有線電視DVB-C重要參數(shù):
Mode 調(diào)制模式:16QAM, 32QAM, 64QAM, 128QAM, 256QAM;
symbol rate 符號(hào)率:0.1 Msps 到 8.999 Msps可設(shè)置;
pulse filtering 濾波及滾降:root raised cosine roll-off, α = 0.15
一、平均功率與峰值電平完全不同
峰值電平在模擬電視廣播時(shí)用于表征頻道信號(hào)電平強(qiáng)弱。
模擬電視信號(hào)是單極性、不對(duì)稱的,即電視信號(hào)有一個(gè)固定黑色參考電平,比黑色亮的信號(hào)處在黑色電平線一邊,同步脈沖處在另一邊。單極性調(diào)制載波,有兩種方式,①正極性調(diào)制指亮度增加時(shí)載波幅度增大,同步脈沖始終對(duì)應(yīng)發(fā)射功率最小值;②負(fù)極性調(diào)制指亮度增加時(shí)載波幅度減小,同步脈沖對(duì)應(yīng)發(fā)射功率最大值。負(fù)極性調(diào)制由于具有受干擾小等優(yōu)點(diǎn),我國和世界大多數(shù)國家都采用負(fù)極性調(diào)制。
測量模擬電視信號(hào)電平,使用頻譜分析儀在規(guī)定帶寬/300KHz對(duì)信號(hào)同步脈沖的峰值電平進(jìn)行測量,并以此作為判別信號(hào)強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)檫@里集中了信號(hào)在頻道內(nèi)的主要能量(超過98%),所以可以認(rèn)為對(duì)載波同步脈沖的測量可代表信號(hào)在測量頻道內(nèi)的電平值。
在工程維護(hù)過程中,國內(nèi)通常使用模擬電視場強(qiáng)儀測量頻道電平強(qiáng)弱,測量時(shí)場強(qiáng)儀的接收通道調(diào)諧于圖像載波頻率,場強(qiáng)儀的RBW帶寬為300kHz,由于圖像載波電平隨圖像內(nèi)容的變化而變化,所以場強(qiáng)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(qiáng)弱。
平均功率在數(shù)字電視廣播時(shí)用于表征頻道信號(hào)功率強(qiáng)弱,也稱信道功率,與模擬電視峰值電平概念和測量手段完全不同。
數(shù)字調(diào)制信號(hào)類似噪聲,信號(hào)在調(diào)制到射頻載波前被進(jìn)行了隨機(jī)化處理。一個(gè)數(shù)字載波信號(hào),無論是否調(diào)制了數(shù)據(jù),在頻域觀察時(shí)一般是相同的。而在頻域中觀察通常也說明不了調(diào)制方式是QPSK、16QAM、64QAM。。。。。。,只能表征信號(hào)幅度、頻率、平坦度、頻譜再生等信息。由于數(shù)字信號(hào)以噪聲形式出現(xiàn),但它更像隨機(jī)加入到頻域測試設(shè)備中的一組組脈沖,所以采用平均功率判定信號(hào)強(qiáng)弱。數(shù)字電視信號(hào)平均功率不隨調(diào)制內(nèi)容的變化而變,平均功率和最大響應(yīng)沒有關(guān)系。
數(shù)字電視頻道平均功率和帶寬有關(guān),帶寬越寬信道平均功率越高。模擬電視場強(qiáng)儀只對(duì)RBW帶寬300kHz內(nèi)的窄帶峰值信號(hào)進(jìn)行采樣,完全不能表征在寬帶(如數(shù)字電視8MHz)內(nèi)的能量,僅當(dāng)該數(shù)字頻道的帶內(nèi)平坦度相當(dāng)好時(shí)可以近似換算。
我們在國內(nèi)進(jìn)行技術(shù)交流和測試中發(fā)現(xiàn),由于有線網(wǎng)絡(luò)的所使用調(diào)制器、電纜、接頭、放大器、分支分配器和網(wǎng)絡(luò)維護(hù)并不完全令人滿意,數(shù)字電視頻道帶內(nèi)平坦度相當(dāng)差,各種帶內(nèi)頻譜形狀都有出現(xiàn),用模擬場強(qiáng)儀所測量的窄帶300kHz峰值電平來換算數(shù)字頻道的寬帶(8MHz)平均功率,完全不可信,也不能評(píng)價(jià)信號(hào)的好壞。必須采用具有平均功率功能的設(shè)備來進(jìn)行信號(hào)評(píng)價(jià),如PROMAX有線電視信號(hào)綜合測試儀RANGER NEO Lite/RANGER NEO +/RANGER NEO 2/RANGER NEO 3/RANGER NEO 4,其中,RANGER NEO 4支持4K視頻節(jié)目測試。
二、為何64QAM數(shù)字頻道平均功率要調(diào)整為比模擬頻道電平低10dB?
對(duì)于64QAM調(diào)制,通常建議其數(shù)字頻道平均功率要調(diào)整為比同系統(tǒng)的模擬頻道峰值電平低10dB;對(duì)于256QAM要低6dB。產(chǎn)生這樣的要求,是基于兩個(gè)原因:
①數(shù)字信號(hào)抗干擾能力強(qiáng),對(duì)載噪比要求比模擬信號(hào)低,所以數(shù)字電視信號(hào)可用比模擬信號(hào)低得多的幅度進(jìn)行傳送,這樣每個(gè)數(shù)字頻道的傳送功率降低,整個(gè)通帶內(nèi)總傳送功率就降低,干線放大器的總體輸入功率就會(huì)降低,因此在同一個(gè)線路中可以傳送比原來更多信號(hào),更多內(nèi)容。
②另一個(gè)主要原因是:通常64QAM調(diào)制的數(shù)字頻道,其頻道內(nèi)統(tǒng)計(jì)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(chǎn)生互調(diào)干擾,干擾其他頻道信號(hào),需要使數(shù)字頻道的峰值電平調(diào)整到同模擬頻道的峰值電平相同大小的程度,這樣64QAM數(shù)字頻道平均功率同比模擬頻道峰值電平就低10dB。下面詳細(xì)解釋這個(gè)技術(shù)概念:
RF信號(hào)在傳輸過程中,可能出現(xiàn)超過平均功率的更高峰值電平,要想得到這些無規(guī)律的峰值幅度,必須對(duì)全部時(shí)間內(nèi)的功率進(jìn)行測量,以獲得統(tǒng)計(jì)峰值電平,進(jìn)而得到統(tǒng)計(jì)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(diào)制形式中,偶然的峰值電平只產(chǎn)生較低功率。因此即使出現(xiàn)偶然高幅度峰值電平,也不會(huì)產(chǎn)生紊亂的放大器互調(diào)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(diào)制包絡(luò)信號(hào),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(bǔ)償?shù)臓顟B(tài)。由于信號(hào)功率是恒定的,功率會(huì)不斷傳送給負(fù)載,其峰值功率等于平均功率。
對(duì)于功率不斷變化的RF信號(hào),其峰值功率與平均功率就不同。峰值-平均值比值越低,信號(hào)就越接近1dB壓縮點(diǎn)的電平,在這個(gè)電平上能夠驅(qū)動(dòng)放大器且不會(huì)產(chǎn)生額外互調(diào)失真。對(duì)于有很大的峰值-平均值比的信號(hào),為不產(chǎn)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(hào)。
QAM調(diào)制的調(diào)制包絡(luò)是非恒定幅度的,峰值的出現(xiàn)時(shí)間一般沒有規(guī)律(QAM調(diào)制中峰值是由一個(gè)星座點(diǎn)到另一個(gè)星座點(diǎn)的調(diào)制偏移引起),一般使用在最大功率輸出點(diǎn)補(bǔ)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(huì)很低,但可以避免大量的頻譜再生,大多數(shù)頻譜再生是互調(diào)失真的另一種形式,會(huì)產(chǎn)生附加無用信號(hào),對(duì)其他頻道造成干擾。
通常情況下,由于有線網(wǎng)絡(luò)上放大器的工作狀態(tài)是按照模擬頻道的峰值電平選配和調(diào)整的,如果讓數(shù)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(shù)字信號(hào)的峰值電平信號(hào)在進(jìn)入放大器時(shí)可能引起放大器失真,造成這些峰值信號(hào)的增益壓縮,引起頻譜再生,產(chǎn)生互調(diào)干擾產(chǎn)物,干擾其它頻道的信號(hào)。所以通常建議數(shù)字頻道平均功率要調(diào)整為比同系統(tǒng)的模擬頻道峰值電平低10dB,對(duì)于256QAM要低6dB。
當(dāng)然這個(gè)10dB和6dB的數(shù)值是在通常情況下統(tǒng)計(jì)得出的,由于國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)情況千差萬別,在實(shí)際工程維護(hù)中,準(zhǔn)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(nèi)的峰值電平。顯然,普通場強(qiáng)儀只能在窄帶300KHz內(nèi)進(jìn)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PROMAX有線電視信號(hào)分析儀RANER NEO 2,可以隨時(shí)記錄數(shù)據(jù)并導(dǎo)出進(jìn)行分析,也可以通過手機(jī)、PC等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備遠(yuǎn)程控制儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)查看;
三、MER與BER的關(guān)系
調(diào)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(hào)質(zhì)量,在數(shù)字電視中,MER是表征數(shù)字信號(hào)質(zhì)量的最重要指標(biāo),它精確表明數(shù)字信號(hào)在調(diào)制和傳輸過程中所受到的損傷,也一定程度上說明該信號(hào)是否能被解調(diào)還原,以及解調(diào)還原后信號(hào)質(zhì)量狀況。
QAM調(diào)制信號(hào)從前端輸出,經(jīng)各級(jí)網(wǎng)絡(luò)傳輸、入戶,其MER指標(biāo)會(huì)逐漸惡化,MER的經(jīng)驗(yàn)門限值對(duì)于64QAM為23.5dB,對(duì)于256QAM為28.5dB,低于此值,星座圖將無法鎖定。另外對(duì)于網(wǎng)絡(luò)不同部分的MER指標(biāo)也存有一些經(jīng)驗(yàn)值:64QAM時(shí)在前端要求>38dB,分前端>36dB,光節(jié)點(diǎn)>34dB,用戶端>26dB。所以要求使用QAM分析儀對(duì)MER指標(biāo)進(jìn)行測量。
QAM分析儀首先對(duì)被測量數(shù)字調(diào)制信號(hào)進(jìn)行高速采樣,將采樣到信號(hào)解調(diào)為不同相位格上的I和Q兩個(gè)矢量信號(hào),即相位、幅度信息,并將其矢量和位置點(diǎn)直觀地描繪在星座圖上,對(duì)于理想的I、Q信號(hào),其矢量和位置點(diǎn)應(yīng)位于星座圖相應(yīng)相位格的正中心,但實(shí)際信號(hào)與理想信號(hào)相比都有偏差,其矢量和位置點(diǎn)將會(huì)偏離相應(yīng)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(diǎn)的矢量數(shù)值,(δI,δQ)定義為實(shí)際信號(hào)與理想信號(hào)的誤差矢量,即相位誤差和幅度誤差,就可計(jì)算出相應(yīng)相位格中心位置點(diǎn)到實(shí)際符號(hào)位置點(diǎn)的距離,并按下式計(jì)算出MER的大小。下式中N是一段時(shí)間內(nèi)捕獲符號(hào)的點(diǎn)數(shù),它一般比星座圖中實(shí)際顯示的點(diǎn)數(shù)多。
觀察發(fā)現(xiàn),在干擾小的時(shí)候MER變化緩慢,隨著干擾的增大,當(dāng)出現(xiàn)誤碼率時(shí),MER變化很快。當(dāng)MER指標(biāo)出現(xiàn)偏差時(shí),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(shè)備所在。
BER(Bit Error Rate)的定義
定義:BER(比特誤碼率)是發(fā)生誤碼的數(shù)據(jù)位數(shù)與傳輸數(shù)據(jù)總位數(shù)之比
BER 通常以科學(xué)計(jì)數(shù)法表示,如誤碼率為3E-7,表示在10的7次方個(gè)傳送位中有3 個(gè)誤碼,此比率通常采用一個(gè)較小時(shí)段內(nèi)傳送數(shù)據(jù)的分析結(jié)果來推估,越低的BER代表越好的信號(hào)質(zhì)量。
BER(Pre-FEC)糾錯(cuò)前誤碼率:FEC糾錯(cuò)算法可以檢測出的實(shí)際錯(cuò)誤碼數(shù)量。接收機(jī)可以通過糾錯(cuò)算法糾正其中的一部分誤碼,糾錯(cuò)前誤碼率就是實(shí)際發(fā)生錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)和總傳送比特?cái)?shù)的比值。
BER(Post-FEC)糾錯(cuò)后誤碼率:FEC糾錯(cuò)算法根據(jù)自身的糾錯(cuò)能力,對(duì)接收到的部分錯(cuò)誤碼進(jìn)行糾正后,無法被糾正的錯(cuò)誤比特?cái)?shù)與總傳送比特?cái)?shù)進(jìn)行比較,得到糾錯(cuò)后誤碼率。
當(dāng)信號(hào)質(zhì)量很好的情況下,糾錯(cuò)前與糾錯(cuò)后的誤碼率數(shù)值是相同的,但有一定干擾存在的情況下,糾錯(cuò)前和糾錯(cuò)后的誤碼率就不同,糾錯(cuò)后誤碼率要更低。典型目標(biāo)值為1E-09,對(duì)于數(shù)字電視而言,這時(shí)觀看效果清晰、流暢;準(zhǔn)無誤碼為BER為2E-04,偶然開始出現(xiàn)局部馬賽克,還可以觀看;臨界BER為1E-03,大量馬賽克出現(xiàn),圖像播放出現(xiàn)斷續(xù);BER大于1E-03完全不能觀看。
盡管較差的BER 表示信號(hào)品質(zhì)較差,但BER指標(biāo)只具有參考價(jià)值,并不完全表征網(wǎng)絡(luò)設(shè)備狀況,因?yàn)锽ER 測量偵測并統(tǒng)計(jì)每個(gè)誤碼,問題可能是由瞬間的或突發(fā)噪聲引起。
MER和BER之間的關(guān)系
MER是對(duì)疊加在數(shù)字調(diào)制信號(hào)上失真的對(duì)數(shù)測量結(jié)果,受多種因素影響,包括載噪比、突發(fā)脈沖、失真及IQ偏移量對(duì)信號(hào)造成的損傷。在數(shù)字調(diào)制信號(hào)中,突發(fā)脈沖、失真、IQ偏移量對(duì)信號(hào)造成的損傷十分相似。如果系統(tǒng)的MER減小,信號(hào)受到的損傷就會(huì)變大,出現(xiàn)誤碼的概率增加。
MER可為接收機(jī)對(duì)傳輸信號(hào)進(jìn)行正確解碼的能力提供一個(gè)早期預(yù)警。當(dāng)信號(hào)質(zhì)量降低時(shí),MER將會(huì)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(dāng)干擾增加到一定程度,MER繼續(xù)下降,BER才開始惡化。
四、MER和S/N(信噪比)與C/N載噪比
MER與S/N
在理想狀態(tài)下,如果信號(hào)中出現(xiàn)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(shí)際應(yīng)用中,由于傳輸信號(hào)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(wǎng)絡(luò)傳輸中引入噪聲,潛入調(diào)制信號(hào)中的幅度噪聲、相位噪聲、碼間串?dāng)_和調(diào)制損傷等。所以簡單地使用S/N來推算MER完全不可行。
S/N應(yīng)根據(jù)解調(diào)后的星座圖數(shù)據(jù)進(jìn)行測量。對(duì)于星座圖中的每一符號(hào),從其云狀軌跡可以得出其統(tǒng)計(jì)分布。在去除正交失真、幅度不均勻、原點(diǎn)位移誤差殘留載波、非線性失真、相位抖動(dòng)、連續(xù)波干擾的影響之后,剩余的云狀軌跡才可以認(rèn)為是由高斯噪聲引起的,這剩余的云狀軌跡也是計(jì)算信噪比的基礎(chǔ)。
C/N與S/N
信噪比(S/N)是指傳輸信號(hào)平均功率與加性噪聲的平均功率之比,載噪比(C/N)指已經(jīng)調(diào)制的信號(hào)平均功率與加性噪聲平均功率之比,它們都以對(duì)數(shù)方式計(jì)算,單位dB。
信噪比與載噪比區(qū)別在于,載噪比中已調(diào)信號(hào)的功率包括傳輸信號(hào)功率和調(diào)制載波功率,而信噪比中僅包括傳輸信號(hào)功率。因此對(duì)同一個(gè)傳輸系統(tǒng)而言,載噪比要比信噪比大,兩者之間相差一個(gè)載波功率。當(dāng)然載波功率與傳輸信號(hào)功率相比通常是很小的,因而載噪比與信噪比在數(shù)值上十分接近。在調(diào)制傳輸系統(tǒng)中,一般采用載噪比指標(biāo);而在基帶傳輸系統(tǒng)中,一般采用信噪比指標(biāo)。所以,這里S/N主要描述解調(diào)后信號(hào)的信噪比。
DVB廣播傳輸系統(tǒng)屬于調(diào)制傳輸系統(tǒng),因此采用載噪比指標(biāo)。載噪比代表噪聲干擾相對(duì)于調(diào)制信號(hào)而言的強(qiáng)弱程度。噪聲干擾的絕對(duì)強(qiáng)弱是沒有意義的,因?yàn)椴煌瑐鬏斚到y(tǒng)的信號(hào)平均功率不同,而載噪比則直接反映出調(diào)制信號(hào)與噪聲干擾間的相對(duì)強(qiáng)弱關(guān)系。PROMAX有線電視信號(hào)分析儀RANER NEO 2可實(shí)時(shí)檢測其值得變化。
五、如何選擇數(shù)字電視測試儀器
選擇一款優(yōu)秀的數(shù)字電視測試儀器,是提高工作效率,減少誤判的關(guān)鍵。① 大動(dòng)態(tài)的MER指標(biāo) 這是表征數(shù)字信號(hào)質(zhì)量最重要的指標(biāo),對(duì)于網(wǎng)絡(luò)的不同部分,MER指標(biāo)有一些經(jīng)驗(yàn)值:64QAM時(shí)在前端要求>38dB,分前端>36dB,光節(jié)點(diǎn)>34dB,用戶端>26dB。測試儀器的MER指標(biāo)也應(yīng)按相應(yīng)要求進(jìn)行選擇。
特別要注意的是,由于MER指標(biāo)越大,說明信號(hào)質(zhì)量越好。但作為測試儀器不僅要測量優(yōu)質(zhì)的信號(hào),對(duì)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)中惡化需要檢修的信號(hào)也應(yīng)該能夠準(zhǔn)確測量,所以選擇數(shù)字儀器,不僅要看其最優(yōu)MER指標(biāo)是多少,還要重點(diǎn)考察在各種實(shí)際網(wǎng)絡(luò)情況下的實(shí)際測試準(zhǔn)確度,PROMAX有線電視信號(hào)分析儀RANER NEO 2可以完美幫你解決這些問題。
② 準(zhǔn)確的平均功率測量 平均功率反映了帶內(nèi)傳輸能量,過大或過小都會(huì)對(duì)傳輸質(zhì)量產(chǎn)生影響,PROMAX有線電視信號(hào)分析儀RANER NEO 2可以精確測量出其功率。
③ 可縮放的星座圖顯示 星座圖是數(shù)字信號(hào)調(diào)制質(zhì)量最直觀的圖形顯示,在實(shí)際工作中,相當(dāng)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(xiàng)功能,更重要的是要看其配置的星座圖功能是否可用,PROMAX有線電視信號(hào)分析儀RANER NEO 2可完美顯示各種星座圖。
④ 快速的頻譜分析功能 由于信號(hào)在頻域上傳輸,帶內(nèi)和帶外的頻譜分布和干擾對(duì)信號(hào)質(zhì)量有直接影響,配置頻譜功能可以準(zhǔn)確觀察信號(hào)在頻域上的傳輸狀況并捕捉突發(fā)干擾、噪聲。對(duì)于數(shù)字信號(hào)測量,儀器所配置的頻譜功能,按重要性排列應(yīng)考察是否滿足以下條件:
測試動(dòng)態(tài)是否滿足要求
RBW接收帶寬可否多級(jí)切換,最小RBW必須達(dá)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。PROMAX有線電視信號(hào)分析儀RANER NEO 2,70ms快速掃描,幫你完美捕捉并顯示各個(gè)參數(shù)指標(biāo)。
⑤ 直接觀看數(shù)字電視節(jié)目 在現(xiàn)場測量中,經(jīng)常需要對(duì)數(shù)字電視節(jié)目圖像和伴音質(zhì)量進(jìn)行直觀檢測,如果儀器能集成此項(xiàng)功能將大大方便工作。PROMAX有線電視信號(hào)分析儀RANER NEO 2可以直接接收并觀看數(shù)字電視節(jié)目,并附帶加密卡插槽,遇見加密節(jié)目也可輕松應(yīng)對(duì),實(shí)時(shí)顯示所有頻道節(jié)目。
Promax是一家領(lǐng)先的測試和測量系統(tǒng)、廣播和電視信號(hào)分發(fā)設(shè)備制造商,在該行業(yè)已有超過50年的經(jīng)驗(yàn),其生產(chǎn)的電視信號(hào)頻譜分析儀系列RANGER NEO 是市面上標(biāo)桿產(chǎn)品,【深圳市新進(jìn)時(shí)科技有限公司】是其中國帶去唯一授權(quán)代理商。