南邮广播电视工程广测实验七-数字电视有线射频信号测量

1、通信与信息工程学院2016 / 2017 学年第一学期广播电视测量技术实 验 报 告实 验 名 称 数字电视有线射频信号测量专 业 广播电视工程 学 生 班 级 B130114 学 生 学 号 B1311413 学 生 姓 名 陈超 指 导 教 师 姚锡林 日 期： 2016 年 10 月 9 日1.实验目的：在了解数字有线电视接收系统的组成、原理之后，利用矢量频谱信号分析仪观察有线电视QAM星座图特征，分析有线电视传输环境的特征。2.实验内容： 在带宽有效的通信系统中，大容量信息必须通过高进制调制来传输。由信号星座图可以直观地看出，此时如果单独使用幅度或相位携带信息，则信号星座点仅分布在一条

2、直线或一个圆上，不能充分利用信号平面。基于这种考虑，诞生了幅度和相位相结合的调制方式一一正交幅度调制(Quadrature Amplitude Modulation, QAM)，它可以在保证最小欧氏距离的前提下，尽可能地增加星座点数目。目前M进制QAM调制方案己经广泛应用于数字视频广播，可以在有限带宽内传输高清晰度视频信号。图7.1为常见的M进制QAM信号星座图。从欧氏距离的角度看，图中矩形星座并不一定是最好的M元星座点分布，实际中也确实有通信系统选择了不同的信号映射方式，例如蜂窝形状。但是，矩形星座具有容易实现的独特优点，也很利于用正交相干方式解调。所以，矩形星座的QAM信号在实际应用中占了

3、绝大部分。从QAM调制过程看，QAM信号可以看成是两路正交的多进制调幅信号之和。另一方面，在图7.1中M=4的QAM调制与QPSK调制完全等同。因此，也可以把QAM信号看成多层QPSK信号的线性组合。例如:一个16QAM星座图可以看成由两层QPSK调制组成，第一层调制确定了星座点处于哪个象限;第2层调制再映射为该象限的4个星座点之一。 数字调制系统的星座显示图形相当于矢量仪中的矢量显示，可用来表示QAM信号中的同相(n分量和正交分量(Q>。符号是给定调制系统中传输信息的最小部分，一个符号在星座图中可描绘为一单个点。这些符号比特是通过复杂的代码转换过程由原始的MPEG-2传输流中导出的。这

4、一转换过程包括了里德一索罗门编码、交织、随机化处理，QAM和格形编码或QPSK系统中的卷积(维特比)编码。人们希望能对系统的传输提供防护并能纠正比特错误，抵御脉冲噪声，将传输能量平均地分布于整个频谱。解码器端所采取的处理方式与上述过程相反，应能恢复基本上无差错的比特流。由于采取了误码校正，仅对传输流进行检查并不能提供传输通道或调制器和处理放大器包含有错误的任何指示，使得系统靠近“数字崩溃点”。一旦MPEG码流中的传送错误标志(TEF)作出报告，这时再采取校正措施常常是太迟了。 星座图可以认为是一种数字信号“2维眼图”的阵列，在星座图中标出了符号的着陆点，并给出了着陆的允许范围和判决边界。符号着

5、陆点愈是靠近而聚集在接收符号的“云层”中，那么信号质量就愈佳。由于星座图映射为屏幕上信号的幅度和相位，因此可以利用该阵列的形状来判断和确定传输系统或传输通道中故障和失真的严重程度，有助于阻止传输质量的下降。 利用上述星座图，可以判断幅度不平衡、正交错误、相干干扰、相位噪声，幅度噪声、相位错误和调制误差比等调制问题。 有线电视传输系统主要测量指标: 1)误差矢量幅度(EVM)EVM是误差矢量的RMS幅度与最大符号幅度之比，并以百分比来表示。信号损伤增加时，EVM增加;信号损伤降低时，EVM减小。通过测量MER和EVM,能在BER迅速攀升和接收信号中断之前预测出系统的安全余量。 EVM表征的是调制

6、精度，是衡量现代无线通信系统中数字调制质量的一项关键指标。EVM是发射信号的理想的测量分量I(同相位)和Q(正交相位)(称为基准信号“R")与实际接收到的测量信号“M”的I和Q分量幅值之间的矢量差。EVM适用于每一个发射和接收的符号。 EVM是一个幅值量，表示为一个百分比，但是每个测量点上的相位和幅值误差都是要测量的。很多信号都要测量EVM。实际上，EDGE标准要求要在200个以上的突发脉冲上测量EVM，因此它通常指的是RMS或者峰值EVM。 RMS EVM定义为平均误差矢量功率与平均基准功率的比值的平方根。峰值EVM是在测量区间内出现的最大EVM。通过EVM值可以观察到信号的质量，

7、这是眼图或BER测量之类的其他性能指标无法表征的。EVM与误码率成正比，但是它比眼图或BER测试的速度更J决，并且能够提供更多可供观察判断的信息。 EVM和信噪比(SNR)以及信号与噪声加失真比(SNDR)也有直接的关系。我们可以通过EVM判断通信系统不同层次引入的实际误差，这能够帮助设计者查找某些具体的问题。 2 ) BER(误码率) 误码率是错误比特与全部传送比特之比。在早期的DTV监视接收机中，误码率作为数字信号质量的唯一测量值。误码率的测量简单易行，因为它通常可由调谐解码器芯片组提供且容易进行测量。不过，调谐器的输出BER通常是在前向误码校正(FEC)之后，最好是在FEC(“前维特比”

8、)之前来测量BER。这样，通过测量BER可以反映出FEC的校正能力。在维特比去交织之后，采用里德·索罗门(Reed-Solomon, R-S)解码可以校正错误比特，以在输出端获取准无误码(quasi error-free)信号。如果传输系统的工作状况远离信号崩溃点，这种运行状态是合适的。这时，只有很少的数据错误发生，前维特比(pre-Viterbi)误码率接近为零。如果传输系统工作在崩溃点边缘附近，则前维特比BER就会逐渐增加，后维特比（post-Viterbi) BER的变化就比较徒峭，后FEC(在RS之后)就非常徒峭。因此，FEC能够对崩溃点的徒峭程度产生影响。这样，非常灵敏的误

9、码率测量会产生告警信号并用来记录长时间的系统运行状态，最好是用来识别周期性损伤、瞬态损伤。BER的测量值常常用工程记数法来表示，并标明为瞬时码率和平均码率。典型的目标误码率为:1 E-09，准无差错的误码率为2E-04;临界误码率为1 E-03;当误码率大于1 E-03时则处于传输服务允许值之外。3)调制误差比(MER )TR101 290标准是用来描述DVB系统的测量准则。在标准中，调制误差比(MER)指的是被接收信号的单个“品质因数”C figure of merit )。 MER往往作为接收机对传送信号能够正确解码的早期指示。事实上，MER是用来比较接收符号(用来代表调制过程中的一个数字

10、值)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。一直到最后，该符号不能被正确解码，误码率上升，这时就处于门限状态即崩溃点。 图7.4是将MER接收机与一测试调制器相连接时所测得的曲线。连接妥当后，逐渐引入噪声，同时记录MER和前维特比BER的数值。在没有引入噪声时，MER的起始值为3_SdB，而BER接近为零。随着噪声的增加，MER值逐渐降低，而BER却保持恒定。当MER降低至26dB附近时，BER才开始攀升，说明崩溃点就在此值附近。因此，MER可用来指示系统在崩溃点之前的早期劣化渐变过程。因此，如果我们在用户点(

11、或其附近)测出MER的安全余量，那么，位于前端调制器处的监视设备通过测量MER即可提供信号劣化的早期指示。当MER下降至24dB ( 64-QAM)或30dB (256-QAM)时，通用机顶盒就不能正确解调。2. 实验仪器:在了解数字有线电视接收系统的组成、原理之后，利用矢量频谱信号分析仪观察有线电视QAM星座图特征，分析有线电视传输环境的特征。3.实验过程及数据 1）将有线电视信号连接到N9020A；2）按MODE键进入Vector Signal Analyzer(VXA) 矢量信号分析仪模式；3）按MEAS键进入Digital Demod 数字解调界面；4）设置数字解调模式为64QAM；5）输入中心频率800MHZ；6）设置Points/Symbol 为1；7）设置Symbol Rate符号率为6.875MHZ；8）按SPAN X Scale键设置SPAN为FULL SPAN；9）按AMPTD Y Scale 键设置Range为-10dBm。图1 解调信号分析数据图 图2 解调信号星座图 图3 解调信号误差矢量 图4 解调信号频谱 图5 解调信号误差分析 4.实验小结： 此次实验利用矢量频谱信号分析仪观察有线电视信号并分析相关星座图、频谱等特征，其中星座图是判断相干干扰、想为噪声等的重要参考，解调后的有线电视信号星座图呈规范正方图形，无倾斜，说明解调频率等符合，实验过程中采