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

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

Digitálisan modulált, nagyfrekvenciás jelszint mérése(2) rbw Korrekciós tényező 1 30kHz 26dB 2 100kHz 21dB 3 300kHz 16dB 4 1MHz 11dB 5 3MHZ 6dB 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.

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.

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.

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.

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!

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.

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.

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.

Konstellációs ábra és a belőle meghatározható jellemzők

16QAM moduláció

64 QAM moduláció

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.

64QAM Hierarchia moduláció Hierarchia tényező=4

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

DVB-C szabvány ETS 300429

Köszönöm a türelmet!