數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)中Eb/No的測(cè)量與分析

黃麗清

（中央廣播電視塔，北京 100142）

數(shù)字衛(wèi)星系統(tǒng)中Eb/No的測(cè)量與分析

黃麗清

（中央廣播電視塔，北京 100142）

1 引言

本文將介紹衡量數(shù)字衛(wèi)星電視接收機(jī)抗劣化信號(hào)能力和靈敏度的一個(gè)重要指標(biāo)——Eb/No門限值的測(cè)量技術(shù)。

2 Eb/No簡(jiǎn)介

Eb/No的定義為每個(gè)有用比特能量與每Hz帶寬內(nèi)噪聲功率之比，是數(shù)字信號(hào)調(diào)制系統(tǒng)中的一個(gè)很重要的指標(biāo)，用來(lái)衡量衛(wèi)星接收機(jī)的射頻解調(diào)性能，可以通過(guò)數(shù)字調(diào)制信號(hào)的信噪比來(lái)進(jìn)行測(cè)量。

式中，C為衛(wèi)星接收機(jī)收到的調(diào)制信號(hào)總載波功率；Rb為衛(wèi)星接收機(jī)收到的調(diào)制信號(hào)的信息率；N為衛(wèi)星接收機(jī)收到的噪聲功率；B為接收信號(hào)和噪聲的有效帶寬。

由式（1）和（2）推出：直接測(cè)量Eb/No是比較困難的，由式（4）中可以看出，Eb/No和C/N是成正比關(guān)系，在確定了B/Rb之后，通過(guò)測(cè)量C/N，就可以計(jì)算出Eb/No。

3 Eb/No的測(cè)試分析

根據(jù)第2節(jié)的定義與公式推導(dǎo)，我們確定了Eb/No與C/N有比例關(guān)系，接收信號(hào)的信息率與接收信號(hào)的有效帶寬（B/Rb）是它們的系數(shù)。這樣，根據(jù)衛(wèi)星接收機(jī)接收信號(hào)的信息率和有效接收噪聲帶寬等已知參數(shù)，通過(guò)測(cè)試C/N，就可以計(jì)算Eb/No的結(jié)果。

在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，衛(wèi)星數(shù)字電視接收機(jī)接收信號(hào)的門限點(diǎn)對(duì)我們更具有意義。眾所周知，接收信號(hào)門限點(diǎn)是接收解碼圖像與聲音信號(hào)質(zhì)量的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，能夠測(cè)量到衛(wèi)星接收機(jī)的Eb/No門限值，通過(guò)比較不同衛(wèi)星接收機(jī)Eb/No門限值的高低，能夠衡量衛(wèi)星接收機(jī)的射頻解調(diào)性能，通過(guò)測(cè)量衛(wèi)星接收機(jī)門限點(diǎn)的C/N，就可以計(jì)算出衛(wèi)星接收機(jī)Eb/No的門限值；進(jìn)入衛(wèi)星接收機(jī)的射頻信號(hào)的C/N高于門限點(diǎn)的C/N，就能夠保證信號(hào)的正確解調(diào)與解碼，反之，解調(diào)與解碼可能失敗。

有兩個(gè)條件可以界定我們所定義的接收信號(hào)C/N門限點(diǎn)的概念，其一，在衛(wèi)星接收機(jī)解調(diào)信號(hào)進(jìn)行RS解碼之前，BER為1×10-4時(shí)所對(duì)應(yīng)的C/N值；其二，在60秒內(nèi)，衛(wèi)星接收機(jī)輸出的圖像出現(xiàn)2～3個(gè)馬賽克或聲音出現(xiàn)2～3次暫短中斷時(shí)對(duì)應(yīng)的C/N值。上述兩種條件都可以確定衛(wèi)星接收機(jī)的接收信號(hào)門限點(diǎn)。很多衛(wèi)星接收機(jī)不具備測(cè)試RS解碼之前碼流輸出接口，不能進(jìn)行BER的測(cè)試，故此，現(xiàn)在主要通過(guò)對(duì)解碼后輸出的圖像和聲音進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)的方式來(lái)確定衛(wèi)星接收機(jī)的C/N門限點(diǎn)。

例如，我國(guó)各省市上星節(jié)目采用SCPC或MCPC方式進(jìn)行衛(wèi)星傳輸，我們根據(jù)公式分別來(lái)計(jì)算衛(wèi)星接收機(jī)在接收不同節(jié)目時(shí)的Eb/No與C/N的關(guān)系。

（1）SCPC典型參數(shù)。符號(hào)率：4.42MS/s（即接收信號(hào)帶寬B約為4.42MHz），F(xiàn)EC為3/4，總信息率（Rb）：6.11Mb/s。

典型的衛(wèi)星接收機(jī)的有效接收噪聲帶寬約為接收信號(hào)帶寬的1.2倍，根據(jù)式（4）的計(jì)算公式，取對(duì)數(shù)后，該衛(wèi)星接收機(jī)的Eb/No 結(jié)果如下：

（2）MCPC典型參數(shù)。符號(hào)率：27.5MS/s（即接收信號(hào)帶寬B約為27.5MHz），F(xiàn)EC為3/4，總信息率（Rb）：38.015Mb/s。

對(duì)于相同的衛(wèi)星接收機(jī)，其有效接收噪聲帶寬不變，仍為接收信號(hào)帶寬的1.2倍，根據(jù)式（5）的計(jì)算公式，該衛(wèi)星接收機(jī)的Eb/No結(jié)果如下：

（3）我們假設(shè)符號(hào)率不變，當(dāng)FEC不同時(shí)，再來(lái)分別計(jì)算同一款衛(wèi)星接收機(jī)在接收SCPC和MCPC節(jié)目時(shí)Eb/No與C/N的關(guān)系，

當(dāng)符號(hào)率：4.42MS/s（即接收信號(hào)帶寬B約為4.42MHz），F(xiàn)EC為2/3，總信息率（Rb）：5.43Mb/s；其Eb/No＝(C/N)－10log[5.43/(4.42*1.2)]＝C/N－0.102

當(dāng)符號(hào)率：4.42MS/s（即接收信號(hào)帶寬B約為4.42MHz），F(xiàn)EC為3/4，總信息率（Rb）6.11Mb/s，其Eb/No＝(C/N)－10log[6.11/(4.42*1.2)]＝C/N-0.614

通過(guò)上述計(jì)算，我們可以看出，當(dāng)FEC相同時(shí)，對(duì)于同一接收機(jī)，Eb/No與C/N有固定關(guān)系。

4 DVB-S系統(tǒng)Eb/No的計(jì)算

對(duì)于衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)，Rb可以通過(guò)接收信號(hào)的符號(hào)率（以Rs表示）、FEC和QPSK四個(gè)參數(shù)計(jì)算，參見(jiàn)式（6）。

又衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)中，接收信號(hào)符號(hào)率與接收信號(hào)3dB帶寬數(shù)值相等，接收信號(hào)和噪聲的有效帶寬又等于接收信號(hào)3dB帶寬乘以實(shí)際的接收信號(hào)余弦滾降系數(shù)（以α表示），參見(jiàn)式（7）。

根據(jù)式（6）和（7），推出DVB-S系統(tǒng)Eb/No為：

式中，RS和QPSK均為已知參數(shù)，典型的衛(wèi)星接收機(jī)的有效接收噪聲帶寬約為接收信號(hào)帶寬的1.2倍（即α＝0.2），由此可以看出，只有FEC為Eb/No與(C/N)關(guān)系的可變系數(shù)，只要知道FEC的數(shù)值，測(cè)量出實(shí)際接收信號(hào)的C/N和α，就可以計(jì)算出衛(wèi)星接收機(jī)在該FEC值時(shí)對(duì)應(yīng)的Eb/No數(shù)值。

在我國(guó)的衛(wèi)星數(shù)字電視系統(tǒng)中，衛(wèi)星接收參數(shù)如下：

RS為188/204，10lg(RS)＝-0.355dB；

QPSK為2，10lg(QPSK)＝3.010dB；

α為0.20，10lg(1+α)＝0.792dB；

由公式（8）可以推出公式（9）：

根據(jù)DVB-S系統(tǒng)中不同的FEC值，就可以分別計(jì)算出對(duì)應(yīng)的Eb/No與(C/N)關(guān)系。

例如：當(dāng)FEC＝3/4，10lg(FEC)＝-1.249dB，由式（9）可以計(jì)算出典型的FEC為3/4時(shí)，DVB-S系統(tǒng)的Eb/No與C/N的關(guān)系，如式（10）所示：

從計(jì)算結(jié)果看，式（10）的計(jì)算結(jié)果與式（5）的測(cè)試結(jié)果是一致的。

5 結(jié)束語(yǔ)

根據(jù)Eb/No的概念與定義直接測(cè)量接收信號(hào)的C/N，然后根據(jù)DVB-S系統(tǒng)有效帶寬和信息率計(jì)算Eb/No的數(shù)值是最簡(jiǎn)單的，在了解各參數(shù)之間的關(guān)系后，可以看出傳輸系統(tǒng)的參數(shù)確定之后，Eb/No的數(shù)值主要取決于C/N。

[1] 楊堯生，蘇泉，高群．衛(wèi)星數(shù)字電視接收Eb/No指標(biāo)測(cè)試和分析．電視技術(shù)，2002(6)

[2] 車晴，張文杰，王京玲．?dāng)?shù)字衛(wèi)星廣播與微波技術(shù)．北京：中國(guó)廣播電視出版社，2011

The Measurement and Analysis on Eb/Noin Digital Satellite System

Huang Liqing
(Central Radio & TV Tower, Beijing, 100142)

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.07.003

TN911文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A

1672-7274（2017）07-0007-02