在不同數字電視傳輸系統中保持可靠、高質量服務的秘訣在于關注那些有可能破壞系統完備性的關鍵因素。本文介紹這些關鍵的射頻測量，它們可以幫助在收視者完全喪失數字電視服務和畫面之前提前檢測出有關的問題。MER測量功能的64-QAM接收機。

與傳統的模擬電視相比較，現代數字電纜、衛星和陸地系統非常不同，其信號容易受到線路中噪聲、畸變和干擾的影響。今天的消費者已習慣于輕松地收看模擬電視。如果圖像質量變差，人們通常會調整室內天線，以獲得較好的圖像。即使圖像質量仍然較差，在節目具有足夠吸引力的情況下，觀眾通常將會繼續收看，只要還能聽見聲音。

數字電視沒有這么簡單。一旦接收中斷，恢復的方法并不總是那么明顯的。問題可能是由MPEG SI或PSIP表錯誤引起的，或者僅僅是由于射頻功率太低，達不到數字工作門限或“尖峰”點。射頻問題可能包含以下問題中的任何一個：碟形衛星天線或低噪聲塊轉換器(LNB)問題、陸地射頻信號反射、噪聲性能太差或信道干擾，此外還有電纜放大器或調制器故障。

解決數字電視接收問題的途徑有好幾條。一種方案是降低機頂盒接收機對信號質量的敏感度，而更根本的方案則是運營商應保持干凈和高質量的射頻信號。為了確保這一點，Tektronix公司提供了關鍵的射頻測量能力，在單臺MTM400儀器中集成了實時MPEG監視和記錄功能。這些儀器可以經濟地部署在從下行鏈路和解碼到復用和再復用，最終通過上行鏈路、前端和發射機站進行節目分配的整個傳輸鏈中的各個位置。利用MTM400，運營商能夠以相當于專用射頻測試設備數分之一的成本來進行關鍵的射頻測量。基于Web的遠程控制允許在傳輸鏈中適當的信號層上進行正確的測量，從而確保獲得經濟有效的結果。

位誤碼率BER

位誤碼率是發生誤碼的位數與傳輸的總位數之比。早期的數字電視監視接收機提供了一個位誤碼率指示，作為數字信號質量的唯一度量。這一點很容易實現，因為數據通常是由調諧器解調器芯片組提供的，很容易處理。不過，調諧器可能常常在執行前向糾錯(FEC)之后輸出BER。更好的方式是在FEC之前測量BER，這樣便可以給出FEC工作情況的一個指示。在Viterbi解交織過程之后，Reed-Solomon (RS)解碼將糾正各誤碼位，以便在輸出端給出準無誤碼信號。EVM可用來預測系統的安全余量。">

當傳輸系統遠離尖峰點工作時，這種方法是可行的，這時只發生很少的數據誤碼，并且Viterbi之前的位誤碼率接近于零。當系統接近尖峰時，Viterbi之前的位誤碼率逐漸增大，Viterbi之后的位誤碼率快速增大，而FEC(在RS之后)后的位誤碼率則急劇增大。因此，FEC具有銳化尖峰角的效果。其結果是，非常靈敏的位誤碼率測量可以給出一個告警，但對采取任何糾錯措施而言通常已經太晚了。盡管如此，顯示BER以記錄或量化傳輸信號的質量仍然是有用的。BER也可用來記錄長期的系統趨勢。它最適合用來識別周期性的短時信號缺陷。

BER測量結果通常使用工程表示法，并常常顯示為一個瞬時比值和一個平均比值。典型的目標值為1E-09，準無誤碼BER為2E-04；臨界BER為1E-03；BER大于1E-03將喪失服務。

如何改進BER ---采用MER

TR 101 290標準介紹了數字電視系統的測量準則。調制誤差比(MER)測量的設計目的是為了給接收信號提供一個單一的品質因素。MER可為接收機對傳輸信號進行正確解碼的能力提供一個早期指示。事實上，MER將接收符號(代表調制圖案中的一個數字值)的實際位置與其理想位置進行比較。當信號質量降低時，接收符號距離理想位置更遠，MER測量值將會減小。

隨著信號質量不斷降低，符號最終會被錯誤解碼，位誤碼率將增大，這時就到了門限或尖峰點。圖1中顯示的圖是通過將MER接收器連接到一個測試調制器而獲得的。連接好之后，逐步引入噪聲，并記錄下MER和Viterbi前的BER值。沒有加性噪聲時，MER的初始值為35dB，此時BER接近于零。值得注意的是，隨著噪聲增大，MER逐漸降低，而BER仍然保持不變。當MER達到26dB時，BER開始增大，顯示已接近尖峰點。MER表明，在到達尖峰點之前很久，系統的信號質量就已經在不斷下降了。

MER的重要性

由于Tektronix公司的設備可以測量到很高的極限MER值(QAM系統中典型值為39dB)，因此，當下行信號流的MER下降因子(安全裕度)已知或者可以在用戶處或其附近進行測量時，位于前端調制器的監視設備可以提供信號質量下降的早期指示。當MER降低到24dB(對于64-QAM)或30dB(對于256-QAM)時，普通機頂盒可能就無法正確解調或無法工作了。極限MER測量功能較低的其他普通測量設備將無法給出信號質量降低的早期告警。電纜(QAM)前端的典型極限MER為35～37dB。模擬電纜系統中的MER典型值為45dB。模擬系統和數字系統中的數據相差10dB，因此傳送系統中的數字MER約為35dB。

誤差矢量幅度EVM

EVM測量類似于MER，但表達形式不同。EVM表達為RMS誤差矢量幅度與最大符號幅度的百分比值。信號缺陷增加時，EVM將會增大，而MER則會減小。MER和EVM彼此可以相互進行轉換。EVM是在IQ(同相與正交)星座圖上檢測到的載波與其理論上的準確位置(參見圖3) 之間的距離，是“誤差信號矢量”與“最大信號幅度”之比，表達為RMS百分比值。EVM定義在TR 101 290的一個附件中。Tektronix MTM400提供了MER和EVM兩種測量能力。

調制方案與系統的各種變體

衛星、電纜和陸地數字電視傳輸系統中的信號采用正交調制方案，這種方案通過對相位和幅度進行調制來表示數據符號。數字電視傳輸中最常用的調制方案都是正交調幅(QAM)的變體形式。例如，在普遍采用的陸地數字調制方案中，COFDM采用16-QAM或64-QAM，8VSB采用了一種8列體制。衛星數字電視系統中采用的數字調制方案是QPSK(正交相移鍵控)，相當于4-QAM。QPSK是一種魯棒性非常好的調制方案，并且已經使用多年了。QPSK還更有效地利用了可用帶寬，但需要更高的載噪比。

電纜數字電視系統建立在該基礎之上，其調制方案更為多樣，而且仍在不斷發展之中。其他調制階次(16-QAM、64-QAM、256-QAM和1024-QAM)可提高頻譜效率，因而在特定的帶寬中能夠提供更多的信道。

在美國的數字電視體制中，64-QAM的傳輸速率可達27Mb/s，相當于在一個6MHz的帶寬內傳輸6～10個SD信道或1個HD信道。新的壓縮技術可以在256-QAM上提供多達3個HD信道。在歐洲體制中，8MHz帶寬可在QAM-256上獲得56Mb/s的傳輸速率。

ITU.J83規定了三種地區性的QAM電纜標準：

* 附件A－歐洲

* 附件B－北美

* 附近C－亞洲

除了能對衛星應用的QPSK進行測量之外， MTM400具有與上述所有QAM標準進行射頻接口和測量的能力。

星座顯示

星座顯示是矢量示波器顯示的數字等價形式，它可顯示QAM信號的同相(I)分量和正交(Q)分量。符號是一個特定調制系統中所傳輸的最小信息成分。對于QAM-64，一個符號代表6個位，在圖上繪制為一個點。這些符號位從原始的MPEG-2傳輸流中經過了一個復雜的代碼轉換處理過程。這個過程包括Reed-Solomon編碼、交織、隨機化、QAM附件B系統網格化和QPSK系統卷積(Viterbi)編碼。其目的是為了保護和糾正位誤碼，提供對突發噪聲的抵抗能力，并在頻譜中均勻分布能量。在解碼器中反向進行這一處理過程之后，必須重建準無誤碼位流。由于這一糾錯處理，僅僅檢查傳輸流將不會得到關于信道或調制器和處理放大器正在引入誤碼、使系統更接近“數字尖峰點”的任何指示。等到MPEG流中開始報告傳輸誤碼標志(TEF)的時候，采取任何糾錯措施通常都已經太晚了。

星座圖

星座圖可以看成數字信號的一個“二維眼圖”陣列，同時符號在圖中所處的位置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，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。

星座圖對于識別下列調制問題相當有用：

* 幅度失衡

* 正交誤差

* 相關干擾* 相位噪聲、幅度噪聲

* 相位誤差

* 調制誤差比

遠程星座圖

MTM400采用了基于Web的技術，因此它的獨特之處在于可以在不同的地方甚至不同的國家，通過因特網或專用網絡來對一個無人值守的測試探查位置察看星座圖。用戶界面也具有可調余輝，可以在較早的接收載波中淡去斑點，就象在傳統儀器上一樣。注意：以下MTM400屏幕圖形都來自通過測試設置使得MER和EVM的顯示效果相似的儀器，只有星座圖的顯示不同。

正交誤差

正交誤差使得符號在圖中的位置更接近邊界限制，因而降低了噪聲裕度。當I、Q相差不精確為90度時，便會出現正交誤差。其結果是使得星座圖不再為方形，而是看起來象一個平行四邊形或菱形一樣。

噪聲誤差

噪聲是包括QAM在內的任何信號中最為常見和無法避免的損傷。加性高斯白噪聲(AWGN)是噪聲損傷的常規類型。由于它是白色(在頻率上為平坦功率密度函數)和高斯性質(數學上為“正態”幅度密度)的，使得接收符號分布在理想位置的周圍。

增益壓縮

MTM400形象的信號顯示使操作人員能夠觀察到I軸和Q軸上導致拐角邊沿被圓滑的增益壓縮現象，但這只發生在當調制器或光纖傳輸系統趨于極限的時候。此時信號幅度較高，呈現出了非線性。發生增益壓縮時，圖形顯示為“半球”狀或“魚眼珠”狀。

相關干擾

發生相關干擾時，信道干擾或諧波成分恰好鎖相至IQ信號。此時，圖形顯示是一組圓環，或“炸面圈”形狀。

相位噪聲(I、Q抖動)

信號鏈中的任何載波源或本地振蕩器都會產生疊加到接收信號上的相位噪聲或相位抖動。相位噪聲顯示為載波符號的同心圓弧。

可接受的信號

在現代全數字調制器中，IQ增益和相位誤差通常可以忽略。發生這些誤差不是因為失調，而是由于設備故障。另一方面，在調制器、上行轉換器和傳輸網絡中也可能產生壓縮。

本文小結

比較好的辦法是在數字電視服務失效之前就提前預計系統問題，而不是等到問題出現之后才去想辦法解決。MER可以測量出發射機和系統性能中的微小變化，是任何電纜和衛星傳輸系統中的最佳品質因素之一。EVM和更傳統的BER則對于標準的跨設備檢查以及幫助識別短期信號質量下降相當有用。星座圖能指示缺陷、畸變或設備偏差，可幫助為射頻傳輸系統提供一種可靠的“完好性檢查”。通過在單個探測器中結合這些關鍵的射頻測量和全面的MPEG傳輸流監控與告警功能，數字電視運營商可以在早期階段檢測出系統問題，從而避免對觀眾的收視造成影響。有了MTM400，Tektronix現在能夠提供所有的關鍵射頻測量和接口，并在單個成本經濟的監控探測器中集成MPEG測量功能。