數字信號電平的測試與確定

　　簡介：本文主要介紹的是數字電路中信號電平的測試方法與確定技巧。

　　1 數字信號電平和模擬信號電平的區(qū)別

　　模擬電視載波調制是VSB, 即殘留邊帶調制, 圖像內容是通過幅度調制來傳送的, 圖像內容是隨時變化的, 信道的功率不斷地變化, 所以模擬電視的信道功率取決于圖像內容, 模擬電視行/場同步脈沖電平相對穩(wěn)定, 故我們把峰值電平作為判別模擬電視信號強弱的標準。

　　數字電視信號采用QAM 調制方式, 具有類似雙邊帶的特征, 既對載波的振幅進行調制又對載波的相位進行調制, 又由于是平衡調幅, 抑制了載波, 因此一個數字電視頻道沒有所謂的圖像載波伴音載波。一個數字頻道的已調信號的能量是均勻分布在整個限定帶寬內的,信道功率相對穩(wěn)定, 不隨內容隨機變化, 所以數字電視用有效帶寬內射頻或中頻信號的平均功率電平來表示本頻道的功率, 數字電視信號的平均功率電平也稱作信道功率, 這與模擬電視電平是完全不同的概念。

　　2 數字信號電平的測量方法

　　根據數字電視信號的頻譜結構, QAM 數字頻道的電平是用被測量頻道信號的平均功率來表達的, 即數字頻道平均功率, 測量方法是對整個頻道掃描、抽樣,把每一個抽樣的功率值取平均, 然后在信道的帶寬內進行積分, 得到信道的平均功率, 這需專用的數字信號測量儀器才能測量。

　　目前絕大多數中小有線運營商只有簡單的模擬信號測試手段, 在排除網絡故障時, 最常用的方法是測量信號電平, 但數字電視信號的數字信號的功率不能用峰值功率測量來完成, 因為信道功率是和帶寬有關的,帶寬越寬, 信道的平均功率越高, 下面介紹一種用模擬場強儀估算數字信號電平的方法。

　　在有線電視HFC 網絡中同時傳輸模擬電視信號和數字電視信號時, 一般是按照每一個電視信號頻帶的電平值相同的條件傳輸, 如果用一般的場強儀分別測量模擬信號和數字電視信號的電平值, 就會發(fā)現數字電視信號的電平值比模擬電視的電平值低十幾個dB, 這是由于模擬信號和數字信號在特定帶寬內能量分布特點不同造成的。模擬信號電平值是在規(guī)定的帶寬( 300 kHz)內對模擬電視信號的載波用場強儀測量的結果, 因為這個帶寬內的載波集中了電視信號在頻道內的主要能量(超過98% ), 可以認為是載波的測量結果代表了信號在頻道內的電平值。模擬信號的峰值出現在載頻點, 而數字電視信號在頻譜上是看不出載頻點的, 所以對數字電視信號的測量類似于噪聲的測量。在模擬傳輸中載噪比的定義: C /N = 20 Ig(圖像載波電平有效值/噪聲電平均方根值(規(guī)定帶寬內) ), 均方根值的測量是與測量帶寬有關的。由此, 我們就可以理解模擬信號和數字電視信號在用模擬場強儀測量中所呈現的差異。因為模擬電視信號的能量集中在300 k的頻帶內(并且又集中在中心), 其頻譜能量集中圖形的峰值幅度很高, 而8 M帶寬數字電視信號的全部能量呈均勻分布的圖形, 分布在大約6. 4M 的頻帶內, 頻譜能量分散, 峰值幅度就比較低, 有效能量帶寬大約是模擬電視信號帶寬的20 倍, 換算近似為11~ 14 dB, 有一點誤差是場強儀的中頻掃描帶寬、中頻濾波器的波形系數、滾降率等造成的, 所以用模擬場強儀估測數字信號電平時, 實際電平(功率)和顯示電平(功率)的簡單換算公式如下：

　　S = SO + 10 lg (RBW /B ) +K

　　式中: S——實際電平值;

　　SO ——場強儀顯示的電平值;

　　RBW ——等效中頻掃描帶寬, 即- 3 dB 信號帶寬, 一般取*00 kH z

　　(理論上, 數字電視信號的帶寬與QAM 調制的階數、符號率及滾降系數有關, 具體公式為: BW (實際頻譜帶寬) = F (符號率) * [ 1+ a(滾降系數) ]。我國采用歐洲標準, 8 MH z帶寬, 一般使用64 QAM 調制、6. 875MB aud的符號率, 滾降系數為0. 15。代入上面的公式, 得到實際信號頻譜帶寬為7. 906 25MH z。在這里, - 3 dB 信號帶寬取6. 4 MH z。理論計算得出的數字電視信號的帶寬, 并不一定與實際的數字電視信號帶寬一致, 各品牌QAM 調制器的信號帶寬會略有差別。)

　　B—— 場強儀設定的分辨帶寬(以kH z為單位),一般為300 kH z。

　　K——修正系數, 此修正值對不同的儀器是不相同的, 一般為1. 7 dB。

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

　　3 數字信號電平的確定

　　在CATV 系統(tǒng)中, 一般數字頻道被安排在系統(tǒng)的高端頻率上, 而模擬頻道則安排在低端頻率上。當CATV 系統(tǒng)的輸入電平過高時, 系統(tǒng)的非線性失真指標( CSO、CTB ) 將會變差, 例如如果輸入電平提高1dB, 那么CTB 將會變差2 dB, 這些失真產物將會落在數字頻道中, 使得數字信號的誤碼率BER 變高, 從而影響數字電視的接收效果。在HFC 網中, 光設備的動態(tài)范圍遠比放大器小, 在一般的模擬信號傳輸系統(tǒng)中,如果加入數字信號的傳輸將會使激光器的激勵電平變高, 使得輸入激光器的平均功率增加, 因而引起激光器的削波, 其結果會導致BER 值迅速變高, 這樣一來導致數字解調器瞬間失去同步。數字信號的失真會對模擬信號的C /N 值產生影響, 同時數字信號又會受到CSO、CTB 及光設備的削波影響, 這樣數字信號的設置就要在這兩者中折中考慮: ( 1)減少模擬頻道產生的干擾; ( 2)增加數字信號的抗干擾性。測試結果表明,當數字信號功率增加時, 它會對激光器產生影響, 經驗告訴我們, 將64QAM 信號的電平設置低于模擬信號10 dB, 如果采用的是256QAM 的調制方式, 那么可能需要提高電平值。