基于NI技術的DMB-T地面數字電視信號測量

摘要：針對傳統的DMB-T數字信號測量方法的不足，本文采用一種由虛擬儀器實現數字信號測量的方法。通過選用NI通用硬件下變頻器及數字化儀進數據采集，由軟件系統對采集獲得的數據實現對DMB-T地面數字電視信號的參數測量。描述了測量系統的結構，數據采集和分析過程及測量原理等。

關鍵詞：國標GB20600-2006；DMB-T；虛擬儀器；測量

1、引言

2006年8月30日，國家標準化管理委員會發布公告，中國地面數字電視廣播傳輸系統標準——GB20600-2006《數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制》（以下簡稱“國標”）于2006年8月18日正式批準成為強制性國家標準，2007年8月1日起實施。這個被業界稱為DMB-T（也稱DTMB）的標準，是清華大學數字電視技術研究中心研發的一種全新的具有我國自主知識產權的地面數字多媒體傳輸標準方案，該方案以創新的時域正交頻分復用（TDS-OFDM）調制技術為基礎，以多載波技術為主，融合了單載波技術。在系統幀結構、同步、信道估計、保護間隔、符號映射、糾錯編碼和系統實現等諸方面運用了獨特而有效的技術方案。實現了固定電視和公共交通移動電視的數字電視信號傳送。具有傳輸效率高、支持蜂窩單頻網，易于頻率規劃、抗多徑干擾能力強、可靠的快速同步、信道估計性能良好、支持固定，便攜，移動接收、低功耗等優點[1~4]。

通常情況下，需要對發射機發送的DMB-T數字信號進行分析，以衡量發射的DMB-T信號質量并能據此對發射機進行相應調整。為此需要將接收到的信號經射頻到中頻變換、AD變換、希爾伯特濾波，再將得到的I、Q兩路信號經載波恢復和下變頻、時鐘恢復、DFT、信道估計與均衡后，即可得到輸入信號的星座圖。然后通過解調星座圖分析各種噪聲來源，并計算出的MER，EVM等參數，以此來監測信號質量的好壞[5]。

傳統的信號測量方法是通過專門的硬件電路去實現，但這種方法成本高，且系統結構復雜，功能單一。為提高系統的靈活性，本文采用一種使用虛擬儀器的方法，以虛擬儀器的設計思想為基礎，采用軟件的方法去實現DMB-T數字信號的軟件解調，并基于解調出的星座圖對輸入信號的性能參數進行測量和分析。與傳統的測量方法相比，這種方法使用NI通用硬件結構，而軟件可擴展性強，可根據用戶的需要對儀器進行定制，靈活性高，更加便于用戶的使用。采用同一種硬件結構即可完成對多種數字信號的測量。本文僅針對DMB-T信號測量系統作出說明。

2、DMB-T信號測試系統

測試系統由DMB-T數字信號的硬件采集系統和系統測量軟件系統組成。

2.1DMB-T數字信號的硬件采集采用NI公司（美國國家儀器公司）RF矢量信號分析儀PXI-5661及相關接口設備。如圖1所示。

PXI-5600下變頻器對頻點位于UHF頻段(470~850MHz)、帶寬為7.56MHz的DMB-T信道調制器射頻信號進行數據采集，將輸入的RF射頻信號變頻到5M-25MHz中頻信號后，輸出到PXI-5142高速數字化儀。PXI-5142包含的兩個模塊OSP（onboardsignalprocess，板卡數字信號處理）模塊和板卡RAM模塊，完成對中頻信號AD采樣、數字下變頻、重采樣濾波等步驟，通過PXI總線與在PC機運行的測試程序進行控制信息與數據的交換，最終由運行于PC機的軟件系統完成對信號各參數的測量。

2.2信號的軟件解調

本軟件系統首先要對采集到的信號進行軟件解調，實現DMB-T信號接收的功能。本系統使用軟件的方法去實現DMB-T數字信號接收機的內部功能模塊。從NI硬件設備采集到的一路實數字信號先經過希爾伯特濾波得到I、Q兩路復信號。再將由此得到的I、Q兩路信號經載波恢復和下變頻、時鐘恢復、DFT、信道估計與均衡后，即可得到輸入信號的星座圖。

2.3數據測量

本軟件系統根據解調后得到的輸出來計算DMB-T數字信號的性能參數。相關的分析有星座圖分析和MER，EVM等參數的計算。并根據MER，EVM等參數衡量發射機發送信號質量的好壞。

2.3.1星座圖分析

在一個星座圖中所有I和Q信號可能的結合表現為網格形狀，這使它們容易說明引起干擾的事物，星座圖圖表可想象為帶方框的數組，每個方框代表一個狀態或符號，在理想的數據傳輸情形下每個被接收的傳送碼應落在方框的中心點，但實際上噪聲、侵入干擾與反射會讓傳輸符號離開理論的中心點移往相鄰方框的邊界，相鄰方框之間的分界線稱為判斷門限，傳送的信號如果被干擾推擠跨越此門限，它就會被錯誤地視為屬于相鄰方框的符號，因此而成為一個錯誤碼，否則視為正常符號。星座圖可以看成數字信號的一個“二維眼圖”陣列，符號在圖中所處的位置應具有合理的限制或判決邊界，代表各接收符號的點在圖中越接近原點，信號質量就越高。由于屏幕上的圖形對應著幅度和相位，陣列的形狀可用來分析和確定系統或信道的許多缺陷和畸變，并幫助查找其原因。星座圖是一個很好的故障排除輔助工具，它可提供干擾的來源與種類的線索，通過星座圖容易發現幅度噪聲、相位噪聲、相位誤差、調制誤差比等調制問題。

2.3.2性能參數計算

本系統采用的衡量信號質量的主要參數為MER和EVM[5~6]。

調制誤差率MER近似于基帶信號的信噪比，其計算公式為：

3、軟件系統簡介

測試軟件采用NI公司LabVIEW2009平臺進行開發。LabVIEW大大提高虛擬儀器的開發效率，它提供的交互式圖形化開發環境徹底顛覆了以往那些開發工具擁有強大開發功能的同時卻不可能簡單易用的思想。LabVIEW所包含的各種特性使其成為開發測試，測量，自動化及控制應用的理想工具。LabVIEW可以迅速地開發應用系統，完成產品設計驗證與自動化控制等應用。

3.1軟件系統結構

整個軟件系統采用分層設計的思想進行設計。系統可分為硬件接口部分、數據處理部分及用戶界面部分。硬件接口部分為系統的數據來源，通過前文所述數據采集硬件獲得數字信號。數據處理部分包括數據處理，分析和顯示這三個功能模塊。數據處理模塊從硬件接口部分采集數據存放到緩沖區里。數據分析模塊從緩沖區中取得數據進行分析。數據顯示模塊從數據分析模塊中取得分析結果，繪制成圖形，并在用戶界面中顯示出來。用戶可通過用戶界面部分對系統的行為進行控制，并可實時地監視硬件設備的狀態。同時數據處理部分的分析結果也在用戶界面部分中顯示出來。軟件系統的結構如圖2所示。

3.2數據的多線程處理

在軟件系統中采用了多線程技術實現了數據采集數據分析、結果顯示輸出的同步進行。軟件運行時開啟三個線程分別進行以上操作。其中采集線程不斷從數據源取得數據并存放在緩沖區里。主線程可控制分析流程，可隨時暫停或中止分析進程。分析結束后，星座圖、信道特性等信息保存在緩沖區內。

4系統的測試與驗證

系統的測試與驗證工作主要是針對實際的DMB-T信號進行的。數據來源為實際的DMB-T數字信號發射機。系統通過連接到PC機上的NI數據采集硬件系統來采集DMB-T數字信號發射機發送的數字電視信號。軟件系統在PC機上運行，用戶可直接觀測PC機上的測量結果。

在系統測試過程中，對QPSK，16QAM與64QAM在不同的保護間隔都進行了測試。測試結果接近硬件測量設備的測量結果。這表明本系統能夠滿足工程測量的需求。圖3-圖6為本系統測試軟件系統中實測圖像。

當DMB-T數字信號發射機工作狀態參數為：載波數=3780；FEC=0.8；保護間隔=1/9；時域交織=720；調制方式=64QAM；射頻帶寬=8MHz；射頻level=+10dB時測得MERdB值約為41dB。在其它參數時的工作狀態所測得的MERdB值不再一一列出。

5結束語

本文所介紹的DMB-T數字信號測量系統，基于DMB-T數字信號接收機的工作原理，通過軟件實現對數字信號的測量過程，結構簡單，靈活性高，易于使用，與其他傳統的測量方式相比，具有明顯的優勢。

參考文獻

[1]GB20600-2006，數字電視地面廣播傳輸系統幀結構、信道編碼和調制[S].2006

[2]王軍，韓猛，門愛東，等.新一代數字電視傳輸標準DMB-T的關鍵技術[J].電訊技術，2001(4):62-65.

[3]楊林，楊知行，吳佑壽.一種新的地面數字多媒體/電視廣播傳輸系統[J].電視技術，2002(1):12-16.

[4]門愛東，楊林，楊知行.地面數字多媒體電視廣播(DMB-T)傳輸性能仿真[J].電子學報，2001(5):656-667.

[5]張萬書.數字調制信號的測量方法[J].電視技術，2002(8):91-96.

[6]馬成彬，胡曉東，李紀勝，等.有線數字電視MER測量的工程實踐與體會[J].施工測量，2005，21:82-84.

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