數(shù)字電視維護(hù)指標(biāo)及典型故障.ppt

1、1,數(shù)字電視技術(shù)維護(hù)指標(biāo)及典型故障,金塔電視臺有線電視中心 ,2,數(shù)字電視技術(shù)維護(hù)指標(biāo)及典型故障,一、數(shù)字電視系統(tǒng)框圖 二、星座圖詳解 三、主要技術(shù)指標(biāo) 四、指標(biāo)解析 五、典型星座圖特征現(xiàn)象與故障關(guān)聯(lián) 六、數(shù)字電視與模擬電視兼容傳輸?shù)奶攸c(diǎn)差異,3,一、數(shù)字電視系統(tǒng)框圖,1、基帶接口與同步：將信號源格式與數(shù)字結(jié)構(gòu)進(jìn)行匹配。幀結(jié)構(gòu)應(yīng)與包含同步字節(jié)的MPEG-2傳送層一致。 2、同步1翻轉(zhuǎn)和隨機(jī)化：將MPEG-2幀結(jié)構(gòu)的同步1字節(jié)反相。為了頻譜成形，并對數(shù)據(jù)流進(jìn)行隨機(jī)化處理，一般使用偽隨機(jī)序列對統(tǒng)計特性不好的碼列進(jìn)行擾碼（隨機(jī)化），可使輸出序列中的0與1的個數(shù)大致相同，沒有長串的連續(xù)0或1，從而使碼

2、列的特性與傳輸通道的特性相符。 3、RS編碼器：對每一個已隨機(jī)化的傳送包進(jìn)行截短的塊RS編碼，以產(chǎn)生誤碼保護(hù)包。這種編碼也應(yīng)用于同步字節(jié)本身。根據(jù)誤碼保護(hù)的要求，有線傳送與衛(wèi)星傳送系統(tǒng)不同，沒有使用卷積編碼，而只是使用基于RS編碼的前向糾錯（FEC）。 注解：（204，188） （K+2t），可以糾正t即8個誤碼。 4、卷積交織器：將數(shù)據(jù)碼按一定規(guī)則打亂，抵御突發(fā)噪聲引起的連片數(shù)據(jù)誤碼。當(dāng)碼流在傳輸中突發(fā)誤碼持續(xù)多個碼元時，經(jīng)過去交織器后，連續(xù)誤碼變?yōu)殡x散的單個誤碼即可被RS解碼器糾正）,4,一、數(shù)字電視系統(tǒng)框圖（續(xù)）,5、字節(jié)映射到m比特符號：該單元將交織器產(chǎn)生的字節(jié)映射為QAM符號，以便進(jìn)

3、行調(diào)制。對64QAM的調(diào)制，是將8比特數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成6比特為一組的符號。 6、差分編碼：為獲得旋轉(zhuǎn)不變星座圖，該單元應(yīng)對每個符號的兩個最高有效位（MSB）進(jìn)行差分編碼以便獲得固定90度旋轉(zhuǎn)的QAM星座圖。 7、基帶成形：將經(jīng)過差分編碼的m比特符號映射為I和Q信號，在QAM調(diào)制前對I、Q信號進(jìn)行升余弦滾降平方根濾波。 8、QAM調(diào)制和中頻物理接口：完成QAM調(diào)制，并將QAM已調(diào)信號連接到CATV射頻信道。CATV用的QAM調(diào)制是使用兩個獨(dú)立的基帶波形對兩個相互正交的同頻載波進(jìn)行抑制載波的雙邊帶調(diào)制，利用這種已調(diào)信號在同一帶寬內(nèi)頻譜正交的性質(zhì)實(shí)現(xiàn)兩路并行數(shù)字信息傳輸，因此它兼顧了頻帶及功率利用率。 9

4、、傳輸網(wǎng)絡(luò)：指HFC ； 10、CATV有線電視綜合解碼接收機(jī)（數(shù)字機(jī)頂盒）：完成與前端相反的物理過程。,5,二、星座圖詳解,星座圖（Constellation）：圖形化地顯示相應(yīng)調(diào)制格式的信號（符號）幅度、相位。例如，當(dāng)比特流進(jìn)入16QAM調(diào)制器時，4個比特形成一個符號，然后這些符號就會被載波調(diào)制到正交的I、Q平面上。當(dāng)比特流進(jìn)入64QAM調(diào)制器時，則是6個比特形成一個符號，然后這些符號就會被載波調(diào)制到正交的I、Q平面上。符號點(diǎn)在I/Q平面上的位置與其調(diào)制相位、幅度對應(yīng)。 2*n：n個比特代表一個符號，16、64代表符號點(diǎn)的個數(shù)；,6,二、星座圖詳解（續(xù)）,1、 16QAM：16個符號點(diǎn)；4

5、個比特代表一個符號，如：0000、0001、0011、0111、1000、1100、1110、1111等； 2、 64QAM：64個符號點(diǎn)；6個比特代表一個符號，如：000000、000001、000011、000111、1000000、110000、111000、111100、111110、111111等； 3、比特轉(zhuǎn)化為符號的框圖解析。,7,三、主要技術(shù)指標(biāo),1、系統(tǒng)輸出口數(shù)字調(diào)制信號的輸出功率電平 2、調(diào)制誤差率MER 3、誤差矢量幅度EVM 4、比特誤碼率BER 5、載噪比C/N；噪聲功率帶寬內(nèi)的每比特能量Eb/No 6、噪聲裕量（Noise margin） 7、等效噪聲劣化（Equi

6、valent Noise Degradation,END） 8、射頻載波的相位噪聲（Phase noise） 、相位抖動（Phase jitter）,8,系統(tǒng)輸出口數(shù)字調(diào)制信號的輸出功率電平,1、數(shù)字頻道功率電平指的是平均功率電平，而不是峰值電平。因為射頻載波被隨機(jī)化的數(shù)字信號調(diào)制，使射頻信號呈現(xiàn)為類似噪聲充滿整個頻譜。 2、一般而言，64QAM調(diào)制數(shù)字頻道的峰值功率要比平均功率高6-10 dB、QPSK調(diào)制數(shù)字頻道的峰值功率要比平均功率高3-5dB。 3、一方面要為了防止數(shù)字信號的峰值電平過高導(dǎo)致放大器壓縮、互調(diào)干擾及光發(fā)射機(jī)的限幅削波產(chǎn)生CSO、CTB等非線形產(chǎn)物對模擬信號的干擾而要降低數(shù)

7、字信號的功率，另一方面又要盡量提高數(shù)字頻道的電平以增加信噪比，提高抗非線性及噪聲的能力。 數(shù)字頻道的功率電平應(yīng)比模擬電視載波電平低6-10dB為好。 4、測量方法： 1）用頻譜儀Noise Marker的每Hz功率法：用每Hz帶寬顯示每Hz功率的方法。數(shù)據(jù)信道功率=顯示的每Hz功率+10lg（信道帶寬） 2）用專用測量寬帶頻譜功率的儀器，可直接讀出數(shù)字頻道功率。,9,模擬電視頻道的測量,10,下行數(shù)字電視信號的測量,11,數(shù)字電視不正確的測量方式,12,數(shù)字電視正確的測量方式,13,調(diào)制誤差率MER,1、指平均矢量幅度與誤差矢量幅度的有效值的比值，結(jié)果用dB表示 2、圖解說明：當(dāng)接收機(jī)接收信號

8、時，在某一段時間里捕獲到N個符號（應(yīng)遠(yuǎn)大于星座點(diǎn)數(shù)M），得到N個矢量，記錄他們的實(shí)際位置，而該符號的理想位置是，從而可得到誤差矢量，即實(shí)際位置到理想位置的偏移。MER反映的是實(shí)際信號對理想信號位置的總體偏移程度。,14,調(diào)制誤差率MER（續(xù)）,3、調(diào)制誤差率MER反映了在整個測量系統(tǒng)中對信號的所有相位、幅度類型的損傷和劣化。例如：各種非中斷性的損傷（系統(tǒng)噪聲、CSO、CTB、侵入噪聲）、相位誤差、相位噪聲等造成的相位誤差及調(diào)制器IQ幅度不平衡、放大器壓縮造成的幅度誤差等。 4、在只考慮頻道中的高斯噪聲時，MER近視于基帶數(shù)字調(diào)制信號的SNR。MER的測試結(jié)果客觀而準(zhǔn)確的反映了數(shù)字接收機(jī)正確還原

9、數(shù)字信號的能力，也可以看作為數(shù)字信號被正確還原的概率。在考察數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)的性能、調(diào)制信號的質(zhì)量及SNR的分配時，MER比S/N更能說明整個系統(tǒng)的性能。,15,調(diào)制誤差率MER（續(xù)）,5、關(guān)于MER的門限：基于8MHz的64QAM的MER門限值為24 dB，一旦低于此值，由于數(shù)字信號的“峭壁”效應(yīng)，圖象就會從滿意的效果轉(zhuǎn)到馬賽克現(xiàn)象、靜幀或黑屏。（這一點(diǎn)完全不同于模擬電視的圖象質(zhì)量逐漸下降）。一般應(yīng)給系統(tǒng)輸出4-6 dB的安全裕量。建議系統(tǒng)輸出口的MER在28 dB。前端MER值達(dá)到35 dB時將是理想情況（一般儀器的測量范圍在18-35 dB）。 峭壁點(diǎn) 6、用專用儀器即可通過高速計算軟件

10、測得MER值,16,誤差矢量幅度EVM,1、用百分比表示誤差矢量幅度歸一化到峰值矢量幅度的MER。EVM計算公式為 2、EVM與MER可以相互轉(zhuǎn)化，公式為： 其中V為峰值與平均電壓的比，MERv為轉(zhuǎn)化dB單位后的值，64QAM的V值取1.527。 3、折算后EVM取值范圍：2.62%(MER取28dB)-1.2%(MER取35dB),17,比特誤碼率BER,1、錯誤比特數(shù)和發(fā)送比特總數(shù)的比，簡稱為誤碼率。 2、數(shù)字信號不同于模擬信號，一切損傷與干擾最后都反映在BER上。系統(tǒng)可靠性最終都?xì)w結(jié)到BER這一指標(biāo)上。BER與測試點(diǎn)的C/N有關(guān)。 3、測量BER一般有兩種顯示值：FEC校正前的BER、F

11、EC校正后的BER。FEC校正前的BER指系統(tǒng)的誤碼率（包括可校正、不可校正的誤碼），F(xiàn)EC校正后的BER指FEC不能校正的誤碼，兩者之間的不同反映了FEC工作的狀況及系統(tǒng)離失敗點(diǎn)的遠(yuǎn)近程度。 4、高于1E-03的誤碼率則超過了系統(tǒng)FEC校正的能力，1E-04為64QAM系統(tǒng)FEC校正前的BER臨界，高于此誤碼率，系統(tǒng)的傳輸質(zhì)量將急劇劣化，而誤碼率在1E-06、1E-07時將會出現(xiàn)可察覺的圖象損傷，誤碼率在1E-09以下時服務(wù)質(zhì)量將相當(dāng)好。,18,比特誤碼率BER（續(xù)）,5、MER與BER的關(guān)系： 在此MER范圍內(nèi)無誤碼 1E-08 1E-07 1E-06 1E-05 1E-04 1E-03

12、35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 24 23 22 21 6、好的BER并不說明有好的MER，因為在星座圖的決策邊框內(nèi)的點(diǎn)均能恢復(fù)，但是由于存在一些偏離中心點(diǎn)（理想位置）的點(diǎn)，因此產(chǎn)生矢量誤差，導(dǎo)致了MER劣化；而且好的MER也不能表明BER一定就好，在系統(tǒng)遭到中斷類的噪聲沖擊、激光器削波、掃描脈沖干擾、松動的接頭時，BER會明顯劣化，但MER可能變化不大。BER反映了限幅與失真峰值造成的影響，限幅與失真產(chǎn)生的頻譜尖峰是BER劣化的主要原因，而限幅產(chǎn)生的問題無法通過MER測試來讀出，必須采用誤碼檢測來捕捉。,19,載噪比C/N；噪聲功率帶寬內(nèi)的每比特能量Eb/No,1

13、、指RF/IF信號的總功率對有效帶寬內(nèi)噪聲功率的比值，用dB表示。這只是一種傳統(tǒng)的稱呼，因為實(shí)際上有線數(shù)字電視采用的是抑制載波的調(diào)制，傳輸中已不出現(xiàn)載波。 2、噪聲功率帶寬內(nèi)的每比特能量Eb/No：它與系統(tǒng)C/N的關(guān)系為： Eb/No=C/N10lgm (m為每個符號的比特數(shù)，64QAM中m為6) 3、系統(tǒng)C/N的門限值（只計高斯噪聲）為23.7dB（對應(yīng)的BER為1E-04，F(xiàn)EC前） 。 4、測量方法： 1）先用頻譜儀Noise marker模式測量信號的每Hz功率C，再關(guān)掉調(diào)制器的信號，用相同模式測量相同頻率點(diǎn)的噪聲功率No,兩者之差即為C/N。 2）或者在不關(guān)斷調(diào)制器的情況下，測量沒有

14、信號的相鄰頻道的噪聲功率No,則CNo即為所求。但是這種情況要求，相鄰頻道的噪聲頻譜應(yīng)較平坦。,20,數(shù)字電視信號載噪比 C/N 的測量,Courtesy Agilent Technologies and Sunrise Telecom Broadband Division,21,噪聲裕量（Noise margin）,1、噪聲裕量（NOISE MARGIN）：是接收信號的載噪比C/N與BER為1E-04 （FEC校正前）的載噪比之間的差值，用dB表示。 2、噪聲裕量給出了整個系統(tǒng)離門限點(diǎn)的距離（how far to the cliff）即系統(tǒng)可靠性數(shù)值。 3、它是描述數(shù)字系統(tǒng)的一個主要參數(shù)，反

15、映了數(shù)字系統(tǒng)還能承受的額外噪聲能力。如果該值較大，就會保證系統(tǒng)抗噪聲的健壯性。建議選擇4dB作為系統(tǒng)值。,22,等效噪聲劣化（Equivalent Noise Degradation,END）,指實(shí)際系統(tǒng)誤碼率為1E-04時的載噪比C/N與理論上誤碼率為1E-04時的載噪比的差值，結(jié)果用dB表示。END表示了實(shí)際系統(tǒng)與理想系統(tǒng)的距離。,23,射頻載波的相位噪聲、相位抖動,1、相位噪聲（Phase noise）：由于不穩(wěn)定的本振引入的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、變頻器內(nèi)部相位的隨機(jī)變化。在DVB-C中取偏離載波100KHz點(diǎn)作為相位噪聲測量點(diǎn)。 2、相位抖動（Phase jitter）：由于振蕩器的頻率和相

16、位的起伏引起的載波相位的不確定。相位抖動將會帶來接收機(jī)取樣的不確定，因為載波的再生很難跟蹤相位的起伏。在星座圖上，相位抖動將會使邊緣的符號向中間靠攏。,24,五、典型星座圖特征現(xiàn)象與故障關(guān)聯(lián),1、測量MER、BER并不能全面反映數(shù)字調(diào)制信號的損傷情況。 2、只有星座圖（Constellation）通過符號在I/Q平面上的實(shí)際位置、形狀與理想狀況的偏離（幅度與相位失真）程度對比，定性地判斷引起誤碼的各種故障來源 3、故障來源包括系統(tǒng)噪聲、相干干擾、相位噪聲、I/Q幅度不平衡、激光器削波、交流聲等。 4、若符號偏離其理想點(diǎn)，就會產(chǎn)生誤碼，點(diǎn)偏離程度實(shí)際上就是誤差矢量 。,25,好的星座圖,理想的星

17、座圖：符號點(diǎn)均在決策邊框內(nèi)的中心點(diǎn)。 說明良好的相位噪聲、熱噪聲等，因此MER值好。,26,熱噪聲引起的損傷 現(xiàn)象：符號點(diǎn)隨機(jī)的向外擴(kuò)展（相對于中心點(diǎn)）,27,相位噪聲（上、下變頻器產(chǎn)生）引起的損傷 現(xiàn)象：四個邊角的符號向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，使方形的星座圖變?yōu)閳A,28,相干干擾（如CTB、CSO等互調(diào)失真、侵入噪聲產(chǎn)物） 現(xiàn)象：符號云的中心被掏空，形成圓串,29,I/Q不平衡（前端I/Q調(diào)制器、基帶放大器、濾波器造成） 現(xiàn)象：星座圖不成方形，I、Q軸即寬、高不等,30,增益壓縮（放大器、濾波器及上、下變頻器、中頻均衡器等造成） 現(xiàn)象：外部的符號向中間均勻地靠攏，而中間的保持不變,31,中斷性的干擾及激光器

18、削波等產(chǎn)生 現(xiàn)象：在符號中心附近孤立的隨機(jī)點(diǎn),32,補(bǔ)充：自適應(yīng)均衡器（Adaptive Equalizer）,1、自適應(yīng)均衡器（Adaptive Equalizer）：用來補(bǔ)償傳輸系統(tǒng)中因存在不良分配器、松動的接頭、損壞的電纜等造成數(shù)字頻道內(nèi)的頻率響應(yīng)（In-Channel）及群時延(Group delay)失真的數(shù)字濾波器。 2、自適應(yīng)均衡器反映了數(shù)字調(diào)制信號的線性損傷度。自適應(yīng)均衡對線性失真相當(dāng)有效，但是不能抵消非線性失真。 3、頻道內(nèi)頻率響應(yīng)反映幅度損傷，群時延(Group delay)反映相位損傷。通過均衡器的顯示，能判斷頻道內(nèi)的反射等線性失真，有的儀器還能計算出產(chǎn)生反射的距離位置。 4、當(dāng)測量到均衡器難以消除的線性失真后，用頻譜儀檢測頻道的平坦度來確定線路失真的來源（如不良分配器、松動的接頭、損壞的電纜、雙工濾波器等）并加以修復(fù)，從而減輕均衡器校正強(qiáng)度。,33,圖中最高柱形代表了測試點(diǎn)，每個柱形代表一個均衡器濾波系數(shù)以便消除信號線性失真。當(dāng)柱形接近或超過均衡門限界值時，該頻道將會受到線性失真的影響。,34,六、數(shù)字電視與模擬電視兼容傳輸?shù)奶攸c(diǎn)差異,1、電平測量方式不同 1）傳輸電平的配置；2）削波問題。 2、衡量傳輸系統(tǒng)的指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)不同 1）模擬：圖象載波電平、C/N、CM、IM、CSO、CTB、CLDI、 HUM、DG、DP、回波值