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        DTMB接收機信號質(zhì)量分析

        2018-08-01 07:58:44史良弟
        西部廣播電視 2018年14期
        關(guān)鍵詞:基帶解碼接收機

        史良弟

        (作者單位:四川廣播電視臺702發(fā)射傳輸臺)

        保證地面數(shù)字電視接收質(zhì)量是整個地面數(shù)字電視技術(shù)體系的最終目的。在收端,對給定的任意一種調(diào)制模式后,C/N和BER均代表信號的誤碼情況。C/N的值越高,BER的特性越好。MER反映了接收機還原信號的能力。代表在BER開始下降前的信號質(zhì)量,即噪聲與干擾對BER造成影響之前,對信號質(zhì)量的影響。當入侵噪聲與干擾不斷增大,信號質(zhì)量下降到某個值時,符號最終會被解碼錯誤,從而導(dǎo)致BER增大。因此,應(yīng)通過計算接收機中各個環(huán)節(jié)的限制因素,并給出C/N﹑MER﹑BER較為置信的量級大小和最低應(yīng)滿足的條件基礎(chǔ),以保證信號接收質(zhì)量。

        1 分析設(shè)定

        筆者主要分析C5模式(PN=420,F(xiàn)EC=O.8,Rb=21.658 Mbps);在基于時不變穩(wěn)定信道模型,不考慮小尺度效應(yīng)所引起的擴展特性信道;計算僅局限于單站覆蓋的固定接收;萊斯信道中存在一個主徑分量(視距傳播)及19個副徑分量(回波);接收頻率f=862 MHz時,DTMB接收機的C/N﹑MER﹑BER在不同環(huán)節(jié)的質(zhì)量分配。

        2 接收機R F和I F的CNR分析

        在AWGN為恒值時,接收門限取決于接收信號電平,是能否正常接收的必要條件。在不考慮地點概率及接收天線隨距離高度損耗時,結(jié)合接收機原理,RF至IF信號流程圖如圖1所示。

        圖1 RF至I F信號流程圖

        圖1中A﹑B﹑C三點分別為引入基礎(chǔ)熱噪聲﹑濾波器和時頻帶寬積之后的CNR值。計算過程如下:

        得到接收機最小場強(不考慮地點概率及,接收天線隨距離的高度損耗)為42.6 dBμv。

        A點:基礎(chǔ)熱噪聲Em根據(jù)公式(2)得,28.5 dBμv。20徑信道自然多徑損失約1 dB,接收天線增益約7.9 dB。得A點C/NA= 21 dB。

        B點:升余弦濾波器在基帶脈沖形成時會造成的有效實頻帶寬積損失。接收機信號功率修正系數(shù)1-α/4,即信號功率

        根據(jù)公式

        濾波器輸出

        得C/Nout=14.16 dB。

        C點:升余弦濾波器在基帶脈沖形成時造成的有效實頻帶寬積損失。根據(jù)公式:

        按照香農(nóng)信道編碼定理,如果要在BW的帶寬內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)率為Rb的數(shù)據(jù)時,所需載噪比的理論值為7.5 dB。得CNRloss=0.48 dB。

        3 數(shù)字基帶I(t),Q(t)的ME R分析

        MER可以表征為數(shù)字信號是否正確被還原的必要條件。但MER包含有調(diào)制損傷﹑相位噪聲等,并不是實際可用的。而最終可用的是AWGN條件下的SNR,折算就是為給出余量。根據(jù)接收機原理,接收機數(shù)字基帶信號流程如圖2所示。

        A點:按照行標《地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機技術(shù)要求和測量方法》GY/T229.4-2008中,MER最低值設(shè)置,MER=32 dB。

        B點:TDS-OFDM信號幀用PN序列為同步碼,判斷發(fā)送PN-5本地PN相位是否對齊,采用滑動搜索的捕捉方法。當兩序列相位對齊必有一個最大相關(guān)峰輸出。差值濾波器采用4倍過采樣頻率30.4 MHz,

        30.4 MHz>4×7.56 MHz=30.24 MHz

        相關(guān)峰損失為sin(2π/2L0)/(π/2L0)2,當L0=4,SNRloss=0.2 dB.

        圖2 接收機數(shù)字基帶信號流程圖

        C點:若接收機本振相位噪聲滿足《地面數(shù)字電視廣播發(fā)射機技術(shù)要求和測量方法》GY/T229.4-2008,即振蕩器3 dB帶寬B4=18 Hz,N=3780,B=8×106 Hz,相位噪聲其分散部分類似為高斯噪聲。

        得SNRloss=4.67 dB。

        D點:載頻偏差Ω引起有用信號幅度衰減和相位旋轉(zhuǎn)以及ICI(等效成噪聲),即相關(guān)函數(shù)

        當Ω=15 kHz,指頻率穩(wěn)定度,k=255,T=1/7.56μ,且進行歸一化處理后,得SNR(D)=-4.9 dB.

        E點:幀同步在定時誤差和載頻偏差校正后,F(xiàn)FT窗口相對理性位置的偏移量εT足夠小,近似SNRLOSS=0 dB.

        F點:PN序列在頻域上具有不平坦特性。L=420,經(jīng)DFT除法運算后,最小幅度DFT點噪聲被放大12.5倍。與頻域恒模相比,廣義PN序列噪聲功率在信道估計中被平均放大4.09倍,即6.11 dB。

        G點:幀體3780個符號中,36個符號為系統(tǒng)信息,F(xiàn)EC凈荷數(shù)據(jù)流為3780個符號。等效為PN訓(xùn)練序列和系統(tǒng)信息帶來的有效時頻帶寬積的降低。

        得:SNRloss=1.2 dB

        H點:QAM調(diào)制器信號在高斯白噪聲信道下符號錯誤的概率

        得Ps=3.4×10-2

        4 數(shù)字序列的BER分析

        數(shù)字序列解碼過程的BER分析,接收機解碼過程如圖3所示。

        圖3 接收機解碼過程

        A點:解映射是將符號信息轉(zhuǎn)化成比特信息,引入BER誤碼率概念,即比較一個TS流數(shù)據(jù)包在BCH解碼前后的比特樣本來估計TS流的誤比特數(shù)。對16QAM

        得BER=1.7×10-3

        B點:歐洲標準中BER=1×10-11定義為準無誤碼(QEF)狀態(tài),當碼率為21.658 mbps時,相當于1小時18分鐘出現(xiàn)一次不可糾正事件。總比特為:

        實測用主觀評價,傳輸一套MPEG-2節(jié)目(約55 Mbps),連續(xù)觀察bos,相當于 BER=2×10-4,即 2×10-4/3×10-6≈ bos.

        在60秒內(nèi)若3個連續(xù)20秒內(nèi)若出現(xiàn)一次誤碼為失敗。

        5 接收機信號質(zhì)量分析結(jié)論

        第一,C/N影響覆蓋范圍,MER影響SNR的分配,BER是最終的質(zhì)量判定,三層關(guān)系中前者是后者的必要條件。

        第二,C/N瑞利-C/N萊斯=3 dB.不能認為只要提高3 dB信號電平就能滿足瑞利信道的接收。如果MER仍然是32 dB,當快衰深度大于30 dB時,信道估計SNRLOSS>2 dB,MER就不夠分配。

        第三,因本文未對細頻偏估計后殘余頻偏是否滿足1 Hz進行分析,因此,本文結(jié)論并不適用SFN。

        第四,如果接收樣機的接收靈敏度(或C/N)更低或發(fā)射機MER實測值更優(yōu),對接收分配更有利。

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