Digitális DVB-T jelek mérése és erősítése

A digitális műsorszórási szabványra való átállás előnyei azt eredményezik, hogy jelentősen megnőtt az érdeklődés a földfelszíni televíziózás iránt, mind a korábban analóg adást használók, mind pedig azok körében, akik számára a jelenlegi földfelszíni televíziós kínálat nem volt vonzó.

Minden országban, ahol a földfelszíni műsorszórás analógról digitálisra változik, van egy átmeneti időszak, amikor a két rendszer egyszerre működik. Ennek nagy jelentősége van a berendezések megfelelő tervezése, kivitelezése és mérése szempontjából – beleértve azokat is, amelyek kizárólag a digitális földfelszíni televíziós csatornák vételére irányulnak.

A digitális földfelszíni televíziózás megfelelő vételéhez szükséges jelszint több dB-lel alacsonyabb lehet, mint az analóg televíziózás esetében. Ez a digitális moduláció sokkal nagyobb hatékonyságának köszönhető, amely amplitúdómodulációból (mint az analóg televízió esetében) és ezen felül fázismodulációból áll. Ez megnehezíti az adó-vevő útvonal megvalósítását (digitális fejek szükségessége). Másrészt viszont szélesebb körű sugárzási lehetőségeket biztosít - egy azonos teljesítményű DVB-T adó nagyobb területet fed le, mint egy azonos teljesítményű analóg adó.

A digitális DVB-T jel elosztására szolgáló modern berendezések tervezésénél figyelembe kell venni az alábbi táblázatban megadott jelszinteket.

A fent bemutatott táblázatból teljesen világos, hogy a DVB-T jelek mérésekor el kell felejteni az analóg jelszintek korábban ismert minimális és maximális értékeit. Például a Lengyelországban használt műsorszórási séma (64-QAM moduláció, FEC 3/4) esetében ezek az értékek a következők: 48 és 74 dBμV.

Az 1/4-es védelmi intervallumú jel paraméterei 22 Mb/s-os multiplex teljes kapacitását teszik lehetővé. Az SD csatornák bitrátáját 3 Mb/s-ra, a HD csatornák 7 Mb/s-ra korlátozza.
Tekintettel arra, hogy a műholdas csatorna bitsebessége 12-18 Mb/s között mozog, a DVB-T jel fenti paraméterei nem garantálják a legjobb minőséget – ez a modulációs séma bizonyos korlátozásokat támaszt.

A DVB-T jelek szintjének mérési módja más, mint az analóg TV esetében. Ez a jelek teljesen eltérő frekvenciaspektrumának eredménye. Az analóg TV-mérők túlnyomó többsége valójában a videohordozó szintjét méri, tehát egy nagyon korlátozott csatornaszegmens. Tekintettel arra, hogy a COFDM digitális jel valójában több ezer QAM-modulált ortogonális alvivőt tartalmaz, a szint megfelelő méréséhez mindegyiket figyelembe kell venni, egy teljes 8 MHz-es csatornán. Ez az alapvető különbség döntő fontosságú, ha valaki egy analóg jelek mérésére szolgáló mérőműszerrel próbálja megmérni a DVB-T csatorna szintjét. Egy ilyen eszköz, amely a csatorna csak egy töredékét teszteli (körülbelül a megfelelő analóg csatorna videó vivőfrekvenciáját), megbízhatatlan, torz eredményt ad. A legjobb esetben is több decibellel lesz alacsonyabb az eredmény.

Következésképpen a mérőeszköznek különbséget kell tennie az analóg és a digitális jelek között. Aki DVB-T mérőt szeretne vásárolni, annak mérlegelnie kell az analóg csatornák mérésének lehetőségét is. Ilyen méréseket akkor is érdemes elvégezni, ha az antennarendszereket kizárólag digitális csatornákra tervezték, különösen szélessávú erősítők alkalmazása esetén. A TV jelek erősítésének problémáját az átmeneti időszakban a cikk további részében mutatjuk be.

A jelszint nem az egyetlen paraméter, amelyet figyelembe kell venni a DTT jelek mérésénél. Legalább ugyanolyan fontos a MER modulációs hibaarány (MER) és a bithibaarány (BER).

A DVB-T telepítője vagy nézője szempontjából a MER paraméter enciklopédikus meghatározása nem túl érdekes. Ugyanakkor szem előtt kell tartani, hogy a MER információt hordoz a digitális jelet zavaró zaj szintjéről és típusáról (fáziszaj, amplitúdózaj stb.). Ahhoz, hogy valóban megértsük a MER paraméter mérésének fontosságát, meg kell magyarázni az úgynevezett digitális szikla jelenségét.
Az analóg TV-ben a vivő-zaj arány (C/N) csökkenése arányos képminőség-csökkenést okoz, de a kép még a legalacsonyabb, bármilyen vételt lehetővé tevő C/N értékek esetén is látható. Például a 44 dB-es C/N jel általában nagyon jó képminőséget biztosít. A C/N körülbelül 10-15 dB-lel történő csökkenése növeli a kép finom "szemcséjét", de a felhasználók többsége ezt elfogadhatónak tartja. A C/N további 10-15 dB-lel történő csökkenésével a kép elfogadhatatlanná válik a magas zajszint miatt.

Digitális jel esetén az ideális képminőség és a vételvesztés közötti határ nagyon éles. A DVB-T-ben a többi digitális műsorszóráshoz hasonlóan meg kell küzdenünk a „digitális szikla” effektussal. Ez egy hirtelen ugrást jelent a normál vételről a teljes tartalomhiányra. A határon végzett művelet az oka annak, hogy a kép lefagy, vagy mozaikszerűen jelenik meg.

A MER a vett jel és a digitális szirt távolságának mértékeként kezelhető. E paraméter ismerete nélkül az antennaszerelő nem tudja garantálni a stabil vételt kedvezőtlen időjárási körülmények között vagy egyéb olyan helyzetekben, amikor a jel ingadozhat (pl. egy elhaladó kamion zavarja). A megfelelő vételhez szükséges MER ajánlott és minimális értéke a modulációs technikától függ. 64-QAM moduláció esetén ezek 31 dB, illetve 26 dB.

A harmadik fontos paraméter, amelyet figyelembe kell venni a DVB-T jelek mérésekor, a BER. Ez a paraméter minden parabolaantenna-szerelő számára jól ismert, és leírja a vett jel minőségét. Tájékoztatást ad a hibás bitek (amelyeket az átviteli csatornában fellépő interferencia okoz) arányáról az összes átvitt bithez viszonyítva. A BER-nek több típusa van. Bár a telepítő szemszögéből ezek közül csak egy igazán érdekes, érdemes tisztában lennünk azzal, hogy a mérőműszerek milyen méréseket végezhetnek (a legtöbb mérőműszer kétféle BER mérésére alkalmas).

Az RF csatornákon (DVB-S/S2 és DVB-T) továbbított digitális jelek redundancia kódolással kerülnek sugárzásra. Ez növeli a jelátvitel sávszélesség-igényét, de lehetővé teszi a vevő számára, hogy megfelelő korrekciós algoritmusok segítségével kijavítsa az átviteli csatornában fellépő hibákat. Ez azt jelenti, hogy a hasznos információkon túl az adó számos korrekciós bitet is küld. Az információs bitek arányát az összes bithez viszonyítva a FEC (Forward Error Correction) mutatja. Általában 3/4 vagy 5/6, ami a redundáns adatok 25, illetve 17%-át jelenti (illetve) a teljes továbbított adatfolyamhoz viszonyítva. Természetesen a jobb korrekció a csatorna kapacitásának korlátozásához vezet.

A redundáns kódolású digitális jelet a vevő korrekciós algoritmusok segítségével veszi és dekódolja. A viszonylag egyszerű hardveres megvalósítás miatt az előnyben részesített algoritmus a Viterbi. Itt nem az algoritmus elve a fontos, hanem az, hogy a dekódolás/javítás előtti és utáni jelek a hibák számát tekintve két különböző jel. Ezen a ponton kétféle BER paramétert definiálhatunk:

A jó minőségű jel BER 1E-4 vagy kevesebb. Az ilyen jelet Quasi Error Free (QEF) ismeri fel.

A digitális földfelszíni TV megvalósításának korszakában felmerül a kérdés, hogy létezik-e kifejezetten a DVB-T-hez dedikált erősítők kategóriája. A legelterjedtebb válasz az, hogy nincsenek ilyen erősítők, és az analóg TV rendszerekben eddig alkalmazott RF berendezések sikeresen használhatók DVB-T adások vételére. Általában ez igaz – csak a nagyon régi, alacsony teljesítményű, magas zajszintű erősítőknél lehetnek problémák a digitális jelek megfelelő működésével.

A televíziós jelek erősítésére az átmeneti időszakban azonban további figyelmet kell fordítani. Az egyes jelenségek létezésének tudata, valamint azon országok tapasztalatai, ahol évek óta sugároznak DVB-T-t, lehetővé teszik a szélessávú TV-erősítők használatával kapcsolatos problémák gyorsabb diagnosztizálását.

Az analóg és digitális jelek szintkülönbségei miatt különösen óvatosnak kell lennünk az egyidejű erősítéssel. Az aktív komponensek használatából és két vagy több csatorna interferenciájából származó intermodulációs termékek zavarhatják vagy megzavarhatják egyesek vételét. Különösen az erős analóg csatornák erősítésekor keletkező zavarok jelentősen befolyásolhatják a "gyengébb" DVB-T csatornák vételét. Következésképpen az erősítőket gondosan kell kiválasztani és beállítani, túlzott erősítési szintek nélkül.

Az elõzõ információk alapján az a következtetés vonható le, hogy az átmeneti idõszakban a leghatékonyabb eszközök a kis- és közepes erõsítésû, esetleg állítható erõsítésû, alacsony zajszintû erõsítõk. Az ilyen erősítők egy speciális sorozatát a Terra tervezte. Az ABxxx árbocfej-erősítők 5 VDC vagy 12 VDC tápforrással táplálhatók, így számos DVB-T vevő által kínált tápellátási opciót is beleértve. Az előerősítők paraméterei az alábbi táblázatban láthatók:

Egy másik jó gyakorlat az elő-/erősítők alkalmazása kapcsolókkal, nem pedig potenciométerekkel. Az előbbi módszer általában jobb pontosságot és stabilitást biztosít a beállított erősítésnél.

A több tucat vagy több aljzattal rendelkező MATV/SMATV rendszerek esetében nem megfelelő megoldás a szélessávú erősítők alkalmazása a rendszerek bemenetein. Csak a csatornaerősítők teszik lehetővé az összes csatorna kiegyenlítését és magas kimeneti szinteket az interferencia kockázata nélkül.

Egy RF erősítő teljesítményét elemezve az egyik alapvető paraméter a belső zajszint, amit a zajábra ír le. Ez a paraméter különösen fontos a DVB-T antennarendszerek esetében, ahol a jelszintek lényegesen alacsonyabbak, mint az analóg TV-ké. A kis épületekben használt erősítők többségének zajszintje 3-5 dB között van. Az alsó határon lévő zajszintű csoport képviselői a Terra HS sorozat erősítők.

A zajszintet befolyásoló fontos tényező az erősítés szabályozásának elhelyezkedése (az erősítő szerkezetében), különös tekintettel a két vagy több erősítőfokozatú erősítőkre. Sokkal jobb eredményeket (kevesebb zajt adnak a jelhez) biztosítanak a fokozatközi erősítéssel (a bemeneti jel csökkentése helyett) rendelkező erősítők.