淺談數字電視信號的測量

山東廣電網絡濟南分公司 王強元

濟南市區數字電視整體轉換工作已于2010年底基本完成，我們郊縣的數字電視業務自去年年初也已經開展，作為基層的技術工作人員，現在急需掌握的是數字電視信號的傳輸原理、測量方法、調試技術以及故障排除等新業務知識。作為我們基層分公司的業務帶頭人，這兩年也在積極的補習數字電視業務知識，并將具體的實踐經驗和對鄉鎮站的業務培訓做一總結，本文先來介紹一下數字電視信號中幾個重要指標的測量。

數字電視是一個龐大的系統。它包括在信源、信道、信宿三個方面都要實現數字化處理。與之相對應的數字電視測試大致分為四個層次，即應用層、協議層、傳輸層、物理層。應用層測試主要針對于節目的制作和播出環節，在這個環節需要能提供多功能、多標準測試平臺的測試儀器，對數字電視音頻基帶信號進行質量測試。協議層測試主要用于衡量設備對于標準和協議的符合性，要求此類儀器盡可能多的具有當前通用協議，進行協議測試，如MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC和VC-1等。傳輸層測試用于評估各種調試方式的調試性能，如星座圖、調制誤差率、誤碼率等。物理層測試包括具體的物理接口測試，如輸出功率、端口阻抗、回波損耗等。我們的外線技術人員經常用到的是它的傳輸層和物理層，與之相對應的測量參數有平均功率電平、誤碼率BER、調制誤差率MER、星座圖、突發噪聲等，而最簡單實用、又能最直觀的反映信號傳輸優劣的是平均功率電平、誤碼率BER和調制誤差率MER這三個測試指標。

1.平均功率電平

由于與模擬信號打交道的時間較長，我們的一線工作人員經常將數字信號的電平測量與模擬信號的電平測量相混堯，甚至用模擬的場強儀去測量數字信號電平，這是不對的。數字電視平均功率電平和模擬信號的電平是完全不同的兩個概念，在模擬電視信號中是以圖像載波和伴音付載波組成的復合電視信號，它的大小是以圖像載波的信號峰值電平來表示。然而，在數字電視中傳輸的是脈沖信號，在8MHz頻帶內有無數脈沖信號，我們是將它看成一個噪聲頻譜，用噪聲功率的概念，以每赫噪聲功率給予積分的方式求得所謂頻道功率，為了設計使用方便仍然用電平來表示，常用dBuv，故稱做數字平均功率電平或簡稱數字電平。這與一般的所謂電平是有區別的。所以不能用模擬電平表測量數字頻道電平，把結果進行修正當作數字頻道電平，而只能用數字表測量數字頻道平均功率電平，測量時應當把頻率設定在該頻道的中心頻率處。

濟南市用的是64QAM調制的數字電視信號，在用戶端電纜信號系統出口處要求：信號電平為47～80dBμV，因為同系統中傳輸有8套模擬頻道，所以要求數字信號電平要比模擬頻道電平低10dB。這是因為對于64QAM調制的數字電視信號，其頻道內統計峰值電平比平均功率高10dB，為避免放大器失真，產生互調干擾，需要將數字頻道的峰值電平調整到和模擬頻道的峰值電平同樣的大小，所以要將64QAM調制的數字頻道平均功率比模擬頻道的峰值電平設置的低10dB。數字相鄰頻道間最大電平差為≤3dB，數字頻道與相鄰模擬頻道間最大電平差為≤13dB。為減少非線性失真，建議光接收機輸出口電平≤103dB，干線放大器輸入電平不小于放大器要求的最低屬入電平（一般要求不小于75dB），以保證合格的C/N，同樣為避免非線性失真，干放的輸出口電平也要不大于干放所要求的最大輸出電平值。

2.誤碼率BER

誤碼率BER的定義是誤碼的比特數與傳輸的總比特數之比。數字電視信號是離散的信號，接收到的數字電視信號要么是穩定、清晰的圖像，要么就是中斷（包括馬賽克、靜幀），具有“斷崖效應”的特點。信號的這種變化，只與傳輸的誤碼率有關，所以把誤碼率作為衡量系統信號質量劣變程度的最重要的指標。精確地測量BER可能需要比較長的時間。在一個比特率為30Mb/s的數字視頻碼流中，若BER為1x10-8的話，每3.3秒才出現1個誤比特，在平均的意義上要捕捉足夠的誤碼來形成統計準確的BER就要好幾分鐘，在遇到較低的BER時甚至需要幾小時。BER只反映嚴重到造成誤碼的調制損傷，對數字調制中的細節問題仍然是不敏感的。一個好的BER表明的是合適的業務傳送，一個壞的BER強調的是受損傷的業務，但是看不出造成問題的具體原因。這就要求我們維護人員在排查故障時要全面的分析原因。建議使用專門測試數字信號指標的儀器來分析、排查故障。

BER通常用10的負多少次方表示，例如：在一萬位數據中出現一位差錯，即誤碼率為萬分之一，即BER=1.00E-4。對于機頂盒接收端，一般來說，只要BER<1.00E-5就能正常接收（可能偶有馬賽克現象），BER=1.00E-4基本就無法看了，BER數值越小，信號質量越好。一般儀器能夠顯示的BER最小值是1.00E-9，再小也是以1.00E-9來顯示。

3.調制誤差率MER

調制誤差率MER是信號理想的矢量幅度和與信號誤差矢量幅度和之比，以dB表示，即：MER=10×Log(符號平均功率/誤差平均功率)dB。MER包含信號的所有類型的損傷，例如：各種噪聲、載波泄漏、I/Q幅度不平衡、I/Q相位誤差，相位噪聲等。MER是對數字調制信號的總體質量描述的參數，它反映的是實際信號與理想信號之間的偏離程度。可以說這一參數給出了信號劣化的總體情況，是反映系統性能和決定解調性能的重要參數。MER是調制誤差率，決不能叫調制誤碼率，因為它是表征信號尚未誤碼時的噪聲干擾狀態，我們可以此來審定數字電視信號圖像質量。如64QAM的數字電視信號在23～24dB圖像就會出馬賽克，23dB以下會隨時斷線，甚至無法收看，在25dB以上是圖像就正常，考慮到系統的穩定性和測量誤差，因此DVB-C標準要求MER應大于27dB。

MER與BER之間存在懸崖效應的關系。數字信號與模擬信號相比，不僅傳輸圖像的清晰度高，而且抗干擾能力強。當數字信號和模擬信號同時受到干擾時，隨著噪聲和干擾信號的增加，模擬信號圖像會逐漸惡化，有一個漸變的過程。而數字信號不同，小的干擾信號不會對數字信號有影響，當干擾逐漸加大，出錯的數據超過了糾錯編碼的錯誤糾錯能力，數字信號出現誤碼，圖像出現馬賽克。這個變化是在一個門限處產生的，速度很快，這種特性叫數字信號的懸崖效應。所以當MER隨著干擾的增加逐漸降低時，開始BER保持不變，但當干擾增加到一定程度，MER繼續下降，BER開始增加，于是產生了誤碼。

以上介紹的是數字電視信號測量中最基本和最常用的三個基本參數，其中誤碼率是最主要的指標。欲保證數字信號的質量，最主要的是要保證一定的誤碼率，欲保證一定的誤碼率，就必須保證一定的載噪比CNR。在噪聲功率一定的情況下，欲保證一定的CNR就必須保證一定的載波電平，也就是說正確的電平設置是為最終保證合格的誤碼率服務的。因此傳輸線路中的一個重要環節就是正確的設置各個重要端口的輸出電平，電平的設置也著重于電平的調試與測量。人們通過電平的設置來保證一定的誤碼 率，這就是把較為復雜的數字信號的測量轉化成為對電平的準確測量和調試。