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浅谈有线数字电视信号的测量指标
Discussion on Measurement of Cable Digital TV Signal
（江苏省南通市通州区广播电视台 朱小锋）
摘要：本文介绍了数字电视测量的主要指标包括MER、BER、C/N、星座图等，并对测量中所带来的问题进行了详解。
关键词：MER、BER、星座图、C/N
Abstract: This paper introduces the key specification of the digital TV measurement, which includes MER, BER, C/N, constellation drawing and so on. And the measurement problems are given a detailed analysis.
Keywords: MER,BER, constellation drawing，C/N

数字电视的含义并不是指我们一般人家中的电视机，而是指电视信号的处理、传输、发射和接收过程中使用数字信号的电视系统或电视设备。其具体传输过程是：由电视台送出的图像及声音信号，经数字压缩和数字调制后，形成数字电视信号，经过卫星、地面无线广播或有线电缆等方式传送，由数字电视接收后，通过数字解调和数字视音频解码处理还原出原来的图像及伴音。因为全过程均采用数字技术处理，因此，信号损失小，接收效果好。
数字电视的收看，最终还是视音频信号，因此它仍然有类似模拟视音频的技术指标，
如图1所示，由电视信号发生器输出信号，送至被测系统，由解码器输出SDI串行数字音视频信号，再经D/A变换为模拟复合信号供作视音频测试，指标有亮色增益、亮色延时、微分增益、微分相位、多波群响应、信噪比、K因子、音频信号分析等。如采用数字视音频分析仪，则从标准解码器后取得SDI串行数字视音频信号进行测试。
这对于前端，用户端或各接点处，都是很重要的。在数字电视传输系统中，模拟射频指标仍然很重要。C/N模拟要求43dB,数字要求降低到28dB。一般来说，模拟传输网络合格，数字传输就没有问题。
一、数字电视信号电平的剖析

数字电视与模拟电视信号对比

实际占有功率—10%左右 实际占有功率—95%以上
集中在图像载频附近 分布在中心频率两边,整个带宽.

以功率的概念，同每赫功率法的方法，采用电平单位来表征的一个特殊参数
图4数字平均功率电平图

1、对数字平均功率电平的探讨
1）每赫功率法可用在所有的数字电视信号及其他数字信号测量。
2）各种信号都可以用功率的概念来量度，但在实际使用中较困难，故用电压来量度，则应根据信号特征拟定不同的条件取样。
3）模拟电视采用同步脉冲峰值电平来量度，数字电视是以平均功率电平来量度，两种取样的概念不一样的，虽然都是以电平为单位，但不是同一量网。
2、有线数字传输网路电平设置探讨
1）广电部门建议：模拟电视60～80dBμv　
数字电视50～70dBμv
数字较模拟低10dB
2）具体设置：a、设最小电平应大于机顶盒或终端用户的数字电视接收机最低电平。一般不小于45dBuV。
b、最大电平应保证发射设备，传输网络中的光收、光发、放大器、滤波器等设备不失真，即CSO、CTB、大于44dB。
对有线传输网络，质量较好，即C/N、CSO、CTB指标都较好的网络来说，其电平设置数较为宽松，否则应非常谨慎。
3、数字电平的设置
对于有线传输网路来说，有前端设备、光发射机、光接收机、放大器、分支器等，它们都分别有具体的技术指标要求，但共同点是要具有小的噪声，在噪声一定情况下获得大的电平输出，以此得到好的信噪比或载噪比。
对上述设备器件组成的传输网络也是如此
它们都具有在大信号下因饱和而出现非线性失真，输出电平应取在1dB压缩点之下的线性区，即B点之下（如图5）。

1）前端及光发射机输出电平估算
一般供应商提供的是模拟电视电平值推荐值Lo和No
L=Lo+10LgNo
其中 L——总电平
Lo——供应商推荐最大值
No——供应商推荐频道数
那么估计设置电平Ls为下式
Ls=L-10LgNs
其中Ns——实际频道数
2）对于光工作站、放大器输出电平估算
也用上述办法，由于有频响，100-860MHz(1000MHz)会有±3～4dB,故应取中间值。
3）用户端电平：模拟电视60-80 dBμv
数字电视55-75 dBμv（机顶盒要求45 dBμv）
4）数字、模拟电平的设置
模拟电视采用同步脉冲峰值电平来量度，数字电视是以平均功率电平来量度，两种取样的概念不一样的，虽然都是以电平为单位，但不是同一量网，因此数字电平不能用模拟仪器来测，一定要用数字电视仪器来测量电平。
二、BER误码率的剖析
噪声是引起误码的原因，在数字电视传输中由于没有载波。则使用信噪比Eb/No。
Eb/No和C/N的关系式

其中: Eb- 每比特的能量 M- 分组的点数
No- 1Hz带宽的噪声功率 BW- 带宽
Rs- 符号率
对于64QAM DVB-C，Rs=6.875Mbaud，BW=8MHz，
C/N(dB)= Eb/No(dB)+7.12
对于BER为1.E-4，Eb/No≈16dB，因此C/N≈23.5dB，考虑到系统稳定性和测量误差一般要求27dB。显然，为了保证系统正常工作，都远大于此数，故标准中未作严格要求。
关于BER的讨论
1）误码率大，则使图像产生马赛克，甚至黑屏，这在数据传输中更为重要，会断线。
2）BER与数字电视传输流TS的噪声有关，这与设备、器件和传输系统的噪声有关。
3）BER与数字电视信号大小有关，一般应大于55 dBμv。
4）造成误码除上述原因外，非常重要的突发噪声，各种信号干扰。
三、MER调制误差率及星座图的剖析
噪声、电源干扰、失真（CSO、CTB）、相位噪声、对外干扰（入侵）、突发信号。干扰信号不直接对图像产生直观影响，统称为广义噪声或无用信号。
MER是表征数字电视信号在尚未误码时，广义噪声状况的数学表达方式。MER称为调制误差率，是以数学模型反映信号噪声状态。它主要反映信号在尚未误码时的噪声状态，此时并未误码，是系统处在亚误码状态。MER并非是反映QAM调制器的质量参数，而是反映信号受广义噪声干扰的参数。
对MER的要求：
MER 理论要求值 书面要求值 实际值（考虑测量误差）
64QAM 大于23dB 大于26dB 大于31dB
256QAM 大于28dB 大于31dB 大于34dB
星座图是表征数字电视信号，在尚未误码时，广义噪声的状态的图形表达方式。
星座图是研究分析噪声来源的工具（如下图所示）。

图13 性能良好的星座图 图14 有噪声的星座图

图15 有入侵信号星座图 图16 有连续干扰的星座图

图17 有相位噪声的星座图 图18 有压缩失真的星座图

四、载噪比C/N的剖析
载噪比C/N指已调制信号的平均功率与噪音的平均功率之比，载噪比中的已调制信号的功率包括传输信号的功率和调制载波的功率。
无论数字电视、模拟电视，或是卫星电视、地面电视、有线电视，当系统设备安置完成，只要一工作它的噪声状态已确定，即噪声大小已基本确定，这时需要在保证不失真的情况下，尽可能设置大的输出电平，以获得最佳的载噪比C/N ，一般用户端要求:C/N>43dB， 40dB尚可 36dB无法看到图像。
噪声在模拟电视信号中直接影响电视图像，过大的噪声使得电视图像画面产生雪花，更严重者可无法看清图像。对于数字电视来说，它不会直接影响图像质量，但它是广义噪声的主要来源。严重时，可能产生误码，使图像出现马赛克，更严重者，会出现黑屏，完全不能收看电视。因此载噪比C/N在数字电视中仍然是一个非常重要的指标。
测量方框图如图19所示

频谱分析仪
预放
可变衰减器
带通滤波器
系统输出口

图19 C/N侧试方框图
可以 适当的频谱分析仪或者矢量分析仪测量系统的载噪比。
HFC网络放大器级联过多或某级放大器指标裂化都会导致载波比下降从而引起误码，这种情况只需减少放大器级联数就可以解决。
当有视频调制使得在规定的带宽范围内分不清噪声时，应去掉视频调制或者在频道的边缘进行测量，可用实际噪声相加的方法来解决。
五、数字电视测量中的问题
1、误差定义
1）绝对误差：测量结果与真值之差
△X=X0-X
其中: △X--相对误差
X--测量值
X0--被测量真值
2）相对值误差：绝对误差与真值相比取百分数

3）分贝误差：相对误差取百分数以r[dB]表示。
r[dB]=20Lg[1+r]dB
在电压测量中：r[dB]=20Lg[1+r]dB
在功率测量中：r[dB]=10Lg[1+r]dB
注：分贝误差是相对误差的另一种表达方式。
4）测量误差分类（特征）
·系统误差——按某种特定规律变化的误差。
它具有重复性，可采用各种修正办法以使测量值近于真值。如由于温度引起的误差，频响误差，线性差，单调上升、下降误差等。
·随机误差——没有特定规律的误差。
它没有重复性，可以多次测量取平均值的办法来减少测量误差。 如读数误差，操作引入误差，设备、器件不稳定性的误差，及各种偶然误差。
5）一般仪器的误差
·固有误差——在基准条件下的误差。
如温度20℃，电压220V±10%等。
·工作误差——在说明书规定使用环境范围内的误差。
如温度-10——+45℃
特殊情况有：温度、电源、振动、冲击等条件范围。
6）测量误差的处理
·仪器的误差一般都有正负值，如±2dB。
·仪器的误差是测量值与标称值之差（一般指标准值）
·两个仪器之差
最大差值——两仪器误差相加
如
用均方根
2、电平测量误差分析
在有线电视中电平是采用等电平传输，电平大小对网络的质量影响很大。
在地面电视、卫星电视中信号大小直接影响节目收看。
图20 电平测量图

误差来源：1）电平标准具有精度（固有误差）——仪器出厂时由标准校正
2）仪器本身的误差
3）阻抗匹配引起反射带来误差
4）外屏干扰、噪声、接触不良等引入误差，特别是高频、小信号。
在10uV以下。
3、 MER测量误差分析
误差来源：
1）电平测量误差。
2）小信号测量误差。
3）应在大信号下65dB以上测量，否则引入误差。
4）仪器灵敏度低，噪声大，对MER值大引入误差，甚至不能测量。MER误差一般仪器上在±(1.5~2)dB.
4、关于C/N测量的误差分析
每个仪器测量C/N误差大小都不一样，但误差来源大致相同。
1) 信号载波电平测量误差。通常是大电平，并调在仪器参考电平附近，一般在士1~士1.5dB。
2) 为了保证噪声测量可能换量程测量，会带来误差，至少会带来士0.3dB。最好不用换档。
3) 噪声测量是测量小信号，这带来不小的误差。
4) 修正值的不准确性带来误差。
5) 信号电平太小引入误差。
6) 载波调制引入误差。
7) 噪声选择点引入误差。
8) 在高频测量中的干扰及其他不确定度引入误差。
值得特别说明，信号足够大，又不引起仪器失真是非常重要条件。
六、结束语
随着近年来数字电视技术的不断发展，掌握和理解好数字电视传输中的主要指标十分重要。影响系统正常工作的关键指标归结起来主要有电平、MER、BER、C/N、星座图等组成的射频和调制质量指标。我国2010年全面实现数字广播电视，2015年停止模拟广播电视的播出。目前许多地方都在进行有线数字电视基础设施的建设工作。我们只有合理的规划和调整好这些重要指标，才能有效保证数字电视信号的优质传输。

参考文章：
王义杰。 数字电视测量参数MER、BER的实现方法 。科技信息。2011,13