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DVB-C測試關鍵指標和測試儀器選擇
閱讀：3322 發布時間：2017-11-24近兩年與國內數字電視客戶技術交流過程中，我們發現由于國內數字電視起步較晚，部分客戶對一些技術概念出現誤解，從而導致失誤，現將我們經常遇見的問題列舉如下，希望能對大家在今后的故障判斷和測試設備選擇時提供幫助。
一、平均功率與峰值電平*不同
峰值電平在模擬電視廣播時用于表征頻道信號電平強弱。
模擬電視信號是單極性、不對稱的，即電視信號有一個固定黑色參考電平，比黑色亮的信號處在黑色電平線一邊，同步脈沖處在另一邊。單極性調制載波，有兩種方式，①正極性調制指亮度增加時載波幅度增大，同步脈沖始終對應發射功率zui小值；②負極性調制指亮度增加時載波幅度減小，同步脈沖對應發射功率zui大值。負極性調制由于具有受干擾小等優點，我國和世界大多數國家都采用負極性調制。
測量模擬電視信號電平，使用頻譜分析儀在規定帶寬/300KHz對信號同步脈沖的峰值電平進行測量，并以此作為判別信號強弱的標準。因為這里集中了信號在頻道內的主要能量（超過98%），所以可以認為對載波同步脈沖的測量可代表信號在測量頻道內的電平值。
在工程維護過程中，國內通常使用模擬電視場強儀測量頻道電平強弱，測量時場強儀的接收通道調諧于圖像載波頻率，場強儀的RBW帶寬為300kHz，由于圖像載波電平隨圖像內容的變化而變化，所以場強儀采用峰值保持采樣的方法測量圖像載波峰值電平，通過換算可近似表征頻道電平的強弱。
平均功率在數字電視廣播時用于表征頻道信號功率強弱，也稱信道功率，與模擬電視峰值電平概念和測量手段*不同。
數字調制信號類似噪聲，信號在調制到射頻載波前被進行了隨機化處理。一個數字載波信號，無論是否調制了數據，在頻域觀察時一般是相同的。而在頻域中觀察通常也說明不了調制方式是QPSK、16QAM、64QAM。。。。。。，只能表征信號幅度、頻率、平坦度、頻譜再生等信息。由于數字信號以噪聲形式出現，但它更像隨機加入到頻域測試設備中的一組組脈沖，所以采用平均功率判定信號強弱。數字電視信號平均功率不隨調制內容的變化而變，平均功率和zui大響應沒有關系。
數字電視頻道平均功率和帶寬有關，帶寬越寬信道平均功率越高。模擬電視場強儀只對RBW帶寬300kHz內的窄帶峰值信號進行采樣，*不能表征在寬帶（如數字電視8MHz）內的能量，僅當該數字頻道的帶內平坦度相當好時可以近似換算。
我們在國內進行技術交流和測試中發現，由于有線網絡的所使用調制器、電纜、接頭、放大器、分支分配器和網絡維護并不*令人滿意，數字電視頻道帶內平坦度相當差，各種帶內頻譜形狀都有出現，用模擬場強儀所測量的窄帶300kHz峰值電平來換算數字頻道的寬帶（8MHz）平均功率，*不可信，也不能評價信號的好壞。必須采用具有平均功率功能的設備來進行信號評價，如德力DS2130Q/DS2008Q/1883Q誤碼測試儀、DS1191/A/B QAM分析儀、DS8831Q有線電視綜合測試儀。
二、為何64QAM數字頻道平均功率要調整為比模擬頻道電平低10dB？
對于64QAM調制，通常建議其數字頻道平均功率要調整為比同系統的模擬頻道峰值電平低10dB；對于256QAM要低6dB。產生這樣的要求，是基于兩個原因：
①數字信號抗干擾能力強，對載噪比要求比模擬信號低，所以數字電視信號可用比模擬信號低得多的幅度進行傳送，這樣每個數字頻道的傳送功率降低，整個通帶內總傳送功率就降低，干線放大器的總體輸入功率就會降低，因此在同一個線路中可以傳送比原來更多信號，更多內容。
②另一個主要原因是：通常64QAM調制的數字頻道，其頻道內統計峰值電平比平均功率高約10dB，256QAM高約6dB。為避免放大器失真，產生互調干擾，干擾其他頻道信號，需要使數字頻道的峰值電平調整到同模擬頻道的峰值電平相同大小的程度，這樣64QAM數字頻道平均功率同比模擬頻道峰值電平就低10dB。下面詳細解釋這個技術概念：
RF信號在傳輸過程中，可能出現超過平均功率的更高峰值電平，要想得到這些無規律的峰值幅度，必須對全部時間內的功率進行測量，以獲得統計峰值電平，進而得到統計峰值電平和平均功率的比值，即峰值-平均值比。
在有較低的峰值-平均值比的調制形式中，偶然的峰值電平只產生較低功率。因此即使出現偶然高幅度峰值電平，也不會產生紊亂的放大器互調失真，放大器不需要很多功率余量去接受這些高幅度的峰值電平。
所以恒定幅度的調制包絡信號，為提高輸出功率放大器的工作效率，可以使放大器工作在接近飽和且在功率輸出端不需要補償的狀態。由于信號功率是恒定的，功率會不斷傳送給負載，其峰值功率等于平均功率。
對于功率不斷變化的RF信號，其峰值功率與平均功率就不同。峰值-平均值比值越低，信號就越接近1dB壓縮點的電平，在這個電平上能夠驅動放大器且不會產生額外互調失真。對于有很大的峰值-平均值比的信號，為不產生額外失真，放大器要有很大余量去放大這些偶然的峰值信號。
QAM調制的調制包絡是非恒定幅度的，峰值的出現時間一般沒有規律（QAM調制中峰值是由一個星座點到另一個星座點的調制偏移引起），一般使用在zui大功率輸出點補償性能良好的線性放大器，這樣放大器的功率余量大，工作效率會很低，但可以避免大量的頻譜再生，大多數頻譜再生是互調失真的另一種形式，會產生附加無用信號，對其他頻道造成干擾。
圖1 數字信號的峰值幅度和平均幅度
通常情況下，由于有線網絡上放大器的工作狀態是按照模擬頻道的峰值電平選配和調整的，如果讓數字頻道的平均功率和模擬頻道的峰值電平工作在相同電平值，那么數字信號的峰值電平信號在進入放大器時可能引起放大器失真，造成這些峰值信號的增益壓縮，引起頻譜再生，產生互調干擾產物，干擾其它頻道的信號。所以通常建議數字頻道平均功率要調整為比同系統的模擬頻道峰值電平低10dB，對于256QAM要低6dB。
當然這個10dB和6dB的數值是在通常情況下統計得出的，由于國內網絡情況千差萬別，在實際工程維護中，準確測量需要使用的儀器要具備：平均功率測量功能，并且要求具有快速頻譜掃描和頻譜峰值曲線保持能力，以測量在8MHz帶寬內的峰值電平。顯然，普通場強儀只能在窄帶300KHz內進行峰值電平測量，不具備快速頻譜掃描能力，即使能測平均功率，也不能滿足使用。建議使用德力DS8831Q、DS1191等設備。
三、MER與BER的關系
調制誤差率（MER：Modulation Error Ratio）的定義
在模擬電視中我們常使用C/N來表征信號質量，在數字電視中，MER是表征數字信號質量的zui重要指標，它表明數字信號在調制和傳輸過程中所受到的損傷，也一定程度上說明該信號是否能被解調還原，以及解調還原后信號質量狀況。
QAM調制信號從前端輸出，經各級網絡傳輸、入戶，其MER指標會逐漸惡化，MER的經驗門限值對于64QAM為23.5dB，對于256QAM為28.5dB，低于此值，星座圖將無法鎖定。另外對于網絡不同部分的MER指標也存有一些經驗值：64QAM時在前端要求>38dB，分前端>36dB，光節點>34dB，用戶端>26dB。所以要求使用QAM分析儀對MER指標進行測量。
圖2 MER的原理示意圖
QAM分析儀首先對被測量數字調制信號進行高速采樣，將采樣到信號解調為不同相位格上的I和Q兩個矢量信號，即相位、幅度信息，并將其矢量和位置點直觀地描繪在星座圖上，對于理想的I、Q信號，其矢量和位置點應位于星座圖相應相位格的正中心，但實際信號與理想信號相比都有偏差，其矢量和位置點將會偏離相應相位格的中心位置，如果我們將I和Q定義為星座圖中理想位置點的矢量數值，（δI，δQ）定義為實際信號與理想信號的誤差矢量，即相位誤差和幅度誤差，就可計算出相應相位格中心位置點到實際符號位置點的距離，并按下式計算出MER的大小。下式中N是一段時間內捕獲符號的點數，它一般比星座圖中實際顯示的點數多。
觀察發現，在干擾小的時候MER變化緩慢，隨著干擾的增大，當出現誤碼率時，MER變化很快。當MER指標出現偏差時，可直接觀測星座圖，不同的星座圖顯示表征了不同的干擾類型，了解干擾類型可直接查找出干擾源或故障設備所在。
BER（Bit Error Rate）的定義
定義：BER（比特誤碼率）是發生誤碼的數據位數與傳輸數據總位數之比
BER 通常以科學計數法表示，如誤碼率為3E-7，表示在10的7次方個傳送位中有3 個誤碼，此比率通常采用一個較小時段內傳送數據的分析結果來推估，越低的BER代表越好的信號質量。
BER(Pre-FEC)糾錯前誤碼率：FEC糾錯算法可以檢測出的實際錯誤碼數量。接收機可以通過糾錯算法糾正其中的一部分誤碼，糾錯前誤碼率就是實際發生錯誤的比特數和總傳送比特數的比值。
BER(Post-FEC)糾錯后誤碼率：FEC糾錯算法根據自身的糾錯能力，對接收到的部分錯誤碼進行糾正后，無法被糾正的錯誤比特數與總傳送比特數進行比較，得到糾錯后誤碼率。
當信號質量很好的情況下，糾錯前與糾錯后的誤碼率數值是相同的，但有一定干擾存在的情況下，糾錯前和糾錯后的誤碼率就不同，糾錯后誤碼率要更低。典型目標值為1E-09，對于數字電視而言，這時觀看效果清晰、流暢；準無誤碼為BER為2E-04，偶然開始出現局部馬賽克，還可以觀看；臨界BER為1E-03，大量馬賽克出現，圖像播放出現斷續；BER大于1E-03*不能觀看。
盡管較差的BER 表示信號品質較差，但BER指標只具有參考價值，并不*表征網絡設備狀況，因為BER 測量偵測并統計每個誤碼，問題可能是由瞬間的或突發噪聲引起。
MER和BER之間的關系
MER是對疊加在數字調制信號上失真的對數測量結果，受多種因素影響，包括載噪比、突發脈沖、失真及IQ偏移量對信號造成的損傷。在數字調制信號中，突發脈沖、失真、IQ偏移量對信號造成的損傷十分相似。如果系統的MER減小，信號受到的損傷就會變大，出現誤碼的概率增加。
MER可為接收機對傳輸信號進行正確解碼的能力提供一個早期預警。當信號質量降低時，MER將會減小。隨著噪聲和干擾的增大，MER逐漸降低，而BER仍保持不變，只有當干擾增加到一定程度，MER繼續下降，BER才開始惡化。
圖3 干擾信號對MER、星座圖和BER變化的影響
上圖說明了MER、星座圖和BER之間的相互關系。實際在一個星座圖中是不會同時出現這幾種情況的，這里是將四種不同情況綜合在一起進行互相對比說明。
*個方框紅色的點是MER的*狀態，所有的點幾乎都集中在理想位置，BER測量值很好；第二個方框綠色的點受到一些噪聲干擾，干擾比較小，所以基本都環繞在理想中心位置周圍，屬于比較好的MER，BER仍不變；第三個方框的藍色點受到的干擾比較大，各個點無規則的散落在方框內，這時MER的指標比較差；第四個方框受到很大的干擾，各個點不僅散落在本方框內，而且還有兩個點已經離開本方框所劃定的范圍，BER惡化。
在*、二、三方框中的信號有一個共同點，所有的點都落在了自己所在方框所劃定的范圍內，根據數字電視信號的*決規則，只要在*決范圍內（方框內）就不會出現誤碼；只有第四個方框的點超出了劃定的界限，這些點一旦進入其它星座點的范圍就被*決為該星座點，這樣就出現了誤碼。這說明為什么在一定干擾信號下MER的值在下降，卻沒有出現誤碼，直到MER下降到一定程度，才會出現誤碼，BER的數值開始惡化。
四、MER和S/N（信噪比）與C/N載噪比
MER與S/N
在理想狀態下，如果信號中出現的有效損傷僅僅是高斯噪聲，MER可被S/N信噪比表征，MER等于S/N。但實際應用中，由于傳輸信號不僅包括高斯噪聲，還包括接收星座圖上所有其它不可校正的損傷，包括網絡傳輸中引入噪聲，潛入調制信號中的幅度噪聲、相位噪聲、碼間串擾和調制損傷等。所以簡單地使用S/N來推算MER*不可行。
S/N應根據解調后的星座圖數據進行測量。對于星座圖中的每一符號，從其云狀軌跡可以得出其統計分布。在去除正交失真、幅度不均勻、原點位移誤差殘留載波、非線性失真、相位抖動、連續波干擾的影響之后，剩余的云狀軌跡才可以認為是由高斯噪聲引起的，這剩余的云狀軌跡也是計算信噪比的基礎。
圖4 不同失真參數之間的關系
C/N與S/N
信噪比(S/N)是指傳輸信號平均功率與加性噪聲的平均功率之比，載噪比(C/N)指已經調制的信號平均功率與加性噪聲平均功率之比，它們都以對數方式計算，單位dB。
信噪比與載噪比區別在于，載噪比中已調信號的功率包括傳輸信號功率和調制載波功率，而信噪比中僅包括傳輸信號功率。因此對同一個傳輸系統而言，載噪比要比信噪比大，兩者之間相差一個載波功率。當然載波功率與傳輸信號功率相比通常是很小的，因而載噪比與信噪比在數值上十分接近。在調制傳輸系統中，一般采用載噪比指標；而在基帶傳輸系統中，一般采用信噪比指標。所以，這里S/N主要描述解調后信號的信噪比。
DVB廣播傳輸系統屬于調制傳輸系統，因此采用載噪比指標。載噪比代表噪聲干擾相對于調制信號而言的強弱程度。噪聲干擾的強弱是沒有意義的，因為不同傳輸系統的信號平均功率不同，而載噪比則直接反映出調制信號與噪聲干擾間的相對強弱關系。
五、如何選擇數字電視測試儀器
從前面的描述可以看出，選擇一款的數字電視測試儀器，是提高工作效率，減少誤判的關鍵。按重要性排列，的數字電視測試設備應具備5個功能，功能越多，價格越貴，實際用戶在選擇時，應根據自己的實際需求和資金狀況，進行組合配置。
① 大動態的MER指標 這是表征數字信號質量zui重要的指標，對于網絡的不同部分，MER指標有一些經驗值：64QAM時在前端要求>38dB，分前端>36dB，光節點>34dB，用戶端>26dB。測試儀器的MER指標也應按相應要求進行選擇。
特別要注意的是，由于MER指標越大，說明信號質量越好。但作為測試儀器不僅要測量的信號，對實際網絡中惡化需要檢修的信號也應該能夠準確測量，所以選擇數字儀器，不僅要看其*MER指標是多少，還要重點考察在各種實際網絡情況下的實際測試準確度。
目前市場上已有客戶買到只能測信號的儀表，網絡信號質量稍差儀表就無法工作或偏差極大，嚴重影響了網絡維護工作。
② 準確的平均功率測量 平均功率反映了帶內傳輸能量，過大或過小都會對傳輸質量產生影響。
以上兩項功能相當于工程師日常使用的萬用表，同時具有這兩項功能的儀器目前 被定義為數字電視測量的入門級儀器。
③ 可縮放的星座圖顯示 星座圖是數字信號調制質量zui直觀的圖形顯示，在實際工作中，相當于工程師日常使用的示波器。考察儀器的星座圖功能，不僅要看儀器有沒有這項功能，更重要的是要看其配置的星座圖功能是否可用。
星座圖顯示要求能多級縮放，并且觀察屏幕要大，這樣才能清楚觀察到星座點的位置，才有實際應用價值。目前國內外普遍認為顯示屏幕在4吋以上觀察星座圖才有實際意義。
④ 快速的頻譜分析功能 由于信號在頻域上傳輸，帶內和帶外的頻譜分布和干擾對信號質量有直接影響，配置頻譜功能可以準確觀察信號在頻域上的傳輸狀況并捕捉突發干擾、噪聲。對于數字信號測量，儀器所配置的頻譜功能，按重要性排列應考察是否滿足以下條件：
測試動態是否滿足要求
RBW接收帶寬可否多級切換，*小RBW必須達到30KHz或更小
頻譜掃描速度是否足夠快，能否捕捉瞬間干擾或噪聲
⑤直接觀看數字電視節目 在現場測量中，經常需要對數字電視節目圖像和伴音質量進行直觀檢測，如果儀器能集成此項功能將大大方便工作。值得注意的是，在選擇這項功能時，應考慮由于各地CA條件接收系統的差異性，測試儀器不一定能接收全部頻道。
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