基于DVB-C的QAM調(diào)制器的選擇探討

胡曉東

（湖北荊州視信網(wǎng)絡(luò)公司，湖北 荊州 434000）

中國有線數(shù)字電視信號(hào)采用歐洲的DVB－C標(biāo)準(zhǔn)。要使傳輸流（TS）在有線網(wǎng)絡(luò)中高效可靠地傳輸，必須將其進(jìn)行信道編碼、多進(jìn)制調(diào)制和頻率轉(zhuǎn)換（上變頻）。執(zhí)行這一功能的設(shè)備在工程上稱為QAM調(diào)制器。由于它是連接基帶信號(hào)與傳輸網(wǎng)絡(luò)的紐帶，因此對(duì)其進(jìn)行合理的選擇意義重大[1－2]。

1 商用QAM調(diào)制器的一般結(jié)構(gòu)

如圖1所示，輸入接口將輸入的各種信號(hào)（如TS流的ASI、通信的DS3和E3等）進(jìn)行預(yù)處理，使輸入數(shù)據(jù)流歸一化。然后進(jìn)行信道編碼，以提高傳輸?shù)目煽啃?，再進(jìn)行QAM的調(diào)制，輸出36 MHz中頻信號(hào)，最后上變頻到指定RF頻率。上述功能都由微處理器進(jìn)行控制，并實(shí)現(xiàn)參數(shù)設(shè)置和狀態(tài)監(jiān)控。

2 QAM調(diào)制器指標(biāo)的選擇

2.1 輸出能量指標(biāo)

在模擬調(diào)制器中，輸出能量大小是以圖像載波電平來衡量，而QAM調(diào)制器的能量以信道（8 MHz帶寬）的平均功率電平來衡量，因此相同電平值的能量理論上要高10lg（8 M/230 k）。

假定模擬電平表的測(cè)量帶寬為230 kHz，在單臺(tái)調(diào)制器標(biāo)稱輸出電平的選擇上，盡管廣電總局GY/T198—2003《有線數(shù)字電視廣播QAM調(diào)制器技術(shù)要求》規(guī)定的入網(wǎng)調(diào)制器輸出電平的下限為－8 dBm（100 dBμV），但考慮到單臺(tái)調(diào)制器在特定傳輸場(chǎng)合（如專線光載波直播）應(yīng)用時(shí)輸出高電平，以求最佳光載波調(diào)制的實(shí)際情況，建議有經(jīng)濟(jì)能力的地市級(jí)廣電運(yùn)營(yíng)商選用最大輸出電平達(dá)到120 dBμV的設(shè)備；對(duì)于工程中模數(shù)混傳的QAM調(diào)制器輸出電平的選擇，筆者建議根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況選比模擬調(diào)制器低5～10 dB為宜。

2.2 輸出質(zhì)量指標(biāo)

由于QAM調(diào)制器的特殊性，其信號(hào)的一切損傷均可用調(diào)制誤差比（MER）來量度。根據(jù)GY/T198—2003的要求，MER≥32 dB（64QAM）即可。但限于現(xiàn)階段有線電視網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量不變的實(shí)際情況，筆者建議有條件的地市級(jí)廣電運(yùn)營(yíng)商選用MER≥36 dB的設(shè)備。

2.3 PCR抖動(dòng)指標(biāo)

因QAM調(diào)制器內(nèi)部涉及到TS流的處理，所以今引入PCR抖動(dòng)。需在調(diào)制器內(nèi)進(jìn)行PCR校正，校正后的PCR抖動(dòng)應(yīng)在一定范圍內(nèi)，超過此范圍機(jī)頂盒解碼時(shí)圖像會(huì)出現(xiàn)馬賽克、停頓或黑屏現(xiàn)象?？紤]到傳輸不引入新的PCR抖動(dòng)，故一般均在500 ns以內(nèi)為宜（GY/T198—2003要求）。

2.4 QAM模式和符號(hào)率的選擇

QAM調(diào)制是以符號(hào)位單位進(jìn)行傳輸?shù)?，在理想坐?biāo)圖上以矢量點(diǎn)表示，有M個(gè)點(diǎn)就表示M個(gè)符號(hào)（對(duì)應(yīng)調(diào)制后的M種載波狀態(tài)）。按照DVB－C標(biāo)準(zhǔn)，M可為16，32，64，128，256（2m，m=4，5，6，7，8）。本文將不同M的調(diào)制方式定義為MQAM模式。每個(gè)符號(hào)的比特?cái)?shù)為lb M，因此不同QAM模式的符號(hào)率與比特率（工程上常用碼率表示）的關(guān)系是不同的，其關(guān)系式為

一般地，一個(gè)頻道傳輸6套碼率在5 Mbit/s以上的標(biāo)準(zhǔn)節(jié)目，可滿足現(xiàn)今及將來數(shù)年內(nèi)用戶的需求。綜合考慮EPG、EMM及動(dòng)態(tài)較高（節(jié)目）碼率，QAM調(diào)制器輸入的最大有效碼率定為38 Mbit/s。

根據(jù)式（1），QAM模式（M值）大，則符號(hào)率小。QAM模式一定，則符號(hào)率的選擇是唯一的。

理論上小值的QAM模式（如16QAM、32QAM）網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力強(qiáng)但資源利用率低（每頻道傳輸?shù)墓?jié)目數(shù)少），大值的QAM模式（128QAM、256QAM）網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)能力差但頻率利用率低。綜合國內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況考慮可采用64QAM。根據(jù)式（1），可得符號(hào)率為6.875 Mbaud。故國內(nèi)一般有線數(shù)字電視運(yùn)營(yíng)商對(duì)QAM模式及符號(hào)率的選擇為：64QAM，6.875 Mbaud。

但筆者以為，此選擇在其他特定場(chǎng)合及區(qū)域仍可靈活運(yùn)用?？紤]到國標(biāo)GY/T198—2003給出的QAM調(diào)制器的輸出符號(hào)率范圍（3.6～6.952 Mbaud）、裕量、誤差及選擇的寧大勿小原則（實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用環(huán)境例外），筆者建議在各種場(chǎng)合一律將符號(hào)率取為6.875 Mbaud。另一方面，大M值（QAM）模式的QAM調(diào)制器的最大有效碼率越大，對(duì)應(yīng)頻道傳送的節(jié)目就越多。因此筆者建議將大中型企業(yè)有線電視臺(tái)的QAM模式取為256QAM，因?yàn)槠髽I(yè)自辦臺(tái)容易管理，私接亂掛現(xiàn)象少得多，故網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量理論上要好些。當(dāng)采用256QAM模式時(shí)，根據(jù)式（1），最大有效碼率約為51 Mbit/s。

每個(gè)頻道可傳標(biāo)清節(jié)目套數(shù)為51÷5≈10，取為9套。相當(dāng)于可節(jié)省1/3的調(diào)制器。目前QAM調(diào)制器的價(jià)格不菲，如SA公司的零售價(jià)就約為3萬/臺(tái)。

3 QAM調(diào)制器功能的選擇

QAM調(diào)制器功能是伴隨著數(shù)字電視的發(fā)展和運(yùn)營(yíng)商的需求而產(chǎn)生的，沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)要求。筆者總結(jié)如下3項(xiàng)，供參考選擇。

1）TS包及SI表的過濾及映射。在典型（地級(jí)）市、縣數(shù)字電視網(wǎng)建設(shè)中，市前端實(shí)現(xiàn)對(duì)下轄各縣前端（本文定義為分前端）實(shí)行防止終端（機(jī)頂盒）漫游（工程上稱為區(qū)域鎖定策略）的辦法即利用了QAM調(diào)制器的TS包過濾功能。具體是在前端發(fā)送多個(gè)含有不同區(qū)域標(biāo)識(shí)的不同PID的TS包，各分前端通過本地QAM調(diào)制器將不屬于自己區(qū)域的所有TS包濾掉；在大型有線網(wǎng)不同SI表（業(yè)務(wù)信息表）的分配應(yīng)用中（以NIT表/網(wǎng)絡(luò)信息表的應(yīng)用最多，本文介紹該表的分配應(yīng)用），要利用QAM調(diào)制器SI表的過濾及映射功能。辦法是前端發(fā)送多個(gè)不同的PID（包的標(biāo)識(shí)符）的NIT表，每個(gè)NIT表設(shè)置不同的信道（頻點(diǎn)的組合），且分配給指定的分前端。各分前端接收后，將不屬于本地區(qū)域的所有NIT表過濾掉（過濾其PID即可），再將自己區(qū)域的NIT表的PID修改為DVB－C標(biāo)準(zhǔn)的0x0010。

2）再復(fù)用。利用該功能，可以實(shí)現(xiàn)本地EPG、本地節(jié)目的輸入和對(duì)PSI表的編輯處理功能。因此該功能在大型網(wǎng)絡(luò)不同運(yùn)營(yíng)實(shí)體的應(yīng)用中較有實(shí)用價(jià)值。筆者建議由運(yùn)營(yíng)商加以選用。

3）網(wǎng)管監(jiān)控。鑒于數(shù)字電視處理設(shè)備調(diào)試比較麻煩，故筆者建議選購QAM調(diào)制器時(shí)應(yīng)選擇帶網(wǎng)管監(jiān)控接口功能的。這些不僅可方便地通過網(wǎng)管PC機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)QAM調(diào)制器參數(shù)的配置、修改和查詢，而且能對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行智能化監(jiān)控和異常報(bào)警。

4 QAM調(diào)制器的可靠性選擇

QAM調(diào)制器位于數(shù)字電視前端系統(tǒng)的末端，一臺(tái)設(shè)備出故障可能導(dǎo)致數(shù)套節(jié)目無信號(hào)。因此其可靠性是重要考查指標(biāo)。如果一臺(tái)QAM調(diào)制器的平均無故障時(shí)間超過3年（每天24小時(shí)不停機(jī)運(yùn)行），那么其可靠性應(yīng)能滿足工程應(yīng)用要求。一般來說，口碑較好的大企業(yè)有自己獨(dú)立的生產(chǎn)基地，制造工藝、原材料嚴(yán)格把關(guān)，出廠的設(shè)備均經(jīng)嚴(yán)格檢驗(yàn)，其可靠性可滿足以上要求。運(yùn)營(yíng)商在選擇QAM調(diào)制器時(shí)切忌盲目追求品牌。有些知名品牌如果處于被收購、技術(shù)轉(zhuǎn)讓等過渡時(shí)期，其研發(fā)、生產(chǎn)和質(zhì)檢崗位的核心員工流動(dòng)較大，往往造成出廠設(shè)備的不可靠性。這就要求運(yùn)營(yíng)商在選擇設(shè)備時(shí)周密考慮。

另外，為增加設(shè)備運(yùn)行的可靠性，還可采用n+1熱備份，配合切換矩陣做自動(dòng)切換，重要節(jié)目甚至可以采用1+1熱備份。至于冷備份，筆者不建議采用，因?yàn)楦鼡QQAM調(diào)制器比模擬調(diào)制器復(fù)雜，往往涉及PSI（節(jié)目專有信息）/SI（服務(wù)信息）編輯、TS包過濾等操作環(huán)節(jié)，停播率相對(duì)高。

5 QAM調(diào)制器的測(cè)試儀器選擇

評(píng)價(jià)QAM調(diào)制器主要質(zhì)量高低的測(cè)試儀器有兩類：一類是不帶QAM解調(diào)功能的電視射頻測(cè)試儀（如韓國Telemann1500系列）；另一類是帶QAM解調(diào)功能的數(shù)字電視分析儀。前一類（儀器）依靠頻譜分析儀和C/N測(cè)量大致判斷QAM調(diào)制器質(zhì)量；后一類儀器通過測(cè)量MER來判別性能優(yōu)劣。

第二類儀器通過觀察QAM調(diào)制器輸出通道的頻譜定性地觀察設(shè)備的發(fā)射損耗和查出信道內(nèi)干擾信號(hào)的強(qiáng)度，通過測(cè)量C/N能衡量高斯噪聲的相對(duì)大小。盡管高斯噪聲不能完全反映數(shù)字電視的損傷，但數(shù)字電視的另一主要損傷——非線性失真在前端可忽略。因此用此類儀器測(cè)量C/N指標(biāo)和觀察頻譜也能基本衡量QAM調(diào)制器的質(zhì)量。

MER值能反映一切損傷，故第二類儀器測(cè)量此指標(biāo)最能反映QAM調(diào)制器的好壞。MER測(cè)量?jī)x器需對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后才能進(jìn)行MER指標(biāo)的測(cè)試讀數(shù)。鑒于數(shù)字信號(hào)在QAM調(diào)制器內(nèi)進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)存在由相位誤差和畸變等所致的失真，因此在終端（含MER測(cè)試儀器）解調(diào)時(shí)需進(jìn)行“均衡”以消除此失真。從理論上說，如果儀器對(duì)被測(cè)信號(hào)不進(jìn)行均衡則很難測(cè)量MER值，故目前多數(shù)MER測(cè)量?jī)x器（如SDA系列、德利手持機(jī)等）都是在儀器內(nèi)對(duì)被測(cè)信號(hào)進(jìn)行均衡處理后測(cè)出MER值的，這顯然不能真實(shí)地反映（單臺(tái)）QAM調(diào)制器固有的品質(zhì)。另一方面，國家廣電總局規(guī)定入網(wǎng)的QAM調(diào)制器的MER指標(biāo)需儀器關(guān)閉均衡器測(cè)量。故筆者建議地市級(jí)前端機(jī)房最好配置帶均衡關(guān)閉功能的MER測(cè)試儀器（如AT2500、CX380等）。此種儀器的共同特點(diǎn)是精度高，售價(jià)不菲，但CX380價(jià)格在5萬元左右，性價(jià)比較高。

綜合以上分析，筆者總結(jié)出3點(diǎn)心得。

1）對(duì)于已經(jīng)配置臺(tái)式通用頻譜儀（如臺(tái)灣固緯GSP－830E）的有線電視運(yùn)營(yíng)商，可直接用該儀器手動(dòng)測(cè)量QAM調(diào)制器輸出口（或－20 dB測(cè)試口）的C/N，并觀察該輸出口的頻譜來判定設(shè)備的好壞，但要扣除儀器底噪聲所致的測(cè)量誤差。具體方法如下：

用頻譜分析儀連接QAM調(diào)制器測(cè)量噪聲電平（設(shè)為N1），斷開QAM調(diào)制器再讀噪聲電平（即儀器的底噪聲，設(shè)為N2）。設(shè)N1－N2=Δ,則儀器底噪聲所致的測(cè)量誤差可用如圖2所示的曲線表示。

如圖2所示，實(shí)際C/N=實(shí)測(cè)C/N－Δ。這里的“實(shí)測(cè)C/N”要換算為數(shù)字頻道規(guī)定的載波和噪聲帶寬。

但手持式頻譜儀（如韓國Telemann1500）因其底噪聲可能比QAM調(diào)制器的噪聲還大一些，故使用其來測(cè)量QAM調(diào)制器的C/N沒有意義（建議將其配置在用戶端作維修用）。

2）對(duì)于未配置通用頻譜儀的（占多數(shù)），建議有條件的購買AT2500數(shù)字電視分析儀。該儀器精度較高，可在關(guān)閉（儀器）均衡的狀態(tài)下測(cè)量QAM調(diào)制器的MER指標(biāo)，從而判定是否達(dá)到廣電總局規(guī)定的入網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)，以及指標(biāo)裕量有多大；條件稍差的建議購買CX380數(shù)字電視測(cè)試儀，但精度稍差。

3）鑒于目前多數(shù)MER測(cè)試儀器都不帶關(guān)均衡功能，因此筆者建議廣電總局對(duì)GY/T198—2003 QAM調(diào)制器入網(wǎng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修正，給出入網(wǎng)設(shè)備的開均衡指標(biāo)。

6 基于三網(wǎng)融合的QAM調(diào)制器選擇

隨著“十二五”期間三網(wǎng)融合進(jìn)程的加快,特別是2011年12月底第二批三網(wǎng)融合試點(diǎn)城市的出爐，對(duì)有線電視前端QAM調(diào)制器提出了IP化和集成化的新要求。所謂IP化，即是QAM調(diào)制器處理IP格式的數(shù)字電視信號(hào)。所謂集成化，即是將復(fù)用、加擾、調(diào)制一體化，甚至做到數(shù)字電視信號(hào)的智能路由切換，實(shí)現(xiàn)管理的高可靠性和管理的便捷性。本文將具備此功能的調(diào)制器設(shè)為智能集成QAM調(diào)制器。筆者建議網(wǎng)絡(luò)整合后的各省有線電視總前端和各地市分公司備份前端優(yōu)先選用此類QAM調(diào)制器。另外，如果“十一五”期間就建有數(shù)字電視前端其部分QAM調(diào)制器指標(biāo)下降也建議換用此新型QAM調(diào)制器。

[1]秦雷，朱秀昌，胡棟.數(shù)字電視傳輸技術(shù)新進(jìn)展及展望[J].電視技術(shù)，2011，35（10）：14－17.

[2]姚鋒.基于三網(wǎng)融合的機(jī)頂盒原理及應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2011，35（6）：66－67.