1-2006规定的工作模式之一；c)PMS输入信号或测试图像信号；d)设置测量接收机的工作频率和模式与被测发射机一致；e)要求在所有的工作模式下，误码分析仪的误码率在1分钟内读数为0；f)采用测试图像序列，监视器显示图像无损伤。g)改变被测发射机工作模式，重复步骤c)～d)，直至遍历GY/T220.1-2006规定的所有工作模式。3.2频率调节步长测量一般定义：输入移动多媒体广播发射机中的码流信号经过信道编码处理后，会调制到指定的中频频率37MHz（或36～44MHz），在与发射机本振频率混频后，形成射频输出信号。控制发射机输出频道主要有本振频率完成，它的精度和最小步进频率就决定了发射机的本振频率调节步长。影响分析：本振频率调节步长实际上有本振精度决定，其精度越高，本振频率调节步长就越小，频率控制能力就越强，越容易实现单频网的射频频率同步。被测发射机频率计发射机本振监测口假负载频谱分析仪图6本振性能测量框图9测量框图见图6。测量步骤如下：a)按图6连接测量设备；b)将被测发射机的本振监测口连接到频率计或频谱分析仪；c)测量并记录本振信号的频率；d)按照最小调节步长调节一次本振信号频率；e)测量并记录本振信号的频率；f)两次测量的本振信号频率之差即为频率调节步长。3.3本振频率的准确度一般定义：发射机的本振频率与标称本振频率的差值。影响分析：本振频率的准确度和稳定度实际上有本振精度和本振频率的波动大小决定，其精度越高，频率控制能力就越强，本振频率的波动范围就会小，稳定度就越高，单频网的射频频率同步就容易实现，同步效果就好。测量框图见图6。测量步骤如下：a)按图6连接测量设备；b)将发射机的本振监测口连接到频率计或者频谱分析仪；c)测量并记录本振信号的频率；d)标称频率与测量频率之差的绝对值即为本振频率的准确度。3.4本振相位噪声一般定义：相位噪声一般是指在系统内各种噪声作用下引起的输出信号相位的随机起伏。偏离载波一定频率f处（f为指定频偏），单边带相位噪声功率10密度（即单边带１Hz带宽内）与载波功率之比。影响分析：本振相位噪声的最终会带入调制信号中每个载波的相位上，影响载波的相位变化，从而影响调制信号，影响MER。测量框图见图6。测量方法一（频谱分析仪带相位噪声测量功能）：a)按图6连接测量设备；b)设置被测发射机工作于GY/T220.1-2006规定的任一工作模式；c)选择相位噪声测量功能，设置频谱分析仪中心频率为标称工作频率，测量带宽设置为2MHz，即可测得本振相位噪声结果。测量方法二（频谱分析仪无相位噪声测量功能）：a)按图6连接测量设备；b)设置被测发射机工作于GY/T220.1-2006规定的任一工作模式；c)设置频谱分析仪中心频率为标称工作频率，根据测量频率点位置不同，适当设置RBW，分别测量1kHz、10kHz和100kHz频率处幅度相对标称工作频率处幅度的差值，记为Ap，并根据式（1）换算得到各频率点相位噪声。Np=Ap-10log(1.2RBW/1Hz)+2.5……………………(1)3.5频谱模板一般定义：频谱模板是指满足一定频谱要求的频谱曲线。影响分析：频谱模板是跟据调制信号特性、产品的工业实现能力、满足实际广播需要的技术要求而指定的。发射机输出频谱满足这个频谱模板要求，可以保证规划的多媒体广播覆盖范围内的接收效果。测量框图见图7。11被测发射机频谱分析仪功率计调制误差率测试仪假负载矢量分析仪PMS信号图7频谱特性测量框图测量步骤如下：a)按图7连接测量设备，用频谱分析仪进行测量；b)设置被测发射机工作于GY/T220.1-2006规定的任一工作模式；c)PMS输入信号不大于工作模式载荷速率的测试码流；d)设置频谱分析仪中心频率为发射机工作频率，RBW设置为4kHz；e)测量并记录输出信号的频谱，判断是否满足图3和表3中频谱模板的要求。3.6射频有效带宽一般定义：频谱模板是指满足一定频谱要求的频谱曲线。影响分析：频谱模板是跟据调制信号特性（滚降系数、载波模式）、符号率等参数、产品的工业实现能力、满足实际带宽需要的信号带宽。测量框图见图7。测量步骤如下：a)如图7所示连接测量系统；b)设置发射机工作于GY/T220.1-2006规定的任一工作模式；c)PMS输入信号不大于工作模式载荷速率的测量码流；12d)设置频谱分析仪中心频率为发射机工作频率，RBW设置为1kHz，VBW设置为1kHz；e)分别读取最高端、最低端子载波频率，射频有效带宽为两者之差。3.7带内频谱不平坦度一般定义：移动多媒体广播发射机输出信号带内频谱各频点平均功率相对于中心频率的幅度变化量。影响分析：理想的移动多媒体广播发射带内频谱应该是平坦的，发射机功放的非