模擬信號和數(shù)字信號講堂(16)，模擬信號和數(shù)字信號之數(shù)字信號電平如何確定

模擬信號和數(shù)字信號知識廣泛，學好模擬信號和數(shù)字信號需要一定時間和實踐。為增進大家對模擬信號和數(shù)字信號的認識，本文將對模擬信號和數(shù)字信號中的數(shù)字信號電平測試與確定予以介紹。如果你對模擬信號和數(shù)字信號具有興趣，不妨繼續(xù)往下閱讀哦。

一、數(shù)字信號電平和模擬信號電平的區(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)容是通過幅度調(diào)制來傳送的, 圖像內(nèi)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(nèi)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(shù)字電視信號采用QAM 調(diào)制方式, 具有類似雙邊帶的特征, 既對載波的振幅進行調(diào)制又對載波的相位進行調(diào)制, 又由于是平衡調(diào)幅, 抑制了載波, 因此一個數(shù)字電視頻道沒有所謂的圖像載波伴音載波。一個數(shù)字頻道的已調(diào)信號的能量是均勻分布在整個限定帶寬內(nèi)的,信道功率相對穩(wěn)定, 不隨內(nèi)容隨機變化, 所以數(shù)字電視用有效帶寬內(nèi)射頻或中頻信號的平均功率電平來表示本頻道的功率, 數(shù)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。

二、數(shù)字信號電平的測量方法

根據(jù)數(shù)字電視信號的頻譜結(jié)構(gòu), QAM 數(shù)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(shù)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(nèi)進行積分, 得到信道的平均功率, 這需專用的數(shù)字信號測量儀器才能測量。

目前絕大多數(shù)中小有線運營商只有簡單的模擬信號測試手段, 在排除網(wǎng)絡故障時, 最常用的方法是測量信號電平, 但數(shù)字電視信號的數(shù)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(shù)字信號電平的方法。

在有線電視HFC 網(wǎng)絡中同時傳輸模擬電視信號和數(shù)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(shù)字電視信號的電平值, 就會發(fā)現(xiàn)數(shù)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(shù)字信號在特定帶寬內(nèi)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(300kHz)內(nèi)對模擬電視信號的載波用場強儀測量的結(jié)果, 因為這個帶寬內(nèi)的載波集中了電視信號在頻道內(nèi)的主要能量(超過98% ), 可以認為是載波的測量結(jié)果代表了信號在頻道內(nèi)的電平值。模擬信號的峰值出現(xiàn)在載頻點, 而數(shù)字電視信號在頻譜上是看不出載頻點的, 所以對數(shù)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(nèi)) ), 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(shù)字電視信號在用模擬場強儀測量中所呈現(xiàn)的差異。因為模擬電視信號的能量集中在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(shù)、滾降率等造成的, 所以用模擬場強儀估測數(shù)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(shù)字電視信號的帶寬與QAM 調(diào)制的階數(shù)、符號率及滾降系數(shù)有關, 具體公式為: BW (實際頻譜帶寬) = F (符號率) * [ 1+ a(滾降系數(shù)) ]。我國采用歐洲標準, 8 MH z帶寬, 一般使用64 QAM 調(diào)制、6. 875MB aud的符號率, 滾降系數(shù)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(shù)字電視信號的帶寬, 并不一定與實際的數(shù)字電視信號帶寬一致, 各品牌QAM 調(diào)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(shù), 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

三、數(shù)字信號電平的確定

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(chǎn)物將會落在數(shù)字頻道中, 使得數(shù)字信號的誤碼率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(shù)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(jié)果會導致BER 值迅速變高, 這樣一來導致數(shù)字解調(diào)器瞬間失去同步。數(shù)字信號的失真會對模擬信號的C /N 值產(chǎn)生影響, 同時數(shù)字信號又會受到CSO、CTB 及光設備的削波影響, 這樣數(shù)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(chǎn)生的干擾; ( 2)增加數(shù)字信號的抗干擾性。測試結(jié)果表明,當數(shù)字信號功率增加時, 它會對激光器產(chǎn)生影響, 經(jīng)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(diào)制方式, 那么可能需要提高電平值。

國家標準推薦, 在數(shù)字和模擬兼容傳輸?shù)木W(wǎng)絡中,數(shù)字頻道的電平比模擬頻道應當?shù)?0 dB, 其目的是減少數(shù)字信號的非線性失真, 經(jīng)過測量, 數(shù)字電視用戶收看數(shù)字電視的最低門限電平可達到35 dB。

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