數字信號電平的測試分析

　1、 數字信號電平和模擬信號電平的區別

　　模擬電視載波調制是VSB, 即殘留邊帶調制, 圖像內容是通過(guò)幅度調制來(lái)傳送的, 圖像內容是隨時(shí)變化的, 信道的功率不斷地變化, 所以模擬電視的信道功率取決于圖像內容, 模擬電視行/場(chǎng)同步脈沖電平相對穩定, 故我們把峰值電平作為判別模擬電視信號強弱的標準。

　　數字電視信號采用QAM 調制方式, 具有類(lèi)似雙邊帶的特征, 既對載波的振幅進(jìn)行調制又對載波的相位進(jìn)行調制, 又由于是平衡調幅, 抑制了載波, 因此一個(gè)數字電視頻道沒(méi)有所謂的圖像載波伴音載波。一個(gè)數字頻道的已調信號的能量是均勻分布在整個(gè)限定帶寬內的,信道功率相對穩定, 不隨內容隨機變化, 所以數字電視用有效帶寬內射頻或中頻信號的平均功率電平來(lái)表示本頻道的功率, 數字電視信號的平均功率電平也稱(chēng)作信道功率, 這與模擬電視電平是完全不同的概念。

　　2、 數字信號電平的測量方法

　　根據數字電視信號的頻譜結構, QAM 數字頻道的電平是用被測量頻道信號的平均功率來(lái)表達的, 即數字頻道平均功率, 測量方法是對整個(gè)頻道掃描、抽樣,把每一個(gè)抽樣的功率值取平均, 然后在信道的帶寬內進(jìn)行積分, 得到信道的平均功率, 這需專(zhuān)用的數字信號測量?jì)x器才能測量。

　　目前絕大多數中小有線(xiàn)運營(yíng)商只有簡(jiǎn)單的模擬信號測試手段, 在排除網(wǎng)絡(luò )故障時(shí), 最常用的方法是測量信號電平, 但數字電視信號的數字信號的功率不能用峰值功率測量來(lái)完成, 因為信道功率是和帶寬有關(guān)的,帶寬越寬, 信道的平均功率越高, 下面介紹一種用模擬場(chǎng)強儀估算數字信號電平的方法。

　　在有線(xiàn)電視HFC 網(wǎng)絡(luò )中同時(shí)傳輸模擬電視信號和數字電視信號時(shí), 一般是按照每一個(gè)電視信號頻帶的電平值相同的條件傳輸, 如果用一般的場(chǎng)強儀分別測量模擬信號和數字電視信號的電平值, 就會(huì )發(fā)現數字電視信號的電平值比模擬電視的電平值低十幾個(gè)dB, 這是由于模擬信號和數字信號在特定帶寬內能量分布特點(diǎn)不同造成的。模擬信號電平值是在規定的帶寬( 300 kHz)內對模擬電視信號的載波用場(chǎng)強儀測量的結果, 因為這個(gè)帶寬內的載波集中了電視信號在頻道內的主要能量(超過(guò)98% ), 可以認為是載波的測量結果代表了信號在頻道內的電平值。模擬信號的峰值出現在載頻點(diǎn), 而數字電視信號在頻譜上是看不出載頻點(diǎn)的, 所以對數字電視信號的測量類(lèi)似于噪聲的測量。在模擬傳輸中載噪比的定義: C /N = 20 Ig(圖像載波電平有效值/噪聲電平均方根值(規定帶寬內) ), 均方根值的測量是與測量帶寬有關(guān)的。由此, 我們就可以理解模擬信號和數字電視信號在用模擬場(chǎng)強儀測量中所呈現的差異。因為模擬電視信號的能量集中在300 k的頻帶內(并且又集中在中心), 其頻譜能量集中圖形的峰值幅度很高, 而8 M帶寬數字電視信號的全部能量呈均勻分布的圖形, 分布在大約6. 4M 的頻帶內, 頻譜能量分散, 峰值幅度就比較低, 有效能量帶寬大約是模擬電視信號帶寬的20 倍, 換算近似為11~ 14 dB, 有一點(diǎn)誤差是場(chǎng)強儀的中頻掃描帶寬、中頻濾波器的波形系數、滾降率等造成的, 所以用模擬場(chǎng)強儀估測數字信號電平時(shí), 實(shí)際電平(功率)和顯示電平(功率)的簡(jiǎn)單換算公式如下：

　　S = SO + 10 lg (RBW /B ) +K

　　式中: S——實(shí)際電平值;

　　SO ——場(chǎng)強儀顯示的電平值;

　　RBW ——等效中頻掃描帶寬, 即- 3 dB 信號帶寬, 一般取*00 kH z

　　(理論上, 數字電視信號的帶寬與QAM 調制的階數、符號率及滾降系數有關(guān), 具體公式為: BW (實(shí)際頻譜帶寬) = F (符號率) * [ 1+ a(滾降系數) ]。我國采用歐洲標準, 8 MH z帶寬, 一般使用64 QAM 調制、6. 875MB aud的符號率, 滾降系數為0. 15。代入上面的公式, 得到實(shí)際信號頻譜帶寬為7. 906 25MH z。在這里, - 3 dB 信號帶寬取6. 4 MH z。理論計算得出的數字電視信號的帶寬, 并不一定與實(shí)際的數字電視信號帶寬一致, 各品牌QAM 調制器的信號帶寬會(huì )略有差別。)

　　B—— 場(chǎng)強儀設定的分辨帶寬(以kH z為單位),一般為300 kH z。

　　K——修正系數, 此修正值對不同的儀器是不相同的, 一般為1. 7 dB。

　　代入上述各值: S = S0 + 10 lg ( *00 /300) + 1. 7= SO + 15

　　3、數字信號電平的確定

　　在CATV 系統中, 一般數字頻道被安排在系統的高端頻率上, 而模擬頻道則安排在低端頻率上。當CATV 系統的輸入電平過(guò)高時(shí), 系統的非線(xiàn)性失真指標( CSO、CTB ) 將會(huì )變差, 例如如果輸入電平提高1dB, 那么CTB 將會(huì )變差2 dB, 這些失真產(chǎn)物將會(huì )落在數字頻道中, 使得數字信號的誤碼率BER 變高, 從而影響數字電視的接收效果。在HFC 網(wǎng)中, 光設備的動(dòng)態(tài)范圍遠比放大器小, 在一般的模擬信號傳輸系統中,如果加入數字信號的傳輸將會(huì )使激光器的激勵電平變高, 使得輸入激光器的平均功率增加, 因而引起激光器的削波, 其結果會(huì )導致BER 值迅速變高, 這樣一來(lái)導致數字解調器瞬間失去同步。數字信號的失真會(huì )對模擬信號的C /N 值產(chǎn)生影響, 同時(shí)數字信號又會(huì )受到CSO、CTB 及光設備的削波影響, 這樣數字信號的設置就要在這兩者中折中考慮: ( 1)減少模擬頻道產(chǎn)生的干擾; ( 2)增加數字信號的抗干擾性。測試結果表明,當數字信號功率增加時(shí), 它會(huì )對激光器產(chǎn)生影響, 經(jīng)驗告訴我們, 將64QAM 信號的電平設置低于模擬信號10 dB, 如果采用的是256QAM 的調制方式, 那么可能需要提高電平值。

　　國家標準推薦, 在數字和模擬兼容傳輸的網(wǎng)絡(luò )中,數字頻道的電平比模擬頻道應當低10 dB, 其目的是減少數字信號的非線(xiàn)性失真, 經(jīng)過(guò)測量, 數字電視用戶(hù)收看數字電視的最低門(mén)限電平可達到35 dB。