地面数字电视主要系统指标的测试分析

　　【摘要】数字电视系统质量的优劣，体现在对系统指标的客观测试上。本文主要对地面数字电视常用的系统指标对比模拟电视进行了测试和分析，并提出日常维护和检修中的主要测试项目。

　　【关键词】载波功率（电平） 载噪比 调制误差比 误码率

　　数字电视地面广播是数字电视广播方式中使用最广泛的、最基本的传输形式，但是地面广播信道较卫星和有线信道的传输条件最为恶劣，干扰最多，也最严重，尤其是多径的时延和幅度的变化速度远比卫星和有线电缆信道复杂。

　　一.前言

　　地面数字电视广播一般在UHF频段和VHFⅢ频段进行大功率信号发射，其中UHF频段频率范围为470～860MHz，VHFⅢ频段频率范围为174～230MHz。在这些频率上，无线电信号具有良好的传输性能，而且就单个发射点来看，也具有较大的覆盖范围。

　　地面数字电视广播受众多因素的影响，例如多径问题、接收方式问题、接收区域问题和频率规划问题等。多径问题导致接收好坏不单单依赖于与发射台距离的远近，在很大程度上还依赖于接收信号之间的相位。在工程实践中，需要对地面数字电视广播进行系统主要指标的测试，以评估覆盖效果；同时通过理论分析，找出覆盖偏差的原因，通过调整天线场型和系统指标，使系统尽可能优化。

　　二.地面数字电视主要系统指标

　　在地面数字电视广播系统指标测试中，通常只对与图像质量密切相关的系统主要指标进行测试，包括数字电视载波功率（电平）、数字频道载噪比C/N，调制误差比(M E R)和误码率（BER）。

　　1.数字电视载波信号功率（电平）

　　地面数字电视广播覆盖的重点是各个测试点接收机达到门限值时所需要的最低服务场强，因此，数字电视载波信号功率（电平）指标直接影响数字电视机顶盒解调数字信号的能力，是衡量地面数字电视广播质量很重要的一项测试指标，在维护检修中经常作为被参考的技术参数。

　　由于QAM调制是抑制载波的双边带调制，OFDM具有上千个抑制载波和各类导频，从频谱上看，一个数字频道的已调信号能量像白噪声一样均匀分布在整个频带内，即没有图像载频也没有伴音载频，这样的信号称为”载波”显然是不合适的，而称为“信息功率“更为恰当，但人们还习惯沿用和模拟电视一样的称谓。这时数字电视载波信号功率（电平）已不能用一般传统峰值功率来定义和测试了，其测试方法是对整个频道进行扫描、取样，每个随机取样点的功率是随机分布的，因此把每个取样点的功率值取平均，称为数字频道的平均功率。这种测试功率的方法是模拟电视传输仪器不具备的，所以不能用模拟电视场强仪测试数字频道功率（电平），而只能用数字电视专用测试仪器进行测试，测试时应当把频率设定在该频道的中心频率处。

　　数字电视载波信号功率（电平）定义为：在8MHz带宽内射频或中频信号的平均功率（电平），其单位为dBm。通常还习惯折算到50Ω（欧姆）终端上的电平，单位是dBmV或dBμV。IEC（国际电工委员会）标准规定，用户端接收信号电平一般为47～67dBμV，电平过低就不能正常解码，图像出现停顿或马赛克现象，严重时会出现静像或停顿。

　　2.数字电视信号载噪比

　　由于地面数字电视广播信道的传输媒介是自由空间，噪声和干扰要比有线传输信道大的多，地面数字电视广播质量与系统中的噪声和干扰有着直接关系，因此数字电视信号载噪比是很重要的一项指标。

　　为了衡量某个接收点的噪声和干扰的大小，需要对该接收点的载噪比进行测试。在数字传输中，“载噪比”的提法也是不正确的，因为传输信号中已不存在载波了，所以就无从谈起载噪比，这仅仅是维持人们的习惯叫法。数字电视信号载噪比C/N定义为：已调载波信号平均功率P c与噪声平均功率Pn之比，或折算成电压之比，以dB表示为：C/N＝10Lg(Pc/Pn) ＝20Lg(Uc/Un)(dB)对64QAM噪声带宽BWN＝6.875MHz。

　　模拟电视中的C/N对图像质量的影响是连续的，载噪比越大，信号质量越好；反之造成图像出现雪花，质量不断下降，严重时会不能对图像解码。而在数字电视中C/N对图像质量的影响是不连续的，若把图像出现马赛克现象说成是C/N下降就不准确了，用“误码”这个概念来描述数字电视信号传输损伤更为科学、准确。数字电视C/N有个门限值，当C/N在门限值之上时，图像质量基本无变化；一旦下降低于门限值时，图像立即消失，这种现象称为陡壁效应。

　　3.调制误差比(MER)

　　数字电视已调信号是由I、Q信号合成的矢量信号，既有幅度信息，也有相位信息，一旦受传输过程中的噪声和干扰的影响，接收信号的幅度和相位均有可能产生偏移，在星座图上表现为星座点弥散和旋转，影响接收信号还原二进制数码的能力，调制误差比（MER）就是评价数字已调信号在传输过程中损伤程度的一个重要指标。

　　I、Q信号的质量可以通过分析星座图得到，一个M符号点的星座图，有N个数据点的测试样点，N远大于M，假定设每个数据点j的坐标是Ij＋δIj，Qj＋δQj，其中I和Q是理想数据点的坐标，δIj和δQj是从所选数据点的理想位置至接收到的数据点的实际位置间距离的偏移量，这个距离（δIj和δQj）被称为误差矢量，表示成矢量（δIj，δQj），如图1所示。I、Q信号的MER定义为：理想矢量幅度的平方与误差矢量幅度的平方之比（也可以说是功率之比）的分贝值（dB）。

　　MER是用来比较接收符号的实际位置与其理想位置的差值，当信号逐渐变差时，被接收符号的实际位置离其理想位置愈来愈远，这时测得的MER数值也会渐渐减小。可看出，对于MER而言，由于理想矢量是固定不变的，误差矢量是一个变量，误差矢量幅度越小，MER越大，意味着MER指标越好。反之，MER较小，意味着MER指标较差，一般当MER≤26dB时，图像可能会中断。

　　MER类似于模拟系统中的信噪比S/N或载噪比C/N，数字系统单纯测试S/N和C/N不能反映通道的真实性能，不像模拟系统中能够看到性能的下降。MER可以全面分析接收信号的优劣，它包含了信号的所有类型的损伤，例如各种噪声、载波泄漏、IQ幅度不平衡、IQ相位误差、相位噪声等。MER近似于基带信号的信噪比S/N，测试中MER通常可由星座分析仪直接读出，单位以dB表示，IEC标准规定，用户端MER＞30dB。

　　4.比特误码率（BER）

　　比特误码率（BER）是衡量数字传输系统可靠性的主要指标，BER的高低直接反映系统质量的好坏。BER定义为发生误码的比特数与传输的总比特数之比，有时简称为误码率。实质上它是在数字电视机顶盒接收码流的错误比特数和发送的比特总数之比。通过对这项指标的测试，可以直接反映数字电视地面广播设备的传输质量，所以它是数字电视地面广播重要指标之一。误码率与测试点的载噪比有关，因此误码率可以和载噪比同时测试。

　　数字电视信号是离散的信号，具有陡壁效应的特点，接收到的数字电视信号（一个频道内的几套节目）要么是稳定、具有清晰的图像，要么是信号中断（包括马赛克、静帧、无图像或黑屏）。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指标。

　　一般规定BER＜10－4(最佳10－9)，当 BER达到10－11为准误码状态。

　　三.地面数字电视测试指标分析

　　根据上述，地面数字电视广播的载波信号功率（电平）、载噪比（C/N）、调制误差比（MER）和比特误码率（BER）四项指标，都从不同角度反映了地面数字电视广播网络的质量。

　　载波信号功率（电平）主要用于网络规划，反映了该系统中各个测试点接收机达到门限值时所需要的最低服务场强；载噪比（C/N）反映了各个测试点在测试时刻所存在的噪声和干扰大小，仅从幅度上反映了信号的损伤程度；调制误差比（MER）从矢量的角度刻画了数字已调信号在传输过程中的损伤程度，可以全面分析接收信号的优劣，它包含了信号的所有类型的损伤，同误码率一样，综合地反映了图像质量的好坏；误码率从比特微观角度反映解码后比特的差错率，是衡量接收机解码能力的一个重要指标，该指标真实地反映了图像质量的好坏。

　　在地面数字电视广播日常的维护和检修中，由于测试仪器的局限性和测试仪器的昂贵，通常我们只对与图像质量密切相关的载波信号电平、MER、BER三项指标进行测试。通过对信号电平的测试来保证C/N，从而保证BER。信号电平越低，BER越高，信号电平不正常会造成机顶盒接收的节目出现马赛克，画面停顿，声音不连贯。MER指标相对来说最有用，它是保证用户正常接收的最为重要的指标，信号越好，调制后的符号就越接近理想位置，否则就远离理想位置。MER≥30dB（最佳MER≥35dB，而BER＜10－4），收视最好。实践证明，对这三项主要系统指标的测试，基本可以分析解决目前地面广播中遇到的故障和质量问题。

　　参考文献：

　　[1] 杨知行，王军，潘长勇，王劲涛，彭克武，宋键，符剑.地面数字电视传输技术与系统.北京：人民邮电出版社出版社，2009

　　[2] 刘大会，杜庆波，华永平.有线数字电视技术.西安：西安电子科技大学出版社，2003

　　[3].唐明光 《有线数字电视技术》中国广播电视学会2010

　　李广顺