Măsurarea și amplificarea semnalelor digital terestre (DVB-T2/DVB-C)

Beneficiile și posibilitățile oferite de transmisiunea digitală au crescut interesul în recepția programelor de televiziune digitală.

În toate țările, trecerea de la televiziunea analogică la cea digitală reprezintă o perioadă de tranziție în care ambele sisteme funcționează simultan. Acest lucru duce la apariția unor provocări destul de mari pentru proiectanții și instalatorii sistemelor de antene. În proiectarea și implementarea unui sistem este necesar să se ia în considerare ambele tipuri de semnale, chiar dacă unele sisteme sunt concepute special pentru recepția canalelor de televiziune terestre. Calitatea semnalelor poate fi verificată doar prin măsurători, care în cazul semnalelor digitale testează competențele instalatorilor.

Nivelul semnalului necesar pentru o recepție corespunzătoare a programelor de televiziune digitală este mai mic decât în cazul televiziunii analogice, de obicei în jurul valorii de 17 dB. Acest lucru se datorează unei eficiențe mult mai bune a modulației digitale și se traduce în valorile minime și maxime ale acestor semnale în prizele abonaților.

În proiectarea sistemelor moderne de distribuție a semnalelor DVB-T, instalatorul ar trebui să țină cont de nivele semnalelor recomandate, afișate în tabelul de mai jos.

Mediu de transmisie	Standard	Modulație	Capacitatea canalului	Nivelul minim al semnalului (dBµV)	Nivelul maxim al semnalului (dBµV)
Televiziune	D1/PAL	AM-VSB	–	57	80
	DVB-T2 COFDM	QPSK	1/2	26	74
			2/3	28	74
			3/4	30	74
			5/6	33	74
			7/8	35	74
		16-QAM	1/2	32	74
			2/3	36	74
			3/4	39	74
			5/6	42	74
			7/8	45	74
		64-QAM	1/2	42	74
			2/3	45	74
			3/4	48	74
			5/6	51	74
			7/8	54	74
Radio	Mono	FM	–	40	74
	Stereo	FM	–	50	74
	DAB	OFDM	–	28	74

Așa cum este arătat și în tabel, tehnologia DVB-T2 impune anumite limite asupra semnalelor RF, diferite decât cele din cazul semnalelor analogice. În Polonia (64-QAM, FEC 3/4), limitele sunt de 48dBuV și de 74 dBuV.

Parametrii semnalului cu un interval de gardă de 1/4 permit o capacitate totală de multiplexare de 22Mb/s. Acest lucru limitează ratele de biți ale canalelor SD la 3 Mb/s și cele a canalelor HD la 7 Mb/s. Având în vedere că ratele de biți de transmisie variază între 12 și 18 Mb/s, parametrii de mai sus ai semnalului DVB-T nu garantează cea mai bună calitate – această schemă de modulație impune anumite limitări.

Metodele de măsurare a nivelului semnalelor DVB-T2 diferă față de cazul televiziunii analogice. Acest lucru se datorează spectrului total diferit al acestor semnale. Marea majoritate a aparatelor de măsură analogice TV măsoară defapt nivelul purtătoarei video, deci un segment de canal foarte limitat. Datorită faptului că semnalul digital COFDM conține defapt câteva mii de subpurtătoare ortogonale modulate QAM, în realizarea măsurătorilor este necesar să se ia toate în considerare, din tot canalul de 8 MHz. Diferența de bază este crucială atunci când cineva încearcă să măsoare nivelul unui canal DVB-T2 cu un aparat destinat măsurării semnalelor analogice. Un astfel de dispozitiv, testează doar un fragment din canal și va oferi rezultate eronate. În cel mai bun caz, rezultatul va fi mai mic cu câțiva decibeli.

Spectrul semnalelor analogice și digitale. Este evident că nivelul purtătoarelor video analogice este mai mare decât cel al canalelor DVB-T. Semnalele digitale nu sunt detectate de receptoarele analogice.
Sursa:BBC R&D www.bbc.co.uk

Vedere a aparatului de măsură DigiAir Pro R10510. Acesta poate măsura semnale analogice și semnale digitale.

Dispozitivul de măsurare ar trebui să poată sa facă deosebirea dintre semnalele analogice și cele digitale. Oricine este interesat în cumpărarea unui aparat de măsură DVB-T2 trebuie să ia în considerare posibilitatea de a măsura canale analogice. Se merită făcute astfel de măsurători, chiar și atunci când sistemele de antene sunt dedicate special canalelor digitale, mai ales în cazul folosirii amplificatoarelor de transmisiune. Problema amplificării semnalelor TV în timpul perioadei de tranziție va fi prezentată în ultima parte a articolului.

Nivelul semnalului nu singurul parametru care trebuie luat în considerare în măsurarea semnalelor DTT. O importanță la fel de mare o au Factorul de Eroare al Modulației (MER) și Rata de Eroare a Biților (BER).

Din perspectiva unui instalator, definiția parametrului MER nu este foarte interesantă. Totuși, trebui ținut minte că MER conține informații despre nivelul și tipul de zgomot care interferează cu semnalul digital. Pentru a înțelege cu adevărat importanța măsurării parametrului MER, trebui explicat fenomenul așa numitului prag digital. În televiziunea analogică, scăderea raportului semnal purtător/zgomot (C/N) cauzează o scădere proporțională a calității imaginii, dar unele elemente mai mari ale imaginii pot fi încă recunoscute chiar și în cazul celei mai mici valori C/N ce permite recepția. De exemplu, semnalul cu C/N de 44 dB furnizează în general o bună calitate a recepției. O scădere a C/N între 10 și 15 dB va crește granulația imaginii, dar majoritatea persoanelor ce o vor vizualiza o vor considera inacceptabilă. Doar cu o scădere și mai mare a raportului C/N aproape de 10 – 15 dB, imaginea va deveni inacceptabilă datorită nivelului zgomotului.

Efectul pragului în televiziunea digitală. Calitatea imaginilor analogice scade treptat.
(sursă: en.wikipedia.org/wiki/Digital_cliff)

În cazul unui semnal digital, granița între o calitate ideală a imaginii și pierderea recepției este foarte abruptă. În DVB-T2, trebuie „suportat” efectul de prag. Acesta înseamnă un salt brusc de la o recepție normală la o imagine ce nu poate fi vizualizată. Funcționarea la această graniță este motivul pentru care imaginea pare să se blocheze sau apare ca un mozaic.

MER poate fi considerat ca o măsură a distanței dintre semnalul recepționat și nivelul de prag. Fără cunoașterea acestui parametru, un instalator de antene nu poate garanta o recepție stabilă în condiții instabile meteorologice sau în alte condiții în care semnalul poate fluctua. Valorile minime și recomandate MER necesare pentru o recepție corespunzătoare depind de tehnica de modulație. În cazul modulației 64-QAM, ele sunt de 31 dB și de 26 dB.

Al treilea parametru ce trebuie luat în considerare în măsurarea semnalelor DVB-T2 este BER. Acest parametru este cunoscut tuturor instalatorilor de farfurii satelit și descrie calitatea semnalelor recepționate. Acesta oferă informații despre proporția de biți eronați comparativ cu toți biții transmiși. Există câteva tipuri de BER. Deși din perspectiva instalatorului decât unul dintre acestea este relevant, trebuie făcute anumite considerații în alegerea unui aparat de măsură potrivit (majoritatea aparatelor pot măsura două tipuri de BER).

Semnalele digitale transmise via canale RF (DVB-S/S2 și DVB-T2) sunt transmise folosind codarea redundantă. Aceasta mărește lățimea de bandă necesară transmisiei semnalului, dar permite receptorului să corecteze erorile ce apar pe canalul de transmisie cu ajutorul algoritmilor potriviți. Acest lucru înseamnă că, pe lângă informația folositoare, emițătorul transmite și anumiți biți de corecție. Numărul de biți de informație raportat la totalitatea biților este arătat de FEC. Acesta are de obicei valori de 3/4 sau 5/6, ceea ce înseamnă 25% sau 17% de date redundante. Desigur, o corecție mai bună duce la limitarea capacității canalului.

Semnalul digital codat redundant este recepționat și decodat la recepție folosind algoritmi de corecție. Datorită unei implementări hardware simple, algoritmul preferat este Viterbi. Principiul algoritmului nu este important aici ci faptul că semnalele de dinainte și după corecție sunt două semnale diferite în ceea ce privește numărul de erori. În acest moment putem defini două tipuri de parametrii BER:

• BER, bBER, Pre BER, BER pentru canal – rata de eroare a biților măsurată după și înainte de corecția Viterbi. Din perspectiva instalatorului, acesta este cel mai important parametru.
• aBER, vBER, sau Post BER – după Viterbi Bit-Error-Rate – este de obicei de 10 000 de ori mai mic decât bBER. Acesta este potrivit pentru evaluarea pe termen lung a calității semnalului și nu este măsurat în timpul instalării sistemelor de antene.

Un semnal de o calitate bunbă are un BER de 1E-4 sau mai mic. Un astfel de semnal este recunoscut drept Quasi Error Free (QEF).

Întrebarea căruia trebuie să îi găsim răspunsul în era implementării televiziunii digitale terestre este aceea dacă există vreo categorie de amplificatoare speciale dedicate pentru DVB-T2. Cel mai banal răspuns este acela că nu există astfel de amplificatoare iar echipamentul RF folosit în prezent în sistemele analogice TV poate fi folosit cu succes pentru recepția transmisiunilor DVB-T2. În general, acest lucru este adevărat și doar amplificatoarele foarte vechi vor avea probleme cu funcționarea corespunzătoare cu semnale digitale.

Totuși, amplificarea semnalelor de televiziune în această perioadă de tranziție necesită o atenție specială. Experiența dobândită în țările unde standardul DVB-T2 a fost implementat mai devreme, este de un real folos în diagnosticarea problemelor ce pot apărea prin folosirea amplificatoarelor de transmisiune.

Datorită diferențelor menționate mai sus în nivelele semnalelor analogice și digitale, trebuie acordată o atenție deosebită atunci când acestea sunt amplificate simultan. Produsele de intermodulație, rezultate din folosirea componentelor active și interferențele dintre două canale pot intrerupe recepția anumitor semnale. Interferențele generate atunci când sunt amplificate puternic canalele analogice pot afecta serios recepția semnalelor DVB-T2 mai slabe. În consecință, amplificatoarele trebuiesc selectate cu grijă și reglate corespunzător.

Pe baza informațiilor anterioare, concluzia este că în perioada de tranziție, cele mai eficiente dispozitive sunt amplificatoarele cu un nivel redus de zgomot, cu un câștig mic și mediu ce poate fi reglat. O serie specială de astfel de amplificatoare a fost concepută de compania TERRA. Amplificatoarele de catarg ABxxx sunt alimentate cu surse de alimentare de 5 VDC sau de 12 VDC. Parametrii preamplificatoarelor sunt descriși în tabelul de mai jos:

Nume	AB010	AB011	AB012
Cod	R82002	R82003	R82004
Bandă de funcționare	UHF
Câștig [dB]	15	27	22
Număr de intrări	1
Număr de ieșiri	1		3
Nivel de zgomot [dB]	0.8	< 1
Nivelul maxim al semnalului de ieșire [dBuV]	98	108	103
Comutarea câștigului [dB]	–	14/27	7/22
Pierderi de întoarcere [dB]	> 10
Consum[V * mA]	4.5-12 * 30	4.5-12 * 60
Gamă de temperaturi de funcționare  [°C]	-20…+50
Dimensiuni/Greutate [mm/kg]	89x107x43 / 0.18

Un alt mod de procedare este utilizarea preamplificatoarelor cu controlul câștigului făcut de către întrerupătoare. Această metodă asigură de obicei o precizie mai bună și o stabilitate mai mare a câștigului.

În cazul sistemelor CATV/SMATV, cu câteva zeci sau mai multe prize, utilizarea amplificatoarelor de transmisiune aplicate la intrarea sistemelor nu este o soluție adecvată. Doar amplificatoarele de canal permit egalizarea tuturor canalelor și nivele mari ale semnalelor fără riscul de apariție al interferențelor.

Amplificatoarele de canal Alcad ZG sunt folosite în Europa de câțiva ani. Echipamentul profesional oferă rezultate optime atât în cazul canalelor analogice TV cât și în cazul multiplexărilor DVB-T.

Analizând performanțele unui amplificator RF, unul dintre parametrii de bază este nivelul său de zgomot, descris de raportul de zgomot. Acest parametru este important în special în cazul sistemelor de antene DVB-T2, unde nivelele semnalelor sunt considerabil mai mici decât cele din televiziunea analogică. Majoritatea amplificatoarelor dedicate sistemelor de mici dimensiuni au un raport de zgomot cuprins între 3 și 5 dB. Amplificatoarele cu un raport de zgomot apropiat de valoarea de 3 dB sunt cele din seria Terra HS.

Un factor important ce influențează nivelul de zgomot îl reprezintă localizarea blocului de control al câștigului din structura amplificatorului, în special în cazul amplificatoarelor cu două sau mai multe stadii de amplificare. Rezultate mult mai bune sunt obținute de către amplificatoarele cu bloc de control al câștigului în mai multe etape.

Schema block a amplificatorului HS-016 R82030. Căile separate VHF și UHF asigură un factor de zgomot foarte bun al dispozitivului.

Amplificatorul este dedicat sistemelor de antene mici și medii, cu până la câteva zeci de prize. Este recomandată folosirea lor în sistemele DVB-T2, chiar și în această perioadă de tranziție.