KÁBELTELEVÍZIÓS HÁLÓZATOK

1. KÁBELTELEVÍZIÓS HÁLÓZATOK DIGITÁLIS TECHNOLÓGIA A KÁBELTELEVÍZIÓS HÁLÓZATOKBAN 4. Mérések, minőségvizsgálat

2. Digitálisan modulált, nagyfrekvenciás jelszint mérése (1) • QAM jelek szintjének mérése • Az analóg kábeltelevíziós jelek mérésekor referencia szin a szinkroncsúcs alatti vivő effektív értéké, ehhez viszonyítjuk az összes többi jel (hangvivők, FM jelek, pilotjelek stb.) szintjét. • A digitális jelek esetén is ezt a szintet nevezzük referencia szintnek, és ehhez viszonyítva szintezünk. • A QAM jel legfontosabb jellemzője, hogy a vivő amplitúdója és fázisa 16, 32, 64 stb. diszkrét érték között ugrál miközben egy-egy állapotban csak igen rövid ideig tartózkodik. Ennek hatására a spektrum képe: • Feladatunk a vízszintes szakaszhoz tartozó szint leolvasása, majd korrigálása a következő képlet szerinti értékkel: C=10*log(bws/rbw)+x • ahol • c - a korrekciós tényező (dB) • bws - a jel sávszélessége (MHz) • rbw - a spektrumanalizátor felbontási sávszélessége (MHz) • x - a spektrumanalizátor alaktényezője (tipikusan 2 dB) • A QAM jel tényleges szintjét megkapjuk, ha a spektrumanalizátorról leolvasott értékhez hozzáadjuk a képlettel számítható korrekciós tényezőt. • Példa: • Az ábrán látható spektrumképen a vízszintes szakasz szintje 64dBV, • a jel sávszélessége 8 MHz, • a felbontás sávszélessége 100kHz, • a számított korrekciós tényező 21,03 dB, • A jel tényleges szintje: • UQAM = Uleolvasott érték + c = 64 + 21 = 85 dBV 8MHz

3. A leggyakrabban előforduló esetekre a korrekciós tényezők értéke táblázatban látható. A digitális vevőkészülékek működéséhez kisebb vivő/zaj érték is elegendő, mint az analóg vevők esetében, így a digitális jelek szintje lényegesen kisebbre állítható, mint az analóg jeleké. A szakirodalom 10…15 dB-lel alacsonyabb jelszintet ajánl a QAM jelekre. Digitálisan modulált, nagyfrekvenciás jelszint mérése(2)

4. Szemábra • Egy másik módja a digitálisan modulált jel ábrázolásának a szemábra. • Egymástól különböző szemábrákat állíthatunk elő, egyet az I, egyet a Q csatorna adatai számára. A szemábra az I és Q nagyságát ábrázolja időben, végtelen folytonossággal, visszafutásokkal. Az I és Q jelátmeneteket egymástól elkülönítve ábrázoljuk. • Szimbólumidőben egy „szem” (vagy több szem) keletkezik. • A QPSK-nak négy különálló I/Q állapota van, minden kvadránsban egy. Csak két szintje van mind I-nek, mind Q-nak. • Más modulációfajták több szintet használnak és több időbeli csomópontot hoznak létre, melyeken a jel pályája áthalad. Az F.27.ábrán alul látható példa egy 16QAM jel, négy szintje van, melyek három jól kivehető szemet formálnak. A szem minden kódnál nyitva van. • Az a „jó” jel, amelynek nyitva van a szeme a kompakt kereszteződési pontoknál.

5. Trellis diagram • Az ábrán (F.28.) egy rejtély-diagram látható, amely onnan kapta a nevét, hogy egy kerti rejélyre emlékeztet. • A trellis-diagram x tengelye az idő, y tengelye a fázis. Ezáltal lehetővé válik a fázisátmenetek vizsgálata a különböző szimbólumok mellett. • Ez esetben egy GSM rendszer jelét vizsgáljuk. • Ha egy hosszú sorozat bináris egyes kerül sugárzásra, az eredmény egy sorozat - GSM esetében szimbólumonként 90 fokos - pozitív fázisátmenet lesz. • Ha egy hosszú sorozat bináris nulla kerül sugárzásra, szimbólumonként 90 fokos, állandó fáziscsökkenés következik be. Általában azonban közepes adásról beszélhetünk, véletlenszerű adatokkal. • Hibaelhárításnál kifejezetten hasznos a rejtély-diagramm a hiányzó jelátmenetek, hiányzó szimbólumok felkutatására, vagy a vakfolt megtalálására az I/Q modulátorban, vagy a leképező algoritmusban.

6. Bit Error Ratio • Bit hibaarány számszerűen: • h =a hibák száma • n = az átvitt bitek száma • Gyakorlati értéke:1x10-3…1x10-12 • TS mérésénél az elv nem használható, mert a RS hibajavító egység a kis mennyiségű hibát kijavítja (188/204-es kódolás 8 Bájt javítására alkalmas). • Gyakorlati megoldás: • A hibajavítóban elhelyezünk egy számlálót, amely minden egyes javításkor lép egyet. (Ha jól tervezték a dekódert akkor a számláló nem fordul át). A BER méréséhez ennek az állapotát kell kiolvasni.

7. Bit Error Ratio mérése • Példa: • A dekóder bemenetére 6,875 Mbájt/sec TS érkezik. • Nullázzuk a javított bitek számlálóját. • 2 sec múlva kiolvassuk a számláló állapotát! Legyen ez: 288 • Az átvitt bitek mennyisége: • 2 sec x 6,875 x 8 x 106 = 2 x 55 x 106 • A BER mostmár számolható: • Az eredmény értékelése: nem a legjobb az átviteli csatorna. • Megfontolások: • Tételezzük fel, hogy a vizsgált 2 sec alatt beérkezett 110 millió bit és ezek közül egy sem hibás. • A képlet szerinti eredmény 0. Helyes ez? Nem! • Arról van szó, hogy a vizsgálati idő alatt beérkezett 110 millió bit és egyik sem volt hibás. A helyes megállapítás, hogy a BER értéke 1x10-8 nagyságrendjében mozog. • 20 sec után már 1x10-9, 200 sec után 1x10-10, 2000 sec után pedig már 1x10-11 nagyságrendről beszélhetünk. • Vigyázat, a fenti adatsebesség gyakorlati érték, megméréséhez azonban több mint 2000/60=36,6perc szükséges! • Továbbá egy mérés nem mérés! Legalább 100 mérés átlaga kell ahhoz, hogy a mérés korrekt értéket adjon!!! • A BER MÉRÉSE RENDKÍVÜL IDŐIGÉNYES!

8. Bit Error Ratio mérése a gyakorlatban • KTV rendszerekben BER mérésére a fejállomáson, illetve az előfizetői csatlakozó aljzaton van szükség. • A méréshez szükséges TS QPSK demodulátorból, vagy mérőjel generátorból nyerhető. (A TS mindig hibátlannak számít, ha a szinkronbájtok rendben vannak). • A modulált jelet pl. QAM modulátorral állíthatjuk elő (pl. CW-415XX típus). Kimenetén a jel hibátlan, a RS hibajavító kódokat a modulátor már beültette. • Mérőkészülék lehet egy mérődemodulátor (pl. Rohde/Schwarz EFA mérővevő), Set-top-boksz, stb. • Az EFA mérőlapját mutatja az ábra: • A kijelzett 0.0x10-9 BER érték azt jelzi, hogy tulajdonképpen még nem volt hiba, de nem végeztük a vizsgálatot olyan hosszan, hogy a 10-9-es értéknél jobb értéket lehessen kiírni. • Általában azt is célszerű megadni, hogy a kijelzett érték hány mérés átlagát mutatja. A mérőlapon ez 1000 mérés átlagaként van jelezve.

9. A konstellációs ábra(1) • A derékszögű I/Q diagramm egy nagyságot és fázist ábrázoló poláris diagramm. • Egy vivőn lehetséges egy időben amplitúdó- és fázismoduláció is. • A vivő amplitúdóját és fázisát ábrázolhatjuk egy kétdimenziós koordinátarendszerben (amely tulajdonképpen gy poláris grafikon), úgy, hogy a derékszögű tengelyeken az egyes állapotokat azonos fázisú és kvadratúra-fázisú komponensekkel fejezzük ki. • A poláris diagramm számos szimbólumot mutat be egy időben. Ezáltal a vivő pillanatnyi értékét ábrázolja a folytonos vonal bármely pontján a szimbólumidőkben és azok között, I/Q vagy nagyság/fázis értékekkel.

10. A konstellációs ábra(2) • Az konstellációs-diagramm ugyanarról a burstről egy ismétlődő „pillanatfelvételt” mutat be, amelynek az értékeit csak a döntési pontokban ábrázolja. • Az konstellációs-diagramm ezekben a pontokban fázishibákat jelez ki, és amplitúdó hibákat. • A döntési pontok közti jelátmenet befolyásolja a sugárzási sávszélességet. Ez az ábrázolás megmutatja a vivő által bejárt utat, de nem kizárólag a hibákat mutatja be a döntési pontokban. • Az konstellációs-diagramm betekintést nyújt a teljesítményszintek változásaiba is, a szűrés hatásaiba és olyan jelenségekbe, mint például a kódok közti interferencia. • A kapcsolat az ábra konstellációs pontjai és a szimbólumonkénti bitek között: • M=2n • ahol M = a konstellációs pontjainak száma • n = szimbólumonkénti bitszám • vagy n = log2(M). • Ez fennáll, míg bármely konstellációs ponttól bármelyik másik felé megengedett a jelátmenet.

11. Konstellációs ábra és a belőle meghatározható jellemzők

12. 16QAM moduláció

13. 64 QAM moduláció

14. 16QAM Hierarchia moduláció • Az egyes síknegyedek szimbólumcsoportjai a tengelyek irányában széttolódnak. • A konstellációk pontos arányai egy α paramétertől függenek, amely három különböző értéket vehet fel, α=1, 2, 4 lehet. • Az α értéke megadja a magasabb prioritású adatfolyamhoz tartozó két legközelebbi konstelációs pont távolságának és bármely két konstellációs pont legkisebb távolságának arányát • Mint az ábra is mutatja az egyes síknegyedek között QPSK moduláció fedezhető fel. • Zajos jelnél vagy gyenge vétel esetén azt még meg lehet állapítani, hogy a vektor melyik negyedben helyezkedik el, tehát a QPSK moduláció még visszanyerhető, de a QAM modulációval átvitt információk elvesznek. • Abban az esetben, ha a vételi viszonyok kedvezőek, meg lehet állapítani a vivőnek a negyedeken belüli helyzeteit is, így a nagyobb adatmennyiség visszanyerése is lehetséges. • A hierarchia-kódolás azt jelenti, hogy a magasabb prioritású adatokat a 16 vagy 64 QAM modulációval visszük át, az alacsonyabb prioritású bitstreamet pedig a maradék bitekkel. • Adóoldalon a splitter által szétválogatott adatcsomagok tudatosan úgy kerülnek a modulátorba, hogy a fontosabbik adatfolyamot a QPSK modulációval teljesen vissza lehessen nyerni.

15. 64QAM Hierarchia moduláció • Hierarchia tényező=4

16. A konstellációs ábrából nyerhető jellemzők • Ha az I és Q irányú erősítés mértéke különbözik, akkor amplitúdó kiegyenlítetlenség jön létre. • Megfigyelhető, hogy míg az egyik tengely mentén kiterjesztett a jel, addig a másik mentén elnyomott. • Ez annak a következménye, hogy a vevő AGC fokozata konstans átlagos jelszintre szabályoz. • Ez a fajta hiba az adóban, vevőben egyaránt keletkezhet. Nagyságát az I és Q csatorna erősítésének százalékos eltérésében szokás kifejezni.

17. A konstellációs ábrából nyerhető jellemzők Kvadratúra hiba akkor keletkezik, ha a modulációs vagy demodulációs tengelykereszt nem merőleges egymásra. Az ábrán megfigyelhető a hatása: a négy szomszédos cellába eső pont már nem négyzetet, hanem rombuszt határoz meg, amelyben bármely szög 90o-tól való eltérése a kvadratúra hiba nagyságát adja.

18. A konstellációs ábrából nyerhető jellemzők • A nem megfelelően elnyomott vivő koherens szinuszként adódik hozzá a QAM jelhez, ezt nevezik vivőszivárgásnak. Az adó modulátorában lévő DC ofszet hiba vagy a vivő nem kiegyenlített modulációja okozhatja. Hatására a vett minták az ideálishoz képest azonos irányban tolódnak el az állapotdiagramon. • Az I és Q irányú eltolódás mértéke a regenerált vivő és a maradékvivő fáziskülönbségétől függ. A hiba nagyságára utal a vivőelnyomás, amely a hasznos jelteljesítmény és a maradékvivő teljesítmény hányadosa.

19. A konstellációs ábrából nyerhető jellemzők A vivő fázisának fluktuációja a fázis jitter, melynek hatása az ábrán látható. Egy adott cellába eső szimbólumok ilyenkor egy, az ideális szimbólumon átmenő körív mentén helyezkednek el. A fázis jitter hatása legjobban a legnagyobb amplitúdójú pontokon (sarokpontok) figyelhető meg. Ez a fajta hiba az adóban és vevőben egyaránt keletkezhet. Nagyságát a vett I-Q minta-párokhoz tartozó fázisszög az ideálistól való eltérésének szórásával szokás (oRMS)-ben kifejezni.

20. A konstellációs ábrából nyerhető jellemzők Az átvitel során zaj adódhat a modulált jelhez, amely általában konstans spektrális teljesítmény sűrűségű Gauss-i fehér zaj. Hatására a jelállapotok „felhőszerűen” terjeszkednek ki a az ábrán látható módon.

21. A konstellációs ábrából nyerhető jellemzők Az átvitel során idegen adók jele adódhat a modulált jelhez, ami iterferenciát okoz. Hatására a jelállapotok „gyűrűszerűen” terjeszkednek ki az ábrán látható módon.

22. Modulation Error Ratio Az Ij és Qj a j-edik megfigyelt mintapárhoz legközelebb eső ideális mintapár koordinátái, ∆Ij és ∆Qj pedig a megfigyelt koordináták ideálistól való eltérése, vagy másképpen a j-edik hibavektor koordinátái. Vizsgálatok szerint 64-QAM jel detektálásához legalább 22 dB, míg 256-QAM jel esetén legalább 28 dB a minimálisan szükséges MER.

23. DVB-C szabvány • ETS 300429

24. Köszönöm a türelmet!