KÁBELTELEVÍZIÓ FEJÁLLOMÁS RENDSZERTECHNIKAI MÉRÉSE

Átírás

1 MÉRÉSI SEGÉDLET KÁBELTELEÍZIÓ FEJÁLLOMÁS RENDSZERTECHNIKAI MÉRÉSE (KT-jlő mérés) 2. épült I. mlt 620. Hallgatói Labor ILLAMOSMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR Szélssáú Hírközlés és illamosságtan Tanszék H-1111 Budapst, Goldmann György tér 3. 2 épült I. mlt tl.: (+36 1) , fax : (+36 1) Készíttt : dr. Mátay Gábor adjunktus dr. Gschwindt András adjunktus 2008.

2 Tartalomjgyzék 1. A mérés célja 2. A mérésbn flhasznált mőszrk és szközök 3. A mérés hly 4. Elmélti összfoglalás 5. Mérési összállítás 6. Mérési fladatok 6.1.Kötlzn légznd fladatok 6.2.Szorgalmi fladatok 7. Házi fladat 8. Ellnrz kérdésk

3 1. A mérés célja Egy jllgzts, kábltlízió losztórndszrkbn használt programozható fjállomás rndszrtchnikai és részbn brndzéstchnikai szintő bmutatása. A brndzéskn minta mérésk égzés, a fjállomás programozásának mgismrés. 2. A mérésbn flhasznált mőszrk és szközök 1 db fjállomás (mőholdas és földi gységkkl) 1 db spktrumanalizátor 1 db t készülék 1 db rf szignálgnrátor 1 db DB-C (QAM) Koaxiális mérkáblk, SCART kábl 3. A mérés hly Szélssáú Hírközlés és illamosságtan Tanszék as hallgatói laboratóriuma. 4. Elmélti összfoglalás A mai korszrő intraktí kábltlízió rndszrk gys rndszrk mind tchnikájukat mind tchnológiájukat tkint. Az analóg és digitális tchnika gysn fordul l, d az analóg mősorcsatornák száma rohamosan csökkn. Az Európai Unió a digitális tchnikára történ tljs átállást 2012-r trzi. A digitális tlízió nmztközilg lfogadott szabányait a DB Projct krtébn az ETSI (Europan Tlcommunications Standards Institut), a CENELEC (Europan Committ for Elctrotchnical Standardization), és az EBU (Europan Broadcasting Union) dolgozta ki. Négy alapt szabány készült: a mőholdas /DB-S (satllit)/, a földi /DB-T (trrstrial)/, a kábltlízió /DB-C (cabl)/ és a kézbn tartható mobil /DB-H (handhld)/ digitális tlízió számára. A szabányok tartalmazzák a négy különböz tulajdonságú átitli út során fllép bithibák kijaítására szolgáló hibajaító ljárást (FEC /forward rror corrction) és az átitli úthoz tartozó rádiócsatorna modulációs ljárásait. Például DB-C stén kadratúra amplitúdó modulációt (QAM /quadratur amplitud modulation/) használnak. Az alkalmazott tchnológiát az losztóhálózatban alkalmazott átitli közg határozza mg. gys tchnológia (HFC) stén az losztóhálózatban optikai szálat és koaxiális táponalat használnak, mlynk angol lnzésébl (hybrid fibr coaxial) származik a HFC btőszó. A kábltlízió rndszr antnnákból, fjállomásból és az losztóhálózatból áll, mly utóbbinak a égén található lfizti csatlakozóhoz kapcsolódnak az lfizt

4 égbrndzési (t, rádió, adatátitli modmn krsztül PC). A kábltlízió hálózatok fjldésél az optikai kábl lfizt oldali ég az ún. optikai csomóponti gység (ONU /optical nod unit/) gyr közlbb krül az lfizti csatlakozóhoz. Jln mérésbn a fjállomás mősorforrásként a földi t mősorszórás jlit, illt gy mühold csoportról (ASTRA, goszinkron pálya, pozíció 19,2ºE) érkz analóg és digitális mősorokat használja. A goszinkron pályán lé a mőholdas mősorok köztln étlét lhté t mőholdak (DBS /dirct broadcast satllit/) az gynlít síkjában, a Földtl kb km-s táolságban találhatók. Pontos hlyztükt a Grnwich-n áthaladó 0º-os hosszúsági körtl klti (E /ast/) agy nyugati (W /wst/ irányban fokban mért szöggl jllmzik. Az azonos antnna nyalábban lhlyzkd öt ASTRA mőhold (1F, 1G, 1H, 1KR és 1L) nagyszámú t és rádióprogram étlét tszi lhté, anélkül, hogy több antnnát és kiszajú fjgységt (low nois conrtr /LNC/) klln használni. Az analóg t és rádióprogramok a digitális programoknál sokkal kisbb számban fordulnak l. Az ASTRA mőholdakon található átjátszókra (transzpondrkr) a mősorokat a mőholdas mősorszolgáltató (SES ASTRA) a 14 GHz-s sában mőköd földi fladóállomásáról sugározza fl. Ennk oka, hogy a 14 GHz sában a 12 GHz-s lflé sugárzáshoz használt frkncián kapott szabadtéri csillapításhoz képst nagyobb a szabadtéri csillapítás. E nagyobb szabadtéri csillapítást a földi adó nagyobb tljsítményél, illt a földi adóantnna nagyobb nyrségél lht kompnzálni. A mőholdon az adótljsítmény a naplms nrgiaforrás miatt korlátozott, az antnnanyrségt pdig a mőhold-föld közötti táolságból és a bsugárzási trültbl számítható térszög mghatározza. Mind az analóg mind a digitális adások gymásra mrlgs - ízszints (H /horizontal/) agy függlgs ( /rtical/) - polarizációs síkban érkznk, záltal lhté álik a jobb frkncia kihasználás. A két polarizációs sík közötti csillapítás a gyakorlatban db körüli értékő. A korszrő fjgységk étli frknciasáját két tartományra az alsó (L /low/) és fls (H /high/) frknciatartományra osztják. A fjgység étli frknciája az alsó frknciatartományban 10,7-11,8 GHz-s sában, a fls frknciatartományban pdig 11,8-12,75 GHz-s sában an. A fjgység kiszajú frknciakonrtr az alsó sáot 9,75 GHz-s hlyi oszcillátorjlll MHz-s, a fls sáot 10,6 GHz-s hlyi oszcillátorjlll MHz-s kimnti frknciasába kri l (I. középfrkncia). A fjgység krési rsítés db, zajtényzj 0,3-0,8 db körüli. A két (H és ) polarizációs síkban gymástól függtlnül szik a jlkt, azaz a közös két hlyi oszcillátorral két kr gységt használnak. A MHz-s sába s jlk koaxiális káblkn krsztül érkznk a készülékkb. A készülék a tt program jlit fldolgoza lállítja az alapsái jlkt, majd zkkl - függtlnül attól, hogy a mőholdról analóg, agy digitális t mősorprogram étl történt- - rndszrint analóg modulációal csonkaoldalsáos (AM-SB /stigial sid band/) kimnjlt hoz létr a kábltlízió losztóhálózat alamly MHz-s sájába s 7 MHz, agy 8 MHz sászélsségő t csatornáján (300 MHz alatti

5 frknciákon a csatornasászélsség 7 MHz, fltt 8MHz). Ennk oka, hogy az lfiztk t készülékink többség csak analóg jlk (PAL agy SECAM) étlér alkalmas. A fjállomásban annyi r an szükség ahány programot kíánunk gyidbn nni, illt losztani. DB-C losztás stén az gy nyalábban /multiplxbn/ toábbított jlk gyidbn gyütt jlnnk mg az lfizti csatlakozón és a nézni kíánt mősort a DB-C n (QAM ) lht kiálasztani. A készülékk kimnjlit gy jlösszgzl összgzik, mly összgzés után láll az losztóhálózatba krül rádiófrknciás spktrum. A jlösszgz bmnti nm látják gymást, így lkrülht a készülékk kimntink gymásra hatása. A k számától függn az összgzés lht passzí agy rsítl kigészíttt aktí mgoldású. Analóg mőholdas programok stén a mőholdon lé transzpondr 28 MHz sászélsségő csatornákat használ FM modulációal. Így a fjállomás analóg készülékénk II. középfrknciás (kf) sászélsség is 28 MHz. A II. kf után lhlyztt FM dmodulátor kimntén mgjln alapsái spktrum a ido információt és a hang sgédikt tartalmazza. A hang sgédik szintén frkncia moduláltak. Dmodulálásukra ksknysású kr an szükség. Sztro képkisér hang és két mono hangcsatorna átitlkor 4 sgédi krül kisugárzásra. Digitális mőholdas rndszrk stén a képt és a hangot gytln adatsorba rndz toábbítják. A mőholdas digitális jlk fjgységbn történ I. kf sába s lkrés után kll fjállomásban lé digitális készüléknk a digitális jlkt fldolgoznia, és analóg kimnti jl stén lállíta alapsái jlbl az gys mősorprogramoknak mgfll fntikbn már mlíttt AM-SB modulációjú kép és FM modulációjú hangot tartalmazó csatorna spktrumot. A kábltlízió losztóhálózati csatornákban is trjd a DB-C szabány szrinti digitális mősorlosztás. Mgtarta az analóg losztóhálózati csatornakiosztást gy 7 MHz agy 8 MHz sászélsségő csatornában 4 standard minségő t program és 8-10 rádió program iht át QAM digitális modulációal. Ehhz olyan készülékr an szükség, mly bmntén lé DB-S, agy DB-T szabányú csatornából az losztóhálózati csatornafrkncián DB-C jlt állít l. Az lfizt analóg t készülékén z stbn a mősorprogramok csak gy spciális st top box (STB) -mly gy DB-C szabányú jlk étlér alkalmas készülék- sgítségél jlníthtk mg. Ez stbn az lfizti csatlakozóhoz csatlakozik a DB-C rádiófrknciás bmnt és annak kimntén a kiálasztott mősorcsatorna alapsái ido és hangjli (A jlk) jlnnk mg, mlykt rndszrint gy SCART csatlakozós káblll isszünk át a t készülékb. A földi analóg mősorok étl gy klasszikus lrndzéső állomással történht. Irányított nagynyrségő antnna használata ajánlott, hogy zzl is csökkntsük a más szolgálatok és/agy más t adók által okozott zaarok nagyságát. Az antnna talppontján mgjln jlkt jó minségő kis csillapítású koaxiális kábln toábbítjuk gy jllosztó flhasználásáal a fjállomás analóg készülékib, mlyk a bmnti csatornákat a bmnti frknciáktól ltér kimnti frknciákra konrtálják.

6 A készülékk középfrknciája 38 MHz, mlyn a mgfll sászélsség és szlktiitás kialakítás történik. A földi analóg rndszrk ido átitlr AM-SB modulációt, hangra frknciamodulációt használnak, így a földi analóg adások étlkor moduláció áltásra analóg kábltlízió losztórndszr alkalmazásakor nincs szükség. A frknciakonrzió alkalmazásáal mindn kimnti csatorna szlktiitása közl azonos (a csatornaszlktiitást alaptn a középfrknciás sászőrk határozzák mg), toábbá lkrülht nagyszintő hlyi adók stén a t készülék nm tökélts árnyékolása miatt mgjln lszllmkép kialakulása. 5. Mérési összállítás A 2-s épült ttjén hlyzkdnk l a antnnák (prímfókuszos paraboloid tükör fókuszpontjában a kiszajú fjkonrtrrl (LNC /low nois conrtr/), mly régbbi típus léén az alsó 10,7-11,8 GHz-s sá étlér alkalmas H és kimnttl; a földi adásokhoz többlms panl antnna a Széchnyi hgyn lé UHF sáú t adók jlink étlér és soklms nagy nyrségő Yagi antnna bsztrcbányai szloák HF sáú t adás étlér). A ízszints (H) és függlgs () polarizációjú mőholdas mősorcsatornák az LNC H és kimntén az I. középfrknciás sába konrtála jlnnk mg, mlykt gy-gy koaxiális kábl isz a laborban lé mőholdas csatornák étlér alkalmas készülékkb. A koaxiális kábln krsztül kap tápfszültségt a fjállomásból az LNC. Az UHF sáú panlantnna által tt jlkt és a HF sáú szloák t adás jlét szintén gygy koaxiális kábln ztjük a fjállomáshoz. Így a ttrl a fjállomáshoz négy koaxiális kábl zt. A fjállomás földi adások étlér alkalmas készüléki közül három az UHF sái panlantnna koaxiális kábléhz csatlakozó tljsítményosztó kimntirl an táplála. A ngydik készülékr köztlnül csatlakozik a HF sáú Yagi antnna koaxiális kábl. alamnnyi készülék bmnti és kimnti csatornái programozhatóak. A mérésbn szrpl Hirschmann fjállomás készüléki ikr (twin) kiitlbn készültk. Ez mchanikailag azt jlnti, hogy gy dugaszolható dobozban két gység an bépít A és B készülék. A trzk gazdasági okokból az ikr készülékkt úgy trzték, hogy a készülékk kimnti csatornái gymástól függtlnül nm programozhatók. Az A készülék kimnti csatornáját gy ttszlgs csatornára programoza a B készülék kimnti csatornája a rákötkz losztóhálózati csatorna lsz (pl. ha az A készülék kimnti csatornája a C9 csatorna, akkor a B készülék kimnti csatornája automatikusan a C10 lsz). A mérési lrndzést ázlatosan az 1. ábra mutatja.

7 H LNC Szélssáú UHF panl antnna Ksknysáú HF Yagi antnna Paraboloid antnna Fjállomás Jlosztó H Jlosztó Jlosztó földi 1 2 N 1 2 N 1 2 N Programozó gység és tápgység Csatornaösszgz -20 db-s mérpont Kimnt (az losztóhálózathoz) Összgz RF szignálgnrátor Spktrumanalizátor Jlosztó RF ki RF b DB-C (QAM) A ki Scart kábl A b RF b Tlízió készülék 1. ábra Mérési összállítás

8 6. Mérési fladatok 6.1. Kötlzn légznd fladatok: 1. Mérészti sgédlttl hlyzz üzmb a fjállomást! Köss égig a jlk útját a tttl a k bmntéig. Jó id stén a mérészt oktató ztésél nézz mg a ttn lhlyzkd mőholdas és földi adások étlér szolgáló építlmkt (paraboloid antnnát a kiszajú fjgységgl, alamint a panl és Yagi antnnát). 2. Mérészti flügylt mlltt, tkints mg a kiszajú mőholdas fjgységbl (LNC) koaxiális kábln érkz H és polarizációjú jlk spktrumát a spktrumanalizátor flhasználásáal. Ügyljn arra, hogy a spktrumanalizátor rf bmntén DC blokk lgyn, mrt a koaxiális kábln a fjállomásból származó, a fjkonrtr táplálására szolgáló DC fszültség is jln an és z tönkrtnné a több millió forint értékő spktrumanalizátor bmnti csillapítóját!! Az analizátoron mérht frknciákból határozza mg a paraboloid antnnába a mőholdról érkz jlk frknciasá határát, ha az LNC hlyi oszcillátorának frknciája 9,75 GHz (alsó krést /f HO <f s / használnak, mrt így a tükörfrknciás sában érkz zaaró jlkr az antnnafj táponala határfrkncia alatti csillapítóként mőködik). 3. A spktrumkép alapján adjon magyarázatot a különböz jlszintk okára. Miért kisbb az gyik átjátszó földflszíni tljsítménysőrőség, mint a másiké? 4. A intrnts címn található az ASTRA 19,2ºE mőholdak által sugárzott csatornákat tartalmazó táblázatból álasszon ki olyan analóg és digitális csatornákat, mlyk a 10,7-11,8 GHz-s sába snk. Határozza mg zk I. középfrknciás sába s frknciáit a táblázatban található nélgs ifrkncia (f s ) és az LNC hlyi oszcillátorának frknciája (f HO = 9,75 GHz) ismrtébn. Azonosítsa a spktrumanalizátor képrnyjén látható spktrumképn a kiálasztott két csatornát és hasonlítsa össz spktrumaikat. 5. A H és polarizáció stén mért spktrumkép alapján állapítsa mg, hogy mnnyir jól an bállíta a paraboloid antnna primr sugárzója, azaz határozza mg a krsztpolarizációs csillapítást! 6. izsgálja mg a spktrumanalizátor flhasználásáal az lr bprogramozott fjállomás kimnti spktrumát. Adja mg a kimnti spktrum sáhatárait! Mérj mg gyik analóg kimnti csatorna spktrumának jllmzit (képi, színsgédi, hangi, agy hangik frknciáit és szintjikt! Krss mg a kimnti spktrumban a DB-C kimnti csatornát és hasonlítsa össz a spktrumát gy analóg kimnti csatorna spktrumáal különös tkintttl a csatornán blüli jlnrgia loszlást tkint! 7. Foglalja táblázatba az lr bprogramozott fjállomás bmnti és kimnti csatornáit és adja mg a kiálasztott mősorprogramok nét a 4. pontban mgadott intrnts címn található adatok és a fjállomás programozó gység kijlzjén mgjlnítht adatok flhasználásáal!

9 6.2. Szorgalmi fladatok: 8. A intrnts címn található táblázatból álasszon ki a 10,7-11,8 GHz-s sába s az lr bprogramozott bmnti csatornáktól ltér másik két programot. Programozza át a fjállomás gyik analóg kimnti csatornájú DB-S jét, alamint a digitális kimnti csatornájú DB-S jét! Nézz mg a mősorokat a t készülékn és mutassa mg a mérésztnk. Ezután állítsa issza a fjállomáson lr bprogramozott mősorokat! 9. Egy RF szignálgnrátor jlét, mint a fjállomás kimnti frknciasájába s zaarójlt flhasznála a fjállomás gyik kiálasztott analóg (PAL) és a digitális (DB-C) csatornájának zaarására, mérj mg a hasznos jl-zaarójl iszonyt db-bn a spktrumanalizátor sgítségél! Hogyan jlntkzik a zaarás a t képn az analóg és a digitális kimnti csatorna stén? áltoztassa a zaarójl frknciáját az analóg csatornán blül és jgyzz fl a zaarójl képihöz iszonyított rlatí szintjét, mly stén a fjállomáshoz kapcsolt t készülék képrnyjén a zaaró hatás éppn jlntkzik! 7. Házi fladat 1. Számítsa ki az ASTRA 19,2ºE goszinkron mőholdak és a mérhly közötti frd táolság (d) mghatározása után kapott értékbl a mőhold föld közötti szabadtéri csillapítást (a 0 ) dbbn 10,7 és 11,8 GHz frknciákon az alábbi összfüggés flhasználásáal: 4π d a0 = 20 lg db λ ahol c λ = - a szabadtéri hullámhossz (c = m/s) f A frd táolság mghatározásához szükségs adatok: A goszinkron mőhold földflszíntl mért táolsága: km Mőhold pálya és pozíció: gynlíti, 19,2ºE A Föld átlagos sugara: 6370 km Budapst Lágymányos földrajzi koordinátái: É-i szélsség 47º K-i hosszúság 19º Határozza mg az lz pontban mgadott adatok flhasználásáal, hogy az ASTRA 19,2ºE goszinkron mőholdak a mérhlyrl mkkora magassági (lációs) szög alatt láthatók! (A magassági szög a kérdéss pontban a Föld érintsíkjáal bzárt szög, mly alatt a mőholdat látjuk). 3. Mkkora jl jut a mőhold kiszajú fjkonrtrénk a bmntér az ASTRA mőhold gy t csatornájának étlkor f = 11 GHz frkncián 52 dbw izotróp antnnára

10 onatkoztatott ffktí kisugárzott tljsítmény stén, ha a antnna nyrség 26 db? (A számításhoz használja fl az 1. pontban már mghatározott frd táolságot!) 4. Tkints át a mérésbn szrpl fjállomás lírását a intrnts címn! 8. Ellnrz kérdésk 1. Sorolja fl a különböz DB szabányok lnzésit! Mi olt az oka a különböz DB szabányok létrjötténk? 2. Mi a DBS btőszó jlntés? Miért használnak goszinkron pályát a DBS mőholdak? Adja mg a goszinkron pálya jllmzit! 3. Miért használják a 14 GHz-s sáot a Föld-mőhold irányú és a 12 GHz-s sáot a mőhold- Föld irányú jlk toábbítására DBS mősorszétosztó rndszrkbn? 4. Mi a prímfókuszos és az offst paraboloid antnna közötti különbség? Sorolja fl a két típus lnyit és hátrányait gymáshoz képst! 5. Miért használnak alsó krést a kiszajú fjkonrtrkbn? Adja mg a 10,7-11,8 GHz-s étli sához tartozó tükörfrknciás sá határait 9,75 GHz hlyi oszcillátor frkncia stén! 6. Mi a krsztpolarizációs csillapítás dfiníciója? Tipikusan mkkora krsztpolarizációs csillapítása an gy jól bállított paraboloid antnnának? 7. Egy fjállomással két mőhold, az ASTRA 19,2ºE és a Hot Bird 13ºE mősorait kíánjuk losztani. Adjon mg antnna lrndzéskt a fladat mgoldására! 8. Mi az EIRP btőszó jlntés és a hozzá tartozó mőszaki jllmz dfiníciója? Tipikusan mkkora EIRP-j an a DBS mőholdak transzpondrink? 9. Milyn módon nölht adott frknciasá stén a mőholdakon átjátszott mősorprogramok száma, adott mőholdpozíció mlltt? 10. Mi az AM-SB btőszó jlntés? Miért használnak AM-SB modulációt az analóg t mősorszórásban és mősorlosztásban? Rajzolja fl gy analóg PAL t mősorcsatorna spktrumát! 11. Miért kll STB (st top box) az lfizt t készülék mlltt DB-C kábltlízió losztórndszrkbn? Mikor nincs rr szükség? Milyn lnnyl jár a DB-C alkalmazása az analóg mősorlosztással szmbn? 12. ázlatosan rajzolja l gy családi ház kábls t losztó rndszrét fltétlz, hogy 4 hlyiségb kll az ASTRA mőholdak és 4 UHF sáú földi analóg adó jlét ljuttatni!

11 Ajánlott irodalom [1] Egri János, Hgyi Gábor, illányi Ottó: Őrtáközlés, KÖZDOK, Budapst [2] Bali Józsf, Bti László, Kántor Csaba: Mőholdas mősorszórás, Mőszaki Könykiadó, Budapst ISBN [3] Frnczy Pál: ido és hangrndszrk, Mőszaki Könykiadó, Budapst 1986., ISBN [4] Lajta György: Táközl hálózatok és informatikai szolgáltatások, 4.7. és 4.8. fjztk, Onlin köny, HTE, Budapst 2001., [5] Hirschmann CSE gnrációs fjállomás lírása,

12 1. Mlléklt Csatorna kiosztás táblázata Csatorna jl Képi [MHz] Csatorna jl Képi [MHz] Csatorna jl Képi [MHz] C 02 48,25 S ,25 C ,25 C 04 62,25 S ,25 C ,25 S ,25 S ,25 C ,25 S ,25 S ,25 C ,25 S ,25 S ,25 C ,25 S ,25 S ,25 C ,25 S ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 C ,25 C ,25 C ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C ,25 C ,25 S ,25 C , S ,25 C ,25 - -