信号与传输 (1)

1、数字电视的主要测量技术指标我们要准确把握数字电视传输网络质量的好坏，应该分三步。第一步：对平均功率，MER,BER这三个指标进行测量。MER、BER测量门限（实际经验总结）前端MERProFECBERPostFECBER64QAM优良38dBuv1.00E-91.00E-9正常值36dBuv1.00E-81.00E-9临界值34dBuv1.00E-71.00E-8光节点MERProFECBERPostFECBER64QAM优良36dBuv1.00E-91.00E-9正常值34dBuv1.00E-81.00E-9临界值32dBuv1.00E-71.00E-8放大器MERProFECBERPostFECBER64QAM优良35dBuv1.00E-91.00E-9正常值33dBuv1.00E-81.00E-9临界值28dBuv1.00E-71.00E-8分支器MERProFECBERPostFECBER64QAM优良32dBuv1.00E-81.00E-9正常值28dBuv1.00E-71.00E-9临界值24dBuv1.00E-61.00E-8机顶盒MERProFECBERPostFECBER64QAM优良32dBuv1.00E-81.00E-9正常值28dBuv1.00E-71.00E-8临界值24dBuv1.00E-61.00E-7第二步：当这些指标恶化的时候，应该对其它指标进行详细的测量，判断造成网络质量恶化的原因。因为MER的恶化是最主要的因素，它将直接导致BER的下降并最终影响用户接收机的接收效果。所以因主要测试调制质量参数，找出问题原因。调制质量参数主要有：调制误差率、载波抑制、幅度不平衡、正交误差、相位抖动，RS解码前误码率等。其中调制误差率反映了调制的总体质量；载波抑制、幅度不平衡等反映调制中可能引起误差的主要原因；RS解码前误码率则反映了整个信道的可靠性的性能。对数字调制的直接测量是找到信号失真源头的有用工具。调制质量的估价是放在数字解调之后，自适应均衡器附近.第三步：利用星座图进行逐级排查。当然我们一般的测试工作只需要做第一步就可以，当网络有问题的时候做第二，三步；而且绝大多数时候我们第二，三步是同时进行的。建议即使网络正常也因该定时在网络前端执行第二，三步操作便于防范问题于未然。1.1平均功率1.1.1数字信号电平和模拟信号电平的区别因为模拟电视图像内容是通过幅度调制来传送的，图像的内容是随时变化的，所以模拟电视的信道的功率取决于图像内容，根据图像的内容的不同，信道功率不断的变化。由于模拟电视行/场同步脉冲电平相对稳定，故我们把测量峰值电平作为判别模拟电视信号强弱的测量标准。所有的数字调制信号都有类似噪声的特性，信号在调制到射频载波之前被进行了随机化处理，所以当发送一个数字信号时，无论它是否传送数据，在频域中观察一般都是相同的。而且在频域中观察这样的信号通常也说明不了有关的调制方式，例如是QPSK，16QAM，还是64QAM，它只能说明信号的幅度、频率、平坦度、频谱再生等等。噪声信号的最大响应与噪声信号的功率没有关系。因为数字信号也是以噪声的形式出现，但它更像是随机加入到分析仪检测仪中的一组组脉冲，所以采用平均值作为功率系数更有价值。因为数字电视信号的信道功率相对稳定，不随内容而随机变化，所以数字电视用信道平均功率来表示本频道的功率。数字电视信号的平均功率电平也称作信道功率，这与模拟电视电平是完全不同的概念。数字信号的功率不能用峰值功率测量来完成，因为信道功率是和带宽有关的，带宽越宽，信道的平均功率越高。数字信号载波功率是正确接收的关键性因素之一，适当提高数字信号载波电平就可较大地提高抗干扰的能力。1.1.2数字信号电平的测量方法当用DVB-C描述QAM信号和用DVB-S描述QPSK信号时，都称调制的RF/IF信号为“载波”（C），主要是把它与来自用作有关基带解调“信号”（S）相区别。严格的说把数字信号描述为“载波”是不正确的，因为QPSK，QAM调制是抑制载波的调制机制。然而，工程师们继续使用“载波”作为该参数的称呼，特别是谈论“载”噪比时。其实载波说成像要信息功率更为恰当，确切的说应为RF/IF功率，是调制RF/IF信号的总功率。1.1.3数字调制信号的测量方法不同于模拟信号的原因（1）在数字调制信号中不出现载波（使用QPSK调制的DVB-S和使用QAM调制的DVB-C系统），或是有上千个载波（使用OFDM调制的DVB-T系统），所以不能测量载波。（2）带内的调制信号有平坦的频谱，非常类似于噪声。如果从频谱以上观察，则数字调制信号的频谱像噪声一样充满整个频道。（3）影响接收信号质量的参数与解码和误码校正前由通道（噪声，幅度和相位不等，回波等）引入的比特和字误差有关。（4）数字信号本身具有峭壁效应，不同于模拟信号。信号电平定义为在有效带宽内所选射频和中频信号的均方根值（RMS）功率。它是用热功率传感器或频谱仪在前端输出口和系统输出口进行测量所得。用热功率探头测量时必须没有任何其它信号（包括噪声）。在多信号系统中，也就是CATV网络，但频道的RF/IF功率需要进行频率选择，因此必须使用在热功率表前增加了频道滤波器并具有频带功率测量功能的频谱分析仪或测量接收机进行测量。数字传输的峰值功率比平均功率高6-10dB，在有线同轴网络中为了防止放大器的压缩和互调干扰产物，要求通过调节峰值功率来降低平均传输功率，数字调制信号电平可比模拟调制信号电平低10dB左右。图1-1数字电视信号的频谱形状图1-2通道功率测量的画面1.2调制误差率（MER）MER（ModulationErrorRatio）其中，I和Q是理想的QAM接收机相位图中的数据点，δI和δQ是由损伤引起的接收的数据点和理想的QAM相位图的点的误差，N是在数据抽样中捕获的点数。上式中的N是数据抽样的大小，他一般比相位图中的点数多，为了能捕获到具有代表性的抽样。换句话说，它是测量由任何损伤合法设计与理想的相位图点的位置相比的道德不理想导致的相位图族的变化。MER变化缓慢，随着干扰的增大，当出现误码率时，MER变化很快。在测量时，矢量分析仪首先对被测量数字调制信号进行接收和采样，调整信号经解调后于基准矢量信号进行比较。被测矢量信号与基准矢量信号之间的差矢量信号被称为误差矢量信号，有误差矢量信号中既包含幅度误差信息，也包含相位误差信息。在干扰小的时候MER可以被认为是信噪比测量的一种形式，它将精确表明接收机对信号的解调能力，因为它不仅包括高斯噪声，而且包括接收星座图上所有其它不可校正的损伤。如果信号中出现的有效损伤仅仅是高斯噪声，那么MER等于S/N。1-1MER的原理示意图图MER的经验门限值对于64QAM为23.5dB，对于256QAM为28.5dB，低于此值，星座图将无法锁定。另外对不同的部分MER的指标也存有一些经验值：在前端38dB，分前端36dB，光节点34dB，用户26dB。1.1.2.误差矢量幅度（EVM）和MER相关的参数是误差矢量幅度（EVM），它的定义为Smax是M相QAM相位图最远状态的矢量的幅度。其中δI和δQ是由损伤引起的接收的数据点和理想的QAM相位图的点的误差，N是在数据抽样中捕获的点数。EVM是在IQ(同相与正交)星座图上检测到的载波与其理论上的准确位置之间的距离，是“误差信号矢量”与“最大信号幅度”之比，表达为RMS百分比值。在干扰小的时候EVM变化很快，当接近数字信号即将崩溃的悬崖时，变化缓慢。EVM的定义和测量原理与MER非常相似，也是采用误差矢量的幅度来描述调制失真，只是在测量参数的定义上略有区别。MER和EVM的区别在于评价的基准不同。MER以基准矢量幅度的有效值为基准，而EVM则以基准矢量幅度的峰值为基准。1-2EVM的原理示意图图1.1.3.比特误码率定义：BER（比特误码率）是发生误码的位数与传输的总位数之比BER被叙述为大量传送码的错误码比率10的几次方来表示，例如测量得3E-7表示在一千万次传送码有3次被误解，此比率是采用少数的实际传送码来实际分析并统计而推估的值，越低的BER代表越好的效能表现。BER(Pre-FEC)：纠错前误码率：FEC纠错算法可以检测出错误比特的数量，同时还可以纠正其中的一部分错误，纠错前的误码率就是实际发生错误的比特数量和总的传送比特数量的比值。BER(Post-FEC)：纠错后误码率：FEC纠错算法在检测出有多少错误比特后，根据自身的纠错能力，纠正错误比特当中的一部分或者全部的错误，用还没有被纠正的错误比特数量与总的传送比特数量进行比较就是纠错后的误码率。当信号质量很好的情况下，纠错前与纠错后的误码率数值是相同的，但有一定干扰存在的情况下，纠错前和纠错后的误码率是不同的，纠错后的误码率要更好。典型的目标值为1E-09，准无误码BER为2E-04；临界BER为1E-03；BER大于1E-03将丧失服务。尽管较差的BER表示信号品质较差，但BER不只是测量纯粹QAM信号本身的情况，因为BER测量侦测并统计每个被误解的码，他是一个灵敏的指标可指出问题是由瞬间的或突然发生的噪声干扰。测试的误码率的结果表示的意义科学计数法1.00E+001/1一个1.00E-011/10在十个里面一个1.00E-021/100在一百个里面一个1.00E-031/1000在一千个里面一个1.00E-041/10000在一万个里面一个1.00E-051/100000在十万个里面一个1.00E-061/1000000在一百万里面一个1.00E-071/10000000在一千万里面一个1.00E-081/100000000在一亿里面一个1.00E-091/1000000000在十亿里面一个1.1.4.MER与BER之间的关系数字电视和模拟电视图像方面很大的不同不仅仅是图像的清晰度更高，还有其他不同的特性，当模拟电视和数字电视同时受到噪声信号干扰的时候，随着噪声和干扰信号的增加，模拟电视的图像会渐渐恶化，由开始的清晰逐渐变为有雪花，最后雪花越来越多，最后无法观看，有一个渐变的过程，但是数字电视信号不同，数字电视信号有一定的抗干扰性，小的干扰可能不会引起数字信号出现差错，干扰逐渐增大，数字信号出现误码，但是由于有FEC纠错编码机制，对少量的错误可以全部进行纠正，当出差错的数据超过一定的数量，超过了纠错编码的错误纠正能力，信号出现错误，图像便出现了马赛克，甚至马上不能观看图像。这些变化都是在一个门限处发生的，速度很快。这种特性称为数字信号的悬崖效应。示意图如下所示。13模拟和数字电视信号对增加的损伤的不同响应图在明白MER和BER之间变化的相互关系之后，我们就可以理解上述现象的发生原理。MER可为接收机对传输信号进行正确解码的能力提供一个早期指示。根据前面MER的定义可知，MER将接收符号(代表调制图案中的一个数字值)的实际位置与其理想位置进行比较。当信号质量降低时，接收符号距离理想位置更远，MER测量值将会减小。随着噪声和干扰的增大，MER逐渐降低，而BER仍然保持不变。但是当干扰增加到一定程度，MER继续下降，BER开始增加。1-4干扰信号对MER和BER变化的影响图上图是MER和BER之间相互关系的一个简单说明。实际在一个星座图中是不会同时出现这几种情况的，这里时间四种不同的情况综合在一起进行互相对比说明。第一象限红色的点是MER的最佳状态，所有点几乎都集中在理想位置；第二象限绿色的点受到一些噪声干扰，干扰比较小，所以基本都环绕在理想中心位置周围，属于比较好的MER；第三象限的蓝色点受到的干扰比较大，各个点无规则的散落在方框内，这时MER的指标比较差；第四个象限受到和很大的干扰，各个点不仅散落在本方框内，而且还有两个点已经离开第四象限的范围，到了第一和第三象限。在第一、二、三象限中的信号有一个共同点，所有的点都落在了自己所在象限的方框内，根据数字电视信号的判决规则，只要在方框内就不会出现误码；只有第四象限的点到了别的方框，这些点一旦进入其它星座点的范围就被判决为该星座点，这