隨著數(shù)字電視的發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越重視數(shù)字電視的質(zhì)量問(wèn)題，數(shù)字電視質(zhì)量的好壞首先是數(shù)字電視信號(hào)的質(zhì)量，因此數(shù)字電視信號(hào)的分析、測(cè)試非常重要，本文重點(diǎn)對(duì)數(shù)字電視信號(hào)的MER及星座圖剖析。

無(wú)論是模擬電視信號(hào)或者數(shù)字電視信號(hào)，它在產(chǎn)生和傳輸過(guò)程中都會(huì)受到失真、噪聲、干擾等影響，不可能是非常理想的電視信號(hào)，這就要求我們對(duì)電視信號(hào)進(jìn)行測(cè)量、分析。

在模擬電視信號(hào)中，這些失真、噪聲、干擾會(huì)直接影響電視的圖像或伴音。如噪聲會(huì)使電視圖像產(chǎn)生雪花，甚至不能收看節(jié)目；電源的交流會(huì)使圖像滾動(dòng)；二次差拍失真、三次差拍失真會(huì)使圖像產(chǎn)生垂直、傾斜或水平波紋等等。因此我們將這些影響電視質(zhì)量的因素，進(jìn)行必要的測(cè)試，并分別規(guī)定相應(yīng)的參數(shù)、限定在某一個(gè)數(shù)值上，進(jìn)行測(cè)試。即有載噪比（C/N）、亨聲、二次差拍失真（CSO）、三次差拍失真（CTB）等等測(cè)量參數(shù)。對(duì)于數(shù)字電視信號(hào)來(lái)說(shuō)，由于它是將電視信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)，在傳輸過(guò)程中是編碼的脈沖信號(hào)。那么上述的噪聲、電源干擾、失真（CSO、CTB等）都不直接影響電視信號(hào)的圖像，但當(dāng)它們達(dá)到足夠大的電平的時(shí)侯，會(huì)造成誤碼，使圖像有馬賽克或“斷線(xiàn)”收不到圖像。此外數(shù)字電視信號(hào)對(duì)相位噪聲較為敏感，而模擬電視幾乎不考慮這一因素。

還得說(shuō)明的是突發(fā)干擾信號(hào)，它的特點(diǎn)是信號(hào)幅度大，持速時(shí)間很短暫，就是一般儀器來(lái)觀察它都非常困難，這對(duì)于模擬電視來(lái)說(shuō)雖然它有影響，但由于人的視覺(jué)的遲鈍，很難觀察出來(lái)，而對(duì)于數(shù)字電視信號(hào)來(lái)說(shuō)，它便易于產(chǎn)生誤碼。我們常把它稱(chēng)之為突發(fā)噪聲，這對(duì)數(shù)字電視影響非常大，必須嚴(yán)格測(cè)試。

上述的這些影響電視信號(hào)質(zhì)量的信號(hào)，對(duì)于數(shù)字電視信號(hào)來(lái)說(shuō)它是有害的，我們稱(chēng)它為無(wú)用信號(hào)，或者把它們都看成噪聲信號(hào)來(lái)處理，筆者建議稱(chēng)之為廣義噪聲。

數(shù)字電視目前用得最多的是DVB標(biāo)準(zhǔn)，為分析方便起見(jiàn)，我們以DVB-C標(biāo)準(zhǔn)的有線(xiàn)數(shù)字電視信號(hào)為例。DVB-C采用如圖1所示的QAM調(diào)制方式，當(dāng)已經(jīng)過(guò)編碼、壓縮、復(fù)用的數(shù)字信號(hào)流，經(jīng)過(guò)串/并重組方框?qū)?shù)字信號(hào)流分成I和Q兩組，分別經(jīng)過(guò)量化，達(dá)到不同的直流電平階梯，再經(jīng)濾波，I、Q兩路信號(hào)經(jīng)同一本振混頻，但相位相差90°（Q路是Smωt， I路是Cosωt），兩路再經(jīng)混合器合成一個(gè)信號(hào)發(fā)射、傳輸。由此我們知道、兩路數(shù)字信號(hào)I、Q相位差90°，而量化后的I路信號(hào)電平幅度按量化等級(jí)，在I軸方向有數(shù)個(gè)相應(yīng)的位置，如量化8個(gè)等級(jí)則有8個(gè)位置，Q路也是如此。這樣一來(lái)，每一個(gè)數(shù)字電視信號(hào)會(huì)在一個(gè)坐標(biāo)圖上都有它相應(yīng)的位置，這就是圖2所示的星座圖。如I、Q各組量化4個(gè)等級(jí)，則有4×4=16個(gè)框的星座，量化8個(gè)等級(jí)則為64框的星座圖。

圖1 QAM調(diào)制器

圖2 星座圖

圖3性能良好的星座圖              圖4具有噪聲的星座圖  

數(shù)字電視信號(hào)的每一個(gè)信號(hào)（稱(chēng)之為符號(hào)），在星座圖上都有一個(gè)相應(yīng)的位置，如果這個(gè)符號(hào)是理想的，那么在其方框內(nèi)是一個(gè)小點(diǎn)，方框線(xiàn)即為相鄰符號(hào)的分界限，也稱(chēng)之為“判斷門(mén)限”。數(shù)字電視信號(hào)總是伴隨著廣義噪聲而存在，那么，它每時(shí)每刻都是疊加有噪聲，因此方框中的符號(hào)不可能在其理想的框的中心，當(dāng)我們用儀器測(cè)試，如果是白噪聲的話(huà)，它每次的位置是不一樣，但都是分布在中心的位置附近，每次都取樣下來(lái)，則形成如云霧狀的園點(diǎn)，如圖3所示，是噪聲較小，性能良好的星座如圖。當(dāng)有一個(gè)突發(fā)入侵的脈沖信號(hào)，雖然它時(shí)間很短很短，但其幅度較大，因此使得該點(diǎn)的符號(hào)偏離中心很大，甚至跨過(guò)了“判斷門(mén)限”到了鄰近的符號(hào)框內(nèi)，這就造成了誤碼。一般來(lái)說(shuō)這種概率是很少的，更多的情況是由于廣義噪聲的影響，它的位置在中心附近分布，如圖4所示。

具有廣義噪聲的星座圖如圖5所示，我們?cè)谝粋€(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)試，并按它的位置取樣，當(dāng)某一次符號(hào)點(diǎn)的位置與理想符號(hào)位置，在星座圖的I、Q坐標(biāo)分別為δI和δQ，而且取樣次數(shù)為j，即1～N次。那么我們可以得出如下公式，這就是調(diào)制誤差率MER。

圖5廣義噪聲干擾的星座圖

由此可知，調(diào)制誤差率MER是數(shù)字電視信號(hào)的理想符號(hào)功率與噪聲功率之比取對(duì)數(shù)。其單位是dB。

關(guān)于調(diào)制誤差率MER，有以下問(wèn)題值得討論。

1.所謂調(diào)制誤差率MER是以數(shù)學(xué)模型來(lái)表征數(shù)字電視信號(hào)的噪聲狀態(tài)，而星座圖是以圖形來(lái)表征數(shù)字電視信號(hào)的噪聲狀態(tài)，兩者是一致的，只是描述方式不同而以。有人稱(chēng)MER是與調(diào)制器有關(guān)的參數(shù)，那是不對(duì)的。當(dāng)然，調(diào)制器也會(huì)產(chǎn)生噪聲，如I、Q兩路電平不平衡，相位不是嚴(yán)格的正交相差90°等，在我們看來(lái)它只是廣義噪聲中的一部分，MER更重的還是關(guān)于廣義噪聲。

2.MER不是調(diào)制誤碼率，是調(diào)制誤差率。因?yàn)樗潜碚鲾?shù)字電視信號(hào)尚未誤碼時(shí)的噪聲狀態(tài)，即符號(hào)位置還在自己相應(yīng)的框內(nèi)，雖然有偏移，甚至較大，但尚未跨出框外，此時(shí)并未誤碼，它可以是處于亞誤碼狀態(tài)。表征誤碼狀態(tài)的是誤碼率BER，而誤碼率是誤碼的次數(shù)與碼流傳輸?shù)目倲?shù)之比，即是說(shuō)它是表征數(shù)字電視信號(hào)誤碼的概率。

4、解讀星座圖

如上所述，星座圖主要反映數(shù)字信號(hào)在尚未誤碼時(shí)的噪聲狀態(tài)。在每一個(gè)瞬間，信號(hào)在方框內(nèi)都有一個(gè)相應(yīng)的位置，由于廣義噪聲影響，它會(huì)成為一個(gè)離散的小云團(tuán)，由于噪聲的性質(zhì)不一樣，其的形狀就有區(qū)別，因此我們?cè)谛亲鶊D測(cè)試時(shí)可以根據(jù)星座圖的形狀分析判斷數(shù)字電視系統(tǒng)的噪聲特征和來(lái)源。

圖6連續(xù)噪聲干擾的星座圖         圖7相位噪聲干擾的星座圖

圖8壓縮失真的星座圖            圖9 有入侵信號(hào)的星座圖

圖3是性能良好的星座圖。即它的MER大于32dB，各種噪聲干擾都較小，是以白噪聲為主。

圖4是具有噪聲的星座圖。它的噪聲較大，在框內(nèi)比較離散。

圖5 廣義噪聲的干擾。由于這種噪聲是隨機(jī)的，經(jīng)多次取樣，它在星座圖方框內(nèi)形成小園形。

圖6為連續(xù)噪聲干擾。這主要來(lái)源于系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)制產(chǎn)物，外面的強(qiáng)烈干擾，如計(jì)算機(jī)，廣播發(fā)射信號(hào)等，這些干擾信號(hào)是連續(xù)的，它使得星座圖的每個(gè)點(diǎn)成中心空的小園圈圖形，嚴(yán)重者形成一個(gè)個(gè)小園環(huán)。

圖7為相位噪聲干擾。相位噪聲是表征一段時(shí)間內(nèi)信號(hào)其相位不穩(wěn)定情況。如振蕩器是關(guān)于信號(hào)處理（如本地震蕩器），這些相位不穩(wěn)定會(huì)影響在信號(hào)上，信號(hào)處理設(shè)備內(nèi)的振蕩器在設(shè)計(jì)上是只會(huì)對(duì)處理的信號(hào)增加非常微小的相位噪聲，然而不良的調(diào)制器或處理器可能增加非可觀的相位噪聲在信號(hào)上。這時(shí)，我們可以看到一個(gè)圍繞中心旋轉(zhuǎn)的星座圖。

圖8為壓縮失真引入的噪聲干擾。由于發(fā)射系統(tǒng)，傳輸設(shè)備的放大器，其信號(hào)幅度過(guò)大而飽和，造成非線(xiàn)性失真，則形成如圖8所示的四個(gè)角落被扭曲，四邊形成弓形，而不是正常的四方形狀。

圖9為有入侵信號(hào)的星座圖。一般來(lái)說(shuō)，上述廣義噪聲它的圖形大都集中在中心附近，由于某一瞬間有入侵信號(hào)，它會(huì)較遠(yuǎn)離中心，如圖9小園圖，入侵信號(hào)偏離中心較遠(yuǎn)，也可能跳出本框，那就產(chǎn)生誤碼了。

圖10是I、Q兩路電平不平衡的星座圖，這與QAM調(diào)制器有關(guān)。

圖11是信號(hào)相位錯(cuò)誤引起的星座圖錯(cuò)位，引起誤碼。

圖10 I Q電平不平衡星座圖          圖11 信號(hào)相位錯(cuò)誤星座圖

從上述可知，由于不同噪聲使得星座圖形狀產(chǎn)生不同變化，那么我可以利用星座圖來(lái)監(jiān)測(cè)數(shù)字電視信號(hào)系統(tǒng)噪聲特征和來(lái)源。數(shù)字電視的工程師，可以根據(jù)自己的系統(tǒng)所測(cè)得的星座圖，找出它的規(guī)律，去判別噪聲，排除隱患。可以這樣說(shuō)，星座圖是鑒別數(shù)字電視信號(hào)質(zhì)量好壞，尋找噪聲來(lái)源，排除故障非常好的工具。

5、調(diào)制誤差率MER的測(cè)試 

5.1、數(shù)字電視對(duì)MER的要求

MER是反映數(shù)字電視信號(hào)受廣義噪聲干擾狀態(tài)的參數(shù)，在運(yùn)行中我們應(yīng)給定一個(gè)具體的指標(biāo)。對(duì)于DVB-C 64QAM信號(hào)來(lái)說(shuō)，為了保證正常工作，理論上要求MER大于23dB, 考慮到測(cè)試誤差，設(shè)備老化等因素，故工程上要求MER大于27 dB。對(duì)于256QAM來(lái)說(shuō)，理論上要求大于28 dB，工程上要求大于31 dB。我們?cè)诙鄠€(gè)數(shù)字電視網(wǎng)絡(luò)中用德國(guó)寶馬PRK4CP測(cè)試，對(duì)64QAM來(lái)說(shuō)，23～24dB會(huì)出現(xiàn)馬賽克，23dB以下隨時(shí)斷線(xiàn)，甚至無(wú)法收看，在25dB以上圖像就正常。對(duì)于一個(gè)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)來(lái)說(shuō),還應(yīng)考慮到測(cè)試儀器精度,系統(tǒng)長(zhǎng)期老化等因素,一般應(yīng)增加3dB。

廣電部專(zhuān)在“關(guān)于廣電有線(xiàn)電視城域?qū)拵ЬW(wǎng)絡(luò)建設(shè)的意見(jiàn)”中，根據(jù)IEC60728-1-2000國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)數(shù)字電視64QAM的MER應(yīng)大于30dB。那么256QAM應(yīng)大于34dB。看來(lái)這個(gè)要求是很有必要的，對(duì)于數(shù)字前端來(lái)說(shuō)，MER應(yīng)比用戶(hù)端高，一般應(yīng)在38dB以上。

5.2、MER測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍

如前所示，MER是信號(hào)的理想功率與廣義噪聲功率之比取對(duì)數(shù)。那么作為儀器就必須分別測(cè)量它的信號(hào)（符號(hào)）功率和噪聲功率，這就要求儀器有大的動(dòng)態(tài)范圍和高的靈敏度，因此一般儀器都要要求信號(hào)平均功率電平在50dBμV以上進(jìn)行測(cè)試，然而對(duì)儀器來(lái)說(shuō)最重要的是對(duì)廣義噪聲功率測(cè)試。一般監(jiān)測(cè)用的數(shù)字電視分析儀它們的測(cè)量范圍在20～120dBμV，也就是說(shuō)它們測(cè)量小信號(hào)的能力為20dBμV，這時(shí)儀器的噪聲電平大約在15dBμV。因此這些儀器的MER測(cè)試范圍在20～35dB，主要限制在上限值，最大38dB，如下表所示。對(duì)于各廠(chǎng)家來(lái)說(shuō)，其表述方法不完全一致，如德國(guó)寶馬儀器，指標(biāo)都給的保守，為了保證±2dB誤差，它只標(biāo)注MER在35dB，其實(shí)它也可以測(cè)量到37dB。南韓泰勒曼（Telemann）他給定MER范圍22～38dB，±2dB，但他給出最大測(cè)量范圍10～40dB，這也就是說(shuō)可以測(cè)到40dB，但不保證誤差，它能達(dá)到38dB是因?yàn)樗軠y(cè)試到小信號(hào)15dBμV。因此說(shuō)一般數(shù)字電視分析儀MER最大測(cè)量值在38dB以?xún)?nèi)，如果說(shuō)，儀器的測(cè)量范圍的下限是30dBμV（即30μV），它的MER最大值不可能達(dá)到38dB，用戶(hù)不應(yīng)過(guò)分地去追求廠(chǎng)家說(shuō)的指標(biāo)。

美國(guó)勝利公司的AT2500數(shù)字電視分析儀，它給定MER為22～40dB，±1dB，這是可信的，因?yàn)樗撵`敏度很高，為0.3μV，它能保證小信號(hào)的測(cè)量精度，也就保證了噪聲測(cè)量精度。

6、數(shù)字電視測(cè)試儀器

這里所講的數(shù)字電視測(cè)試儀器是以射頻傳輸測(cè)量為目標(biāo)，一般稱(chēng)為數(shù)字電視分析儀，它的目標(biāo)不僅對(duì)數(shù)字電視信號(hào)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，而且應(yīng)該對(duì)模擬傳輸系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)量，特別是數(shù)字有線(xiàn)電視，由于傳輸系統(tǒng)從前端到電纜傳輸，光收光發(fā)、放大器、分支器等它們引起的噪聲、失真、泄漏、入侵，都會(huì)影響數(shù)字電視信號(hào)，故對(duì)數(shù)字有線(xiàn)電視來(lái)講, 系統(tǒng)的載噪比（C/N）和失真指標(biāo)CSO、CTB測(cè)試非常重要。因此，數(shù)字電視儀器不僅應(yīng)具有數(shù)字電視參數(shù)測(cè)試功能，還應(yīng)有模擬數(shù)字電視測(cè)試功能。
對(duì)于數(shù)字電視分析儀的數(shù)字參數(shù)來(lái)說(shuō)，有數(shù)字平均功率電平，誤碼率BER、調(diào)制誤差率MER、星座圖、矢量誤差率EVM、相位抖動(dòng)、群延時(shí)特性等等。一般來(lái)說(shuō)測(cè)量前四個(gè)參數(shù)即可，即平均功率電平、BER、MER、星座圖。EVM可以直接從MER計(jì)算出來(lái)，故只測(cè)MER即可。
關(guān)于平均功率電平，這是最重要，最基本的測(cè)試。它一定是要引入每赫功率概念的測(cè)量方法，不能以模擬電平方法來(lái)測(cè)量，那樣誤差太大。
MER和星座圖是表征數(shù)字電視的相同特性，可以只要MER，但只能從定量來(lái)說(shuō)明數(shù)字電視信號(hào)質(zhì)量，這樣儀器會(huì)便宜些，如果有星座圖測(cè)量，對(duì)查找噪聲特征和來(lái)源，尋找系統(tǒng)故障非常方便。
誤碼率它是直接反映數(shù)字電視信號(hào)誤碼的參數(shù)，不言而喻是非常重要的指標(biāo)，誤碼率BER有糾錯(cuò)前和糾錯(cuò)后兩項(xiàng)，一般來(lái)說(shuō)測(cè)糾錯(cuò)前BER更為重要。

本文是筆者從測(cè)量的角度來(lái)分析數(shù)字電視信號(hào)的質(zhì)量，從而提出了廣義噪聲的概念，對(duì)調(diào)制誤差率MER和星座圖進(jìn)行較詳細(xì)的剖析，闡明了它們之間的關(guān)系并對(duì)其測(cè)量和儀器作了闡述。有些概念是作者從測(cè)量的角度和實(shí)際測(cè)試中得出的，由于篇幅有限，不可能在此詳述，僅供參閱本文的同仁參考，也希望與作者聯(lián)系共同探討。