数字信号电平的测试分析

　1、 数字信号电平和模拟信号电平的区别

　　模拟电视载波调制是VSB, 即残留边带调制, 图像内容是通过幅度调制来传送的, 图像内容是随时变化的, 信道的功率不断地变化, 所以模拟电视的信道功率取决于图像内容, 模拟电视行/场同步脉冲电平相对稳定, 故我们把峰值电平作为判别模拟电视信号强弱的标准。

　　数字电视信号采用QAM 调制方式, 具有类似双边带的特征, 既对载波的振幅进行调制又对载波的相位进行调制, 又由于是平衡调幅, 抑制了载波, 因此一个数字电视频道没有所谓的图像载波伴音载波。一个数字频道的已调信号的能量是均匀分布在整个限定带宽内的,信道功率相对稳定, 不随内容随机变化, 所以数字电视用有效带宽内射频或中频信号的平均功率电平来表示本频道的功率, 数字电视信号的平均功率电平也称作信道功率, 这与模拟电视电平是完全不同的概念。

　　2、 数字信号电平的测量方法

　　根据数字电视信号的频谱结构, QAM 数字频道的电平是用被测量频道信号的平均功率来表达的, 即数字频道平均功率, 测量方法是对整个频道扫描、抽样,把每一个抽样的功率值取平均, 然后在信道的带宽内进行积分, 得到信道的平均功率, 这需专用的数字信号测量仪器才能测量。

　　目前绝大多数中小有线运营商只有简单的模拟信号测试手段, 在排除网络故障时, 最常用的方法是测量信号电平, 但数字电视信号的数字信号的功率不能用峰值功率测量来完成, 因为信道功率是和带宽有关的,带宽越宽, 信道的平均功率越高, 下面介绍一种用模拟场强仪估算数字信号电平的方法。

　　在有线电视HFC 网络中同时传输模拟电视信号和数字电视信号时, 一般是按照每一个电视信号频带的电平值相同的条件传输, 如果用一般的场强仪分别测量模拟信号和数字电视信号的电平值, 就会发现数字电视信号的电平值比模拟电视的电平值低十几个dB, 这是由于模拟信号和数字信号在特定带宽内能量分布特点不同造成的。模拟信号电平值是在规定的带宽( 300 kHz)内对模拟电视信号的载波用场强仪测量的结果, 因为这个带宽内的载波集中了电视信号在频道内的主要能量(超过98% ), 可以认为是载波的测量结果代表了信号在频道内的电平值。模拟信号的峰值出现在载频点, 而数字电视信号在频谱上是看不出载频点的, 所以对数字电视信号的测量类似于噪声的测量。在模拟传输中载噪比的定义: C /N = 20 Ig(图像载波电平有效值/噪声电平均方根值(规定带宽内) ), 均方根值的测量是与测量带宽有关的。由此, 我们就可以理解模拟信号和数字电视信号在用模拟场强仪测量中所呈现的差异。因为模拟电视信号的能量集中在300 k的频带内(并且又集中在中心), 其频谱能量集中图形的峰值幅度很高, 而8 M带宽数字电视信号的全部能量呈均匀分布的图形, 分布在大约6. 4M 的频带内, 频谱能量分散, 峰值幅度就比较低, 有效能量带宽大约是模拟电视信号带宽的20 倍, 换算近似为11~ 14 dB, 有一点误差是场强仪的中频扫描带宽、中频滤波器的波形系数、滚降率等造成的, 所以用模拟场强仪估测数字信号电平时, 实际电平(功率)和显示电平(功率)的简单换算公式如下：

　　S = SO + 10 lg (RBW /B ) +K

　　式中: S——实际电平值;

　　SO ——场强仪显示的电平值;

　　RBW ——等效中频扫描带宽, 即- 3 dB 信号带宽, 一般取*00 kH z

　　(理论上, 数字电视信号的带宽与QAM 调制的阶数、符号率及滚降系数有关, 具体公式为: BW (实际频谱带宽) = F (符号率) * [ 1+ a(滚降系数) ]。我国采用欧洲标准, 8 MH z带宽, 一般使用64 QAM 调制、6. 875MB aud的符号率, 滚降系数为0. 15。代入上面的公式, 得到实际信号频谱带宽为7. 906 25MH z。在这里, - 3 dB 信号带宽取6. 4 MH z。理论计算得出的数字电视信号的带宽, 并不一定与实际的数字电视信号带宽一致, 各品牌QAM 调制器的信号带宽会略有差别。)

　　B—— 场强仪设定的分辨带宽(以kH z为单位),一般为300 kH z。

　　K——修正系数, 此修正值对不同的仪器是不相同的, 一般为1. 7 dB。

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

　　3、数字信号电平的确定

　　在CATV 系统中, 一般数字频道被安排在系统的高端频率上, 而模拟频道则安排在低端频率上。当CATV 系统的输入电平过高时, 系统的非线性失真指标( CSO、CTB ) 将会变差, 例如如果输入电平提高1dB, 那么CTB 将会变差2 dB, 这些失真产物将会落在数字频道中, 使得数字信号的误码率BER 变高, 从而影响数字电视的接收效果。在HFC 网中, 光设备的动态范围远比放大器小, 在一般的模拟信号传输系统中,如果加入数字信号的传输将会使激光器的激励电平变高, 使得输入激光器的平均功率增加, 因而引起激光器的削波, 其结果会导致BER 值迅速变高, 这样一来导致数字解调器瞬间失去同步。数字信号的失真会对模拟信号的C /N 值产生影响, 同时数字信号又会受到CSO、CTB 及光设备的削波影响, 这样数字信号的设置就要在这两者中折中考虑: ( 1)减少模拟频道产生的干扰; ( 2)增加数字信号的抗干扰性。测试结果表明,当数字信号功率增加时, 它会对激光器产生影响, 经验告诉我们, 将64QAM 信号的电平设置低于模拟信号10 dB, 如果采用的是256QAM 的调制方式, 那么可能需要提高电平值。

　　国家标准推荐, 在数字和模拟兼容传输的网络中,数字频道的电平比模拟频道应当低10 dB, 其目的是减少数字信号的非线性失真, 经过测量, 数字电视用户收看数字电视的最低门限电平可达到35 dB。