数字电视系统中的关键射频测量

卫星、电缆和陆地数字电视传输系统中的信号采用正交调制方案，这种方案通过对相位和幅度进行调制来表示数据符号。数字电视传输中最常用的调制方案都是正交调幅(QAM)的变体形式。例如，在普遍采用的陆地数字调制方案中，COFDM采用16-QAM或64-QAM，8VSB采用了一种8列体制。卫星数字电视系统中采用的数字调制方案是QPSK(正交相移键控)，相当于4-QAM。QPSK是一种鲁棒性非常好的调制方案，并且已经使用多年了。QPSK还更有效地利用了可用带宽，但需要更高的载噪比。

电缆数字电视系统建立在该基础之上，其调制方案更为多样，而且仍在不断发展之中。其他调制阶次(16-QAM、64-QAM、256-QAM和1024-QAM)可提高频谱效率，因而在特定的带宽中能够提供更多的信道。

在美国的数字电视体制中，64-QAM的传输速率可达27Mb/s，相当于在一个6MHz的带宽内传输6～10个SD信道或 1个HD信道。新的压缩技术可以在256-QAM上提供多达3个HD信道。在欧洲体制中，8MHz带宽可在QAM-256上获得56Mb/s的传输速率。

ITU.J83规定了三种地区性的QAM电缆标准：

* 附件A－欧洲

* 附件B－北美

* 附近C－亚洲

除了能对卫星应用的QPSK进行测量之外， MTM400具有与上述所有QAM标准进行射频接口和测量的能力。

星座显示

星座显示是矢量示波器显示的数字等价形式，它可显示QAM信号的同相(I)分量和正交(Q)分量。符号是一个特定调制系统中所传输的最小信息成分。对于QAM-64，一个符号代表6个位，在图上绘制为一个点。这些符号位从原始的MPEG-2传输流中经过了一个复杂的代码转换处理过程。这个过程包括Reed-Solomon编码、交织、随机化、QAM附件B系统网格化和QPSK系统卷积(Viterbi)编码。其目的是为了保护和纠正位误码，提供对突发噪声的抵抗能力，并在频谱中均匀分布能量。在解码器中反向进行这一处理过程之后，必须重建准无误码位流。由于这一纠错处理，仅仅检查传输流将不会得到关于信道或调制器和处理放大器正在引入误码、使系统更接近“数字尖峰点”的任何指示。等到MPEG流中开始报告传输误码标志 (TEF)的时候，采取任何纠错措施通常都已经太晚了。

星座图

星座图可以看成数字信号的一个“二维眼图”阵列，同时符号在图中所处的位置具有合理的限制或判决边界。代表各接收符号的点在图中越接近，信号质量就越高。由于屏幕上的图形对应着幅度和相位，阵列的形状可用来分析和确定系统或信道的许多缺陷和畸变，并帮助查找其原因。

星座图对于识别下列调制问题相当有用：

* 幅度失衡

* 正交误差

* 相关干扰* 相位噪声、幅度噪声

* 相位误差

* 调制误差比

远程星座图

MTM400采用了基于Web的技术，因此它的独特之处在于可以在不同的地方甚至不同的国家，通过因特网或专用网络来对一个无人值守的测试探查位置察看星座图。用户界面也具有可调余辉，可以在较早的接收载波中淡去斑点，就象在传统仪器上一样。注意：以下MTM400屏幕图形都来自通过测试设置使得MER和EVM的显示效果相似的仪器，只有星座图的显示不同。

正交误差

正交误差使得符号在图中的位置更接近边界限制，因而降低了噪声裕度。当I、Q相差不精确为90度时，便会出现正交误差。其结果是使得星座图不再为方形，而是看起来象一个平行四边形或菱形一样。

噪声误差

噪声是包括QAM在内的任何信号中最为常见和无法避免的损伤。加性高斯白噪声(AWGN)是噪声损伤的常规类型。由于它是白色(在频率上为平坦功率密度函数)和高斯性质(数学上为“正态”幅度密度)的，使得接收符号分布在理想位置的周围。

增益压缩

MTM400形象的信号显示使操作人员能够观察到I轴和Q轴上导致拐角边沿被圆滑的增益压缩现象，但这只发生在当调制器或光纤传输系统趋于极限的时候。此时信号幅度较高，呈现出了非线性。发生增益压缩时，图形显示为“半球”状或“鱼眼珠”状。

相关干扰

发生相关干扰时，信道干扰或谐波成分恰好锁相至IQ信号。此时，图形显示是一组圆环，或“炸面圈”形状。

相位噪声(I、Q抖动)

信号链中的任何载波源或本地振荡器都会产生叠加到接收信号上的相位噪声或相位抖动。相位噪声显示为载波符号的同心圆弧。

可接受的信号

在现代全数字调制器中，IQ增益和相位误差通常可以忽略。发生这些误差不是因为失调，而是由于设备故障。另一方面，在调制器、上行转换器和传输网络中也可能产生压缩。

本文小结

比较好的办法是在数字电视服务失效之前就提前预计系统问题，而不是等到问题出现之后才去想办法解决。MER可以测量出发射机和系统性能中的微小变化，是任何电缆和卫星传输系统中的最佳品质因素之一。EVM和更传统的BER则对于标准的跨设备检查以及帮助识别短期信号质量下降相当有用。星座图能指示缺陷、畸变或设备偏差，可帮助为射频传输系统提供一种可靠的“完好性检查”。通过在单个探测器中结合这些关键的射频测量和全面的 MPEG传输流监控与告警功能，数字电视运营商可以在早期阶段检测出系统问题，从而避免对观众的收视造成影响。有了MTM400，Tektronix现在能够提供所有的关键射频测量和接口，并在单个成本经济的监控探测器中集成MPEG测量功能。

参考文献

International Telecommunications Union, ITU-T J.83, Series J: Digital multi-program system for television, sound and data services for cable distribution (04/97).