數字電視測試接收機MER 和EVM 校準方法研究

劉 雷，蔣治國，韓 東

（北京泰瑞特檢測技術服務有限責任公司，北京 100015）

0 引 言

調制誤差比（Modulation Error Rate，MER）和誤差矢量幅度（Error Vector Magnitude，EVM）是數字電視調制的重要指標，直接反映著數字電視的調制質量。最具代表性的調制測試儀器是數字電視測試接收機，如R&S 公司的EFA、ETL 等。由于目前沒有國家或者行業的數字電視測試接收機校準規范，計量機構大多依據頻譜分析儀、矢量信號分析儀以及儀器使用說明書等對電視測試接收機進行校準，多數只能校準頻率和電平等基本參數，而對調制誤差比、誤差矢量幅度等參數的校準無能為力。調制誤差比和誤差矢量幅度是電視測試接收機的核心測試項目，其測量準確度直接影響數字電視測試接收機的使用。

要實現數字電視測試接收機MER 和EVM 兩個參數的校準，必須要有一個可以產生MER 和EVM 失真的測試信號源，但目前市場上并沒有這種專用的測試信號源。為了解決這一問題，北京泰瑞特檢測技術服務有限責任公司實驗室在數字電視測試發射機的基礎上，利用噪聲模擬功能和IQ 模擬功能產生了MER 和EVM 的失真測試信號，實現了數字電視測試接收機MER 和EVM 參數的校準。

1 MER 和EVM 失真信號的產生原理

1.1 MER 失真信號產生原理

調制誤差比（MER）和信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）的計算公式分別為：

式中，MER為調制誤差比，單位為dB；SNR為信噪比，單位dB；Ij和Qj為理想符號矢量的I分量和Q分量大小；δIj和δQj為符號誤差矢量的I分量和Q分量大小；σIj和σQj為實際接收數據的中心（平均值）坐標到理想接收數據點j的偏移；N為一次測量總的取樣數據個數。

從式（1）和式（2）可以看出，MER和SNR的區別僅在δIj、δQj、σIj及σQj。如果只考慮高斯噪聲一種損傷而不考慮其他情況，實際接收數據的中心（平均值）坐標與理想接收數據點為同一個點，那么MER=SNR［1］。

因此，可以利用數字電視測試發射機的噪聲模擬功能，通過設置信噪比來產生調制誤差比失真的測試信號。除噪聲外，IQ 參數也是影響調制誤差比的一個重要因素。因此，要全面反映數字電視測試接收機MER的測量能力，還需要產生一個帶有IQ 失真的測試信號來驗證數字電視測試接收機對IQ 失真信號的調制誤差比的測量能力［2］。

在僅考慮IQ 幅度不平衡和IQ 正交誤差而不考慮噪聲等其他因素的影響下，MER的計算過程為［3］：

式中，MERV為調制誤差比（電壓比形式）；MER為調制誤差比，單位為dB；?為IQ 正交誤差，單位為°；g為IQ 幅度增益（比值形式）。

可以看出，調制誤差比失真的測試信號可以通過數字電視測試發射機的噪聲模擬功能和IQ 模擬功能兩種方法實現。第一種方法，關閉IQ 模擬功能，使用噪聲模擬功能，設置信噪比產生的失真測試信號的調制誤差比（MER）理論值等于信噪比的設定值；第二種方法，關閉噪聲模擬功能，使用IQ 模擬功能，設置IQ 幅度不平衡和正交誤差兩個參數產生的失真測試信號的調制誤差比（MER）理論值，然后可以通過式（3）和式（4）計算得出。

1.2 MER 與EVM 之間的換算關系

誤差矢量幅度（EVM）的計算公式為：

式中：EVMRMS為誤差矢量幅度，單位為%；Ij和Qj為符號誤差矢量的I分量和Q分量大小；N為一次測量總的取樣數據個數；Smax為星座圖最外面位置矢量的大小。

對式（1）、式（4）及式（5）進行推導，可得到：

式中：EVMV為誤差矢量幅度（電壓比形式）；MERV為調制誤差比（電壓比形式）；v為峰值Smax與平均值Srms電壓的比值（電壓比形式）。

表1 列舉了幾種常用的QAM 調制的v值，其他QAM 格式的v值可以根據星座圖計算得出。通過MER值和v值，即可計算出EVM 理論值。

表1 幾種常用的QAM 調制的v 值

2 方法驗證

用R&S 公司的SFU 數字電視測試發射機和ETL 數字電視測試接收機對上述方法進行驗證。選用DTMB 制式，設置載波數為“單載波”、前向糾錯碼率為“0.8”、符號星幀頭模式為“PN595”、符號交織選項為“720”以及雙導頻插入為“否”，分別在16QAM 和64QAM 兩種格式下進行驗證。

關閉SFU 數字電視測試發射機的IQ 模擬功能，打開噪聲模擬功能，MER 理論值即為SFU 的信噪比設定值，而EVM理論值可以通過式（6）計算得出，并將ETL 測量值作為實測值，驗證結果如表2 和表3 所示。

關閉SFU 數字電視測試發射機的噪聲模擬功能，打開IQ 模擬功能，MER 理論值可以通過式（3）和式（4）計算得出，而EVM 理論值可以通過式（6）計算得出，驗證結果如表4 和表5 所示。

由驗證結果可以看出，實測值與理論值基本一致，達到了預期要求。

表2 噪聲模擬方法的MER 值驗證結果

表3 噪聲模擬方法的EVM 值驗證結果

表4 IQ 模擬方法的MER 值驗證結果

表5 IQ 模擬方法的EVM 值驗證結果

3 結 語

驗證結果表明，提出的數字電視測試接收機MER 和EVM 參數的校準方法可行，產生的失真測試信號量值準確可靠。該方法可以應用于數字電視測試接收機的校準，目前已經應用到實驗室的具體校準工作，提高了實驗室的校準工作技術水平。