浅谈数字电视信号的测量

山东广电网络济南分公司 王强元

济南市区数字电视整体转换工作已于2010年底基本完成，我们郊县的数字电视业务自去年年初也已经开展，作为基层的技术工作人员，现在急需掌握的是数字电视信号的传输原理、测量方法、调试技术以及故障排除等新业务知识。作为我们基层分公司的业务带头人，这两年也在积极的补习数字电视业务知识，并将具体的实践经验和对乡镇站的业务培训做一总结，本文先来介绍一下数字电视信号中几个重要指标的测量。

数字电视是一个庞大的系统。它包括在信源、信道、信宿三个方面都要实现数字化处理。与之相对应的数字电视测试大致分为四个层次，即应用层、协议层、传输层、物理层。应用层测试主要针对于节目的制作和播出环节，在这个环节需要能提供多功能、多标准测试平台的测试仪器，对数字电视音频基带信号进行质量测试。协议层测试主要用于衡量设备对于标准和协议的符合性，要求此类仪器尽可能多的具有当前通用协议，进行协议测试，如MPEG-2、MPEG-4、H.264/AVC和VC-1等。传输层测试用于评估各种调试方式的调试性能，如星座图、调制误差率、误码率等。物理层测试包括具体的物理接口测试，如输出功率、端口阻抗、回波损耗等。我们的外线技术人员经常用到的是它的传输层和物理层，与之相对应的测量参数有平均功率电平、误码率BER、调制误差率MER、星座图、突发噪声等，而最简单实用、又能最直观的反映信号传输优劣的是平均功率电平、误码率BER和调制误差率MER这三个测试指标。

1.平均功率电平

由于与模拟信号打交道的时间较长，我们的一线工作人员经常将数字信号的电平测量与模拟信号的电平测量相混尧，甚至用模拟的场强仪去测量数字信号电平，这是不对的。数字电视平均功率电平和模拟信号的电平是完全不同的两个概念，在模拟电视信号中是以图像载波和伴音付载波组成的复合电视信号，它的大小是以图像载波的信号峰值电平来表示。然而，在数字电视中传输的是脉冲信号，在8MHz频带内有无数脉冲信号，我们是将它看成一个噪声频谱，用噪声功率的概念，以每赫噪声功率给予积分的方式求得所谓频道功率，为了设计使用方便仍然用电平来表示，常用dBuv，故称做数字平均功率电平或简称数字电平。这与一般的所谓电平是有区别的。所以不能用模拟电平表测量数字频道电平，把结果进行修正当作数字频道电平，而只能用数字表测量数字频道平均功率电平，测量时应当把频率设定在该频道的中心频率处。

济南市用的是64QAM调制的数字电视信号，在用户端电缆信号系统出口处要求：信号电平为47～80dBμV，因为同系统中传输有8套模拟频道，所以要求数字信号电平要比模拟频道电平低10dB。这是因为对于64QAM调制的数字电视信号，其频道内统计峰值电平比平均功率高10dB，为避免放大器失真，产生互调干扰，需要将数字频道的峰值电平调整到和模拟频道的峰值电平同样的大小，所以要将64QAM调制的数字频道平均功率比模拟频道的峰值电平设置的低10dB。数字相邻频道间最大电平差为≤3dB，数字频道与相邻模拟频道间最大电平差为≤13dB。为减少非线性失真，建议光接收机输出口电平≤103dB，干线放大器输入电平不小于放大器要求的最低属入电平（一般要求不小于75dB），以保证合格的C/N，同样为避免非线性失真，干放的输出口电平也要不大于干放所要求的最大输出电平值。

2.误码率BER

误码率BER的定义是误码的比特数与传输的总比特数之比。数字电视信号是离散的信号，接收到的数字电视信号要么是稳定、清晰的图像，要么就是中断（包括马赛克、静帧），具有“断崖效应”的特点。信号的这种变化，只与传输的误码率有关，所以把误码率作为衡量系统信号质量劣变程度的最重要的指标。精确地测量BER可能需要比较长的时间。在一个比特率为30Mb/s的数字视频码流中，若BER为1x10-8的话，每3.3秒才出现1个误比特，在平均的意义上要捕捉足够的误码来形成统计准确的BER就要好几分钟，在遇到较低的BER时甚至需要几小时。BER只反映严重到造成误码的调制损伤，对数字调制中的细节问题仍然是不敏感的。一个好的BER表明的是合适的业务传送，一个坏的BER强调的是受损伤的业务，但是看不出造成问题的具体原因。这就要求我们维护人员在排查故障时要全面的分析原因。建议使用专门测试数字信号指标的仪器来分析、排查故障。

BER通常用10的负多少次方表示，例如：在一万位数据中出现一位差错，即误码率为万分之一，即BER=1.00E-4。对于机顶盒接收端，一般来说，只要BER<1.00E-5就能正常接收（可能偶有马赛克现象），BER=1.00E-4基本就无法看了，BER数值越小，信号质量越好。一般仪器能够显示的BER最小值是1.00E-9，再小也是以1.00E-9来显示。

3.调制误差率MER

调制误差率MER是信号理想的矢量幅度和与信号误差矢量幅度和之比，以dB表示，即：MER=10×Log(符号平均功率/误差平均功率)dB。MER包含信号的所有类型的损伤，例如：各种噪声、载波泄漏、I/Q幅度不平衡、I/Q相位误差，相位噪声等。MER是对数字调制信号的总体质量描述的参数，它反映的是实际信号与理想信号之间的偏离程度。可以说这一参数给出了信号劣化的总体情况，是反映系统性能和决定解调性能的重要参数。MER是调制误差率，决不能叫调制误码率，因为它是表征信号尚未误码时的噪声干扰状态，我们可以此来审定数字电视信号图像质量。如64QAM的数字电视信号在23～24dB图像就会出马赛克，23dB以下会随时断线，甚至无法收看，在25dB以上是图像就正常，考虑到系统的稳定性和测量误差，因此DVB-C标准要求MER应大于27dB。

MER与BER之间存在悬崖效应的关系。数字信号与模拟信号相比，不仅传输图像的清晰度高，而且抗干扰能力强。当数字信号和模拟信号同时受到干扰时，随着噪声和干扰信号的增加，模拟信号图像会逐渐恶化，有一个渐变的过程。而数字信号不同，小的干扰信号不会对数字信号有影响，当干扰逐渐加大，出错的数据超过了纠错编码的错误纠错能力，数字信号出现误码，图像出现马赛克。这个变化是在一个门限处产生的，速度很快，这种特性叫数字信号的悬崖效应。所以当MER随着干扰的增加逐渐降低时，开始BER保持不变，但当干扰增加到一定程度，MER继续下降，BER开始增加，于是产生了误码。

以上介绍的是数字电视信号测量中最基本和最常用的三个基本参数，其中误码率是最主要的指标。欲保证数字信号的质量，最主要的是要保证一定的误码率，欲保证一定的误码率，就必须保证一定的载噪比CNR。在噪声功率一定的情况下，欲保证一定的CNR就必须保证一定的载波电平，也就是说正确的电平设置是为最终保证合格的误码率服务的。因此传输线路中的一个重要环节就是正确的设置各个重要端口的输出电平，电平的设置也着重于电平的调试与测量。人们通过电平的设置来保证一定的误码 率，这就是把较为复杂的数字信号的测量转化成为对电平的准确测量和调试。