當(dāng)信號(hào)在傳輸通道中出現(xiàn)噪聲、失真和受到干擾時(shí)，現(xiàn)代數(shù)字有線系統(tǒng)、衛(wèi)星或地面系統(tǒng)的表現(xiàn)特性完全不同于傳統(tǒng)的模擬電視?，F(xiàn)在的電視收看用戶已經(jīng)習(xí)慣于模擬電視的接收方式，如果接收的圖象質(zhì)量較差，通常是調(diào)整一下室外天線，這樣接收的圖象就可能要好一些。即便是圖象質(zhì)量仍然很差，但如果節(jié)目的內(nèi)容足夠吸引人，那么，只要還有聲音，觀眾仍會(huì)繼續(xù)收看。

DTV可不這樣簡(jiǎn)單。一旦接收的信號(hào)中斷，要恢復(fù)信號(hào)的通路并非總是奏效。產(chǎn)生的原因可能是MPEG SI或PSIP表中出現(xiàn)錯(cuò)誤，或者僅僅是由于RF 功率在數(shù)字工作門限電平以下或在“崩潰”（cliff）點(diǎn)電平以下。而RF 中的問題又可能由以下原因所引起：衛(wèi)星碟形天線或低噪聲變頻器小盒(LNB)中的故障；地面RF 信號(hào)的反射；信道噪聲性能太差；信號(hào)傳輸通道中的干擾；有線放大器或調(diào)制器損壞等。

為了解決DTV信號(hào)的接收問題，可以有兩種解決方法。一種解決方案是使機(jī)頂盒接收機(jī)對(duì)劣化的信號(hào)不再敏感，但對(duì)工作人員來(lái)說(shuō)更好的解決方案是始終保持清晰、高質(zhì)量的RF 信號(hào)。

為此，泰克公司提出了關(guān)鍵RF 測(cè)量的解決方案，在這種解決方案中，集MPEG實(shí)時(shí)監(jiān)視與記錄功能于一體，這就是MTM400監(jiān)視器。從經(jīng)濟(jì)上考慮，可以將MTM400配置在傳輸鏈路中的各監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，從下行鏈路和編碼處理，通過復(fù)用和再?gòu)?fù)用，直至經(jīng)由上行鏈路、前端和發(fā)射機(jī)站點(diǎn)的最終傳送。

用MTM400來(lái)進(jìn)行這項(xiàng)工作，工作人員只需投資其它專用RF測(cè)試設(shè)備費(fèi)用的若干分之一，即可完成關(guān)鍵的RF測(cè)量。通過基于Web 的遙控設(shè)置，可在整個(gè)傳輸鏈路中的相應(yīng)信號(hào)層面上進(jìn)行正確的RF 測(cè)量，這樣的測(cè)量既經(jīng)濟(jì)、又高效。

關(guān)鍵RF測(cè)量參數(shù)

BER或誤碼率

誤碼率是錯(cuò)誤比特與全部傳送比特之比。在早期的DTV監(jiān)視接收機(jī)中，誤碼率作為數(shù)字信號(hào)質(zhì)量的唯一測(cè)量值。誤碼率的測(cè)量簡(jiǎn)單易行，因?yàn)樗ǔ？捎烧{(diào)諧解碼器芯片組提供且容易進(jìn)行測(cè)量。不過，調(diào)諧器的輸出BER 通常是在前向誤碼校正(FEC)之后，最好是在FEC(“前維特比”)之前來(lái)測(cè)量BER。這樣，通過測(cè)量BER可以反映出FEC的校正能力。在維特比去交織之后，采用里德－索羅門(Reed-Solomon，R-S)解碼可以校正錯(cuò)誤比特以在輸出端獲取準(zhǔn)無(wú)誤碼(quasi error-free)信號(hào)。

如果傳輸系統(tǒng)的工作狀況遠(yuǎn)離信號(hào)崩潰點(diǎn)，這種運(yùn)行狀態(tài)是合適的。這時(shí)，只有很少的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤發(fā)生，前維特比(pre-Viterbi)誤碼率接近為零。如果傳輸系統(tǒng)工作在崩潰點(diǎn)邊緣附近，則前維特比BER 就會(huì)逐漸增加，后維特比(post-Viterbi)BER的變化就比較徒峭，后FEC(在RS之后)就非常徒峭。

因此，F(xiàn)EC能夠?qū)Ρ罎Ⅻc(diǎn)的徒峭程度產(chǎn)生影響。這樣，非常靈敏的誤碼率測(cè)量的確會(huì)產(chǎn)生告警信號(hào)，但對(duì)于要采取的校正而言，通常又顯得太遲。

對(duì)于被傳送信號(hào)質(zhì)量的定量測(cè)試和運(yùn)行記錄而言，顯示BER仍然是有用的。BER通常用來(lái)記錄長(zhǎng)時(shí)間的系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)。最好是用來(lái)識(shí)別周期性損傷、瞬態(tài)損傷。

BER 的測(cè)量值常常用工程記數(shù)法來(lái)表示，并標(biāo)明為瞬時(shí)碼率和平均碼率。

典型的目標(biāo)誤碼率為：1E-09，準(zhǔn)無(wú)差錯(cuò)的誤碼率為2E-04；臨界誤碼率為1E-03；當(dāng)誤碼率大于1E-03 時(shí)則處于傳輸服務(wù)允許值之外。

如何改善BER－通過MER

TR101 290標(biāo)準(zhǔn)是用來(lái)描述DVB系統(tǒng)的測(cè)量準(zhǔn)則。在標(biāo)準(zhǔn)中，調(diào)制誤差比(MER)指的是被接收信號(hào)的單個(gè)“品質(zhì)因數(shù)”(figure of merit)。MER往往作為接收機(jī)對(duì)傳送信號(hào)能夠正確解碼的早期指示。事實(shí)上，MER 是用來(lái)比較接收符號(hào)(用來(lái)代表調(diào)制過程中的一個(gè)數(shù)字值)的實(shí)際位置與其理想位置的差值。當(dāng)信號(hào)逐漸變差時(shí)，被接收符號(hào)的實(shí)際位置離其理想位置愈來(lái)愈遠(yuǎn)，這時(shí)測(cè)得的MER 數(shù)值也會(huì)漸漸減小。一直到最后，該符號(hào)不能被正確解碼，誤碼率上升，這時(shí)就處于門限狀態(tài)即崩潰點(diǎn)。

圖1. 64-QAM 接收機(jī)的MER 測(cè)量曲線

圖1 是將MER 接收機(jī)與一測(cè)試調(diào)制器相連接時(shí)所測(cè)得的曲線。連接妥當(dāng)后，逐漸引入噪聲，同時(shí)記錄MER 和前維特比BER 的數(shù)值。在沒有引入噪聲時(shí)，MER 的起始值為35dB，而BER 接近為零。隨著噪聲的增加，MER 值逐漸降低，而BER卻保持恒定。當(dāng)MER降低至26dB附近時(shí)，BER 才開始攀升，說(shuō)明崩潰點(diǎn)就在此值附近。因此，MER可用來(lái)指示系統(tǒng)在崩潰點(diǎn)之前的早期劣化漸變過程。

MER 的重要性

泰克公司設(shè)備能夠測(cè)量非常高的極限MER值（在QAM系統(tǒng)中，極限MER的典型值為39dB），因此，如果下游MER的縮減因子（安全余量）是已知的，或者可在用戶點(diǎn)（或其附近）測(cè)出MER 的安全余量，那么，位于前端調(diào)制器處的監(jiān)視設(shè)備通過測(cè)量MER即可提供信號(hào)劣化的早期指示。當(dāng)MER 下降至24dB（64-QAM）或30dB（256-QAM）時(shí)，通用機(jī)頂盒就不能正確解調(diào)。至于其它的一般測(cè)量設(shè)備，只能給出較低的極限MER 測(cè)量值，因此也就不能用于信號(hào)劣化的早期告警。

對(duì)于數(shù)字有線（QAM）前端，典型的MER值為35dB至37dB。而在模擬有線系統(tǒng)中，典型的MER 值為45dB。模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)的MER差值為10dB，在數(shù)字分配系統(tǒng)中，MER值在35dB 左右。

EVM(誤差矢量幅度)

EVM的測(cè)量與MER有些相似，但表示方法有所不同。EVM是誤差矢量的RMS幅度與最大符號(hào)幅度之比，并以百分比來(lái)表示。信號(hào)損傷增加時(shí)，EVM 增加；信號(hào)損傷降低時(shí)，EVM 減小。

圖2. 通過測(cè)量MER 和EVM，能在BER 迅速攀升和接收信號(hào)中斷之前預(yù)測(cè)出系統(tǒng)的安全余量。

MER和EVM 可以相互導(dǎo)出。EVM 是IQ（同相軸和正交軸）星座圖中被檢測(cè)載波與理論上的理想著陸點(diǎn)（landingpoint，參見圖3）之間的距離，即為“誤差信號(hào)矢量”與“最大信號(hào)幅度”的比值，并用RMS 百分比數(shù)值來(lái)表示。EVM 是按照TR 101 290 的附件部分作出的定義。泰克公司的MTM400，既可以測(cè)量MER，也可以測(cè)量EVM。

圖3. 誤差矢量。

圖4. QAM 調(diào)制器。

傳輸系統(tǒng)的調(diào)制方式

在衛(wèi)星、有線和地面數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)的調(diào)制方式通常為正交調(diào)制，用已調(diào)制信號(hào)波形的相位和幅度來(lái)代表數(shù)據(jù)符號(hào)。在數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)中，最常用的調(diào)制方式是正交幅度調(diào)制（QAM）。

例如，在廣泛使用的地面數(shù)字調(diào)制方式中，COFDM 采用的是16-QAM 或64-QAM 調(diào)制方式，8VSB 使用的是8 列系統(tǒng)。在衛(wèi)星數(shù)字系統(tǒng)中，所采用的數(shù)字調(diào)制方式是四相或正交相移鍵控（QPSK），它等效于4-QAM。QPSK 是一種非?？煽康恼{(diào)制方式，它已經(jīng)使用很多年了。QPSK 也常用于分配饋送系統(tǒng)中，它可以有效地利用可用帶寬，但需要較高的載噪比。

有線傳輸系統(tǒng)也是以QAM為基礎(chǔ)，有著更多的調(diào)制方式，現(xiàn)在仍在開發(fā)之中。在有線系統(tǒng)中，增加了調(diào)制狀態(tài)數(shù)（16-QAM、64-QAM、256-QAM 和1024-QAM），改善了頻譜利用率。這樣，在給定的帶寬內(nèi)，可以容納更多的電視頻道。

在美國(guó)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，采用64-QAM 每秒可以傳送27Mb的數(shù)據(jù)，這相當(dāng)于在6MHz的帶寬內(nèi)可以傳送6至10個(gè)SD 電視頻道或1 個(gè)HD 電視頻道。而256-QAM 的數(shù)據(jù)率為38.8Mbps，它等效于在6MHz 帶寬內(nèi)傳送11 至20 個(gè)SD電視頻道或兩個(gè)HD電視頻道。采用新的壓縮技術(shù)，通過256-QAM調(diào)制方式可進(jìn)一步增加到三個(gè)HD頻道。在歐洲的數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，使用256-QAM調(diào)制方式，8MHz 帶寬內(nèi)的數(shù)據(jù)率可達(dá)56 Mbps。

在ITU.J83 規(guī)范中，規(guī)定了三種區(qū)域性的QAM 有線標(biāo)準(zhǔn)，它們是：
·附錄A －歐洲
·附錄B －北美
·附錄C －亞洲

在MTM400 中，備有RF 接口選項(xiàng)，可以測(cè)量上述的全部QAM調(diào)制標(biāo)準(zhǔn)，還可測(cè)量衛(wèi)星數(shù)字傳輸應(yīng)用中的QPSK調(diào)制方式。

圖5. 數(shù)字傳輸系統(tǒng)中的調(diào)制方式

星座顯示

數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)的星座顯示圖形相當(dāng)于矢量?jī)x中的矢量顯示，可用來(lái)表示QAM信號(hào)中的同相(I)分量和正交分量(Q)。符號(hào)是給定調(diào)制系統(tǒng)中傳輸信息的最小部分，一個(gè)符號(hào)在星座圖中可描繪為一單個(gè)點(diǎn)。這些符號(hào)比特是通過復(fù)雜的代碼轉(zhuǎn)換過程由原始的MPEG-2傳輸流中導(dǎo)出的。這一轉(zhuǎn)換過程包括了里德－索羅門編碼、交織、隨機(jī)化處理，北美地區(qū)的QAM和格形編碼或QPSK系統(tǒng)中的卷積(維特比)編碼。人們希望能對(duì)系統(tǒng)的傳輸提供防護(hù)并能糾正比特錯(cuò)誤，抵御脈沖噪聲，將傳輸能量平均地分布于整個(gè)頻譜。解碼器端所采取的處理方式與上述過程相反，應(yīng)能恢復(fù)基本上無(wú)差錯(cuò)的比特流。由于采取了誤碼校正，僅對(duì)傳輸流進(jìn)行檢查并不能提供傳輸通道或調(diào)制器和處理放大器包含有錯(cuò)誤的任何指示，使得系統(tǒng)靠近“數(shù)字崩潰點(diǎn)”。

一旦MPEG 碼流中的傳送錯(cuò)誤標(biāo)志(TEF) 作出報(bào)告，這時(shí)再采取校正措施常常是太遲了。

星座圖

可以把星座圖認(rèn)為是一種數(shù)字信號(hào)“2 維眼圖”的陣列，在星座圖中標(biāo)出了符號(hào)的著陸點(diǎn)，并給出了著陸的允許范圍和判決邊界。符號(hào)著陸點(diǎn)愈是靠近而聚集在接收符號(hào)的“云層”中，那么信號(hào)質(zhì)量就愈佳。由于星座圖映射為屏幕上信號(hào)的幅度和相位，因此可以利用該陣列的形狀來(lái)判斷和確定傳輸系統(tǒng)或傳輸通道中故障和失真的嚴(yán)重程度，有助于阻止傳輸質(zhì)量的下降。

圖6. 星座圖顯示

利用上述星座圖，可以判斷下述調(diào)制問題：
·幅度不平衡
·正交錯(cuò)誤
·相干干擾
·相位噪聲，幅度噪聲
·相位錯(cuò)誤
·調(diào)制誤差比

星座圖的遙控顯示

在MTM400 中，采用了特有的網(wǎng)絡(luò)瀏覽器（Web-browser）技術(shù)，可通過因特網(wǎng)或?qū)Ｓ镁W(wǎng)絡(luò)在各個(gè)不同地點(diǎn)甚至不同國(guó)家觀察到無(wú)人監(jiān)測(cè)點(diǎn)處的星座圖顯示?？梢哉{(diào)整用戶界面的余輝特性，使得先前接收的載波顯示點(diǎn)逐漸減弱，就象傳統(tǒng)的顯示儀器一樣。

說(shuō)明：以下的MTM400 屏幕快照是按照儀器的測(cè)試設(shè)置顯示的，這樣在所有情況下的MER 和EVM 都是相似的。僅星座圖形不同。

正交誤差

傳輸系統(tǒng)中的正交誤差使得符號(hào)著陸點(diǎn)靠近邊界容限，因而降低了噪聲余量。當(dāng)I信號(hào)和Q信號(hào)彼此間的相位差不是準(zhǔn)確的90 度時(shí)就會(huì)出現(xiàn)這種情形。正交誤差使星座圖失去了“方形”結(jié)構(gòu)而呈現(xiàn)為平行四邊形或呈菱形。

圖7. 星座圖中同相軸和正交軸間的正交誤差使得圖形不是方形而呈菱形

圖8. MTM400 中的屏幕俘獲顯示，說(shuō)明IQ 間有5 度的正交相位差。

圖9. 信號(hào)的同相分量和正交分量間的增益差使得星座圖不為方形而為矩形。

圖10. MTM400 顯示出IQ 間的幅度不平衡為10%。

噪聲誤差

噪聲是任何信號(hào)中最常見的也是無(wú)法避免的信號(hào)損傷，QAM 信號(hào)也不例外。噪聲損傷的常見形式是加性高斯（白）噪聲（AWGN）。由于白噪聲（按頻率分布，噪聲功率為平坦密度函數(shù)）和高斯噪聲（數(shù)學(xué)上稱為正態(tài)幅度密度）的存在，使得所接收的符號(hào)在星座圖中呈簇狀分散在理想位置附近。

圖11. 噪聲誤差（QAM-64有線系統(tǒng)）

圖12. 噪聲誤差(來(lái)自衛(wèi)星的QPSK信號(hào))

增益壓縮

MTM400 可給出各種生動(dòng)的實(shí)際信號(hào)顯示，從中您可以觀察到增益壓縮現(xiàn)象，它在I 和Q坐標(biāo)顯示圖形的邊角處呈圓弧形，不過這種顯示只在調(diào)制器或光纖傳輸系統(tǒng)中才觀察得到，因?yàn)樗鼈兊男盘?hào)驅(qū)動(dòng)可達(dá)到其容限。這種現(xiàn)象發(fā)生在高幅度電平下，表現(xiàn)為非線性失真。其圖形看起來(lái)象“球形”或呈“魚眼透鏡”(fish-eye lens)狀。

圖13. MTM400 的增益壓縮顯示。

圖14. MTM400 的顯示圖形，該信號(hào)具有明顯的增益壓縮誤差。

相干干擾

相干干擾是一種與IQ信號(hào)相鎖定的通道干擾或諧波分量。相干干擾的存在使得顯示陣列呈環(huán)狀或呈“圓環(huán)圖”。

圖15. 相干干擾

相位噪聲(I和Q信號(hào)中的抖動(dòng))

信號(hào)傳輸鏈路的載波信號(hào)或本機(jī)振蕩器中存在著相位噪聲或相位抖動(dòng)，它疊加在所接收的信號(hào)上。在MTM400的顯示圖形中，載波符號(hào)呈現(xiàn)為同心圓弧狀。

圖16. 相位噪聲(I 和Q 信號(hào)中的抖動(dòng))

載波抑制

圖17. 同相軸上的一種“直流偏置”效應(yīng)，載波抑制為10%。在MTM400 的顯示中，符號(hào)位置向右偏移。

可接收信號(hào)

在現(xiàn)代全數(shù)字調(diào)制器中，一般情況下的IQ 增益和相位誤差是可以忽略的。這樣的誤差并非校準(zhǔn)不當(dāng)而是設(shè)備故障。另一方面，信號(hào)的壓縮可能出現(xiàn)在調(diào)制器中，或上變頻器中和傳輸網(wǎng)絡(luò)中。

圖18 為MTM400 中的正常信號(hào)顯示。

圖18. 工作正常的256-QAM 有線系統(tǒng)。

結(jié)束語(yǔ)

最好的解決方案是遠(yuǎn)在系統(tǒng)停止播送節(jié)目之前，盡早地對(duì)系統(tǒng)中的問題作出預(yù)測(cè)并及時(shí)予以修復(fù)。

無(wú)論是有線傳輸系統(tǒng)還是衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)，通過MER 的測(cè)量，均能夠及時(shí)地發(fā)現(xiàn)發(fā)射機(jī)中和系統(tǒng)性能的微小變化，因此它是能夠反映系統(tǒng)狀況的一項(xiàng)最好的品質(zhì)因數(shù)。EVM和更傳統(tǒng)的BER 測(cè)量可用于跨接設(shè)備間的質(zhì)量檢驗(yàn)，它們有助于判斷短期的信號(hào)劣化。

通過星座顯示，可提供RF傳輸系統(tǒng)的“健康檢查”，這是一項(xiàng)可靠的檢查，它能發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)的畸變、失真或設(shè)備的偏差。

總之，將上述關(guān)鍵的RF 測(cè)量與綜合性的MPEG 傳輸流監(jiān)視相結(jié)合，同時(shí)再提供各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的告警設(shè)置，就能在早期階段檢測(cè)到系統(tǒng)中的各種問題，而不會(huì)給觀眾的收看帶來(lái)影響。