基于DVB-C的QAM调制器的选择探讨

胡晓东

（湖北荆州视信网络公司，湖北 荆州 434000）

中国有线数字电视信号采用欧洲的DVB－C标准。要使传输流（TS）在有线网络中高效可靠地传输，必须将其进行信道编码、多进制调制和频率转换（上变频）。执行这一功能的设备在工程上称为QAM调制器。由于它是连接基带信号与传输网络的纽带，因此对其进行合理的选择意义重大[1－2]。

1 商用QAM调制器的一般结构

如图1所示，输入接口将输入的各种信号（如TS流的ASI、通信的DS3和E3等）进行预处理，使输入数据流归一化。然后进行信道编码，以提高传输的可靠性，再进行QAM的调制，输出36 MHz中频信号，最后上变频到指定RF频率。上述功能都由微处理器进行控制，并实现参数设置和状态监控。

2 QAM调制器指标的选择

2.1 输出能量指标

在模拟调制器中，输出能量大小是以图像载波电平来衡量，而QAM调制器的能量以信道（8 MHz带宽）的平均功率电平来衡量，因此相同电平值的能量理论上要高10lg（8 M/230 k）。

假定模拟电平表的测量带宽为230 kHz，在单台调制器标称输出电平的选择上，尽管广电总局GY/T198—2003《有线数字电视广播QAM调制器技术要求》规定的入网调制器输出电平的下限为－8 dBm（100 dBμV），但考虑到单台调制器在特定传输场合（如专线光载波直播）应用时输出高电平，以求最佳光载波调制的实际情况，建议有经济能力的地市级广电运营商选用最大输出电平达到120 dBμV的设备；对于工程中模数混传的QAM调制器输出电平的选择，笔者建议根据网络的实际情况选比模拟调制器低5～10 dB为宜。

2.2 输出质量指标

由于QAM调制器的特殊性，其信号的一切损伤均可用调制误差比（MER）来量度。根据GY/T198—2003的要求，MER≥32 dB（64QAM）即可。但限于现阶段有线电视网络质量不变的实际情况，笔者建议有条件的地市级广电运营商选用MER≥36 dB的设备。

2.3 PCR抖动指标

因QAM调制器内部涉及到TS流的处理，所以今引入PCR抖动。需在调制器内进行PCR校正，校正后的PCR抖动应在一定范围内，超过此范围机顶盒解码时图像会出现马赛克、停顿或黑屏现象。考虑到传输不引入新的PCR抖动，故一般均在500 ns以内为宜（GY/T198—2003要求）。

2.4 QAM模式和符号率的选择

QAM调制是以符号位单位进行传输的，在理想坐标图上以矢量点表示，有M个点就表示M个符号（对应调制后的M种载波状态）。按照DVB－C标准，M可为16，32，64，128，256（2m，m=4，5，6，7，8）。本文将不同M的调制方式定义为MQAM模式。每个符号的比特数为lb M，因此不同QAM模式的符号率与比特率（工程上常用码率表示）的关系是不同的，其关系式为

一般地，一个频道传输6套码率在5 Mbit/s以上的标准节目，可满足现今及将来数年内用户的需求。综合考虑EPG、EMM及动态较高（节目）码率，QAM调制器输入的最大有效码率定为38 Mbit/s。

根据式（1），QAM模式（M值）大，则符号率小。QAM模式一定，则符号率的选择是唯一的。

理论上小值的QAM模式（如16QAM、32QAM）网络适应能力强但资源利用率低（每频道传输的节目数少），大值的QAM模式（128QAM、256QAM）网络适应能力差但频率利用率低。综合国内网络的实际情况考虑可采用64QAM。根据式（1），可得符号率为6.875 Mbaud。故国内一般有线数字电视运营商对QAM模式及符号率的选择为：64QAM，6.875 Mbaud。

但笔者以为，此选择在其他特定场合及区域仍可灵活运用。考虑到国标GY/T198—2003给出的QAM调制器的输出符号率范围（3.6～6.952 Mbaud）、裕量、误差及选择的宁大勿小原则（实验室应用环境例外），笔者建议在各种场合一律将符号率取为6.875 Mbaud。另一方面，大M值（QAM）模式的QAM调制器的最大有效码率越大，对应频道传送的节目就越多。因此笔者建议将大中型企业有线电视台的QAM模式取为256QAM，因为企业自办台容易管理，私接乱挂现象少得多，故网络质量理论上要好些。当采用256QAM模式时，根据式（1），最大有效码率约为51 Mbit/s。

每个频道可传标清节目套数为51÷5≈10，取为9套。相当于可节省1/3的调制器。目前QAM调制器的价格不菲，如SA公司的零售价就约为3万/台。

3 QAM调制器功能的选择

QAM调制器功能是伴随着数字电视的发展和运营商的需求而产生的，没有明确的标准要求。笔者总结如下3项，供参考选择。

1）TS包及SI表的过滤及映射。在典型（地级）市、县数字电视网建设中，市前端实现对下辖各县前端（本文定义为分前端）实行防止终端（机顶盒）漫游（工程上称为区域锁定策略）的办法即利用了QAM调制器的TS包过滤功能。具体是在前端发送多个含有不同区域标识的不同PID的TS包，各分前端通过本地QAM调制器将不属于自己区域的所有TS包滤掉；在大型有线网不同SI表（业务信息表）的分配应用中（以NIT表/网络信息表的应用最多，本文介绍该表的分配应用），要利用QAM调制器SI表的过滤及映射功能。办法是前端发送多个不同的PID（包的标识符）的NIT表，每个NIT表设置不同的信道（频点的组合），且分配给指定的分前端。各分前端接收后，将不属于本地区域的所有NIT表过滤掉（过滤其PID即可），再将自己区域的NIT表的PID修改为DVB－C标准的0x0010。

2）再复用。利用该功能，可以实现本地EPG、本地节目的输入和对PSI表的编辑处理功能。因此该功能在大型网络不同运营实体的应用中较有实用价值。笔者建议由运营商加以选用。

3）网管监控。鉴于数字电视处理设备调试比较麻烦，故笔者建议选购QAM调制器时应选择带网管监控接口功能的。这些不仅可方便地通过网管PC机实现对QAM调制器参数的配置、修改和查询，而且能对设备的运行状态进行智能化监控和异常报警。

4 QAM调制器的可靠性选择

QAM调制器位于数字电视前端系统的末端，一台设备出故障可能导致数套节目无信号。因此其可靠性是重要考查指标。如果一台QAM调制器的平均无故障时间超过3年（每天24小时不停机运行），那么其可靠性应能满足工程应用要求。一般来说，口碑较好的大企业有自己独立的生产基地，制造工艺、原材料严格把关，出厂的设备均经严格检验，其可靠性可满足以上要求。运营商在选择QAM调制器时切忌盲目追求品牌。有些知名品牌如果处于被收购、技术转让等过渡时期，其研发、生产和质检岗位的核心员工流动较大，往往造成出厂设备的不可靠性。这就要求运营商在选择设备时周密考虑。

另外，为增加设备运行的可靠性，还可采用n+1热备份，配合切换矩阵做自动切换，重要节目甚至可以采用1+1热备份。至于冷备份，笔者不建议采用，因为更换QAM调制器比模拟调制器复杂，往往涉及PSI（节目专有信息）/SI（服务信息）编辑、TS包过滤等操作环节，停播率相对高。

5 QAM调制器的测试仪器选择

评价QAM调制器主要质量高低的测试仪器有两类：一类是不带QAM解调功能的电视射频测试仪（如韩国Telemann1500系列）；另一类是带QAM解调功能的数字电视分析仪。前一类（仪器）依靠频谱分析仪和C/N测量大致判断QAM调制器质量；后一类仪器通过测量MER来判别性能优劣。

第二类仪器通过观察QAM调制器输出通道的频谱定性地观察设备的发射损耗和查出信道内干扰信号的强度，通过测量C/N能衡量高斯噪声的相对大小。尽管高斯噪声不能完全反映数字电视的损伤，但数字电视的另一主要损伤——非线性失真在前端可忽略。因此用此类仪器测量C/N指标和观察频谱也能基本衡量QAM调制器的质量。

MER值能反映一切损伤，故第二类仪器测量此指标最能反映QAM调制器的好坏。MER测量仪器需对信号进行解调后才能进行MER指标的测试读数。鉴于数字信号在QAM调制器内进行信号处理时存在由相位误差和畸变等所致的失真，因此在终端（含MER测试仪器）解调时需进行“均衡”以消除此失真。从理论上说，如果仪器对被测信号不进行均衡则很难测量MER值，故目前多数MER测量仪器（如SDA系列、德利手持机等）都是在仪器内对被测信号进行均衡处理后测出MER值的，这显然不能真实地反映（单台）QAM调制器固有的品质。另一方面，国家广电总局规定入网的QAM调制器的MER指标需仪器关闭均衡器测量。故笔者建议地市级前端机房最好配置带均衡关闭功能的MER测试仪器（如AT2500、CX380等）。此种仪器的共同特点是精度高，售价不菲，但CX380价格在5万元左右，性价比较高。

综合以上分析，笔者总结出3点心得。

1）对于已经配置台式通用频谱仪（如台湾固纬GSP－830E）的有线电视运营商，可直接用该仪器手动测量QAM调制器输出口（或－20 dB测试口）的C/N，并观察该输出口的频谱来判定设备的好坏，但要扣除仪器底噪声所致的测量误差。具体方法如下：

用频谱分析仪连接QAM调制器测量噪声电平（设为N1），断开QAM调制器再读噪声电平（即仪器的底噪声，设为N2）。设N1－N2=Δ,则仪器底噪声所致的测量误差可用如图2所示的曲线表示。

如图2所示，实际C/N=实测C/N－Δ。这里的“实测C/N”要换算为数字频道规定的载波和噪声带宽。

但手持式频谱仪（如韩国Telemann1500）因其底噪声可能比QAM调制器的噪声还大一些，故使用其来测量QAM调制器的C/N没有意义（建议将其配置在用户端作维修用）。

2）对于未配置通用频谱仪的（占多数），建议有条件的购买AT2500数字电视分析仪。该仪器精度较高，可在关闭（仪器）均衡的状态下测量QAM调制器的MER指标，从而判定是否达到广电总局规定的入网标准，以及指标裕量有多大；条件稍差的建议购买CX380数字电视测试仪，但精度稍差。

3）鉴于目前多数MER测试仪器都不带关均衡功能，因此笔者建议广电总局对GY/T198—2003 QAM调制器入网技术标准进行修正，给出入网设备的开均衡指标。

6 基于三网融合的QAM调制器选择

随着“十二五”期间三网融合进程的加快,特别是2011年12月底第二批三网融合试点城市的出炉，对有线电视前端QAM调制器提出了IP化和集成化的新要求。所谓IP化，即是QAM调制器处理IP格式的数字电视信号。所谓集成化，即是将复用、加扰、调制一体化，甚至做到数字电视信号的智能路由切换，实现管理的高可靠性和管理的便捷性。本文将具备此功能的调制器设为智能集成QAM调制器。笔者建议网络整合后的各省有线电视总前端和各地市分公司备份前端优先选用此类QAM调制器。另外，如果“十一五”期间就建有数字电视前端其部分QAM调制器指标下降也建议换用此新型QAM调制器。

[1]秦雷，朱秀昌，胡栋.数字电视传输技术新进展及展望[J].电视技术，2011，35（10）：14－17.

[2]姚锋.基于三网融合的机顶盒原理及应用[J].电视技术，2011，35（6）：66－67.