TV odašiljač

Uvod u ključna radiofrekvencijska mjerenja u sustavu digitalnog TV prijenosa

Tajna održavanja pouzdane usluge visoke kvalitete u različitim sustavima digitalnog TV prijenosa je obraćanje pozornosti na one ključne čimbenike koji mogu potkopati integritet sustava. Ovaj članak opisuje ova ključna RF mjerenja koja mogu pomoći u otkrivanju problema prije nego što gledatelji potpuno izgube digitalnu TV uslugu i sliku.

Slika 1: Ima

Moderni digitalni kabelski, satelitski i zemaljski sustavi uvelike se razlikuju od tradicionalne analogne televizije po tome što su njihovi signali osjetljivi na šum, izobličenje i smetnje u ožičenju. Potrošači su danas navikli na gledanje analogne televizije s lakoćom. Ako se kvaliteta slike pogorša, ljudi obično namjeste sobnu antenu kako bi dobili bolju sliku. Čak i ako je kvaliteta slike i dalje loša, ako je program dovoljno atraktivan, gledatelji će ga općenito nastaviti gledati sve dok se zvuk još čuje.

Digitalna TV nije tako jednostavna. Nakon što se primi prekid, način oporavka nije uvijek očit. Problem bi mogao biti uzrokovan greškama tablice MPEG SI ili PSIP ili jednostavno zato što je RF snaga preniska da bi dosegla digitalni radni prag ili točku "šiljaka". RF problemi mogu uključivati ​​bilo što od sljedećeg: satelitsku antenu ili probleme s blok prekidačem (LNB), refleksiju zemaljskog RF signala, slabe performanse buke ili smetnje kanala, uz kvarove kabelskog pojačala ili modulatora.

Postoji nekoliko načina za rješavanje problema s prijemom digitalne televizije. Jedno je rješenje smanjiti osjetljivost prijemnika set-top box uređaja na kvalitetu signala, a temeljnije rješenje je da operateri trebaju održavati čiste i visokokvalitetne radiofrekvencijske signale. Kako bi se to osiguralo, Tektronix nudi ključne mogućnosti RF mjerenja, integrirajući MPEG praćenje i snimanje u stvarnom vremenu u jednom instrumentu MTM400. Ovi se instrumenti mogu ekonomično primijeniti na različitim točkama kroz lanac prijenosa od silazne veze i dekodiranja, do multipleksiranja i remultipleksiranja, i konačno do distribucije programa kroz uzlaznu vezu, glavni kraj i odašiljačke stanice. S MTM400, operateri mogu napraviti kritična RF mjerenja uz djelić cijene namjenske RF opreme za testiranje. Daljinski upravljač temeljen na webu omogućuje ispravna mjerenja na odgovarajućem sloju signala u prijenosnom lancu, osiguravajući isplative rezultate.

stopa pogreške bita BER

Stopa pogreške u bitovima je omjer broja bitova u pogrešci i ukupnog broja prenesenih bitova. Rani prijamnici za nadzor digitalne televizije davali su indikaciju stope pogreške bita kao jedinu mjeru kvalitete digitalnog signala. To je lako učiniti jer podatke obično daje čipset demodulatora tunera i lako ih je obraditi. Međutim, tuneri često mogu emitirati BER nakon izvođenja ispravljanja pogreške unaprijed (FEC). Bolji način je izmjeriti BER prije FEC-a, što može dati naznaku koliko dobro radi FEC. Nakon Viterbijevog procesa de-interleavinga, Reed-Solomonovo (RS) dekodiranje ispravlja pogrešne bitove kako bi se na izlazu dobio signal kvazi-bez pogrešaka.

Slika 2: MER i

Ovaj pristup funkcionira kada prijenosni sustav radi daleko od šiljaka, kada se javlja malo pogrešaka u podacima, a stopa pogrešaka u bitovima prije Viterbija je blizu nule. Kada se sustav približi vrhuncu, BER prije Viterbija postupno raste, BER nakon Viterbija brzo raste, a BER nakon FEC (nakon RS) naglo raste. Stoga FEC ima učinak izoštravanja vršnog kuta. Kao rezultat toga, vrlo osjetljiva mjerenja stope pogrešaka u bitovima mogu dati upozorenje, ali obično je prekasno da se poduzmu bilo kakve korektivne mjere. Ipak, korisno je prikazati BER kako bi se dokumentirala ili kvantificirala kvaliteta odaslanog signala. BER se također može koristiti za bilježenje dugoročnih trendova sustava. Najbolje ga je koristiti za prepoznavanje periodičnih kratkotrajnih nedostataka signala.

Mjerenja BER-a često se koriste u inženjerskoj notaciji i često se prikazuju kao trenutni omjer i prosječni omjer. Tipična ciljna vrijednost je 1E-09, BER bez pogreške je 2E-04; kritični BER je 1E-03; BER veći od 1E-03 izgubit će uslugu.

Kako poboljšati BER—koristeći MER

Norma TR 101 290 uvodi mjerne kriterije za digitalne televizijske sustave. Mjerenje omjera greške modulacije (MER) dizajnirano je za dobivanje jedinstvene vrijednosti za primljeni signal. MER pruža ranu indikaciju sposobnosti prijemnika da ispravno dekodira poslani signal. Zapravo, MER uspoređuje stvarni položaj primljenog simbola (koji predstavlja digitalnu vrijednost u modulacijskom uzorku) s njegovim idealnim položajem. Kako se kvaliteta signala smanjuje, primljeni simboli su dalje od idealne pozicije, a MER mjerenje će se smanjiti.

Slika 3: Vektor greške.

Kako se kvaliteta signala i dalje smanjuje, simboli će na kraju biti netočno dekodirani, a stopa pogrešaka bita će se povećati, dosežući prag ili točku skoka. Grafikon prikazan na slici 1 dobiven je spajanjem MER prijemnika na ispitni modulator. Nakon što su veze uspostavljene, postupno uvodite šum i zabilježite MER i BER vrijednosti prije Viterbija. Kada nema dodatnog šuma, početna vrijednost MER-a je 35 dB, a BER je blizu nule u ovom trenutku. Vrijedno je napomenuti da kako buka raste, MER se postupno smanjuje, dok BER ostaje nepromijenjen. Kada MER dosegne 26 dB, BER počinje rasti, pokazujući da je blizu vršne točke. MER pokazuje da kvaliteta signala sustava opada mnogo prije nego što se dosegne vršna točka.

Važnost MER-ova

Budući da Tektronixova oprema može izmjeriti vrlo visoku graničnu vrijednost MER (tipična vrijednost od 39 dB u QAM sustavu), kada je faktor redukcije MER (sigurnosna margina) nizvodnog protoka signala poznat ili se može izvesti na ili blizu korisnika Kada se mjeri , oprema za nadzor smještena na prednjem modulatoru može pružiti ranu indikaciju degradacije signala. Kada MER padne na 24dB (za 64-QAM) ili 30dB (za 256-QAM), obični set-top boxovi možda neće moći pravilno demodulirati ili neće raditi. Ostala uobičajena mjerna oprema s nižim ograničenjem MER mogućnosti mjerenja neće moći rano upozoriti na degradaciju signala. Tipično ograničenje MER prednjeg kraja kabela (QAM) je 35-37dB. MER u analognim kabelskim sustavima obično iznosi 45 dB. Podaci u analognom i digitalnom sustavu razlikuju se za 10dB, pa je digitalni MER u prijenosnom sustavu oko 35dB.

EVM veličine vektora pogreške

Mjerenje EVM slično je MER-u, ali se izražava drugačije. EVM se izražava kao postotna vrijednost RMS veličine vektora pogreške prema maksimalnoj veličini simbola. Kako se nedostaci signala povećavaju, EVM će se povećavati, a MER će se smanjivati. MER i EVM mogu se međusobno konvertirati. EVM je udaljenost između otkrivenog nositelja na IQ (u fazi i kvadraturi) konstelaciji i njegove teoretski točne pozicije (vidi sliku 3), te je omjer "vektora signala greške" i "maksimalne amplitude signala", izražen kao RMS postotna vrijednost. EVM je definiran u dodatku uz TR 101 290. Tektronix MTM400 pruža i MER i EVM mogućnosti mjerenja.

Varijacije modulacijskih shema i sustava

Slika 4: QAM modulator.

Signali u satelitskim, kabelskim i zemaljskim sustavima digitalnog televizijskog prijenosa koriste sheme kvadraturne modulacije, koje predstavljaju podatkovne simbole modulacijom faze i amplitude. Najčešće modulacijske sheme koje se koriste u digitalnom televizijskom prijenosu su varijacije kvadraturne amplitudne modulacije (QAM). Na primjer, u uobičajeno korištenoj shemi zemaljske digitalne modulacije, COFDM usvaja 16-QAM ili 64-QAM, a 8VSB usvaja sustav s 8 stupaca. Digitalna modulacijska shema koja se koristi u satelitskom digitalnom TV sustavu je QPSK (kvadraturna fazna pomaka), koja je ekvivalentna 4-QAM. QPSK je vrlo robusna modulacijska shema i koristi se mnogo godina. QPSK također učinkovitije koristi dostupnu širinu pojasa, ali zahtijeva veći omjer nosioca i šuma.

Sustavi kabelske digitalne televizije grade se na ovim temeljima sa širokim rasponom modulacijskih shema i još uvijek se razvijaju. Ostali redovi modulacije (16-QAM, 64-QAM, 256-QAM i 1024-QAM) povećavaju spektralnu učinkovitost, čime se osigurava više kanala u danoj propusnosti.

U digitalnom TV sustavu Sjedinjenih Država, brzina prijenosa 64-QAM može doseći 27 Mb/s, što je ekvivalentno prijenosu 6-10 SD kanala ili 1 HD kanala u pojasu od 6MHz. Nova tehnologija kompresije može pružiti do 3 HD kanala na 256-QAM. U europskom sustavu, širina pojasa od 8MHz može postići brzinu prijenosa od 56Mb/s na QAM-256.

Uz mjerenje QPSK za satelitske aplikacije, MTM400 je sposoban za RF sučelje i mjerenje sa svim gore navedenim QAM standardima.

prikaz sazviježđa

Prikaz konstelacije digitalni je ekvivalent prikaza vektorskopa, koji prikazuje komponente u fazi (I) i kvadrature (Q) QAM signala. Simbol je najmanja komponenta informacije koja se prenosi u određenom modulacijskom sustavu. Za QAM-64, jedan simbol predstavlja 6 bitova i crta se kao točka na grafikonu. Ovi znakovni bitovi prolaze kroz složen proces transkodiranja iz izvornog MPEG-2 prijenosnog toka. Ovaj proces uključuje Reed-Solomonovo kodiranje, interleaving, randomizaciju, QAM Annex B sustav rešetke i QPSK sustav konvolucijskog (Viterbi) kodiranja. Njegova je svrha zaštititi i ispraviti pogreške u bitovima, osigurati otpornost na burst buku i ravnomjerno raspodijeliti energiju u frekvencijskom spektru. Nakon obrnutog procesa u dekoderu, mora se rekonstruirati kvazi-bez pogrešaka bitstream. Zbog ovog procesa ispravljanja pogrešaka, jednostavno ispitivanje prijenosnog toka neće dati nikakve naznake da kanal ili modulatori i pojačala za obradu unose pogreške, čime se sustav približava "digitalnom skoku". U trenutku kada se zastavice pogreške u prijenosu (TEF) počnu prijavljivati ​​u MPEG streamu, obično je prekasno za poduzimanje bilo kakve korektivne radnje.

Konstelacija

Konstelacijski dijagram može se smatrati "dvodimenzionalnim očnim dijagramom" nizom digitalnih signala, a položaj simbola u dijagramu ima razumna ograničenja ili granice odlučivanja. Što su bliže jedna drugoj točke koje predstavljaju primljene simbole na grafikonu, to je kvaliteta signala veća. Budući da grafikon na ekranu odgovara magnitudi i fazi, oblik niza može se koristiti za analizu i određivanje mnogih nedostataka i izobličenja sustava ili kanala te pomoći u pronalaženju njihovih uzroka.

Konstelacijski dijagrami korisni su za prepoznavanje problema modulacije kao što su:

  • Neravnoteža amplitude
  • Kvadraturna pogreška
  • Korelirane smetnje* Fazni šum, Amplitudni šum
  • Pogreška faze
  • Omjer greške modulacije Daljinski
  • Konstelacija
  • MTM400 koristi tehnologiju temeljenu na webu, tako da je jedinstven po tome što može pregledavati kartu zviježđa za testiranje i istraživanje bez nadzora putem interneta ili privatne mreže na različitim mjestima ili čak različitim zemljama. Korisničko sučelje također ima podesivu postojanost za izblijeđivanje mrlja u ranijim prijemnim nosačima, baš kao i na konvencionalnim instrumentima. Napomena: Sljedeće grafike zaslona MTM400 sve su iz instrumenta čiji su učinci prikaza MER i EVM slični kroz postavke testa, samo je prikaz konstelacijskog dijagrama drugačiji.
  • kvadraturna pogreška
  • Kvadraturna pogreška uzrokuje da se simboli postavljaju bliže graničnim granicama na dijagramu, čime se smanjuje margina šuma. Kada razlika između I i Q nije točna do 90 stupnjeva, pojavit će se kvadraturna pogreška. Rezultat je da konstelacijski dijagram više nije kvadrat, već izgleda kao paralelogram ili romb. Pogreška buke
  • Slika 6: Osnove konstelacije.
  • Šum je najčešće i neizbježno oštećenje bilo kojeg signala, uključujući QAM. Aditivni bijeli Gaussov šum (AWGN) opći je tip oštećenja bukom. Budući da je bijele (ravna funkcija gustoće snage preko frekvencije) i Gaussove prirode (matematički "normalna" gustoća amplitude), primljeni simboli raspoređeni su oko idealnih lokacija.
  • dobiti kompresiju
  • Grafički prikaz signala MTM400 omogućuje operateru promatranje kompresije pojačanja osi I i Q koja rezultira zaobljenim rubovima kutova, ali samo kada modulator ili sustav prijenosa optičkih vlakana dosegne svoje granice. U ovom trenutku, amplituda signala je visoka,
  • pokazujući nelinearnost.
  • Kada dođe do kompresije pojačanja, grafikon izgleda kao "polukugla" ili "riblje oko". povezane smetnje Kada se pojave korelirane smetnje, smetnje kanala ili harmonijski sadržaj precizno su fazno zaključani na IQ signal. U ovom trenutku, grafički prikaz je skup krafni ili oblika "krafne".
  • Fazni šum (I, Q podrhtavanje)
  • Svaki izvor nositelja ili lokalni oscilator u lancu signala generirat će fazni šum ili podrhtavanje faze koji se superponira na primljeni signal. Fazni šum prikazan je kao koncentrični lukovi simbola nositelja.
  • prihvatljiv signal
  • U modernim potpuno digitalnim modulatorima, IQ dobitak i fazne pogreške obično su zanemarive. Ove se pogreške ne javljaju zbog neusklađenosti, već zbog kvara opreme. S druge strane, kompresija se također može pojaviti u modulatorima, uzvodnim pretvaračima i prijenosnim mrežama.
  • Sažetak ovog članka
  • Bolje je predvidjeti probleme sa sustavom prije nego što usluga digitalne televizije prestane, nego čekati da se problemi pojave i pokušavati ih riješiti. MER mjeri male promjene u performansama odašiljača i sustava i jedan je od najboljih čimbenika kvalitete u bilo kojem kabelskom i satelitskom prijenosnom sustavu. EVM i tradicionalniji BER korisni su za standardne preglede više uređaja i za pomoć u identificiranju kratkoročne degradacije signala. Konstelacijski dijagrami mogu ukazivati ​​na nesavršenosti, izobličenja ili odstupanja uređaja i mogu pomoći u pružanju pouzdane "provjere razuma" za sustave RF prijenosa. Kombinacijom ovih kritičnih RF mjerenja sa sveobuhvatnim MPEG Transport Stream nadzorom i mogućnostima upozoravanja u jednom detektoru, DTV operateri mogu otkriti probleme u sustavu u ranoj fazi prije nego što utječu na gledanje gledatelja. S MTM400, Tektronix je sada u mogućnosti pružiti sva ključna RF mjerenja i sučelja, te integrirati MPEG mjerenja u jednu isplativu sondu za praćenje.

Povezivati ​​se Pošta