模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)講堂(16)，模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)之?dāng)?shù)字信號(hào)電平如何確定

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)知識(shí)廣泛，學(xué)好模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)需要一定時(shí)間和實(shí)踐。為增進(jìn)大家對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的認(rèn)識(shí)，本文將對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)中的數(shù)字信號(hào)電平測(cè)試與確定予以介紹。如果你對(duì)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、數(shù)字信號(hào)電平和模擬信號(hào)電平的區(qū)別

模擬電視載波調(diào)制是VSB, 即殘留邊帶調(diào)制, 圖像內(nèi)容是通過(guò)幅度調(diào)制來(lái)傳送的, 圖像內(nèi)容是隨時(shí)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(nèi)容, 模擬電視行/場(chǎng)同步脈沖電平相對(duì)穩(wěn)定, 故我們把峰值電平作為判別模擬電視信號(hào)強(qiáng)弱的標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)字電視信號(hào)采用QAM 調(diào)制方式, 具有類似雙邊帶的特征, 既對(duì)載波的振幅進(jìn)行調(diào)制又對(duì)載波的相位進(jìn)行調(diào)制, 又由于是平衡調(diào)幅, 抑制了載波, 因此一個(gè)數(shù)字電視頻道沒(méi)有所謂的圖像載波伴音載波。一個(gè)數(shù)字頻道的已調(diào)信號(hào)的能量是均勻分布在整個(gè)限定帶寬內(nèi)的,信道功率相對(duì)穩(wěn)定, 不隨內(nèi)容隨機(jī)變化, 所以數(shù)字電視用有效帶寬內(nèi)射頻或中頻信號(hào)的平均功率電平來(lái)表示本頻道的功率, 數(shù)字電視信號(hào)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。

二、數(shù)字信號(hào)電平的測(cè)量方法

根據(jù)數(shù)字電視信號(hào)的頻譜結(jié)構(gòu), QAM 數(shù)字頻道的電平是用被測(cè)量頻道信號(hào)的平均功率來(lái)表達(dá)的, 即數(shù)字頻道平均功率, 測(cè)量方法是對(duì)整個(gè)頻道掃描、抽樣,把每一個(gè)抽樣的功率值取平均, 然后在信道的帶寬內(nèi)進(jìn)行積分, 得到信道的平均功率, 這需專用的數(shù)字信號(hào)測(cè)量?jī)x器才能測(cè)量。

目前絕大多數(shù)中小有線運(yùn)營(yíng)商只有簡(jiǎn)單的模擬信號(hào)測(cè)試手段, 在排除網(wǎng)絡(luò)故障時(shí), 最常用的方法是測(cè)量信號(hào)電平, 但數(shù)字電視信號(hào)的數(shù)字信號(hào)的功率不能用峰值功率測(cè)量來(lái)完成, 因?yàn)樾诺拦β适呛蛶捰嘘P(guān)的,帶寬越寬, 信道的平均功率越高, 下面介紹一種用模擬場(chǎng)強(qiáng)儀估算數(shù)字信號(hào)電平的方法。

在有線電視HFC 網(wǎng)絡(luò)中同時(shí)傳輸模擬電視信號(hào)和數(shù)字電視信號(hào)時(shí), 一般是按照每一個(gè)電視信號(hào)頻帶的電平值相同的條件傳輸, 如果用一般的場(chǎng)強(qiáng)儀分別測(cè)量模擬信號(hào)和數(shù)字電視信號(hào)的電平值, 就會(huì)發(fā)現(xiàn)數(shù)字電視信號(hào)的電平值比模擬電視的電平值低十幾個(gè)dB, 這是由于模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)在特定帶寬內(nèi)能量分布特點(diǎn)不同造成的。模擬信號(hào)電平值是在規(guī)定的帶寬(300kHz)內(nèi)對(duì)模擬電視信號(hào)的載波用場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)量的結(jié)果, 因?yàn)檫@個(gè)帶寬內(nèi)的載波集中了電視信號(hào)在頻道內(nèi)的主要能量(超過(guò)98% ), 可以認(rèn)為是載波的測(cè)量結(jié)果代表了信號(hào)在頻道內(nèi)的電平值。模擬信號(hào)的峰值出現(xiàn)在載頻點(diǎn), 而數(shù)字電視信號(hào)在頻譜上是看不出載頻點(diǎn)的, 所以對(duì)數(shù)字電視信號(hào)的測(cè)量類似于噪聲的測(cè)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(nèi)) ), 均方根值的測(cè)量是與測(cè)量帶寬有關(guān)的。由此, 我們就可以理解模擬信號(hào)和數(shù)字電視信號(hào)在用模擬場(chǎng)強(qiáng)儀測(cè)量中所呈現(xiàn)的差異。因?yàn)槟M電視信號(hào)的能量集中在300 k的頻帶內(nèi)(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(shù)字電視信號(hào)的全部能量呈均勻分布的圖形, 分布在大約6. 4M 的頻帶內(nèi), 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(hào)帶寬的20 倍, 換算近似為11~ 14 dB, 有一點(diǎn)誤差是場(chǎng)強(qiáng)儀的中頻掃描帶寬、中頻濾波器的波形系數(shù)、滾降率等造成的, 所以用模擬場(chǎng)強(qiáng)儀估測(cè)數(shù)字信號(hào)電平時(shí), 實(shí)際電平(功率)和顯示電平(功率)的簡(jiǎn)單換算公式如下：

S = SO + 10 lg (RBW /B ) +K

式中: S——實(shí)際電平值;

SO ——場(chǎng)強(qiáng)儀顯示的電平值;

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

(理論上, 數(shù)字電視信號(hào)的帶寬與QAM 調(diào)制的階數(shù)、符號(hào)率及滾降系數(shù)有關(guān), 具體公式為: BW (實(shí)際頻譜帶寬) = F (符號(hào)率) * [ 1+ a(滾降系數(shù)) ]。我國(guó)采用歐洲標(biāo)準(zhǔn), 8 MH z帶寬, 一般使用64 QAM 調(diào)制、6. 875MB aud的符號(hào)率, 滾降系數(shù)為0. 15。代入上面的公式, 得到實(shí)際信號(hào)頻譜帶寬為7. 906 25MH z。在這里, - 3 dB 信號(hào)帶寬取6. 4 MH z。理論計(jì)算得出的數(shù)字電視信號(hào)的帶寬, 并不一定與實(shí)際的數(shù)字電視信號(hào)帶寬一致, 各品牌QAM 調(diào)制器的信號(hào)帶寬會(huì)略有差別。)

B—— 場(chǎng)強(qiáng)儀設(shè)定的分辨帶寬(以kH z為單位),一般為300 kH z。

K——修正系數(shù), 此修正值對(duì)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

三、數(shù)字信號(hào)電平的確定

在CATV 系統(tǒng)中, 一般數(shù)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(dāng)CATV 系統(tǒng)的輸入電平過(guò)高時(shí), 系統(tǒng)的非線性失真指標(biāo)( CSO、CTB ) 將會(huì)變差, 例如如果輸入電平提高1dB, 那么CTB 將會(huì)變差2 dB, 這些失真產(chǎn)物將會(huì)落在數(shù)字頻道中, 使得數(shù)字信號(hào)的誤碼率BER 變高, 從而影響數(shù)字電視的接收效果。在HFC 網(wǎng)中, 光設(shè)備的動(dòng)態(tài)范圍遠(yuǎn)比放大器小, 在一般的模擬信號(hào)傳輸系統(tǒng)中,如果加入數(shù)字信號(hào)的傳輸將會(huì)使激光器的激勵(lì)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(jié)果會(huì)導(dǎo)致BER 值迅速變高, 這樣一來(lái)導(dǎo)致數(shù)字解調(diào)器瞬間失去同步。數(shù)字信號(hào)的失真會(huì)對(duì)模擬信號(hào)的C /N 值產(chǎn)生影響, 同時(shí)數(shù)字信號(hào)又會(huì)受到CSO、CTB 及光設(shè)備的削波影響, 這樣數(shù)字信號(hào)的設(shè)置就要在這兩者中折中考慮: ( 1)減少模擬頻道產(chǎn)生的干擾; ( 2)增加數(shù)字信號(hào)的抗干擾性。測(cè)試結(jié)果表明,當(dāng)數(shù)字信號(hào)功率增加時(shí), 它會(huì)對(duì)激光器產(chǎn)生影響, 經(jīng)驗(yàn)告訴我們, 將64QAM 信號(hào)的電平設(shè)置低于模擬信號(hào)10 dB, 如果采用的是256QAM 的調(diào)制方式, 那么可能需要提高電平值。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦, 在數(shù)字和模擬兼容傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)中,數(shù)字頻道的電平比模擬頻道應(yīng)當(dāng)?shù)?0 dB, 其目的是減少數(shù)字信號(hào)的非線性失真, 經(jīng)過(guò)測(cè)量, 數(shù)字電視用戶收看數(shù)字電視的最低門限電平可達(dá)到35 dB。

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