數字電視信號的測量指標

朱小鋒

摘要：本文介紹了數字電視測量的主要指標包括MER、BER、C/N、星座圖等，并對測量中所帶來的問題進行了詳解。

關鍵詞：MER、BER、星座圖、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

數字電視的含義并不是指我們一般人家中的電視機，而是指電視信號的處理、傳輸、發射和接收過程中使用數字信號的電視系統或電視設備。其具體傳輸過程是：由電視臺送出的圖像及聲音信號，經數字壓縮和數字調制后，形成數字電視信號，經過衛星、地面無線廣播或有線電纜等方式傳送，由數字電視接收后，通過數字解調和數字視音頻解碼處理還原出原來的圖像及伴音。因為全過程均采用數字技術處理，因此，信號損失小，接收效果好。

數字電視的收看，最終還是視音頻信號，因此它仍然有類似模擬視音頻的技術指標，

如圖1所示，由電視信號發生器輸出信號，送至被測系統，由解碼器輸出SDI串行數字音視頻信號，再經D/A變換為模擬復合信號供作視音頻測試，指標有亮色增益、亮色延時、微分增益、微分相位、多波群響應、信噪比、K因子、音頻信號分析等。如采用數字視音頻分析儀，則從標準解碼器后取得SDI串行數字視音頻信號進行測試。

這對于前端，用戶端或各接點處，都是很重要的。在數字電視傳輸系統中，模擬射頻指標仍然很重要。C/N模擬要求43dB，數字要求降低到28dB。一般來說，模擬傳輸網絡合格，數字傳輸就沒有問題。

一、數字電視信號電平的剖析

1、對數字平均功率電平的探討

1）每赫功率法可用在所有的數字電視信號及其他數字信號測量。

2）各種信號都可以用功率的概念來量度，但在實際使用中較困難，故用電壓來量度，則應根據信號特征擬定不同的條件取樣。

3）模擬電視采用同步脈沖峰值電平來量度，數字電視是以平均功率電平來量度，兩種取樣的概念不一樣的，雖然都是以電平為單位，但不是同一量網。

2、有線數字傳輸網路電平設置探討

1）廣電部門建議：模擬電視60～80dBμv 、數字電視50～70dBμv、數字較模擬低10dB

2）具體設置：a、設最小電平應大于機頂盒或終端用戶的數字電視接收機最低電平。一般不小于45dBuV。b、最大電平應保證發射設備，傳輸網絡中的光收、光發、放大器、濾波器等設備不失真，即CSO、CTB、大于44dB。

對有線傳輸網絡，質量較好，即C/N、CSO、CTB指標都較好的網絡來說，其電平設置數較為寬松，否則應非常謹慎。

3、數字電平的設置

對于有線傳輸網路來說，有前端設備、光發射機、光接收機、放大器、分支器等，它們都分別有具體的技術指標要求，但共同點是要具有小的噪聲，在噪聲一定情況下獲得大的電平輸出，以此得到好的信噪比或載噪比。

模擬電視采用同步脈沖峰值電平來量度，數字電視是以平均功率電平來量度，兩種取樣的概念不一樣的，雖然都是以電平為單位，但不是同一量網，因此數字電平不能用模擬儀器來測，一定要用數字電視儀器來測量電平。

二、BER誤碼率的剖析

噪聲是引起誤碼的原因，在數字電視傳輸中由于沒有載波。則使用信噪比Eb/No。

對于64QAM DVB-C，Rs=6.875Mbaud，BW=8MHz，

C/N（dB）= Eb/No（dB）+7.12

對于BER為1.E-4，Eb/No≈16dB，因此C/N≈23.5dB，考慮到系統穩定性和測量誤差一般要求27dB。顯然，為了保證系統正常工作，都遠大于此數，故標準中未作嚴格要求。

關于BER的討論

1）誤碼率大，則使圖像產生馬賽克，甚至黑屏，這在數據傳輸中更為重要，會斷線。

2）BER與數字電視傳輸流TS的噪聲有關，這與設備、器件和傳輸系統的噪聲有關。

3）BER與數字電視信號大小有關，一般應大于55 dBμv。

4）造成誤碼除上述原因外，非常重要的突發噪聲，各種信號干擾。

三、MER調制誤差率及星座圖的剖析

噪聲、電源干擾、失真（CSO、CTB）、相位噪聲、對外干擾（入侵）、突發信號。干擾信號不直接對圖像產生直觀影響，統稱為廣義噪聲或無用信號。

MER是表征數字電視信號在尚未誤碼時，廣義噪聲狀況的數學表達方式。MER稱為調制誤差率，是以數學模型反映信號噪聲狀態。它主要反映信號在尚未誤碼時的噪聲狀態，此時并未誤碼，是系統處在亞誤碼狀態。MER并非是反映QAM調制器的質量參數，而是反映信號受廣義噪聲干擾的參數。

四、載噪比C/N的剖析

載噪比C/N指已調制信號的平均功率與噪音的平均功率之比，載噪比中的已調制信號的功率包括傳輸信號的功率和調制載波的功率。

無論數字電視、模擬電視，或是衛星電視、地面電視、有線電視，當系統設備安置完成，只要一工作它的噪聲狀態已確定，即噪聲大小已基本確定，這時需要在保證不失真的情況下，盡可能設置大的輸出電平，以獲得最佳的載噪比C/N ，一般用戶端要求：C/N>43dB， 40dB尚可 36dB無法看到圖像。

噪聲在模擬電視信號中直接影響電視圖像，過大的噪聲使得電視圖像畫面產生雪花，更嚴重者可無法看清圖像。對于數字電視來說，它不會直接影響圖像質量，但它是廣義噪聲的主要來源。嚴重時，可能產生誤碼，使圖像出現馬賽克，更嚴重者，會出現黑屏，完全不能收看電視。因此載噪比C/N在數字電視中仍然是一個非常重要的指標。

測量方框圖如圖19所示

可以 適當的頻譜分析儀或者矢量分析儀測量系統的載噪比。

HFC網絡放大器級聯過多或某級放大器指標裂化都會導致載波比下降從而引起誤碼，這種情況只需減少放大器級聯數就可以解決。

當有視頻調制使得在規定的帶寬范圍內分不清噪聲時，應去掉視頻調制或者在頻道的邊緣進行測量，可用實際噪聲相加的方法來解決。

五、數字電視測量中的問題

1、誤差定義

1）絕對誤差：測量結果與真值之差

△X=X0-X

其中： △X--相對誤差

X--測量值

X0--被測量真值

2）相對值誤差：絕對誤差與真值相比取百分數

4）測量誤差分類（特征）

·系統誤差——按某種特定規律變化的誤差。

它具有重復性，可采用各種修正辦法以使測量值近于真值。如由于溫度引起的誤差，頻響誤差，線性差，單調上升、下降誤差等。

·隨機誤差——沒有特定規律的誤差。

它沒有重復性，可以多次測量取平均值的辦法來減少測量誤差。 如讀數誤差，操作引入誤差，設備、器件不穩定性的誤差，及各種偶然誤差。

5）一般儀器的誤差

·固有誤差——在基準條件下的誤差。

如溫度20℃，電壓220V±10%等。

·工作誤差——在說明書規定使用環境范圍內的誤差。

如溫度-10——+45℃

特殊情況有：溫度、電源、振動、沖擊等條件范圍。

6）測量誤差的處理

·儀器的誤差一般都有正負值，如±2dB。

·儀器的誤差是測量值與標稱值之差（一般指標準值）

·兩個儀器之差

2、電平測量誤差分析

在有線電視中電平是采用等電平傳輸，電平大小對網絡的質量影響很大。

在地面電視、衛星電視中信號大小直接影響節目收看。

誤差來源：1）電平標準具有精度（固有誤差）——儀器出廠時由標準校正

2）儀器本身的誤差

3）阻抗匹配引起反射帶來誤差

4）外屏干擾、噪聲、接觸不良等引入誤差，特別是高頻、小信號。

在10uV以下。

3、 MER測量誤差分析

誤差來源：

1）電平測量誤差。

2）小信號測量誤差。

3）應在大信號下65dB以上測量，否則引入誤差。

4）儀器靈敏度低，噪聲大，對MER值大引入誤差，甚至不能測量。MER誤差一般儀器上在±（1.5～2）dB.

4、關于C/N測量的誤差分析

每個儀器測量C/N誤差大小都不一樣，但誤差來源大致相同。

1） 信號載波電平測量誤差。通常是大電平，并調在儀器參考電平附近，一般在士1～士1.5dB。

2） 為了保證噪聲測量可能換量程測量，會帶來誤差，至少會帶來士0.3dB。最好不用換檔。

3） 噪聲測量是測量小信號，這帶來不小的誤差。

4） 修正值的不準確性帶來誤差。

5） 信號電平太小引入誤差。

6） 載波調制引入誤差。

7） 噪聲選擇點引入誤差。

8） 在高頻測量中的干擾及其他不確定度引入誤差。

值得特別說明，信號足夠大，又不引起儀器失真是非常重要條件。

六、結束語

隨著近年來數字電視技術的不斷發展，掌握和理解好數字電視傳輸中的主要指標十分重要。影響系統正常工作的關鍵指標歸結起來主要有電平、MER、BER、C/N、星座圖等組成的射頻和調制質量指標。我國2010年全面實現數字廣播電視，2015年停止模擬廣播電視的播出。目前許多地方都在進行有線數字電視基礎設施的建設工作。我們只有合理的規劃和調整好這些重要指標，才能有效保證數字電視信號的優質傳輸。

參考文章：

[1]王義杰.數字電視測量參數MER、BER的實現方法 ?？萍夹畔?。2011，13.