Sávszélesség korlátozás a duobináris jelre

Átírás

1 Sávszélesség korlátozás a duobnárs jelre DR. FERENCZY PÁL BME Híradástechnka Elektronka Intézet ÖSSZEFOGLALÁS Az európa közvetlen műholdas tv mísorszórás a képes hangjelek valamnt adatok átvtelére az EBU által kdolgozott új kódolás eljárást, a MAC (Multplexed Analogue Components) elnevezésű dőosztásos analóg összetevők rendszerét fogja használn. A MAC-család egyk tagja, a D2 MAC/Paeket a dgtáls hang/adat jeleket duobnárs kóddal vsz át a csatornán. A ckk bemutatja e duobnárs jelnek keskenysávú csatornán való áthaladásából származó torzításat ós levonja ezekből a gyakorlat következtetéseket. Az Európa Műsorszóró Unó (EBU) 985-ben részletes műszak ajánlást tett közzé a közvetlen műholdas műsorszórás céljára általa ajánlott jelkódolás és modulácós eljárásokról. (EBU-SPB 284-SPB 352). Az eljárásokat gyűjtőnevükön MAC-rendszereknek nevezk (MAC = dőosztásos analóg összetevők), a vdeó jel kódolás módszerének alapján. A műholdas csatornán a hangjelek, ll. egyéb nformácók dgtáls formában csomagokba, ún.,,paeket"-ekbe rendezve kerülnek átvtelre dőben váltakozva a MAC-jellel. Az EBU ajánlás,,c" változatában a csomag jelek bnárs formában egy különleges 2 4 PSK-modulácóval jutnak el a műholdról a DBS-vevőkbe, míg a D" és a,,d2" változatokban a csomag jelek duobnárs jel alakjában frekvencában modulálják a műhold vvőfrekvencáját. Az alábbakban megvzsgáljuk, hogy az alapsávban doubnárs alakot öltő csomagjelek mennyre tűrk el az átvtel csatorna sávkorlátozó hatását. Ennek brtokában már lehetséges a kép és a hang összehangolt átvteléhez legnkább alkalmas csatornasávszélesség megválasztása, lletve egy adott sávszélesség esetén az átvtel várható mnőségének a megítélése. Az alábbakban a duobnárs jel alapsáv sávszélesség kérdését részletesen megvzsgáljuk. Az EBU SPB 352 ajánlása D-MAC/PACKET-rendszer céljára egységesen a 20, 25 MHz mntavétel frekvencát írja elő mnd az analóg MAC-jel, mnd a dgtáls csomagjel átvtelére, ez utóbbnál a jel az alapsávban duobnárs formájú kell, hogy legyen. Elvleg a 20, 25 MHz mntavétel frekvenca fele azaz 0,25 MHz elég ahhoz, hogy szmbólumközt áthallás nélkül átvhető legyen az eredet bnárs adatjel. Ez az elv érték nylvánvalóan alkalmazható a duobnárs jelre s. Annak következtében azonban, hogy most két sznt (+ és ) s leírja a logka magas szntet, de ugyanakkor a jel e sajátos képzése nem enged meg pl. egy + és egy egymás mellé kerülését, ebből következk, Beérkezett: 986. V. 30. (H) DR. FERENCZY PÁL 954-ben végzett a Budapest Műszak Egyetemen, ahol oktatóként azóta s folyamatosan dolgozk. 979-ben elnyerte a műszak tudomány doktora fokozatot, 980-ban knevezték egyetem tanárnak. A Rádó, TV és Hírközlés Osztály vezetője a Híradástechnka Elektronka Intézetben. Fő tématerülete a műsorés adatszórás. hogy a duobnárs jel esetén a Nyqust krtérumból számítható mnmáls frekvenca érték alá s lehet menn a szmbólumközt áthallás veszélyének jelentős megnövekedése nélkül. Tulajdonképpen úgy s mondhatjuk, hogy a duobnárs átvált, átkonvertál sávszélességet jel/zajra, mután a 3 sznt átvtele jobb jel/zaj-ú csatornát kíván meg, de cserébe megenged ksebb sávszélességet. Fentek gazolására számítógéppel szmulált duobnárs mpulzussorozat átvtelét adjuk meg különböző sávszélességű (deáls fázsmenetű) csatornán történő átvtel után az dőtartományban. Valamenny géppel szerkesztett ábrán a vízszntes lépték azonos, a függőleges vonalak az eredet bnárs mpulzusok helyét adják (tt érvényes" az adat), az ábrák vízszntes középvonala felel meg a,,0" szntnek, a felső a +, az alsó vonal pedg a értéket adja és fel van még ezenkívül tüntetve a +0,5 és a 0,5 s, mnt krtkus döntés küszöbérték az egyenes és a nullás értékek között. Az ábrasorozat 840 khz lépésekkel (20,25 X Xl0 8 :24 = Hz) csökkentve adja meg az önkényesen felvett btből álló bnárs mpulzussorozatnak megfelelő duobnárs dőfüggvényt, mután az áthaladt Kód : 0 G500 fb =0 03 HH; Ű fs=20.25 MHZ IH26-H. ábra. Sávszélesség = 0^08 MHz Híradástechnkd XXXVIII. évfolyam, szám 337

2 I, '. a Kod: Q t"e =9.24 MHZ f s =20.25 MHZ 2. ábra. Sávszólessóg=9,24 MHz 3 Köd : fb = 7.56 MHZ f s =20.25 MHZ IH26-M 4. ábra. Sávszélessége 7,56 MHz I J a Kod: f E =8.4- MHZ f s =20.25 MHZ 3. ábra. Sávszélesség = 8,4 MHz egy deáls, adott határfrekvencájú, meredeken levágó aluláteresztő szűrőn (csatornán). Az első,. ábra tüntet fel az deáls vszonyokat: a kereken 0 MHz sávszélesség elegendően nagy ahhoz, hogy a krtkus dőpllanatokban (függőleges vonalak) a jel értéke +, 0 vagy értékeket mutasson, az eredet bnárs jelnek megfelelően. Megfgyelhető ugyanakkor, hogy a 0 MHz sávszélesség hatására a két mntavétel pont között a jel elég jelentős klengéseket mutat. Egy másk észrevétel az első byte jelalakjára vonatkozk. Az egy-nulla sorozat (órajel-befutó) képe duobnársban elbeszélve +,0,,0, +,0 stb. azaz egy sznuszjel, amelynek frekvencája negyedrésze ()a 20,25 MHz-nek, azaz 5,0625 MHz. Ugyanez bnársban természetesen az, 0,, 0 stb. következtében 0,25 MHz lenne: vagys egy órajel befutó duobnárs alakban fele akkora sávszélességet követel, mnt bnársban De nézzük az egyre csökkentett sávszélesség hatását az adatjelre (2. és 3. ábra). Kb. 8,4 MHz sávcsökkentósg az adatjel lényegében alg mutat torzulást, az deálstól (. ábra) való eltérés maxmum 0% csupán a mntavétel ( = adat érvényes) Ód : fe =6.72 MHZ fs=20.25 MHz 5. ábra. Sávszélesség = 6,72 MHz a Kód: f 6 =5.SS MHZ fs =20.25 MHZ 6. ábra. Sávszélesség=6,88 MHz IH Híradástechnka XXXVIII. évfol/am, szám

3 'l ],' ' f ' ' I l., / f B = MHZ V / í r f s = MHZ ÖBIO 7. ábra. Sávszélesség=5,04 MHz átbocsátva megfgyelhető, hogy valamenny zérus, lletve az egyetlen egyes értékű bt pontosan a névleges értéket mutatja a függőleges vonalakkal megjelölt mntavétel dőpontokban. Két lyen dőpont között természetesen az adatjel hullámzása" ezektől eltérő értéket mutat, de egyrészt lyenkor az adat nem érvényes", másrészt ez a hullámzás abból adódk, hogy a Nyqust-krtérum következtében tt nem az alakhű jelátvtel a cél, hanem a kérdéses dőpllanatokban az adat értékének egyértelmű közlése. Továbbmenve, a 0. és. ábrán látható ez a Drac mpulzus" akkor, amkor a sávszélesség 9,24, ül. 8,4 MHz-re csökken. Itt már természetesen vannak eltérések az deáls eset zérus, lletve egyeséhez képest, de ezek még kcsk, nem haladják meg a 20%-ot. A 2. ábrán a sávszélesség 7,56 MHz, majd rendre következk a 6,72 MHz, az 5,88 MHz, valamnt a 5. ábrán az 5,04 MHz sávszélességnek megfelelő jelalak. Egészen az utolsó esetg még nncs téves döntés, de a bztonságos bt-átvtelhez ezek az esetek már nem alkalmasak. Mndezekből következk, hogy a duobnárs átvtellel az adat/hang sávszélességét nyugodtan 3 >cd:o f6=4.2 MHZ fs =20.25 MHZ 8. ábra. Sávszólesség = 4,2 MHz IH26- dőpontokban. Ha még tovább csökkentjük a sávszélességet (4., 5. ábra), akkor már veszélyes helyzet alakul k különösen a két-két nullával körülvett egyes körül és /^ = 5,88 MHz esetén (6. ábra) ez az egyes ( ) már krtkus 0,5 fölé, azaz téves döntéssel a nullás tartományába kerül. Ugyanekkor érdemes megfgyeln, hogy ugyanekkor az órajelbefutó rész még alg 5 20% ampltúdó- -csökkentést mutat csupán. Tovább csökkentve a sávszélességet a 7. ábrán látható jelalak adódk. Az órajel befutó lényegében a sávszélességnek 5 MHz alá való csökkentése esetén törk meg": a 8. ábrán 4,2 MHz sávszélesség esetén már sznte semm sem smerhető fel az eredet adatjelből. A sávszélesség-csökkentés hatását megfgyelhetjük egy másk vzsgáló jel esetén s a következő, ábrasorozaton. Ezeken a számítógép annak a jelnek az dőképét ábrázolta a sávszélesség, mnt paraméter függvényében, amely számos zérus között egyetlen egyest tartalmazott. Ezúttal az dőléptéket megnyújtottuk, hogy jobban le lehessen olvasn a mntavétel dőpontok környezetében az adatjel értékét. A 9. ábra tüntet fel az deáls esetet: az adatjelet egy 0,08 MHz sávszélességű aluláteresztő szűrőn >d : 00Í ' f : = MHl f s = MHZ IH26-9I 9. ábra. Drac mpulzus képe. Sávszélesség = 0,08 MHz / d : f" B =y. 24 MHZ f S =2 0, 25 MHZ H ábra. Drac mpulzus képe. Sávszélesség = 9,24 MHz Híradástechnka XXXVIH. évfolyam, szám 339

4 a fc ó d 00Q0000 f B :S. 4- MHZ f S =Ü0, 25 MHZ I.H 26-. ábra. Drao mpulzus képe. Sávszélessége8,4 MHz L. j r "'.. [ _._._, (D-MAC) továbbítható egyetlen () 8,4 MHz sávszélességű csatornán akár az alapsávban, akár egy kábel hálózaton át például AM-VSB-modulácóval. A dekódolásnál háromszntű detekcó szükséges: a középső érték felel meg a zérus"-nak, míg akár a felső, akár az alsó az egyes"-nek. Tulajdonképpen az a helyzet, hogy a duobnárs jel egy kompromsszum az eredet NRZ-bnárs jel és a négy-szntű kódolt jel között. Az előző sávszélesség génye több, mnt 0 MHz, az utóbbé vszont csak 5 MHz lenne. A kábelen történő jelszétosztásnál a négy-szntű kódolt jel sokkal nkább megsérülne az esetleges reflexóktól, így annak használatától eltekntettek. Egyébként s a MAO-vdeójelnek szüksége van a 8,4 MHz sávszélességre, így logkus, hogy ezt khasználandó a duobnárs eljárás adja ehhez a legközelebb" llesztést. Van még egy kérdés, amelyre tt kell megadn a választ. Ez pedg egészen logkusan adódk: mért nem javasolják a D-MAC/packet jel használatát magán a műholdas csatornán át? Nos a válasz az, hogy amennyben a duobnárs kódolást alkalmaznák magán a műholdról lesugárzott jelnél s, akkor az lényegesen jobban k lenne téve a zaj okozta _ L í s.3 kód : Ö 00000Ö03 fe= 7.56 MHZ fs=20.ss MHz H2Í6^2] 2. á&ra. Drac mpulzus képe. Sávszélesség = 7,56 MHz í L /, _ K..-d : fb=5.ss MHZ fs=20.25 MHZ [H 26-KI 4. ábra. Drac mpulzus képe. Sávszélesség = 5,88 MHz t _ J r f ^, 'a MHZ fs=20.25 MHZ H2Í6^3l 3. ábra. Drao mpulzus képe. Sávszélesség = 6,72 MHz le lehet csökkenten kb. 8,4 MHz értékre, ettől a bttévesztés veszélye sznte alg nő meg. Ez a sávszélesség vszont lényegében azonos a MAC-jel átvtelére szükséges alapsáv sávszélességgel, így a Kód: f 6 =5 04- MHZ f =20.25 MHZ IH 26-5 o J: oo J ö»7 leszögezhetjük, hogy az egész összetett MAC-jel 5. ábra. Drac mpulzus képe. Sávszélesség = 5,04 MHz 340 Híradástechnka XXXVIII. évfolyam, szám

5 tévesztéseknek, mnt a 2 4 PSK-t használó C-MAC-rendszer. Az átvtel út ezen részében még megvan a lehetőség a 2 4 PSK-jel számára a nagyobb sávszélességnek, így az jobban k s használja a csatornát. A 20,25 Mbt/s adatsebesség mellett a D-MAC-rendszerű jel vételekor a hangcsatornák hamarább válnának használhatatlanná, mnt a képcsatorna. Ugyanakkor le kell szögezn, hogy a D-MAC-rendszer teljesen átlátszó" a C-MAC által hozott nformácó számára, mnd az adat/hang, mnd a kép mnősége tökéletesen azonos D-MAC és C-MAC esetén és a vételtechnka s azonos egészen a demodulálás pontg, ahol s a C-MAC egy PSK és egy FM, míg a D-MAC csupán egy FM-demodulátort kíván. A D2-MA0/packet modulácós rendszer 984-ben mnd az NSZK mnd Francaország kfejezte azt a kívánságát, hogy vzsgálja meg egy szakértő testület annak lehetőségét, hogy nem lehetne-e egy MAC-típusú jelet olyan kábel-hálózatokon szétosztan, amelyek sávszélessége mndössze 7 MHz. Ez esetben természetesen kompromsszum az egyedül lehetséges megoldás, mert a 7 MHz sávszélesség gen szgorú követelmény már magára a MAC-jelre s. A probléma azonban különösen a hang/adat jelcsomag esetében súlyos, hszen az eredet (C) elképzelés szernt ennek sávszélességgénye több, mnt 0 MHz A felvetett kívánságot számos engedmény árán lehetett csak teljesíten. Végül s az EBU magáévá tette azt a javaslatot, amely számos kompromsszum árán, de teljesít a 7 MHz sávszélesség gényt. A rendszert D2-MAC/packet névvel vezették a MAC-családba és a másk két társával, a C és D változattal együtt az EBU ajánlott rendszere között szerepel. A legfontosabb változás a korább MAC változatokhoz képest a hang/adat jel kalakításában van. Itt az eredet 20,25 Mbt/s nagyságú adatsebességet a felére csökkentették, a D2-MAC-rendszer nformácóátvtel sebessége 0,25 Mbt/s. A fele akkora adatsebesség természetesen azzal jár együtt, hogy a rendelkezésre álló 5 khz sávszélességű hangcsatornák száma 8-ról 4-re csökkent. Ebben a rendszerben s a duobnárs kódolást alkalmazzák a hang/adat jelek átvtelére, amely kódolás tt megenged, hogy a sávszélesség gény a 8,4 MHz-ről akár annak a felére, tehát 4,2 MHz-re s lecsökkenjen. A vdeójel-rész (MAC) formátuma elvleg nem változk, de természetesen a 7 MHz-re való sávszélesség csökkentés hatása tt s megmutatkozk: az átvtt kép felbontása gyengébb, mnt az eredet teljes értékű MAC-jelé. Ez a hatás különösen akkor szembetűnő, ha a kábeles szétosztásra magán a kábelhálózaton AM VSB-t alkalmaznak, nagyjából hasonlót, mnt amt a jelenleg föld műsorszórás s alkalmaz, kvéve azt, hogy most nncs hangvvő. Ez esetben a vdeó sávszélesség még jobban lecsökken és kb. 5,7 MHz komprmált értéknek megfelelő 3,8 MHz alapsáv vlágosságjel-sávszélességre csökken. Olyan országokban, mnt Francaország, vagy az OIRT országok, ahol a VSB-csatorna-sávszélesség 8 MHz, ezek az értékek valamelyest nagyobbak. Itt jegyezzük meg, hogy az EBU a D2-MACrendszert, úgy ajánlja, hogy az a C-MAC formában értkező jelnek egy kábelhálózat fejállomásán való átalakítás és betáplálás célját szolgálja. Az NSZK és a Francaország által 986-ban felbocsátandó DBS-műholdak azonban ennek ellenére a D2-MAC/packet rendszerben fogják műsorakat sugározn legalább s e sorok írásának dején (986. május) ez a helyzet. Mután az adat/ hang csatorna sebessége felére lett csökkentve, már nem gaz az az állítás, hogy a duobnárs eljárás alkalmazása zajos vétel esetén hamarább okozza a hangcsatornák kesését, mnt a kép elromlását, hszen a 4 MHz környék sávszélességű jel egy FM-csatornán már megfelelő jel/zajt produkál, szemben a 8 MHz sávszélességű (D-MAC) esettel. Mndazonáltal az s nylvánvaló, hogy a DBS-sugárzás szempontjából a műholdas rendszer nem optmalzált, nem használja k az átvtel csatorna teljes kapactását. I R O D A L O M [] Televson Standards for the Broadcastng Stellte Servce. Specfoaton of the C-MAC/Packet system. EBU publ. SPB th revsed verson. Febr., 985. [2] Specfoaton of the D-MAC/Packet system. EBU publ. SPB 352. Chapter A. Febr., 985. [3 Specfoaton of the D2-MAC/Paoket system. EBU " publ. SPB 352. Chapter B. Febr., 985. [4] O. J. Phllps: Dreot broadcastng satellte transrnsson systeme. Montreux TV Symposum Becords. Jont Sessons. June, 985. Lapunk példányonként megvásárolható: az V., Vác utca 0. és az V., Bajcsy-Zslnszky út 76. sz. alatt hírlapboltokban Híradástechnka XXXVIII. évfolyam, szám 34