隨著數字電視的發展，人們越來越重視數字電視的質量問題，數字電視質量的好壞首先是數字電視信號的質量，因此數字電視信號的分析、測試非常重要，本文重點對數字電視信號的MER及星座圖剖析。

無論是模擬電視信號或者數字電視信號，它在產生和傳輸過程中都會受到失真、噪聲、干擾等影響，不可能是非常理想的電視信號，這就要求我們對電視信號進行測量、分析。

在模擬電視信號中，這些失真、噪聲、干擾會直接影響電視的圖像或伴音。如噪聲會使電視圖像產生雪花，甚至不能收看節目；電源的交流會使圖像滾動；二次差拍失真、三次差拍失真會使圖像產生垂直、傾斜或水平波紋等等。因此我們將這些影響電視質量的因素，進行必要的測試，并分別規定相應的參數、限定在某一個數值上，進行測試。即有載噪比（C/N）、亨聲、二次差拍失真（CSO）、三次差拍失真（CTB）等等測量參數。對于數字電視信號來說，由于它是將電視信號變成數字信號，在傳輸過程中是編碼的脈沖信號。那么上述的噪聲、電源干擾、失真（CSO、CTB等）都不直接影響電視信號的圖像，但當它們達到足夠大的電平的時侯，會造成誤碼，使圖像有馬賽克或“斷線”收不到圖像。此外數字電視信號對相位噪聲較為敏感，而模擬電視幾乎不考慮這一因素。

還得說明的是突發干擾信號，它的特點是信號幅度大，持速時間很短暫，就是一般儀器來觀察它都非常困難，這對于模擬電視來說雖然它有影響，但由于人的視覺的遲鈍，很難觀察出來，而對于數字電視信號來說，它便易于產生誤碼。我們常把它稱之為突發噪聲，這對數字電視影響非常大，必須嚴格測試。

上述的這些影響電視信號質量的信號，對于數字電視信號來說它是有害的，我們稱它為無用信號，或者把它們都看成噪聲信號來處理，筆者建議稱之為廣義噪聲。

數字電視目前用得最多的是DVB標準，為分析方便起見，我們以DVB-C標準的有線數字電視信號為例。DVB-C采用如圖1所示的QAM調制方式，當已經過編碼、壓縮、復用的數字信號流，經過串/并重組方框將數字信號流分成I和Q兩組，分別經過量化，達到不同的直流電平階梯，再經濾波，I、Q兩路信號經同一本振混頻，但相位相差90°（Q路是Smωt， I路是Cosωt），兩路再經混合器合成一個信號發射、傳輸。由此我們知道、兩路數字信號I、Q相位差90°，而量化后的I路信號電平幅度按量化等級，在I軸方向有數個相應的位置，如量化8個等級則有8個位置，Q路也是如此。這樣一來，每一個數字電視信號會在一個坐標圖上都有它相應的位置，這就是圖2所示的星座圖。如I、Q各組量化4個等級，則有4×4=16個框的星座，量化8個等級則為64框的星座圖。

圖1 QAM調制器

圖2 星座圖

圖3性能良好的星座圖              圖4具有噪聲的星座圖  

數字電視信號的每一個信號（稱之為符號），在星座圖上都有一個相應的位置，如果這個符號是理想的，那么在其方框內是一個小點，方框線即為相鄰符號的分界限，也稱之為“判斷門限”。數字電視信號總是伴隨著廣義噪聲而存在，那么，它每時每刻都是疊加有噪聲，因此方框中的符號不可能在其理想的框的中心，當我們用儀器測試，如果是白噪聲的話，它每次的位置是不一樣，但都是分布在中心的位置附近，每次都取樣下來，則形成如云霧狀的園點，如圖3所示，是噪聲較小，性能良好的星座如圖。當有一個突發入侵的脈沖信號，雖然它時間很短很短，但其幅度較大，因此使得該點的符號偏離中心很大，甚至跨過了“判斷門限”到了鄰近的符號框內，這就造成了誤碼。一般來說這種概率是很少的，更多的情況是由于廣義噪聲的影響，它的位置在中心附近分布，如圖4所示。

具有廣義噪聲的星座圖如圖5所示，我們在一個相當長的時間內進行測試，并按它的位置取樣，當某一次符號點的位置與理想符號位置，在星座圖的I、Q坐標分別為δI和δQ，而且取樣次數為j，即1～N次。那么我們可以得出如下公式，這就是調制誤差率MER。

圖5廣義噪聲干擾的星座圖

由此可知，調制誤差率MER是數字電視信號的理想符號功率與噪聲功率之比取對數。其單位是dB。

關于調制誤差率MER，有以下問題值得討論。

1.所謂調制誤差率MER是以數學模型來表征數字電視信號的噪聲狀態，而星座圖是以圖形來表征數字電視信號的噪聲狀態，兩者是一致的，只是描述方式不同而以。有人稱MER是與調制器有關的參數，那是不對的。當然，調制器也會產生噪聲，如I、Q兩路電平不平衡，相位不是嚴格的正交相差90°等，在我們看來它只是廣義噪聲中的一部分，MER更重的還是關于廣義噪聲。

2.MER不是調制誤碼率，是調制誤差率。因為它是表征數字電視信號尚未誤碼時的噪聲狀態，即符號位置還在自己相應的框內，雖然有偏移，甚至較大，但尚未跨出框外，此時并未誤碼，它可以是處于亞誤碼狀態。表征誤碼狀態的是誤碼率BER，而誤碼率是誤碼的次數與碼流傳輸的總數之比，即是說它是表征數字電視信號誤碼的概率。

4、解讀星座圖

如上所述，星座圖主要反映數字信號在尚未誤碼時的噪聲狀態。在每一個瞬間，信號在方框內都有一個相應的位置，由于廣義噪聲影響，它會成為一個離散的小云團，由于噪聲的性質不一樣，其的形狀就有區別，因此我們在星座圖測試時可以根據星座圖的形狀分析判斷數字電視系統的噪聲特征和來源。

圖6連續噪聲干擾的星座圖         圖7相位噪聲干擾的星座圖

圖8壓縮失真的星座圖            圖9 有入侵信號的星座圖

圖3是性能良好的星座圖。即它的MER大于32dB，各種噪聲干擾都較小，是以白噪聲為主。

圖4是具有噪聲的星座圖。它的噪聲較大，在框內比較離散。

圖5 廣義噪聲的干擾。由于這種噪聲是隨機的，經多次取樣，它在星座圖方框內形成小園形。

圖6為連續噪聲干擾。這主要來源于系統內的調制產物，外面的強烈干擾，如計算機，廣播發射信號等，這些干擾信號是連續的，它使得星座圖的每個點成中心空的小園圈圖形，嚴重者形成一個個小園環。

圖7為相位噪聲干擾。相位噪聲是表征一段時間內信號其相位不穩定情況。如振蕩器是關于信號處理（如本地震蕩器），這些相位不穩定會影響在信號上，信號處理設備內的振蕩器在設計上是只會對處理的信號增加非常微小的相位噪聲，然而不良的調制器或處理器可能增加非可觀的相位噪聲在信號上。這時，我們可以看到一個圍繞中心旋轉的星座圖。

圖8為壓縮失真引入的噪聲干擾。由于發射系統，傳輸設備的放大器，其信號幅度過大而飽和，造成非線性失真，則形成如圖8所示的四個角落被扭曲，四邊形成弓形，而不是正常的四方形狀。

圖9為有入侵信號的星座圖。一般來說，上述廣義噪聲它的圖形大都集中在中心附近，由于某一瞬間有入侵信號，它會較遠離中心，如圖9小園圖，入侵信號偏離中心較遠，也可能跳出本框，那就產生誤碼了。

圖10是I、Q兩路電平不平衡的星座圖，這與QAM調制器有關。

圖11是信號相位錯誤引起的星座圖錯位，引起誤碼。

圖10 I Q電平不平衡星座圖          圖11 信號相位錯誤星座圖

從上述可知，由于不同噪聲使得星座圖形狀產生不同變化，那么我可以利用星座圖來監測數字電視信號系統噪聲特征和來源。數字電視的工程師，可以根據自己的系統所測得的星座圖，找出它的規律，去判別噪聲，排除隱患?？梢赃@樣說，星座圖是鑒別數字電視信號質量好壞，尋找噪聲來源，排除故障非常好的工具。

5、調制誤差率MER的測試 

5.1、數字電視對MER的要求

MER是反映數字電視信號受廣義噪聲干擾狀態的參數，在運行中我們應給定一個具體的指標。對于DVB-C 64QAM信號來說，為了保證正常工作，理論上要求MER大于23dB, 考慮到測試誤差，設備老化等因素，故工程上要求MER大于27 dB。對于256QAM來說，理論上要求大于28 dB，工程上要求大于31 dB。我們在多個數字電視網絡中用德國寶馬PRK4CP測試，對64QAM來說，23～24dB會出現馬賽克，23dB以下隨時斷線，甚至無法收看，在25dB以上圖像就正常。對于一個測量標準來說,還應考慮到測試儀器精度,系統長期老化等因素,一般應增加3dB。

廣電部專在“關于廣電有線電視城域寬帶網絡建設的意見”中，根據IEC60728-1-2000國際標準，對數字電視64QAM的MER應大于30dB。那么256QAM應大于34dB?？磥磉@個要求是很有必要的，對于數字前端來說，MER應比用戶端高，一般應在38dB以上。

5.2、MER測試的動態范圍

如前所示，MER是信號的理想功率與廣義噪聲功率之比取對數。那么作為儀器就必須分別測量它的信號（符號）功率和噪聲功率，這就要求儀器有大的動態范圍和高的靈敏度，因此一般儀器都要要求信號平均功率電平在50dBμV以上進行測試，然而對儀器來說最重要的是對廣義噪聲功率測試。一般監測用的數字電視分析儀它們的測量范圍在20～120dBμV，也就是說它們測量小信號的能力為20dBμV，這時儀器的噪聲電平大約在15dBμV。因此這些儀器的MER測試范圍在20～35dB，主要限制在上限值，最大38dB，如下表所示。對于各廠家來說，其表述方法不完全一致，如德國寶馬儀器，指標都給的保守，為了保證±2dB誤差，它只標注MER在35dB，其實它也可以測量到37dB。南韓泰勒曼（Telemann）他給定MER范圍22～38dB，±2dB，但他給出最大測量范圍10～40dB，這也就是說可以測到40dB，但不保證誤差，它能達到38dB是因為它能測試到小信號15dBμV。因此說一般數字電視分析儀MER最大測量值在38dB以內，如果說，儀器的測量范圍的下限是30dBμV（即30μV），它的MER最大值不可能達到38dB，用戶不應過分地去追求廠家說的指標。

美國勝利公司的AT2500數字電視分析儀，它給定MER為22～40dB，±1dB，這是可信的，因為它的靈敏度很高，為0.3μV，它能保證小信號的測量精度，也就保證了噪聲測量精度。

6、數字電視測試儀器

這里所講的數字電視測試儀器是以射頻傳輸測量為目標，一般稱為數字電視分析儀，它的目標不僅對數字電視信號參數進行測量，而且應該對模擬傳輸系統進行測量，特別是數字有線電視，由于傳輸系統從前端到電纜傳輸，光收光發、放大器、分支器等它們引起的噪聲、失真、泄漏、入侵，都會影響數字電視信號，故對數字有線電視來講, 系統的載噪比（C/N）和失真指標CSO、CTB測試非常重要。因此，數字電視儀器不僅應具有數字電視參數測試功能，還應有模擬數字電視測試功能。
對于數字電視分析儀的數字參數來說，有數字平均功率電平，誤碼率BER、調制誤差率MER、星座圖、矢量誤差率EVM、相位抖動、群延時特性等等。一般來說測量前四個參數即可，即平均功率電平、BER、MER、星座圖。EVM可以直接從MER計算出來，故只測MER即可。
關于平均功率電平，這是最重要，最基本的測試。它一定是要引入每赫功率概念的測量方法，不能以模擬電平方法來測量，那樣誤差太大。
MER和星座圖是表征數字電視的相同特性，可以只要MER，但只能從定量來說明數字電視信號質量，這樣儀器會便宜些，如果有星座圖測量，對查找噪聲特征和來源，尋找系統故障非常方便。
誤碼率它是直接反映數字電視信號誤碼的參數，不言而喻是非常重要的指標，誤碼率BER有糾錯前和糾錯后兩項，一般來說測糾錯前BER更為重要。

本文是筆者從測量的角度來分析數字電視信號的質量，從而提出了廣義噪聲的概念，對調制誤差率MER和星座圖進行較詳細的剖析，闡明了它們之間的關系并對其測量和儀器作了闡述。有些概念是作者從測量的角度和實際測試中得出的，由于篇幅有限，不可能在此詳述，僅供參閱本文的同仁參考，也希望與作者聯系共同探討。