A tartalomból: - Alkatrész beszerzés - A QAM CONVERTER fejlesztéséről - Multimédia és az MPEG-4 kódolási rendszer - A digitális földi műsorsugárzás, a DVB-T rendszer bemutatása (II. rész) - Érdekességek a QAM jel terjedési vizsgálatainkból - A transport stream felépítése (II. rész) - Bemutatkozik mechanikus tervezőnk A CableWorld Kft. technikai magazinja 2001. február Számunk fő témája: A DVB-T rendszer bemutatása 16.
"Alkatrész nélkül az elektronika használhatatlan" 2
Fejlesztőink munkájából QAM IF CONVERTER CW - 417x Többéves fejlesztői munka eredményeként az elmúlt évben kerültek gyártásba digitális kábeltelevízió fejállomásunk első DVB rendszerű készülékei, a QPSK DEMODULATOR, a QAM MODULATOR és a QPSK/QAM TRANSMODULATOR. A fejlesztés folyamatossága révén rövidesen új termékkel jelenünk meg, erről szól rövid ismertetőnk. 1. Az IF-RF konverterekről A használatban lévő tv-csatornák frekvenciasávjába minden professzionális berendezésben középfrekvencián modulált jelek kerülnek áttételre. Az IF-RF konverterek tehát arra szolgálnak, hogy a középfrekvenciás modulált jelek minőségromlás nélkül új, rf frekvenciákon jelenjenek meg. A DVB szabványú modulációk bevezetésekor a minőségi követelmények egyegy fontos paraméter tekintetében - az analóg AM- VSB rendszerben előírtakhoz képest - megváltoztak, illetve újak kerültek előtérbe. Az AM-VSB modulációs eljárás alkalmazásánál kezdetben az amplitúdómenet, a futási-idő menet és a differenciális torzítások voltak a legfontosabb paraméterek, csak később, a sokcsatornás CATV alkalmazások helyezték előtérbe pl. a C/N (vivő-zaj viszony) fontosságát. Ma már a CATV fejállomásokban szinte mindenütt szelektív csatornaösszegzést alkalmaznak, és ez igen nagy mértékben hozzájárul a kíváló jeltisztaság biztosításához. 2. A QAM konverter QAM konverternek nevezem azokat az IF-RF konvertereket, amelyek bemenetükön kf sávú QPSK vagy QAM modulált, tv-csatorna sávszélességű jeleket fogadnak, és kimenőjelük valamelyik használatos rf frekvenciasávban van. Néhány jellemző adat a gyakorlatban alkalmazott kf- és csatornafrekvenciákról: középfrekvencia 36 MHz 36,125 MHz ( SAW ) 36,15 MHz Ezek az európai frekvenciák. Az Egyesült Államokban tipikusan 44 MHz a középfrekvencia értéke. Érdemes észrevenni, hogy ezek a frekvenciák az analóg tv kf sáv centerfrekvenciájának felelnek meg, és az alkalmazható SAW szűrő centerfrekvenciája a jelölt értékű. A DVB-C kábeles csatornafrekvenciák az eredeti, analóg átvitelre szánt csatornák centerfrekvenciái, jellemzően egész számú értékek, pl. 426 MHz. Az analóg modulációt alkalmazó rendszerben az AM zajok a meghatározóak, ezek terhelik majd a demodulált jelet. A digitalizált kép-, hang- és adatjelek szabványokban rögzített modulációs módjai minden változatánál ( DVB-S, -C, -T ) a vivő pillanatnyi amplitúdója mellett pillanatnyi fázisa is információt hordoz. Ez a döntő változás a régi követelményekhez képest. A QAM konverter és a hagyományos tv IF-RF konverter felépítése tömbvázlat szinten azonos. A különbség az egyes feladatokat meghatározó részáramkörök, egységek minőségi követelményeiben van. A konverter linearitása, az amplitúdó-frekvencia és fázisfrekvencia karakterisztika ingadozása eddig is szigorú követelményű volt, így azok elsősorban csak finomítást igényelnek. Gyökeres változást a helyi oszcillátorok minőségében kellett hozni. Az alacsony szimbólumsebességű átvitelnél, valamint magasabb QAM módoknál a vivő fáziszaja fokozottan hatással van a pillanatnyi BER értékre. Számomra öröm, hogy a feladathoz a lehetséges eszközöket (negyedik generációs tranzisztorok, extrém kis fáziszajú szintézer IC) sikerült beszerezni. Csak az ínyencek kedvéért említem meg, hogy sikerült olyan VCO-kat kialakítani, melyek teljessávúak - az UHF sávban is - és teljesítik a szigorú fáziszaj követelményeket is. A kimeneti frekvencia 50 khz-es raszterben változtatható. A QAM konverterek kimenőjelének számszerű követelményeivel kapcsolatban elmondhatók: a vivő fáziszaja 10 khz offsetre min. 90 dbc/hz 100 khz offsetre min. 100 dbc/hz Cégünk legújabb QAM konverter családja ezeket az értékeket minden frekvenciasávban garantálja ill. túlteljesíti. A konverterek a már ismert sávos rendszerűek ezért típusszámuk CW - 417x. Természetesen, mint eddig is gyakorlat volt, egyedi kialakítású konverterek készítésére is vállalkozunk. A szabványtól eltérő középfrekvenciákról is jól működő konverterek kialakítása többnyire nem okoz gondot. Példa van rá, hogy ilyen készülékekkel speciális feladatok oldhatók meg stúdiók vagy közvetítő állomások között. Végezetül ajánlom az új QAM konvertercsaládot mindazok figyelmébe, akik úttörői a magyarországi DVB-C adások bevezetésének és azoknak is, akik professzionális minőségű CATV adatátviteli rendszereket építenek QAM-ben, kf kimenetű routerekkel. Kopányi Sándor 3
Az MPEG-4 főbb jellemzői Multimédia és MPEG-4 1. Bevezetés Éppen két évvel ezelőtt, az MPEG "család" bemutatása kapcsán röviden említést tettem az MPEG- 4-ről. Mivel az MPEG-4 jelentősége véleményem szerint a multimédiás alkalmazások rohamos terjedésével folyamatosan nő, talán nem haszontalan visszatérni a témára, és nagy vonalakban megismerkedni a szabvány főbb jellemzőivel. Az MPEG-4 (ISO14496) első változatát 1998 októberében fejezték be, és 1999 elején vált nemzetközi szabvánnyá. Annak ellenére, hogy 2000 elejére már a második változatot is szabványként rögzítették, bizonyos részterületeken a munka tovább folyik. Bár az MPEG-4 elfogadása egységes szabványként történt, ez valójában a multimédiás alkalmazások igényeire szabott tömörítési (kódolási / dekódolási) és adatfolyam kezelési technológiák készlete, amely figyelembe veszi mind a keskenysávú (mobil), mind a szélessávú hálózatok jellemzőit. (Eredetileg az MPEG-4 a nagyon alacsony átviteli sebességű felhasználások számára készült volna.) A tervezés során (a kezdeti elképzeléseket messze meghaladva) az MPEG csoport a következő főbb jellemzőkkel rendelkező szabvány kialakítását tűzte ki célul: Univerzális felhasználhatóság. (A szabvány bármely platformhoz illeszkedik.) Függetlenség az átviteli rendszertől. (Az MPEG-4 a legkülönfélébb hálózati környezetben használható.) Alkalmazhatóság közepes és kis bitsebesség esetén. Az interaktivitás támogatása. Skálázhatóság. (A kompresszió jellemzői az átviteli út és a vételi oldal sajátosságaihoz igazíthatóak.) Profilok ( Az MPEG-4 sokféle technológiai profilt kínál a különféle alkalmazásokhoz. A profilok segítségével a szolgáltatónak csak az adott alkalmazáshoz illeszkedő technológiákat kell felhasználnia.) A fentiek alapján az MPEG-4 alkalmazásának különösen gyors elterjedése várható a következő területeken: Digitális televízió Interaktív grafikus alkalmazások Interaktív multimédia (internet) 2. Az MPEG-4 fontosabb jellemzői Az MPEG-1 és MPEG-2 szabvány a videó és audió információt hordozó adatfolyamok tömörítéséhez készült. Az MPEG-1 alapvetően Video CD és CD- ROM alkalmazásokhoz használható, 1 Mbit/s körüli átviteli sebességen. Az MPEG-2 jobb minőségű, nagyobb átviteli sebességet igénylő alkalmazásokhoz, elsősorban digitális-tv átvitelhez alkalmas. Az objektumorientált MPEG-4 rendszer más szemléletet alkalmaz. Az átviendő tartalmat mint jelenet (scene) és az ebben részt vevő "média objektumok" (media objects) összességeként definiálja. A hang és videó tartalmon túl egyéb jellegű információk, (pl. animáció, számítógép által generált objektumok stb.) feldolgozását teszi lehetővé. Az objektumok hierarchikus rendszert alkotnak. Minden média objektum térbeli és időbeli jellemzőkkel rendelkezik, amelyek helye és viselkedése befolyásolható a multimédia környezetben. Lehetséges az objektumok többszöri felhasználása, valamint a rögzített és élő anyagok integrálása is. Lényeges megjegyezni, hogy a multimédiás adatfolyam átvitelének módját (a dekódoláséval szemben) a szabvány nem rögzíti, ez a szolgáltatóra illetve az adott alkalmazás fejlesztőjére van bízva. Az MPEG-1-gyel és MPEG-2-vel ellentétben az MPEG-4 lehetővé teszi a megszakításokkal, csomagokban történő, illetve a skálázható "tartalom" továbbítást, valamint jelentősen támogatja az interaktivitást. Ezek a tulajdonságok teszik lehetővé heterogén hálózatokon való használatát nagyon alacsony bitsebesség mellett is. Az MPEG-4 alkalmazható széles- és keskenysávú internet szolgáltatásban, interaktív televíziózásban és vezeték nélküli alkalmazásokban (pl. celluláris telefon) is. 3. Az MPEG-4 szabvány felépítése Az egyszerű média objektumokból (hangsáv, animáció, mozgó- vagy állókép) összetett objektumok képezhetőek, amelyek a multimédia jelenet építő elemei. A megfelelő működéshez többféle járulékos információkra is szükség van, amelyek pl. leírják az objektumok elhelyezkedését a képen, megadják, hogy hogyan történik az információk átvitele a hálózaton stb. Ezért a stream tartalmaz adatfolyam leíró (Stream Description) és kódolás leíró (Coding Description) információkat. 4
A szabvány felépítése Az MPEG-4 szabvány részei a következőek: MPEG-4 Systems Delivery Multimedia Integration Framework (DMIF) MPEG-4 Visual MPEG-4 Audio Conformance Testing Reference Software (E vázlatos áttekintés keretében csak az első négy fejezettel foglalkozom.) 3.1.1 MPEG-4 Systems Ez a rész definiálja a szabvány felépítését, valamint ismerteti az MPEG-4 Visual és Audio rész kapcsolódását a teljes rendszerhez. Foglalkozik a szinkronizálás, multiplexálás, buffer kezelés kérdéseivel. Bevezeti a BIFS (Binary Format for Scenes) fogalmat, amely tulajdonképpen az MPEG-4 tartalom és az interaktivitás kapcsolatát teremti meg. A BIFS nyelv segítségével lehetséges a jelenetek leírása és az objektumok tetszőleges tulajdonságainak megváltoztatása. Ez akár a dekóderre érkező felhasználói parancsok hatására is történhet, így a felhasználó (néző) interaktív módon beavatkozhat. Az MPEG-4 Systems definiál un. objektum leírókat (Object descriptor, OD). Ezek a címkék vagy mutatók rendelik a megfelelő elemi adatfolyamokat a megfelelő objektumokhoz. Az OD-k átvitele saját elemi bitfolyam segítségével történik. 3.1.2 DMIF (Delivery Multimedia Integration Framework) Az MPEG-4 tervezésekor fő szempont volt a sokféle alkalmazáshoz és bitsebességhez történő felhasználhatóság. A szabvány független az adatok átvitelének módjától, az átviteli út kiválasztása a szolgáltatás fejlesztőjére van bízva. Ezért az adattovábbítás és a komprimálás kérdésköre két független architektúrát alkot. Az adattovábbítás teljes problémakörét a szabványon belül a DMIF (integrált multimédia átviteli eljárások) határozza meg. Specifikálja, hogy hogyan illeszthető az MPEG-4 adatfolyam a különféle hálózati technológiákhoz és protokollokhoz. A DMIF szabályoz olyan kérdésköröket, mint a számlázás, a szolgáltatás minőségi kérdései (Quality of Service, QoS), az interaktivitás stb. A hidat a DMIF és az MPEG-4 Systems között a DAI (DMIF applikációs interfész) teremti meg. A vételi oldal a multimédia adatfolyamhoz a DAI-n keresztül fér hozzá. Az alkalmazás egynél több DMIF szolgáltatást is kérhet az alkalmazott átviteli technológia igényei szerint. Például az egyik DMIF írja le az IP multicasting átvitelt, egy másik pedig a műholdas sugárzást. (IP multicasting: azonos IP című számítógépeknek egyszerre történő azonos információ küldés az interneten keresztül.) 3.1.3 MPEG-4 Visual A szabvány lehetővé teszi természetes álló- és mozgóképek, "vizuális objektumok" kódolását. Ezen túl lehetséges két- és háromdimenziós szintetikus grafikus objektumok tömörítése (pl. rács, háló, szintetikus szöveg stb.) A kódolási sebesség 5 kbps és 10 Mbps közé eshet, a felbontás 160x120-tól 720x576-ig terjedhet. 3.1.4 MPEG-4 Audio Természetes és mesterséges hang objektumok kódolását írja le. Az eszközkészlet akár 2 kbps kódolási sebességet is lehetővé tesz. 4. Az MPEG-4 alkalmazási területei Az MPEG-4 számos előnyös tulajdonsága révén (adaptálhatóság kis- és közepes sávszélességű hálózatokhoz, skálázhatóság, interaktivitás stb.) széleskörűen felhasználható különféle alkalmazásokban. Néhány példa: internet kis sávszélességű, zajos környezetben történő vezeték nélküli információátvitel interaktív tv, home shopping távoktatás stb. 5. MPEG-4 a gyakorlatban A Toshiba America Electronic Components (TAEC) 2000 decemberében bejelentette, hogy megkezdte egychipes MPEG-4 dekóderének sorozatgyártását. A dekóder 4 Mbit beépített DRAM-al rendelkezik, teljesítményfelvétele 50 mw, amely lényegesen kisebb a külső memóriát használó hasonló megoldásokénál. Ez különösen alkalmassá teszi a dekódert mobil multimédiás felhasználásokban, mobiltelefonos és biztonsági, távfelügyeleti rendszerekben. A dekódolt kép felbontása 176x144, 15 kép/mp esetén 30 MHz órajelfrekvencia mellett. A videó dekódoló egység 16 bites RISC processzort tartalmaz. Megfelelő firmware használatával a chip egyéb alkalmazásokhoz (pl. H.263) is adaptálható. A sorozatgyártás 2001 első negyedévében indul, minták már rendelkezésre állnak 35 USD áron. Az MPEG-4 bonyolultsága (a teljes leírás kb. 2000 oldal) messze meghaladja a korábbi hasonló szabványokét. Ebben a rövid írásban csak néhány jellemző vázlatos ismertetésére vállalkozhattam. Részletes információ található a témáról a http://www.cselt.it/mpeg/ internetcímen. Veres Péter 5
Az egyfrekvenciás adóhálózat kialakítása A DVB-T rendszer bemutatásának második része Az első részben láttuk, hogy a DVB-T jel az időtartományban vizsgálva nem folyamatos. A DVB-T adó kimenőjele 2k üzemmódban 4 khz körüli, 8k üzemmódban 1 khz körüli periodicitással meg van szaggatva. A pontos adatokat tartalmazó táblázatot most ismételten megadjuk, mert a tárgyalásra kerülő témakörökhöz ezekre az adatokra ismételten szükségünk lesz. Mint már beszéltünk róla, a DVB-T rendszerben egyidejűleg nagyszámú vivőt állítanak elő, és a vivőket külön-külön modulálják QPSK, 16 QAM vagy 64 QAM modulációval. A vivők modulációja az előbb említett periodicitással, lassan változik. Azt az időtartományt, amelyben a vivők modulációja nem változik szimbólum időnek nevezzük. A vivők egy-egy ilyen kombinációja maga a szimbólum. A szimbólumot mindig kioltási szakasz követi, amelynek ideje alatt a vivők nem kerülnek kisugárzásra. Ez a szakasz a védelmi idő. A védelmi időtartomány után a vivők egy másik kombinációban kerülnek kisugárzásra, azaz új szimbólum kezdődik. Cikkünk második részében elsőként a védelmi idő beiktatásának okát vizsgáljuk meg. 8. Az egyfrekvenciás adóhálózat Az analóg műsorszóró hálózatok nagy hátránya, hogy az azonos frekvencián működő adókat úgy kell telepíteni, hogy azok a vételi helyeken ne lássák egymást, vagyis a vételi helyre mindig csak az egyik adó jele jusson el jelentős szinttel, a másik adó jele ezen a helyen sokkal kisebb legyen. Ebből a feltételből az következik, hogy az egymáshoz közeli adókat mindmind más frekvenciára kell telepíteni, az azonos frekvenciájú adókat pedig egymástól távol kell elhelyezni. Ezek következtében a rendelkezésre álló frekvenciatartomány hamar telítődik és csak kisszámú adóhálózat építhető ki egy-egy területen. A digitális rendszer kidolgozásánál alapvető tervezési szempont volt a frekvenciatartomány lehető legjobb kihasználása, az ilyen problémák elkerülése. A kidolgozott megoldás a következő két gondolatra épül: A digitálisan modulált jelek vételénél több lehetőség van a reflexiók hatásának kiküszöbölése, mint az analógnál, ezért az utóbbi évtizedben a digitális modulációk vételéhez kiváló módszereket dolgoztak ki a reflexiók hatásának kiküszöbölésére. Célszerű ezeket az eredményeket a DVB-T rendszerben is alkalmazni. Ha két digitális adót azonos frekvencián, azonos időben, azonos módon modulálunk, akkor a vételi ponton a másik adó zavaró jele úgy jelentkezik, mintha reflexió lenne. Az azonos frekvenciájú, vagy egyfrekvenciás adóhálózatot az irodalomban az SFN -nel (Single Frequency Network) jelölik. Ennek megvalósítására került a DVB-T szabványba a szimbólumokat elválasztó védelmi idő, amely alatt lehetőség nyílik a reflexiók kiszámítására és korrigálására. Ahhoz, hogy a másik adó jelét reflexióként lehessen feldolgozni, az adókat teljes szinkronban kell járatni, és be kell tartani az adók telepítésére vonatkozó azon szabályt, amely szerint az adók közötti távolság nem lehet nagyobb, mint az a távolság amelyet a fény (pontosabban az elektromágneses hullám) a védelmi idő alatt megtesz. Képletben: ahol; l max t védelmi [ ] l t 310 8 m max = vé delmi az adók közötti maximális távolság m-ben, a védelmi idő sec-ban. A táblázatban szereplő legkisebb védelmi idő 7 µs, ehhez 2,1 km, a legnagyobb idő 224 µs, ehhez 67,2 km tartozik. Eddig bővebben nem beszéltünk róla, de az egyfrekvenciás adóhálózat kiépítésénél az adók szinkronban járatása okozza a legnagyobb gondot. A modulálóés vezérlő jeleknek az adókhoz való eljuttatásához fénykábel, mikrohullámú lánc és műholdas összeköttetés egyaránt felhasználható, azonban a szinkronizáláshoz még az átviteli utak késleltetéseit is pontosan figyelembe kell venni. 9. Az adatsebesség a DVB -T rendszerben A DVB rendszer tervezői úgy alakították ki a műholdas-, a kábeles- és a földi szabványt, hogy a transport streamen keresztül könnyen át lehessen térni az egyik rendszerből a másikba. A megvalósításnál elsőként mindig az adatsebességekkel kell foglalkozni, azaz meg kell vizsgálni, hogy az adott adatfolyam a kiválasztott rendszerrel átvihető-e. Mivel a DVB-T rendszer meglehetősen bonyolult, sokan félnek belemélyedni a részletekbe, és csak kevesen jutnak el az adatsebesség meghatározásához. A következőkben a DVB-T rendszer adatsebességének meghatározását igyekszünk megkedveltetni olvasóinkkal. Az első részben láttuk, hogy a DVB-T rendszerben az adatátvitel sok-sok önállóan modulált vivővel történik. 2k üzemmódban a vivők száma 1705, 8k-ban 6817. A vivők közül 45, illetve 177 darab (az első szám a 2k, a második a 8k üzemmódra vonatkozik) modulálatlanul kerül átvitelre, 131 illetve 526 darab pilotjelként kerül felhasználásra a vétel optimalizálásánál. 6
és az adatsebesség alakulása A vivők közül további 17 illetve 68 darab a TPS (Transmission Parameter Signalling) információkat hordozza, a vevőkészülék ezekről olvashatja le az adó üzemmódját, a beállított jellemzőket. Ezeket levonva a tényleges vivők számából azt kapjuk, hogy 2k üzemmódban 1512, 8k üzemmódban pedig 6048 vivőn történik a tényleges, számunkra hasznos adatátvitel. 2k üzemmódban a szimbólumidő 224 µs, azaz ez idő alatt a vivő modulációja nem változik meg. QPSK moduláció esetén 2 bit, 16 QAM moduláció esetén 4 bit, 64 QAM moduláció esetén pedig vivőnként 6 bit kerül átvitelre ezen szimbólumidő alatt. 8k üzemmódban a vivőnként átvitt bitek száma ugyanennyi, de ott a szimbólumidő 896 µs. Az egy szimbólum alatt átvitt bitek számát megkapjuk, ha a hasznos vivők számát összeszorozzuk a modulációs módtól függő bit számmal (2, 4 vagy 6). Az adatsebesség meghatározásához ezek után már csak a másodpercenként átvitt szimbólumok számát kell kiszámítani. Láttuk, hogy a szimbólumot szünet követi (guard interval - védelmi idő), amely alatt nincs adatátvitel. Ennek hossza a szimbólumidő 1/4, 1/8, 1/16 vagy 1/32 része. Az adatsebességet megkapjuk, ha az egy szimbólum alatt átvitt bitek számát megszorozzuk a szimbólum frekvenciával, a szimbólumidő és a védelmi idő összegének reciprokával. Az elmondottakat általánosított képletbe foglalva jól látszik az adatsebesség és a rendszer paraméterei közötti összefüggés: nbitszam vadat = nhasznos T 1+ u ( ) ahol; v adat az adatsebesség Mbit/sec-ban, n hasznos az adatátvitelre használt (hasznos) vivők száma 2k üzemmódban 1512 db 8k üzemmódban 6048 db n bitszám a vivő(k) modulációját létrehozó bitek száma, QPSK esetén 2 16 QAM esetén 4 64 QAM esetén 6 T u a szimbólum idő µs-ban a védelmi idő arányszáma (1/4, 1/8, 1/16, 1/32) Az irodalomban csak ritkán lehet találkozni az adatsebesség konkrét értékeivel, ezért a képlet alapján kiszámítható értékekkel kiegészítettem mostani táblázatunkat. A DVB rendszerben jártasabb olvasóinknak talán már mondani sem kell, hogy ez a hasznosnak nevezett adatsebesség az adatfolyamot növelő, például a Reed- Solomon hibajavító kódokkal együtt értendő, azaz most csak a moduláció szempontjából értelmezzük a hasznos adatsebességet. 7 Mód2 k Védelmi idő1/41/81/161/32 Szimbólumidő 2048 x T = 224 µs Véd. időtartam56 µs28 µs14 µs 7 µs Periódusidő280 µs252 µs238 µs231 µs Hasznos adatsebesség Mbit/s] Moduláció QPSK10,81212,713,1 16QAM21,62425,426,2 64QAM32,43638,139,3 Mód8 k Védelmi idő1/41/81/161/32 Szimbólumidő 8192 x T = 896 µs Véd. időtartam224 µs112 µs56 µs28 µs Periódusidő1120 µs1008 µs952 µs924 µs Hasznos adatsebesség Mbit/s] Moduláció QPSK10,81212,713,1 16QAM21,62425,426,2 64QAM32,43638,139,3 A DVB-T modulátor bemenetére adható, a kép-, hangés adatinformációt hordozó, de a hibajavító kódokat még nem tartalmazó adatfolyam sebessége ennél kisebb, például a Reed-Solomon hibajavító kódolás előtt ennek 188/204 része. 10. Következtetések, megállapítások Látható, hogy a DVB-T szabvány is meglehetősen sok szabadságfokkal rendelkezik, és a felhasználónak kell majd döntenie arról, hogy melyikkel él, hogyan állítja fel saját rendszerét. Az angolok élen járnak a digitális földi műsorsugárzás bevezetésében, szakembereik a 2k rendszert választották. Hazánkban a 8k rendszer bevezetése tűnik optimálisnak, a szakembereink többsége ezt támogatja. A választás nehézségét szemléltetik a következő szembeállítások: A mozgó vétel főként a 2k rendszerrel valósítható meg, viszont a 8k rendszer sokkal kisebb számú adóval realizálható. A 2k rendszer egyszerűbb, megvalósítása könynyebb, a 8k rendszer sokkal bonyolultabb és megvalósítása lényegesen drágább. A védelmi idő növelésével az egyfrekvenciás hálózatban az adók száma csökkenthető, az adók közötti távolság nagyobb lehet, viszont a védelmi idő növelése csökkenti a hasznos adatsebességet, és ezzel csökken a műsorszórásért elkérhető díj is. A modulációs mód egyszerűsítésével növekszik a besugározható terület nagysága, viszont csökken az adatátviteli sebesség. (folytatjuk) Zigó József
A QAM moduláció nem csak a kábelen használható, Érdekességek fejlesztésünk életéből Beszámoló a QAM jel terjedését vizsgáló kísérleteinkről Még csak januárt írunk, de már biztosra vehető, hogy a harmadik évezred első éve hazánkban a digitális televíziótechnika bevezetésének kezdő éve lesz. A digitális televíziótechnika lényegesen bonyolultabb és összetettebb analóg elődjénél, azonban ma már minden üzemeltetőnek lehetősége van arra, hogy a CableWorld Kft. termékeinek felhasználásával elkezdje az első kísérleteket, mintarendszert vagy akár nagyobb rendszert építsen az új technika kipróbálására. Cégünk még 2000-ben elkezdte a digitális fejállomások építőelemeinek sorozatgyártását, így azok ma rövid szállítási határidővel és igen kedvező áron beszerezhetők. Az új technikára fogékony és azzal lépést tartani kívánó ügyfeleinket műszaki tanácsadással, fejlesztői útmutatással segítjük. Ahhoz, hogy a digitális televíziótechnika terjedését felgyorsítsuk, úgy érezzük, hogy a hazai szakembereket mielőbb tájékoztatnunk kell az új technika nyújtotta lehetőségekről, kísérleteink érdekes eredményeiről, és olvasóinkat a feladatok megoldását elősegítő ötletekkel kell ellátnunk. Jelen cikkünkben a QAM jel terjedésével és vételével kapcsolatos kísérleteink érdekes eredményeiről számolunk be. Amikor az analóg jel terjedésével kapcsolatos jelenségeket kell bemutatnom, szívesen idézem egyik kollégámat, aki egyszer elmesélte, hogy náluk két szeg van az ablakfélfában. Amikor süt a nap, akkor a jobb oldali szegre kell akasztani az antenna drótját, ha esik az eső, át kell akasztani a drótot a bal oldali szegre és akkor jó a vétel. Mint tudjuk, itt arról van szó, hogy a kisugárzott jel a terjedési viszonyoktól függően reflektálódik a tereptárgyakon, és az antenna mozgatásával azt a helyet kell megtalálni, ahol a vétel szempontjából legkedvezőbb ezek összegződése. Amióta befejeztük digitális modulátorunk fejlesztését, és felállítottuk az első DVB-C átviteli láncokat, fejlesztőink azt szeretnék megtudni, hogy milyennek kell lennie az átviteli közegnek, azaz a kábelhálózatnak ahhoz, hogy az átvitel jó minőségű legyen, melyek a kritikus paraméterek és melyek az átvitel összeomlásának tényleges határai. A labormérésekben az amplitúdó- és fáziskarakterisztika eltorzításával, valamint a jel-zaj viszony változtatgatásával kísérleteztünk, és meglepően jó eredményeket kaptunk. A jó eredményeken felbuzdulva szerettük volna megmérni a reflexiók hatását is, de nem sikerült jól használható, jól kiértékelhető mérőösszeállítást létrehoznunk. Ekkor egyik fejlesztő kollégánk javaslatára úgy döntöttünk, hogy a reflexiók hatását megkíséreljük kisugárzott jelekkel mérni. A kísérleti összeállításban QAM modulátorunkat egy QPSK demodulátorról tápláltuk, miközben a 120 dbµv körüli kimenőjelet egy kereskedelemben kapható közönséges lepkeantennával kisugároztuk a fejlesztés ablakából. Elsőként arra szerettünk volna választ kapni, hogy lehetséges-e a 64 QAM jel vétele az antenna előterében közönséges DVB-C set top boxszal és az adóval azonos típusú, lepkeantennával. A kísérletekhez a hyper sáv felső végén a 452 MHz-es frekvenciát választottuk. Már az első tesztek, a labor beállítások is igen kedvezőnek mutatkoztak. A laborban és a folyosón végzett mérések szerint a két antenna közötti átvitel műszeresen is igen jó volt. A terepen elsőként arra voltunk kíváncsiak, hogy mekkora a vételi körzet. Miután ezt feljegyeztük átálltunk a 16 QAM modulációra. A modulációs mód egyszerűsödéséből elméletileg is várható volt a vételi körzet kiszélesedése, de ezt most a mérésekkel is gyönyörűen igazolni lehetett. A moduláció további egyszerűsítésével, a 4 QAM, azaz a QPSK moduláció választásával a vételi körzet határa még tovább nőtt. Mint már tudjuk, a digitális technikánál igen határozott az átmenet a vétel határán, azaz sokáig hibátlan az átvitel, a vett kép tökéletes, a vétel határán igen gyorsan romlanak az átviteli jellemzők és pillanatok alatt megszakad az összeköttetés. Ezt most valós körülmények között is igazolni lehetett. Következett a reflexiók hatásának vizsgálata. Vasbeton épületünk környezetében olyan helyeket kerestünk ahonnan nem volt rálátás az adóantennára, azaz biztosra vehető, hogy legalább egyszeres, de inkább csak többszörös reflexió útján lehetséges a vétel. A mérési eredmények meglehetősen váratlanok voltak. Igen mostoha körülmények között is, erőlködés nélkül jó vételt lehetett biztosítani. Korábban sokat kísérleteztünk azzal, hogy labor körülmények között méréseket végezzünk a vétel határán azért, hogy megnézzük, hogyan jelentkezik a DVB rendszerben a kockásodás, mit látni vagy hallani azon a határon, ahol a hibajavító kódok már éppen nem tudják kijavítani az összes hibát, illetve mennyi idő alatt áll fel ismét a rendszer. Ebben az összeállításban az antenna mozgatásával ezeket mind kiválóan lehetett vizsgálni. Külön elemezhettük azokat a jelenségeket, amelyek a kép átvitelének összeomlásával járnak és külön elemezhettük a hangcsatornát amely jellegzetesen csicsergővé válik a vétel határán. 8
kisugározva is élvezhetjük előnyös tulajdonságait A CableWorld Kft. fő profilja a kábeltelevíziós technika, azonban igen sokan használják termékeinket a rádió- és televízió adástechnikában, gyártástechnológiai berendezésekben és egyéb összeköttetésekben. A mostani kísérletsorozat eredményeiről azért láttuk célszerűnek tájékoztatást adni, hogy a határterületen dolgozók munkáját támogassuk, illetve új megoldások kidolgozásához nyújtsunk ötleteket. Röviden nézzük meg, mire is lehet használni ezeket az eredményeket, milyen problémák vetődhetnek fel a kísérletek közben: 1. Egyre több olyan kábeltelevíziós rendszer van, amelyben a fejállomás és a helyi stúdió között több kilométeres távolságot kell áthidalni. A videó és a hangjel átvitelére egyesek a visszirány, mások külön kábel igénybevételével használják az analóg modulációs módot. Amennyiben ezeken a helyeken áttérnénk a DVB rendszerre, azaz QAM modulációt használnánk, akkor az átvitel minősége igen nagymértékben megjavulna, miközben az igénybe vett sávszélesség jelentősen lecsökkenhetne. Egy kiváló minőségű televízió csatorna átviteléhez 6-8 Mbit/sec-os adatsebesség már bőven elegendő, ami 64 QAM modulációval már 1 MHz körüli sávban is átvihető. A 16 QAM moduláció választásával ez a sávszélesség csak másfélszeresére nő, ugyanakkor a moduláció védettsége jelentősen javul. A QPSK moduláció választásával megkétszereződik a sávszélesség igény, de a modulációs rendszer szinte szétverhetetlenné válik. A megvalósítás egyetlen kérdőjeles pontja az elviselhető árfekvésű MPEG-2 kóder. Ma már ez a probléma is megoldódni látszik. Cégünknél folyamatban van egy ilyen készülék beszerzése, és remélhetőleg már a következő számunkban be tudjuk mutatni. 2. Előfordulhat, hogy a stúdió és a fejállomás között egy folyó folyik, amely lehetetlenné teszi kábel lefektetését. Ilyenkor két darab kereskedelemben kapható közönséges egyszerű, tv-antennával "átlőhető" ez a szakasz, mint azt kísérleteinkben mi is tettük. 3. Az utóbbi években meglehetősen sokan építettek mikrohullámú összeköttetést televíziós jel két pont közötti átvitelére. Ezekben a rendszerekben az átvitel ma még analóg FM modulációval történik. Fantasztikus előrelépés lenne a minőségben, ha ezeken a helyeken áttérnének a digitális átvitelre, s eközben az áthidalható távolság is jelentősen megnövekedne. 4. Napjainkban aktuális téma a különböző AMmikrók helyzete. Igaz, hogy a digitális set top box ára ma még magasabb analóg társánál, de már benne van a kártyaolvasó, a fizető tv kódolási és dekódolási problémái meg vannak oldva, az adóoldal egyszerűbb, az elfoglalt sávszélesség sokkal kisebb, a minőség nagyon sokkal jobb, és egy részük a kétirányú kommunikációra is fel van készítve. Egy ilyen digitális AM-mikró rendszernél elsőként a nagyobb távolságokon fellépő reflexiók és a külső zavarok hatását kellene megnézni. 5. Számítástechnikával foglalkozó ismerőseim érdeklődését még nem sikerült kellőképpen felkeltenem az ilyen összeköttetések iránt, de most ismét felhívnám a figyelmet arra, hogy akik TS formátumúra tudják alakítani adatfolyamukat, azok ezt a rendszert máris használhatják. A DVB-C rendszer a hibajavítást tartalmazza, ma már lehet TS kimenetű set top boxot is kapni, így csak össze kell kötni a számítógépeket az átviteli lánccal. Bízunk benne, hogy egyre több olvasónk tudja megoldani problémáját a digitális technika alkalmazásával, és napról-napra többen választanak ilyen megoldást. A kezdeti lépések könnyebb megtételéhez néhány segítő információ: A CW-415x sorozatú QAM MODULATOR a QPSK-tól a 256 QAM modulációig valamennyi üzemmódra beállítható. A részletes műszaki adatok az internetről (www.cableworld.hu) letölthetők. Fontos, hogy a modulációs módhoz az adatsebességet helyesen válasszuk meg. A kísérletek lefolytatásához legkönnyebben a műholdakról vehetünk le megfelelő adatsebességű jelet. Kis adatsebességű jelek az SCPC adások között találhatók. Transport stream kimenettel egyenlőre csak kevés digitális műholdvevő rendelkezik. A CW-4141 típusú QPSK DEMODULATOR ilyen, szabványos TS jelet szolgáltat. Adatai az internetről ugyancsak letölthetők. A DVB-C vevőket is mindig meg kell vizsgálni, hogy milyen adatsebességű jelek vételére alkalmasak és milyen modulációs módok vételére készítették fel őket. A legtöbb típus sokféle üzemmódra fel van készítve, de ezeket nekünk kell beállítani. Set top boxok beszerzésében is készséggel állunk ügyfeleink rendelkezésére. A DVB-C set top boxok kínálata az utóbbi fél évben igen kedvezően alakult. Következő számunkban szívesen adnánk helyet azon olvasóink beszámolójának, akik már rendelkeznek valamilyen tapasztalattal ezen a területen. Fejlesztésünk készséggel áll az érdeklődők rendelkezésére. Telefonszámunk: (1) 204 77 40 / 169, vagy (1) 204 77 40 / 458 e-mail: cw.designers@matavnet.hu Zigó József 9
A transport stream bemutatása az adóoldalon 10
A transport stream bemutatása a vevőoldalon 11
Mechanika nélkül az elektronika használhatatlan Bemutatkozik:Csehi László fejlesztésünk mechanikus konstruktőre Váratlan közléstől kímélhetem meg a sorozat olvasóit, hiszen mint korábban bemutatkozott kollégáim, én is a HT-ben (a CW elődje) kezdtem pályámat a hetvenes évek közepén, tanulmányaim befejezése és a KGMTI darutervező osztályán eltöltött röpke év után. A KITU (szovjet piacra készült televíziós ellenőrző és bevizsgáló nagyberendezések) fejlesztésén kezdtem. A berendezés hat szekrénybe tömörített számtalan részegysége több konstruktőr, rajzoló és rajzellenőr munkáját igényelte. E mellett hordozható műszerek, tv szerviz készülékek mechanikus fejlesztésével is foglalkoztam. A nyolcvanas évek elejétől, a kábeltelevíziózás magyarországi indulása az addigiaktól eltérő, egészen új fejlesztési feladatok megoldását igényelte. Én főleg az elosztóhálózati elemek mechanikájának fejlesztésével foglalkoztam. A különféle vonalerősítők, szétosztók, koax, öntött és forgácsolt csatlakozók, fali csatlakozók tervezése során megismerhettem az öntéstechnika és a fémtömegcikkgyártás szépségeit és buktatóit is. A rendszerváltozás tette lehetővé 1993-ban a CableWorld Kft. megalakulását, ahol lehetetlent nem ismerő ügyvezető igazgatónk első jelentős feladatként a hazai termékpalettáról még hiányzó, lapra szerelhető kábeltelevíziós műszerszekrény kifejlesztését határozta el. A tervezést két mechanikus fejlesztő kollégámmal közösen végeztük. Munkánk eredményeként készült el a CW 3000-es szekrény, amelybe közel 8 éve telepítik fejállomásaikat ügyfeleink. A napjainkban tért hódító digitális televízió technika nemcsak készülékeink belső és külső megújulását, hanem az ezeket fogadó szekrény frissítését is szükségessé tette. A képen bemutatott CW 4000 típusjelű szekrény tervezését az utóbbi időszakban megoldott munkáim közül a legjelentősebbnek tekintem. Ez a szekrény őrzi elődje jó tulajdonságait (lapra szerelhető, könnyű, gyorsan összeállítható), és számos további előnyt is nyújt a felhasználó számára. A konstrukció színben és formában megújult, elődjénél mélyebb, így a korábbi gond, a kábelek elhelyezése - a 20 készülék táplálására kialakított új elosztósávnak is köszönhetően - megszűnt. A vékonyabb profilból épített sötét- és világosszürkére festett váz kiegészíthető egy hozzáillő színezett üveg ajtóval is. Az ajtó a készülékek védelme mellett impozáns megjelenést is kölcsönöz a fejállomásnak. Jelenleg a kábeltelevízióval kapcsolatos feladatok mellett a német piacra készülő fényterápiás eszközök mechanikai tervezésével is foglakozom. Feladataim közé tartozik még a CW termékek csomagolásának megtervezése és a csomagolóanyagok gyártatása is. Kedvemre valóak egyéb feladataim is, a kapcsolattartás a bedolgozó kollégákkal és az export-import ügyintézésben való közreműködés. E munkáim során a cég egyik gondjaimra bízott autóját használom, sok kedves emberrel találkozom, akik - ha nem is minden nap - de szintén elősegítik cégünk előbbre jutását. Mint magánember említést teszek két felnőtt gyermekemről és aranyos fiúunokámról, aki közel két éves korára már egy kis kalapáccsal képes sok mechanikus probléma megoldására. Csehi László CableWorld Kft. H-1116 Budapest Tel.: +36 1 371 2590 Kondorfa utca 6/B Fax: +36 1 204 7839 Hungary 1519 Budapest, Pf. 418, Hungary E-mail: cableworld@cableworld.hu Internet: www.cableworld.hu 12