数字电视测试接收机MER 和EVM 校准方法研究

刘 雷，蒋治国，韩 东

（北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司，北京 100015）

0 引 言

调制误差比（Modulation Error Rate，MER）和误差矢量幅度（Error Vector Magnitude，EVM）是数字电视调制的重要指标，直接反映着数字电视的调制质量。最具代表性的调制测试仪器是数字电视测试接收机，如R&S 公司的EFA、ETL 等。由于目前没有国家或者行业的数字电视测试接收机校准规范，计量机构大多依据频谱分析仪、矢量信号分析仪以及仪器使用说明书等对电视测试接收机进行校准，多数只能校准频率和电平等基本参数，而对调制误差比、误差矢量幅度等参数的校准无能为力。调制误差比和误差矢量幅度是电视测试接收机的核心测试项目，其测量准确度直接影响数字电视测试接收机的使用。

要实现数字电视测试接收机MER 和EVM 两个参数的校准，必须要有一个可以产生MER 和EVM 失真的测试信号源，但目前市场上并没有这种专用的测试信号源。为了解决这一问题，北京泰瑞特检测技术服务有限责任公司实验室在数字电视测试发射机的基础上，利用噪声模拟功能和IQ 模拟功能产生了MER 和EVM 的失真测试信号，实现了数字电视测试接收机MER 和EVM 参数的校准。

1 MER 和EVM 失真信号的产生原理

1.1 MER 失真信号产生原理

调制误差比（MER）和信噪比（Signal-Noise Ratio，SNR）的计算公式分别为：

式中，MER为调制误差比，单位为dB；SNR为信噪比，单位dB；Ij和Qj为理想符号矢量的I分量和Q分量大小；δIj和δQj为符号误差矢量的I分量和Q分量大小；σIj和σQj为实际接收数据的中心（平均值）坐标到理想接收数据点j的偏移；N为一次测量总的取样数据个数。

从式（1）和式（2）可以看出，MER和SNR的区别仅在δIj、δQj、σIj及σQj。如果只考虑高斯噪声一种损伤而不考虑其他情况，实际接收数据的中心（平均值）坐标与理想接收数据点为同一个点，那么MER=SNR［1］。

因此，可以利用数字电视测试发射机的噪声模拟功能，通过设置信噪比来产生调制误差比失真的测试信号。除噪声外，IQ 参数也是影响调制误差比的一个重要因素。因此，要全面反映数字电视测试接收机MER的测量能力，还需要产生一个带有IQ 失真的测试信号来验证数字电视测试接收机对IQ 失真信号的调制误差比的测量能力［2］。

在仅考虑IQ 幅度不平衡和IQ 正交误差而不考虑噪声等其他因素的影响下，MER的计算过程为［3］：

式中，MERV为调制误差比（电压比形式）；MER为调制误差比，单位为dB；ϕ为IQ 正交误差，单位为°；g为IQ 幅度增益（比值形式）。

可以看出，调制误差比失真的测试信号可以通过数字电视测试发射机的噪声模拟功能和IQ 模拟功能两种方法实现。第一种方法，关闭IQ 模拟功能，使用噪声模拟功能，设置信噪比产生的失真测试信号的调制误差比（MER）理论值等于信噪比的设定值；第二种方法，关闭噪声模拟功能，使用IQ 模拟功能，设置IQ 幅度不平衡和正交误差两个参数产生的失真测试信号的调制误差比（MER）理论值，然后可以通过式（3）和式（4）计算得出。

1.2 MER 与EVM 之间的换算关系

误差矢量幅度（EVM）的计算公式为：

式中：EVMRMS为误差矢量幅度，单位为%；Ij和Qj为符号误差矢量的I分量和Q分量大小；N为一次测量总的取样数据个数；Smax为星座图最外面位置矢量的大小。

对式（1）、式（4）及式（5）进行推导，可得到：

式中：EVMV为误差矢量幅度（电压比形式）；MERV为调制误差比（电压比形式）；v为峰值Smax与平均值Srms电压的比值（电压比形式）。

表1 列举了几种常用的QAM 调制的v值，其他QAM 格式的v值可以根据星座图计算得出。通过MER值和v值，即可计算出EVM 理论值。

表1 几种常用的QAM 调制的v 值

2 方法验证

用R&S 公司的SFU 数字电视测试发射机和ETL 数字电视测试接收机对上述方法进行验证。选用DTMB 制式，设置载波数为“单载波”、前向纠错码率为“0.8”、符号星帧头模式为“PN595”、符号交织选项为“720”以及双导频插入为“否”，分别在16QAM 和64QAM 两种格式下进行验证。

关闭SFU 数字电视测试发射机的IQ 模拟功能，打开噪声模拟功能，MER 理论值即为SFU 的信噪比设定值，而EVM理论值可以通过式（6）计算得出，并将ETL 测量值作为实测值，验证结果如表2 和表3 所示。

关闭SFU 数字电视测试发射机的噪声模拟功能，打开IQ 模拟功能，MER 理论值可以通过式（3）和式（4）计算得出，而EVM 理论值可以通过式（6）计算得出，验证结果如表4 和表5 所示。

由验证结果可以看出，实测值与理论值基本一致，达到了预期要求。

表2 噪声模拟方法的MER 值验证结果

表3 噪声模拟方法的EVM 值验证结果

表4 IQ 模拟方法的MER 值验证结果

表5 IQ 模拟方法的EVM 值验证结果

3 结 语

验证结果表明，提出的数字电视测试接收机MER 和EVM 参数的校准方法可行，产生的失真测试信号量值准确可靠。该方法可以应用于数字电视测试接收机的校准，目前已经应用到实验室的具体校准工作，提高了实验室的校准工作技术水平。