基于DVB-C的QAM調制器的選擇探討

胡曉東

（湖北荊州視信網絡公司，湖北 荊州 434000）

中國有線數字電視信號采用歐洲的DVB－C標準。要使傳輸流（TS）在有線網絡中高效可靠地傳輸，必須將其進行信道編碼、多進制調制和頻率轉換（上變頻）。執行這一功能的設備在工程上稱為QAM調制器。由于它是連接基帶信號與傳輸網絡的紐帶，因此對其進行合理的選擇意義重大[1－2]。

1 商用QAM調制器的一般結構

如圖1所示，輸入接口將輸入的各種信號（如TS流的ASI、通信的DS3和E3等）進行預處理，使輸入數據流歸一化。然后進行信道編碼，以提高傳輸的可靠性，再進行QAM的調制，輸出36 MHz中頻信號，最后上變頻到指定RF頻率。上述功能都由微處理器進行控制，并實現參數設置和狀態監控。

2 QAM調制器指標的選擇

2.1 輸出能量指標

在模擬調制器中，輸出能量大小是以圖像載波電平來衡量，而QAM調制器的能量以信道（8 MHz帶寬）的平均功率電平來衡量，因此相同電平值的能量理論上要高10lg（8 M/230 k）。

假定模擬電平表的測量帶寬為230 kHz，在單臺調制器標稱輸出電平的選擇上，盡管廣電總局GY/T198—2003《有線數字電視廣播QAM調制器技術要求》規定的入網調制器輸出電平的下限為－8 dBm（100 dBμV），但考慮到單臺調制器在特定傳輸場合（如專線光載波直播）應用時輸出高電平，以求最佳光載波調制的實際情況，建議有經濟能力的地市級廣電運營商選用最大輸出電平達到120 dBμV的設備；對于工程中模數混傳的QAM調制器輸出電平的選擇，筆者建議根據網絡的實際情況選比模擬調制器低5～10 dB為宜。

2.2 輸出質量指標

由于QAM調制器的特殊性，其信號的一切損傷均可用調制誤差比（MER）來量度。根據GY/T198—2003的要求，MER≥32 dB（64QAM）即可。但限于現階段有線電視網絡質量不變的實際情況，筆者建議有條件的地市級廣電運營商選用MER≥36 dB的設備。

2.3 PCR抖動指標

因QAM調制器內部涉及到TS流的處理，所以今引入PCR抖動。需在調制器內進行PCR校正，校正后的PCR抖動應在一定范圍內，超過此范圍機頂盒解碼時圖像會出現馬賽克、停頓或黑屏現象。考慮到傳輸不引入新的PCR抖動，故一般均在500 ns以內為宜（GY/T198—2003要求）。

2.4 QAM模式和符號率的選擇

QAM調制是以符號位單位進行傳輸的，在理想坐標圖上以矢量點表示，有M個點就表示M個符號（對應調制后的M種載波狀態）。按照DVB－C標準，M可為16，32，64，128，256（2m，m=4，5，6，7，8）。本文將不同M的調制方式定義為MQAM模式。每個符號的比特數為lb M，因此不同QAM模式的符號率與比特率（工程上常用碼率表示）的關系是不同的，其關系式為

一般地，一個頻道傳輸6套碼率在5 Mbit/s以上的標準節目，可滿足現今及將來數年內用戶的需求。綜合考慮EPG、EMM及動態較高（節目）碼率，QAM調制器輸入的最大有效碼率定為38 Mbit/s。

根據式（1），QAM模式（M值）大，則符號率小。QAM模式一定，則符號率的選擇是唯一的。

理論上小值的QAM模式（如16QAM、32QAM）網絡適應能力強但資源利用率低（每頻道傳輸的節目數少），大值的QAM模式（128QAM、256QAM）網絡適應能力差但頻率利用率低。綜合國內網絡的實際情況考慮可采用64QAM。根據式（1），可得符號率為6.875 Mbaud。故國內一般有線數字電視運營商對QAM模式及符號率的選擇為：64QAM，6.875 Mbaud。

但筆者以為，此選擇在其他特定場合及區域仍可靈活運用。考慮到國標GY/T198—2003給出的QAM調制器的輸出符號率范圍（3.6～6.952 Mbaud）、裕量、誤差及選擇的寧大勿小原則（實驗室應用環境例外），筆者建議在各種場合一律將符號率取為6.875 Mbaud。另一方面，大M值（QAM）模式的QAM調制器的最大有效碼率越大，對應頻道傳送的節目就越多。因此筆者建議將大中型企業有線電視臺的QAM模式取為256QAM，因為企業自辦臺容易管理，私接亂掛現象少得多，故網絡質量理論上要好些。當采用256QAM模式時，根據式（1），最大有效碼率約為51 Mbit/s。

每個頻道可傳標清節目套數為51÷5≈10，取為9套。相當于可節省1/3的調制器。目前QAM調制器的價格不菲，如SA公司的零售價就約為3萬/臺。

3 QAM調制器功能的選擇

QAM調制器功能是伴隨著數字電視的發展和運營商的需求而產生的，沒有明確的標準要求。筆者總結如下3項，供參考選擇。

1）TS包及SI表的過濾及映射。在典型（地級）市、縣數字電視網建設中，市前端實現對下轄各縣前端（本文定義為分前端）實行防止終端（機頂盒）漫游（工程上稱為區域鎖定策略）的辦法即利用了QAM調制器的TS包過濾功能。具體是在前端發送多個含有不同區域標識的不同PID的TS包，各分前端通過本地QAM調制器將不屬于自己區域的所有TS包濾掉；在大型有線網不同SI表（業務信息表）的分配應用中（以NIT表/網絡信息表的應用最多，本文介紹該表的分配應用），要利用QAM調制器SI表的過濾及映射功能。辦法是前端發送多個不同的PID（包的標識符）的NIT表，每個NIT表設置不同的信道（頻點的組合），且分配給指定的分前端。各分前端接收后，將不屬于本地區域的所有NIT表過濾掉（過濾其PID即可），再將自己區域的NIT表的PID修改為DVB－C標準的0x0010。

2）再復用。利用該功能，可以實現本地EPG、本地節目的輸入和對PSI表的編輯處理功能。因此該功能在大型網絡不同運營實體的應用中較有實用價值。筆者建議由運營商加以選用。

3）網管監控。鑒于數字電視處理設備調試比較麻煩，故筆者建議選購QAM調制器時應選擇帶網管監控接口功能的。這些不僅可方便地通過網管PC機實現對QAM調制器參數的配置、修改和查詢，而且能對設備的運行狀態進行智能化監控和異常報警。

4 QAM調制器的可靠性選擇

QAM調制器位于數字電視前端系統的末端，一臺設備出故障可能導致數套節目無信號。因此其可靠性是重要考查指標。如果一臺QAM調制器的平均無故障時間超過3年（每天24小時不停機運行），那么其可靠性應能滿足工程應用要求。一般來說，口碑較好的大企業有自己獨立的生產基地，制造工藝、原材料嚴格把關，出廠的設備均經嚴格檢驗，其可靠性可滿足以上要求。運營商在選擇QAM調制器時切忌盲目追求品牌。有些知名品牌如果處于被收購、技術轉讓等過渡時期，其研發、生產和質檢崗位的核心員工流動較大，往往造成出廠設備的不可靠性。這就要求運營商在選擇設備時周密考慮。

另外，為增加設備運行的可靠性，還可采用n+1熱備份，配合切換矩陣做自動切換，重要節目甚至可以采用1+1熱備份。至于冷備份，筆者不建議采用，因為更換QAM調制器比模擬調制器復雜，往往涉及PSI（節目專有信息）/SI（服務信息）編輯、TS包過濾等操作環節，停播率相對高。

5 QAM調制器的測試儀器選擇

評價QAM調制器主要質量高低的測試儀器有兩類：一類是不帶QAM解調功能的電視射頻測試儀（如韓國Telemann1500系列）；另一類是帶QAM解調功能的數字電視分析儀。前一類（儀器）依靠頻譜分析儀和C/N測量大致判斷QAM調制器質量；后一類儀器通過測量MER來判別性能優劣。

第二類儀器通過觀察QAM調制器輸出通道的頻譜定性地觀察設備的發射損耗和查出信道內干擾信號的強度，通過測量C/N能衡量高斯噪聲的相對大小。盡管高斯噪聲不能完全反映數字電視的損傷，但數字電視的另一主要損傷——非線性失真在前端可忽略。因此用此類儀器測量C/N指標和觀察頻譜也能基本衡量QAM調制器的質量。

MER值能反映一切損傷，故第二類儀器測量此指標最能反映QAM調制器的好壞。MER測量儀器需對信號進行解調后才能進行MER指標的測試讀數。鑒于數字信號在QAM調制器內進行信號處理時存在由相位誤差和畸變等所致的失真，因此在終端（含MER測試儀器）解調時需進行“均衡”以消除此失真。從理論上說，如果儀器對被測信號不進行均衡則很難測量MER值，故目前多數MER測量儀器（如SDA系列、德利手持機等）都是在儀器內對被測信號進行均衡處理后測出MER值的，這顯然不能真實地反映（單臺）QAM調制器固有的品質。另一方面，國家廣電總局規定入網的QAM調制器的MER指標需儀器關閉均衡器測量。故筆者建議地市級前端機房最好配置帶均衡關閉功能的MER測試儀器（如AT2500、CX380等）。此種儀器的共同特點是精度高，售價不菲，但CX380價格在5萬元左右，性價比較高。

綜合以上分析，筆者總結出3點心得。

1）對于已經配置臺式通用頻譜儀（如臺灣固緯GSP－830E）的有線電視運營商，可直接用該儀器手動測量QAM調制器輸出口（或－20 dB測試口）的C/N，并觀察該輸出口的頻譜來判定設備的好壞，但要扣除儀器底噪聲所致的測量誤差。具體方法如下：

用頻譜分析儀連接QAM調制器測量噪聲電平（設為N1），斷開QAM調制器再讀噪聲電平（即儀器的底噪聲，設為N2）。設N1－N2=Δ,則儀器底噪聲所致的測量誤差可用如圖2所示的曲線表示。

如圖2所示，實際C/N=實測C/N－Δ。這里的“實測C/N”要換算為數字頻道規定的載波和噪聲帶寬。

但手持式頻譜儀（如韓國Telemann1500）因其底噪聲可能比QAM調制器的噪聲還大一些，故使用其來測量QAM調制器的C/N沒有意義（建議將其配置在用戶端作維修用）。

2）對于未配置通用頻譜儀的（占多數），建議有條件的購買AT2500數字電視分析儀。該儀器精度較高，可在關閉（儀器）均衡的狀態下測量QAM調制器的MER指標，從而判定是否達到廣電總局規定的入網標準，以及指標裕量有多大；條件稍差的建議購買CX380數字電視測試儀，但精度稍差。

3）鑒于目前多數MER測試儀器都不帶關均衡功能，因此筆者建議廣電總局對GY/T198—2003 QAM調制器入網技術標準進行修正，給出入網設備的開均衡指標。

6 基于三網融合的QAM調制器選擇

隨著“十二五”期間三網融合進程的加快,特別是2011年12月底第二批三網融合試點城市的出爐，對有線電視前端QAM調制器提出了IP化和集成化的新要求。所謂IP化，即是QAM調制器處理IP格式的數字電視信號。所謂集成化，即是將復用、加擾、調制一體化，甚至做到數字電視信號的智能路由切換，實現管理的高可靠性和管理的便捷性。本文將具備此功能的調制器設為智能集成QAM調制器。筆者建議網絡整合后的各省有線電視總前端和各地市分公司備份前端優先選用此類QAM調制器。另外，如果“十一五”期間就建有數字電視前端其部分QAM調制器指標下降也建議換用此新型QAM調制器。

[1]秦雷，朱秀昌，胡棟.數字電視傳輸技術新進展及展望[J].電視技術，2011，35（10）：14－17.

[2]姚鋒.基于三網融合的機頂盒原理及應用[J].電視技術，2011，35（6）：66－67.