DTMB接收机信号质量分析

史良弟

（作者单位：四川广播电视台702发射传输台）

保证地面数字电视接收质量是整个地面数字电视技术体系的最终目的。在收端，对给定的任意一种调制模式后，C/N和BER均代表信号的误码情况。C/N的值越高，BER的特性越好。MER反映了接收机还原信号的能力。代表在BER开始下降前的信号质量，即噪声与干扰对BER造成影响之前，对信号质量的影响。当入侵噪声与干扰不断增大，信号质量下降到某个值时，符号最终会被解码错误，从而导致BER增大。因此，应通过计算接收机中各个环节的限制因素，并给出C/N﹑MER﹑BER较为置信的量级大小和最低应满足的条件基础，以保证信号接收质量。

1 分析设定

笔者主要分析C5模式（PN=420，FEC=O.8，Rb=21.658 Mbps）；在基于时不变稳定信道模型，不考虑小尺度效应所引起的扩展特性信道；计算仅局限于单站覆盖的固定接收；莱斯信道中存在一个主径分量（视距传播）及19个副径分量（回波）；接收频率f=862 MHz时，DTMB接收机的C/N﹑MER﹑BER在不同环节的质量分配。

2 接收机R F和I F的CNR分析

在AWGN为恒值时，接收门限取决于接收信号电平，是能否正常接收的必要条件。在不考虑地点概率及接收天线随距离高度损耗时，结合接收机原理，RF至IF信号流程图如图1所示。

图1 RF至I F信号流程图

图1中A﹑B﹑C三点分别为引入基础热噪声﹑滤波器和时频带宽积之后的CNR值。计算过程如下：

得到接收机最小场强（不考虑地点概率及，接收天线随距离的高度损耗）为42.6 dBμv。

A点：基础热噪声Em根据公式（2）得，28.5 dBμv。20径信道自然多径损失约1 dB，接收天线增益约7.9 dB。得A点C/NA= 21 dB。

B点：升余弦滤波器在基带脉冲形成时会造成的有效实频带宽积损失。接收机信号功率修正系数1-α/4，即信号功率

根据公式

滤波器输出

得C/Nout=14.16 dB。

C点：升余弦滤波器在基带脉冲形成时造成的有效实频带宽积损失。根据公式：

按照香农信道编码定理，如果要在BW的带宽内传输数据率为Rb的数据时，所需载噪比的理论值为7.5 dB。得CNRloss=0.48 dB。

3 数字基带I（t）,Q(t)的ME R分析

MER可以表征为数字信号是否正确被还原的必要条件。但MER包含有调制损伤﹑相位噪声等，并不是实际可用的。而最终可用的是AWGN条件下的SNR，折算就是为给出余量。根据接收机原理，接收机数字基带信号流程如图2所示。

A点：按照行标《地面数字电视广播发射机技术要求和测量方法》GY/T229.4-2008中，MER最低值设置，MER=32 dB。

B点：TDS-OFDM信号帧用PN序列为同步码，判断发送PN-5本地PN相位是否对齐，采用滑动搜索的捕捉方法。当两序列相位对齐必有一个最大相关峰输出。差值滤波器采用4倍过采样频率30.4 MHz，

30.4 MHz＞4×7.56 MHz=30.24 MHz

相关峰损失为sin(2π/2L0)/(π/2L0)2，当L0=4，SNRloss=0.2 dB.

图2 接收机数字基带信号流程图

C点：若接收机本振相位噪声满足《地面数字电视广播发射机技术要求和测量方法》GY/T229.4-2008，即振荡器3 dB带宽B4=18 Hz，N=3780，B=8×106 Hz，相位噪声其分散部分类似为高斯噪声。

得SNRloss=4.67 dB。

D点：载频偏差Ω引起有用信号幅度衰减和相位旋转以及ICI（等效成噪声），即相关函数

当Ω=15 kHz，指频率稳定度，k=255，T=1/7.56μ，且进行归一化处理后，得SNR(D)=-4.9 dB.

E点：帧同步在定时误差和载频偏差校正后，FFT窗口相对理性位置的偏移量εT足够小，近似SNRLOSS=0 dB.

F点：PN序列在频域上具有不平坦特性。L=420，经DFT除法运算后，最小幅度DFT点噪声被放大12.5倍。与频域恒模相比，广义PN序列噪声功率在信道估计中被平均放大4.09倍，即6.11 dB。

G点：帧体3780个符号中，36个符号为系统信息，FEC净荷数据流为3780个符号。等效为PN训练序列和系统信息带来的有效时频带宽积的降低。

得：SNRloss=1.2 dB

H点：QAM调制器信号在高斯白噪声信道下符号错误的概率

得Ps=3.4×10-2

4 数字序列的BER分析

数字序列解码过程的BER分析，接收机解码过程如图3所示。

图3 接收机解码过程

A点：解映射是将符号信息转化成比特信息，引入BER误码率概念，即比较一个TS流数据包在BCH解码前后的比特样本来估计TS流的误比特数。对16QAM

得BER=1.7×10-3

B点：欧洲标准中BER=1×10-11定义为准无误码（QEF）状态，当码率为21.658 mbps时，相当于1小时18分钟出现一次不可纠正事件。总比特为：

实测用主观评价，传输一套MPEG-2节目（约55 Mbps），连续观察bos，相当于 BER=2×10-4，即 2×10-4/3×10-6≈ bos.

在60秒内若3个连续20秒内若出现一次误码为失败。

5 接收机信号质量分析结论

第一，C/N影响覆盖范围，MER影响SNR的分配，BER是最终的质量判定，三层关系中前者是后者的必要条件。

第二，C/N瑞利－C/N莱斯=3 dB.不能认为只要提高3 dB信号电平就能满足瑞利信道的接收。如果MER仍然是32 dB，当快衰深度大于30 dB时，信道估计SNRLOSS＞2 dB，MER就不够分配。

第三，因本文未对细频偏估计后残余频偏是否满足1 Hz进行分析，因此，本文结论并不适用SFN。

第四，如果接收样机的接收灵敏度（或C/N）更低或发射机MER实测值更优，对接收分配更有利。