DTMB接收機信號質(zhì)量分析

史良弟

（作者單位：四川廣播電視臺702發(fā)射傳輸臺）

保證地面數(shù)字電視接收質(zhì)量是整個地面數(shù)字電視技術體系的最終目的。在收端，對給定的任意一種調(diào)制模式后，C/N和BER均代表信號的誤碼情況。C/N的值越高，BER的特性越好。MER反映了接收機還原信號的能力。代表在BER開始下降前的信號質(zhì)量，即噪聲與干擾對BER造成影響之前，對信號質(zhì)量的影響。當入侵噪聲與干擾不斷增大，信號質(zhì)量下降到某個值時，符號最終會被解碼錯誤，從而導致BER增大。因此，應通過計算接收機中各個環(huán)節(jié)的限制因素，并給出C/N﹑MER﹑BER較為置信的量級大小和最低應滿足的條件基礎，以保證信號接收質(zhì)量。

1 分析設定

筆者主要分析C5模式（PN=420，F(xiàn)EC=O.8，Rb=21.658 Mbps）；在基于時不變穩(wěn)定信道模型，不考慮小尺度效應所引起的擴展特性信道；計算僅局限于單站覆蓋的固定接收；萊斯信道中存在一個主徑分量（視距傳播）及19個副徑分量（回波）；接收頻率f=862 MHz時，DTMB接收機的C/N﹑MER﹑BER在不同環(huán)節(jié)的質(zhì)量分配。

2 接收機R F和I F的CNR分析

在AWGN為恒值時，接收門限取決于接收信號電平，是能否正常接收的必要條件。在不考慮地點概率及接收天線隨距離高度損耗時，結合接收機原理，RF至IF信號流程圖如圖1所示。

圖1 RF至I F信號流程圖

圖1中A﹑B﹑C三點分別為引入基礎熱噪聲﹑濾波器和時頻帶寬積之后的CNR值。計算過程如下：

得到接收機最小場強（不考慮地點概率及，接收天線隨距離的高度損耗）為42.6 dBμv。

A點：基礎熱噪聲Em根據(jù)公式（2）得，28.5 dBμv。20徑信道自然多徑損失約1 dB，接收天線增益約7.9 dB。得A點C/NA= 21 dB。

B點：升余弦濾波器在基帶脈沖形成時會造成的有效實頻帶寬積損失。接收機信號功率修正系數(shù)1-α/4，即信號功率

根據(jù)公式

濾波器輸出

得C/Nout=14.16 dB。

C點：升余弦濾波器在基帶脈沖形成時造成的有效實頻帶寬積損失。根據(jù)公式：

按照香農(nóng)信道編碼定理，如果要在BW的帶寬內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)率為Rb的數(shù)據(jù)時，所需載噪比的理論值為7.5 dB。得CNRloss=0.48 dB。

3 數(shù)字基帶I（t）,Q(t)的ME R分析

MER可以表征為數(shù)字信號是否正確被還原的必要條件。但MER包含有調(diào)制損傷﹑相位噪聲等，并不是實際可用的。而最終可用的是AWGN條件下的SNR，折算就是為給出余量。根據(jù)接收機原理，接收機數(shù)字基帶信號流程如圖2所示。

A點：按照行標《地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機技術要求和測量方法》GY/T229.4-2008中，MER最低值設置，MER=32 dB。

B點：TDS-OFDM信號幀用PN序列為同步碼，判斷發(fā)送PN-5本地PN相位是否對齊，采用滑動搜索的捕捉方法。當兩序列相位對齊必有一個最大相關峰輸出。差值濾波器采用4倍過采樣頻率30.4 MHz，

30.4 MHz＞4×7.56 MHz=30.24 MHz

相關峰損失為sin(2π/2L0)/(π/2L0)2，當L0=4，SNRloss=0.2 dB.

圖2 接收機數(shù)字基帶信號流程圖

C點：若接收機本振相位噪聲滿足《地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機技術要求和測量方法》GY/T229.4-2008，即振蕩器3 dB帶寬B4=18 Hz，N=3780，B=8×106 Hz，相位噪聲其分散部分類似為高斯噪聲。

得SNRloss=4.67 dB。

D點：載頻偏差Ω引起有用信號幅度衰減和相位旋轉以及ICI（等效成噪聲），即相關函數(shù)

當Ω=15 kHz，指頻率穩(wěn)定度，k=255，T=1/7.56μ，且進行歸一化處理后，得SNR(D)=-4.9 dB.

E點：幀同步在定時誤差和載頻偏差校正后，F(xiàn)FT窗口相對理性位置的偏移量εT足夠小，近似SNRLOSS=0 dB.

F點：PN序列在頻域上具有不平坦特性。L=420，經(jīng)DFT除法運算后，最小幅度DFT點噪聲被放大12.5倍。與頻域恒模相比，廣義PN序列噪聲功率在信道估計中被平均放大4.09倍，即6.11 dB。

G點：幀體3780個符號中，36個符號為系統(tǒng)信息，F(xiàn)EC凈荷數(shù)據(jù)流為3780個符號。等效為PN訓練序列和系統(tǒng)信息帶來的有效時頻帶寬積的降低。

得：SNRloss=1.2 dB

H點：QAM調(diào)制器信號在高斯白噪聲信道下符號錯誤的概率

得Ps=3.4×10-2

4 數(shù)字序列的BER分析

數(shù)字序列解碼過程的BER分析，接收機解碼過程如圖3所示。

圖3 接收機解碼過程

A點：解映射是將符號信息轉化成比特信息，引入BER誤碼率概念，即比較一個TS流數(shù)據(jù)包在BCH解碼前后的比特樣本來估計TS流的誤比特數(shù)。對16QAM

得BER=1.7×10-3

B點：歐洲標準中BER=1×10-11定義為準無誤碼（QEF）狀態(tài)，當碼率為21.658 mbps時，相當于1小時18分鐘出現(xiàn)一次不可糾正事件。總比特為：

實測用主觀評價，傳輸一套MPEG-2節(jié)目（約55 Mbps），連續(xù)觀察bos，相當于 BER=2×10-4，即 2×10-4/3×10-6≈ bos.

在60秒內(nèi)若3個連續(xù)20秒內(nèi)若出現(xiàn)一次誤碼為失敗。

5 接收機信號質(zhì)量分析結論

第一，C/N影響覆蓋范圍，MER影響SNR的分配，BER是最終的質(zhì)量判定，三層關系中前者是后者的必要條件。

第二，C/N瑞利－C/N萊斯=3 dB.不能認為只要提高3 dB信號電平就能滿足瑞利信道的接收。如果MER仍然是32 dB，當快衰深度大于30 dB時，信道估計SNRLOSS＞2 dB，MER就不夠分配。

第三，因本文未對細頻偏估計后殘余頻偏是否滿足1 Hz進行分析，因此，本文結論并不適用SFN。

第四，如果接收樣機的接收靈敏度（或C/N）更低或發(fā)射機MER實測值更優(yōu)，對接收分配更有利。