基于NI技术的DMB-T地面数字电视信号测量

摘要：针对传统的DMB-T数字信号测量方法的不足，本文采用一种由虚拟仪器实现数字信号测量的方法。通过选用NI通用硬件下变频器及数字化仪进数据采集，由软件系统对采集获得的数据实现对DMB-T地面数字电视信号的参数测量。描述了测量系统的结构，数据采集和分析过程及测量原理等。

关键词：国标GB20600-2006；DMB-T；虚拟仪器；测量

1、引言

2006年8月30日，国家标准化管理委员会公告，中国地面数字电视广播传输系统标准――GB20600-2006《数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制》（以下简称“国标”）于2006年8月18日正式批准成为强制性国家标准，2007年8月1日起实施。这个被业界称为DMB-T（也称DTMB）的标准，是清华大学数字电视技术研究中心研发的一种全新的具有我国自主知识产权的地面数字多媒体传输标准方案，该方案以创新的时域正交频分复用（TDS-OFDM）调制技术为基础，以多载波技术为主，融合了单载波技术。在系统帧结构、同步、信道估计、保护间隔、符号映射、纠错编码和系统实现等诸方面运用了独特而有效的技术方案。实现了固定电视和公共交通移动电视的数字电视信号传送。具有传输效率高、支持蜂窝单频网，易于频率规划、抗多径干扰能力强、可靠的快速同步、信道估计性能良好、支持固定，便携，移动接收、低功耗等优点[1~4]。

通常情况下，需要对发射机发送的DMB-T数字信号进行分析，以衡量发射的DMB-T信号质量并能据此对发射机进行相应调整。为此需要将接收到的信号经射频到中频变换、AD变换、希尔伯特滤波，再将得到的I、Q两路信号经载波恢复和下变频、时钟恢复、DFT、信道估计与均衡后，即可得到输入信号的星座图。然后通过解调星座图分析各种噪声来源，并计算出的MER，EVM等参数，以此来监测信号质量的好坏[5]。

传统的信号测量方法是通过专门的硬件电路去实现，但这种方法成本高，且系统结构复杂，功能单一。为提高系统的灵活性，本文采用一种使用虚拟仪器的方法，以虚拟仪器的设计思想为基础，采用软件的方法去实现DMB-T数字信号的软件解调，并基于解调出的星座图对输入信号的性能参数进行测量和分析。与传统的测量方法相比，这种方法使用NI通用硬件结构，而软件可扩展性强，可根据用户的需要对仪器进行定制，灵活性高，更加便于用户的使用。采用同一种硬件结构即可完成对多种数字信号的测量。本文仅针对DMB-T信号测量系统作出说明。

2、DMB-T信号测试系统

测试系统由DMB-T数字信号的硬件采集系统和系统测量软件系统组成。

2.1DMB-T数字信号的硬件采集采用NI公司（美国国家仪器公司）RF矢量信号分析仪PXI-5661及相关接口设备。如图1所示。

PXI-5600下变频器对频点位于UHF频段(470~850MHz)、带宽为7.56MHz的DMB-T信道调制器射频信号进行数据采集，将输入的RF射频信号变频到5M-25MHz中频信号后，输出到PXI-5142高速数字化仪。PXI-5142包含的两个模块OSP（onboardsignalprocess,板卡数字信号处理）模块和板卡RAM模块，完成对中频信号AD采样、数字下变频、重采样滤波等步骤，通过PXI总线与在PC机运行的测试程序进行控制信息与数据的交换，最终由运行于PC机的软件系统完成对信号各参数的测量。

2.2信号的软件解调

本软件系统首先要对采集到的信号进行软件解调，实现DMB-T信号接收的功能。本系统使用软件的方法去实现DMB-T数字信号接收机的内部功能模块。从NI硬件设备采集到的一路实数字信号先经过希尔伯特滤波得到I、Q两路复信号。再将由此得到的I、Q两路信号经载波恢复和下变频、时钟恢复、DFT、信道估计与均衡后，即可得到输入信号的星座图。

2.3数据测量

本软件系统根据解调后得到的输出来计算DMB-T数字信号的性能参数。相关的分析有星座图分析和MER，EVM等参数的计算。并根据MER，EVM等参数衡量发射机发送信号质量的好坏。

2.3.1星座图分析

在一个星座图中所有I和Q信号可能的结合表现为网格形状，这使它们容易说明引起干扰的事物，星座图图表可想象为带方框的数组，每个方框代表一个状态或符号,在理想的数据传输情形下每个被接收的传送码应落在方框的中心点,但实际上噪声、侵入干扰与反射会让传输符号离开理论的中心点移往相邻方框的边界,相邻方框之间的分界线称为判断门限，传送的信号如果扰推挤跨越此门限，它就会被错误地视为属于相邻方框的符号，因此而成为一个错误码，否则视为正常符号。星座图可以看成数字信号的一个“二维眼图”阵列，符号在图中所处的位置应具有合理的限制或判决边界，代表各接收符号的点在图中越接近原点，信号质量就越高。由于屏幕上的图形对应着幅度和相位,阵列的形状可用来分析和确定系统或信道的许多缺陷和畸变,并帮助查找其原因。星座图是一个很好的故障排除辅助工具,它可提供干扰的来源与种类的线索，通过星座图容易发现幅度噪声、相位噪声、相位误差、调制误差比等调制问题。

2.3.2性能参数计算

本系统采用的衡量信号质量的主要参数为MER和EVM[5~6]。

调制误差率MER近似于基带信号的信噪比，其计算公式为：

3、软件系统简介

测试软件采用NI公司LabVIEW2009平台进行开发。LabVIEW大大提高虚拟仪器的开发效率，它提供的交互式图形化开发环境彻底颠覆了以往那些开发工具拥有强大开发功能的同时却不可能简单易用的思想。LabVIEW所包含的各种特性使其成为开发测试，测量，自动化及控制应用的理想工具。LabVIEW可以迅速地开发应用系统，完成产品设计验证与自动化控制等应用。

3.1软件系统结构

整个软件系统采用分层设计的思想进行设计。系统可分为硬件接口部分、数据处理部分及用户界面部分。硬件接口部分为系统的数据来源，通过前文所述数据采集硬件获得数字信号。数据处理部分包括数据处理，分析和显示这三个功能模块。数据处理模块从硬件接口部分采集数据存放到缓冲区里。数据分析模块从缓冲区中取得数据进行分析。数据显示模块从数据分析模块中取得分析结果，绘制成图形，并在用户界面中显示出来。用户可通过用户界面部分对系统的行为进行控制，并可实时地监视硬件设备的状态。同时数据处理部分的分析结果也在用户界面部分中显示出来。软件系统的结构如图2所示。

3.2数据的多线程处理

在软件系统中采用了多线程技术实现了数据采集数据分析、结果显示输出的同步进行。软件运行时开启三个线程分别进行以上操作。其中采集线程不断从数据源取得数据并存放在缓冲区里。主线程可控制分析流程，可随时暂停或中止分析进程。分析结束后，星座图、信道特性等信息保存在缓冲区内。

4系统的测试与验证

系统的测试与验证工作主要是针对实际的DMB-T信号进行的。数据来源为实际的DMB-T数字信号发射机。系统通过连接到PC机上的NI数据采集硬件系统来采集DMB-T数字信号发射机发送的数字电视信号。软件系统在PC机上运行，用户可直接观测PC机上的测量结果。

在系统测试过程中，对QPSK,16QAM与64QAM在不同的保护间隔都进行了测试。测试结果接近硬件测量设备的测量结果。这表明本系统能够满足工程测量的需求。图3-图6为本系统测试软件系统中实测图像。

当DMB-T数字信号发射机工作状态参数为：载波数=3780；FEC=0.8；保护间隔=1/9；时域交织=720；调制方式=64QAM；射频带宽=8MHz；射频level=+10dB时测得MERdB值约为41dB。在其它参数时的工作状态所测得的MERdB值不再一一列出。

5结束语

本文所介绍的DMB-T数字信号测量系统,基于DMB-T数字信号接收机的工作原理，通过软件实现对数字信号的测量过程，结构简单，灵活性高，易于使用，与其他传统的测量方式相比，具有明显的优势。

参考文献

[1]GB20600-2006，数字电视地面广播传输系统帧结构、信道编码和调制[S].2006

[2]王军,韩猛,门爱东,等.新一代数字电视传输标准DMB-T的关键技术[J].电讯技术,2001(4):62-65.

[3]杨林,杨知行,吴佑寿.一种新的地面数字多媒体/电视广播传输系统[J].电视技术,2002(1):12-16.

[4]门爱东,杨林,杨知行.地面数字多媒体电视广播(DMB-T)传输性能仿真[J].电子学报,2001(5):656-667.

[5]张万书.数字调制信号的测量方法[J].电视技术,2002(8):91-96.

[6]马成彬,胡晓东,李纪胜,等.有线数字电视MER测量的工程实践与体会[J].施工测量,2005,21:82-84.

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