Digitales TV verstehen

Transkript

1 Digitales TV verstehen Radio Frequenz-Messungen Ausbreitungseffekte Impedanz & Matching SFN Netzwerke und ECHOS Vorgeschlagene Parameter & Grenzwerte

2 VORGESCHLAGENE WERTE Diese Tabelle zeigt die vorgeschlagenen Messwerte an den Antennendosen für die wichtigesten Modulationsarten. DVB-T2 & GB COFDM 40 dbµv 50 dbµv PER MER 256 QAM 2/3 FEC 7 25 db 28 db MER 256 QAM 3/4 FEC MER 256 QAM 5/6 FEC 26,5 db 28,5 db 29,5 db 31,5 db 2

3 ATOM HD STCOL Das einzige INTEGRIERTE T2 DVB-T2 optional ANALOGE SAT Anzeige HD SUN & RAIN PROOF Messgerät: COAX, OPTISCH & IPTV Vorgeschlagene Messwerte Digital Audio AC3 e/o DD+ & AAC Eingänge: OPTISCH* & IPTV Ausgang: HDMI HAUPTEINGENSCHAFTEN: Optischer TV & SAT Eingang, MHz mit auswechselbarem FC-ST-SC Stecker und automatischer Berechnung des optischen Verlustes LAN Eingang für IP-TV & DATEN Messungen CATV Tuner mit erweitertem Band von 4 bis 1.000MHz SAT Tuner mit erweitertem Band von 930 bis 2.250MHz Erweitertes GSM Band von MHz für Telefon-Repeater Installationen, siehe Seite 24 Exklusives AUTODISCOVERY System: ermittelt und wählt automatisch analoge und digitale COFDM/QAM TV Signale im Mess- und Spektrum Analysator-Modus Ermittelt, misst und ZEIGT das Bild von MPEG4 HD Programmen Alle weltweiten SAT Transponder vorinstalliert und Bild-Darstellung von analogen SAT Transpondern Automatische Qualitäts-Analyse: FAIL-MARG-PASS Dual-Bildschirm: neuer LED TFT mit hoher Helligkeit und sehr hoher Auflösung und grafischer Bildschirm mit weißer Hintergrundbeleuchtung Drehknopf und numerisches Tastenfeld Simultane Darstellung des Bildes und der Programmliste, in MPEG-2 & 4 HD, sowie A/V PID Funktionen: Automatische & Manuelle Speicherung und Daten Logger Conditional Access, Common Interface Wiegt lediglich 2.5 kg, H 11.5 X B 24.5 x L 18 cm Akku mit 2 bis 3 Stunden Autonomie Mitgeliefertes Zubehör: Tasche für den Transport, Netzteil und Adapter für 12V KFZ (optional 18V) Freie Online Upgrade Möglichkeit (über USB-2 Port) Akku Test Funktion um den Akku zu regenerieren/testen und die Akkureserve-Anzeige zu kalibrieren DVB-S2 inbegriffen & T2 opt. MPEG2 & 4HD & SD ANALOGE SAT DARSTELLUNG SCHNELLES ECHTZEIT-SPEKTRUM LAN IPTV PORT CONDITIONAL ACCESS 2 BILDSCHIRME :9 OPTISCHER EINGANG FÜR SPEKTRUM UND LEISTUNG 3

4 Sehr geehrte Leser, Dieses Handbuch dient nicht dazu, die Funktionsweise des Digitalen Terrestrischen Fernsehens (DTT) zu erläutern (sehen Sie dazu eine weitere Rover Publikation mit dem Titel An Introduction to DTT, die dieses Thema ausgiebig erklärt). Stattdessen hoffen wir praktische und grundlegende Informationen über die Übertragung, Ausbreitung und den Empfang von digitalen Fernsehsignalen vermitteln zu können. Wir werden besonders auf die Verbesserung des Empfangs in schwierigen Standorten und Situationen eingehen, speziell im Fall von komplexen SFN Netzwerken oder in Gegenwart von elektromagnetischen Störungen innerhalb von Städten. Wir möchten darauf hinweisen, dass der Empfang in 99% der Fälle alleine durch Modifikationen an der Antenne verbessert wird, wo leider kein Receiver oder Fernseher zur Verfügung steht. Wir entschuldigen uns im Voraus für eventuelle Ungenauigkeiten und bitten Sie, uns eventuelle Fehler mitzuteilen. Wir hoffen, dass Sie an diesem Handbuch Freude finden und bedenken Sie, dass es immer einen großen Markt für kompetente, professionelle und gut ausgestattete Installateure gibt. 4 Einige Klarstellungen: Die verschiedenen Gerätehersteller verwenden unterschiedliche Bezeichungen für die beiden BER-Messungen. Deshalb haben wir beschlossen, die englischen Abkürzungen zu verwenden, da die Briten als erste das DVB-T- Netz in Europa im Jahr 1998 einführten. bber = b steht für before, d.h. der Messwert wird vor der Viterbi-Fehlerkorrektur angegeben. Oftmals wird dies auch Pre-BER oder CBER bezeichnet. aber = a für after, d.h. der Messwert wird nach Viterbi-Fehlerkorrektur angegeben. Oftmals wird dies auch Post-BER oder VBER bezeichnet.

5 Inhalt 6 Rundfunk Frequenzspektrum 8 Durchnittliche Transponder-Leistung 10 HF Leistungs-Messung 12 DVB-T Modulation 14 Leistungsindikatoren 16 Schwellwert zum Einrasten des Signals 18 Fehlerkorrektur Bevor & Nach Viterbi - Rauschabstand 20 Ausbreitungseffekte 22 Beispiele zur Reflexionsmessung (Echos) 24 Reflexionen Eliminieren 26 Tabelle zum Antennen Abstand 28 Reflexionen am Boden 30 Hinten/Vorne Antennen-Verhältnis 32 Impedanzanpassung in Verteilersystemen 34 SFN (Single Frequency Network) 36 ECHOES und Guard Interval 38 Messung der Netzverzögerung 40 Reduzierung der Echos 42 Die Summe der Signale zweier Sender 44 Empfangsbeispiel zweier Sender 46 Modulationsparameter und Grenzwerte 48 Grenzwert für Q.E.F. Empfang (Q.E.F. = Quasi Error Free) 50 Mindest-Leistung & Schwellwert 52 EM Felder und Empfangsleistung 54 Zusammenhang zwischen MER & BER 56 Funkelektrische Empfangsqualität 58 ITU Standard Verfahren 60 Fallstudie Mikrounterbrechungen 62 MER Versus TRÄGER 64 Der Signal Schichtungseffekt 66 Impulsrauschen 68 Messung der Störungen durch Impulsrauschen 70 Störspektrum des Impulsrauschen 72 Fehlanpassung & Verteilung 5

6 RUNDFUNK MESSUNGEN RUNDFUNK FREQUENZSPEKTRUM Analog, jeweils 1 Kanal pro Transponder Man erkennt Video, Chroma und Audio Digital, viele Kanäle pro Transponder Man erkennt keine einzelnen Träger 6

7 Der Unterschied zwischen den beiden Signalen ist deshalb offensichtlich, weil das digitale Signal aus tausenden von Trägern besteht, die den Eindruck erwecken, dass es sich um ein kontinuierliches Spektrum handelt. Jeder dieser Träger wird unabhängig von den anderen Trägern in Amplitude und Phase getrennt moduliert und entspricht einem Teil der gesamten Information. Der Receiver muss diese Information interpretieren und zusammenstellen, um sie wieder in Video-Signale zu wandeln und den vom Anwender gewünschten Kanal darzustellen. Der für den Installateur interessante Unterschied besteht in der Messung der analogen und digitalen Ausstrahlung: ANALOG - Sie messen die Spannung eines einzelnen Video-Trägers. Die Einheit, die von fast allen Messgeräten genutzt wird, ist dbuv. Der ideale Wert beträgt: 60 dbµv. DIGITAL Hier wird die gesamte Leistung des kompletten Transponders (Average Channel Power) gemessen, in welcher die Leistung jedes einzelnen Trägers (Leistung, nicht Spannung) einfließt. Der Messwert wird demnach logischerweise in Milliwatt, bzw. dbm (0 dbm = 1 Milliwatt), angegeben. Wenn Sie dennoch dbµv bevorzugen, sollte der Messwert möglichst 50 dbµv betragen. 7

8 RADIOFREQUENZ-MESSUNGEN DURCHNITTLICHE TRANSPONDER-LEISTUNG Wenn Sie das Spektrum eines Transponders vergrößern, sehen Sie die einzelnen Täger. Digitales Signal: Tausende Träger, hier genau Die Leistung des Transponders kann nur als Gesamtbetrag aller Träger berechnet werden. Delta f = Der Abstand zwischen den Trägern beträgt ungefähr 1 KHz, bzw. genau 1116Hz 8

9 Die Funktion, mit welcher die gesamte Leistung aller Träger gemessen wird, heißt auf Englisch Average Channel Power ( Durchschnittliche Transponder-Leistung ). Während in professionellen Messgeräten verschiedene Mess-Modi gewählt werden können, ist diese Messung in tragbaren Messgeräten festgelegt und für Hochfrequenz-Messungen immer aktiv. Warum wird die Leistung auf diese seltsame Art und Weise als Summe gemessen? Weil jeder kleine Träger mit einem Teil zum gesamten Transponders beiträgt und die Qualität des Transponder- Signals von allen Trägern abhängt. Es ist möglich, wie wir später sehen werden, ein Teil der Träger zu verlieren, oder einige auf einem sehr niedrigen Pegel zu haben, denn es ist die Leistung aller Träger, die für den Empfang wichtig ist. Die auf dem Markt erhältlichen Messgeräte führen diese Messung auf verschiedene Weise aus, allgemein führen sie aber die Messung der durchschnittlichen Leistung durch Aufteilung des Spektrums durch, in welcher die Leistung der jeweiligen Segmente addiert werden. Das Ergebnis ist die durchschnittliche Leistung, die als RMS (Root Mean Square) bezeichnet wird. 9

10 RADIOFREQUENZ-MESSUNG HF LEISTUNGS-MESSUNG Die wichtigsten Einheiten für HF Leistung und Pegel: DIGITALE HF LEISTUNG ANALOGER HF PEGEL 1mW = 0 dbm 1µV = 0 dbµv 0dBm = 108,7 dbµv 1mV = 60 dbµv 58,7 dbm = 50 dbµv 1mV = 0dBmV (USA) DURCHSCHNITTLICHE LEISTUNG IN DVB-T Es ist wie die Stromversorgung einer elektrischen Heizung mit vielen kleinen Stromleitungen DVB-T: Jede Leitung überträgt einen Teil der Energie Die gesammte Wärme entsteht durch die Summe aller Leitungen 10

11 Die Leistung eines digitalen Signals wird immer in dbµv gemessen, doch sie unterscheidet sich von der analogen Messung: ANALOG: Es wird nur die reale Spannung des Spitzenwertes des Video-Trägeres gemessen und es wird eine gewisse Mindestspannung benötigt (ca. 1 Millivolt, entspricht 60 dbµv) um eine gute Bildqualität zu erzielen. In der Praxis bedeutet ein geringer Pegel = geringe Qualität, ein hoher Pegel = qualitativ hochwertige Bildqualität. DIGITAL: Die Messung wird von der mittleren Leistung abgeleitet, denn es ist natürlich unmöglich 8000 Signalträger einzeln zu messen. Das Ergebnis wird jedoch in dbµv angegeben, da es sich um eine bekannte und vertraute Einheit handelt. BITTE BEACHTEN SIE: Bei DVB-T ist die Leistung des Empfangs nicht so wichtig, sie muss lediglich einen minimalen Wert von ungefähr 40 dbµv (besser 50 dbµv) betragen, ab welchem die Leistung keinen EInfluss auf die Qualität hat. Es ist sogar besser zu hohe Pegel zu vermeiden, denn diese können das Signal sättigen und verschlechtern, wodurch die Empfangsqualität am Receiver nicht mehr gegeben ist. In Zahlen, wie oben gezeigt, können Sie sehr schnell von dbµv in dbm und zurück konvertieren: es muss nur die Zahl addiert oder subtrahiert werden. Dies gilt für 75 Ohm Systeme. Bei 50 Ohm Systemen muss mit 107 gerechnet werden. In allen Messgeräten können Sie zwischen der bevorzugten Einheit wechseln: dbm oder dbµv, für USA auch dbmv. 11

12 RADIOFREQUENZ-MESSUNG DVB-T MODULATION So werden die Träger moduliert: in Amplitude Vektor-Länge in Phase Vektor-Winkel Solange der Decoder erkennt, dass der Vektor auf den richtigen Quadranten fällt, gibt es keine Fehler und der Empfang ist perfekt. Jeder Träger wird unabhängig von den anderen moduliert. Jeder Träger enthält einen Teil der gesamten Information. Die Modulation erfolgt sowohl in Phase und Amplitude, zum Beispiel 64QAM (am häufigsten verwendet), QPSK oder 16QAM (oder 256QAM für DVB-T2). 12

13 Die Modulation ist für jeden Träger identisch, doch diese beinhalten verschiedene Teile der Gesamtinformation die aus binären Daten bestehen. Deshalb sind die Amplituden und Phasen der einzelnen Träger voneinander verschieden. Daraus ergibt sich eine konfuse Darstellung des Spektrums, das wie Rauschen aussieht. In der Tat ähnelt das Signal dem Rauschen, da die Informationen zufällig und willkürlich sind, weshalb die Briten den Begriff noise like signal geprägt haben. Dies deutet darauf hin, wie unkenntlich das Signal innerhalb des Spektrums erscheint. Von der Antenne empfangenes Rauschen oder Störungen, verschieben den Träger des Vektors willkürlich innerhalb seines Quadranten; wenn das Rauschen die Amplitude vergrößert, kann der Vektor außerhalb des Quadranten verschoben werden. Dies verursacht einen Fehler, der zu einem plötzlichen und nicht vorhersehbaren Artefakt im Bild führt. Bei einem analogen Signal hingegen, verursachen Rauschen oder Störungen eine progressive Beeinträchtigung des Bildes, die sofort zu erkennen ist. Im Falle eines digitalen Signals, kann anhand der Beobachtung des Spektrums und der Empfangsleistung keine eindeutige Aussage über den korrekten Empfang der einzelnen Träger gemacht werden, weil man nicht weiß wie groß die Störungen sind und wie sie den Empfang beeinträchtigen. Später werden Sie sehen, was bei Arbeiten an Kopfstellen und Antennenausrichtung zu tun ist, um das beste Signal zu erhalten und herauszufinden, wie die Signalqualität gemessen werden muss. 13

14 RADIOFREQUENZ-MESSUNG LEISTUNGSINDIKATOREN Einige Fehler = Nur wenige Punkte sind ausserhalb des jeweiligen Quadranten MER ist befriedigend Wenige Fehler - BER verschlechtert sich MER zeigt die schlechte Positionierung der Vektoren an BER zeigt den Anteil der Bit-Fehler an Mögliche Fehler = Die Punkte sind verstreut, aber innerhalb des Quadranten Hohe MER und gute BER Werte Kein Fehler = Ausgezeichte MER und BER Werte 14

15 Wir wissen, dass Signale durch Rauschen oder andere Störungen kontaminiert werden können. Diese ungebetenen Gäste sind häufig vorhanden und addieren sich nach dem Zufallsprinzip von Zeit zu Zeit auf die Vektoren der Träger und verändern ihre Position, so dass es für den Decoder schwierig ist, Bit-Gruppen korrekt zu erkennen. Es ist nicht möglich, das Ausmaß der Rauschbeeinträchtigung vorherzusehen, da diese sich ständig verändert, doch es ist zu erwarten, dass ständig Fehler bei der Erkennung der Bits auftreten. Um dem entgegenzuwirken wurde der FEC (Forward Error Correction)-Mechanismus zur Fehlerkorrektur eingeführt. Dieser ermöglicht die Korrektur von Fehlern auf Kosten der Verringerung der Übertragungskapazität, wobei es natürlich Grenzen für die Korrektur-Fähigkeit gibt. Die Messung erfolgt durch das Zählen der Fehler: verschiedene Instrumente registrieren mit Hilfe eines Zählers bis zu 999 Fehler, weshalb die Messung einige Zeit in Anspruch nimmt. WICHTIG: Denken Sie daran, dass das Signal auch in Gegenwart von Fehlern korrekt demoduliert wird, wodurch eine perfekte Bildqualität gegeben ist. Deshalb ist eine Methode erforderlich, um die Qualität des Empfangs zu bestimmen. Es gilt in der Praxis herauszufinden, um wie viele db das Rauschen oder die Störungen erhöht werden können, ohne dass die Qualität der empfangenen Signale beeinträchtigt wird. Diesen Wert nennt man Threshold Point (Schwellwert). 15

16 RADIOFREQUENZ-MESSUNG SCHWELLWERT ZUM EINRASTEN DES SIGNALS DIGITAL Bei steigendem Rauschen oder bei vorhandensein von Interferenzen, bis zum Schwellwert anhaltende Qualität, DANACH KEIN BILD! picture quality good average decoding margin poor signal intensity ANALOG Bei steigendem Rauschen oder Interferenzen reduzierte Qualität BILD VERSCHLECHTERT SICH ZUNEHMEND KANN ABER GESEHEN WERDEN DVB-T implementiert eine leistungsfähige Fehlerkorrektur (FEC) Trotz Interferenzen können Fehler bis zu einem bestimmten Schwellwert korrigiert werden Um festzustellen wieviel Spielraum übrig ist, bevor das Bild ausbleibt: MER (Modulation Error Ratio - Modulations Fehler Verhältnis) 16

17 Das Verhalten des DVB-T Signals hat Vor- und Nachteile: Vorteile: 1. Selbstverständlich ist die Bildqualität immer hoch, selbst bei Vorhandensein von Rauschen und Störungen. 2. Die Leistung des Signals ist nicht mehr kritisch, es muss nicht mehr dafür gesorgt werden, immer die maximale Leistung zu erreichen, denn die Bildqualität ist immer hoch, unabhängig vom Signal-Leistungspegel. 3. Es ist ein geringerer Minimalwert für die Empfangsleistung notwendig, als für den analogen Empfang. Nachteile: 1. Bei einem schlechten analogen Empfang, wenn nichts weiteres für einen besseren Empfang gemacht werden kann, wird der Kunden die Situation in Kauf nehmen und kann mit reduzierter Bildqualität am Rundfunk teilnehmen. 2. Bei DVB-T ist dies nicht möglich: im Fall eines erhöhten Rauschen rastet das Signal im Decoder nicht ein (Schwellwert Phänomen) und es wird kein Bild angezeigt. 3. Sekundenlange Unterbrechungen und Bildartefakte sind erheblich störender als ein spontaner Qualitätsverlust in analogen Signalen, die viel schneller wieder verschwinden. 17

18 RADIOFREQUENZ-MESSUNG FEHLERKORREKTUR BEVOR & NACH VITERBI - RAUSCHABSTAND DEMODULATOR 1. FEHLERKORREKTUR VITERBI 2. FEHLERKORREKTUR REED SOLOMON MPEG DECODER bber aber 18 Absolute Mindestwerte für bber und MER: bber=2x10 2 und MER mit zirka 20 db. Sie müssen 6 db Rauschabstand (bei 64QAM) über diese Grenzwerte erreichen. Viterbi verringert Fehlerraten um bis zu 2 x 10 4 (nach Viterbi aber) Reed Salomon korrigiert verbleibende Fehler um bis zu BER 1 x Damit erreichen Sie QEF ( quasi error free - fast ohne Fehler ) statistisch tritt nur alle 30 Minuten ein sichtbarer Fehler auf.

19 Hier sehen Sie eine schematische Repräsentation der Struktur eines DVB-T Receivers, in welchem die Fehlerkorrektur in zwei Stufen durchgeführt wird. Dies entspricht auch der Funktionsweise von Fernsehern und Sat-Receivern mit digitalem Empfänger. Die Viterbi-Schaltung wird in allen Arten des digitalen Rundfunk eingesetzt. Sie korrigiert die meisten Fehler und passt das System für die Reed-Solomon-Fehlerkorrektur an. Die Fehlerrate am Eingang des Decoders ist sehr unterschiedlich durch die Viterbi-Fehlerkorrektur wird sie viel niedriger und konsistenter. In der Abbildung auf Seite 18 sehen Sie die Fehler-Grenzwerte die von dem System toleriert werden. Wie schon erwähnt, sollten die Grenzenwerte aber höher angesetzt werden. Wenn man eine akzeptable und stabile Qualität gewährleisten möchte, muss man mit einer Empfangsreserve arbeiten (in der Regel sollte der Rauschabstand Noise Margin - bei DVB-T 6 db betragen). WICHTIG: Die wirkliche Innovation in der Antennen-Installation und Entwicklung besteht (im Gegensatz zum analogen Empfang) in dem Konzept des Rauschabstandes, dass in allen digitalen Systemen, z.b. im Kabel oder über Satellit, bedacht werden muss. Weil die Mindestwerte für die verschiedenen Empfangsparameter für SAT, Kabel und Terrestrisch unterschiedlich sind (siehe Seite 2), verwenden manche Messgeräte eine vereinfachte Signalqualitätsanalyse, in welcher zur Arbeitserleichterung FAIL-MARG-PASS angezeigt wird. 19

20 AUSBREITUNGSEFFEKTE Das reflektierte Signal verzögert sich, weil es eine längere Strecke zurückzulegen hat VERZÖGERT, DOCH SYNCHRON Wenn die beiden Sender synchron empfangen werden IST ES WIE EINE REFLEXION Im analogen Rundfunkt verursacht die Reflexion ein Geisterbild DVB-T wird durch Reflexionen gar nicht beeinträchtigt Das Signal verschlechtert sich, doch dies hat keinen Einfluss auf die Bildqualität 20

21 Die Aussage, dass ein DVB-T-System immun gegen Reflexionen ist, ist dies nicht ganz richtig. Das reflektierte Signal wirkt genau wie ein Rauschen, dass MER verringert und BER erhöht; dies führt zu Fehlern in dem empfangenen Signal, doch wir wissen, dass das System durchaus in der Lage ist, diese Fehler zu korrigieren, besonders wenn ein ausreichender Rauschabstand gewährleistet ist. An dieser Stelle führen wir ein neues Thema sowie eine neue Quelle der Rauschstörung ein,die ein neues Problem mit sich bringen: Bei einer ANALOGEN Ausstrahlung können Sie sofort durch die Bildbetrachtung unterscheiden, mit welcher Art von Störung Sie konfrontiert sind. Es wird sofort deutlich, dass das Doppelbild durch eine Reflexion erzeugt wird, während das Rauschen einen Schnee-Effekt bewirkt, die Kompression und den Bild-Synchronismus zerstört, usw. Bei der DIGITALEN Übertragung erzeugen alle Arten von Störungen und Reflexionen den gleichen Effekt: es kommt zu einer Senkung der MER und einer Verschlechterung der BER. Wir werden später eine praktisch unfehlbare Methode zeigen, um das Vorhandensein von Reflexionen zu erkennen und entsprechend zu handeln. Natürlich ist es sehr wichtig den Grund für die Störung herauszufinden, denn die erforderlichen Maßnahmen zur Beseitigung können jeweils unterschiedlich sein. 21

22 AUSBREITUNGSEFFEKTE BEISPIELE ZUR REFLEXIONSMESSUNG (ECHOS) zirka 3.5 MHz Die Verzögerung beträgt: 1/3.5 = 0.28 Mikrosek. zirka 80 Meter TX Signalpegel Unterschied [db] Maximal [db] Spektrum Welligkeit Minimal [db] Total, Spitze-Spitze [db] Beziehung zwischen Frequenz-Intervall in MHz zwischen zwei Spannungseinbrüchen im Spektrum und damit verbundene Verzögerung in Mikrosekunden Diese sind inverse Operationen: Verzögerung = 1/ (Frequenzintervall) (Im Spektrum sind nur kurze Verzögerungen durch nahe Hindernisse sichtbar).

23 Lassen Sie uns annehmen, dass sich elektromagnetische Signale (Licht und elektromagnetische Radiowellen, aber auch Röntgenstrahlen) mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, also: 300 Meter pro Mikrosekunde. 3.3 Mikrosekunden um 1km zurückzulegen. 224 Mikrosekunden um 67km zurückzulegen. Dies resultiert natürlich aus der Tatsache, dass die Lichtgeschwindigkeit km pro Sekunde beträgt. Hindernisse, die als Spiegel wirken, senden der Empfangsantenne ein verzögertes und gedämpftes Signal, dass zum benötigten Signal identisch ist. Bei einem analogen Signal sehen Sie ein doppeltes Bild auf dem Bildschirm. Wenn Sie einen großen Bildschirm mit 50 cm benutzen, entspricht die Verschiebung pro µs einen Zentimeter. Mit diesem Wissen kann oftmals die Entfernung zum Ursprung der Reflexion abgeleitet werden. Bei DVB-T Systemen sehen Sie keine Geisterbilder, doch im Spektrum werden Spannungseinbrüche (Welligkeiten) sichtbar. Dies wird dadurch erklärt, dass das Signal auf dem Weg aus der Phase gerät und die Verzögerung von der Frequenz abhängig ist, wodurch einige Bereiche im Spektrum verstärkt werden, während das Signal in anderen Breichen abfällt. Wir zeigen Ihnen, wie Messinstrumente einfache und genaue MIttel bieten können, um die Amplitude und die Entfernung der Reflexionen (Echos) zu ermitteln 23

24 AUSBREITUNGSEFFEKTE REFLEXIONEN ELIMINIEREN Antennen die mit zwei gleichlangen Kabeln mit einem Mischer verbunden sind Gewünschtes Signal Entfernung D 24 Störendes Signal Optimale Entfernung: D = λ/(2xsenθ) λ = Wellenlänge

25 Wir zeigen eine mühsame, aber sehr effektive Methode zur Reduktion von Reflexionen, die das gewünschte Signal stören. Nehmen wir an, dass Sie mit diesem System, dessen Erfolg von der Qualität der mechanischen Konstruktion abhängt, den Störpegel um 15 db und in einigen Fällen, mit Hilfe von professionellen Antennen, sogar um bis zu 20 db verringern können. Es ist wichtig, dass es sich um eine Störquelle aus nur einer bekannten Richtung handelt und dass Sie sicher sind, dass der Pegel nicht zu stark schwankt. Denken Sie daran, dass der Pegel von störenden Signalen durch unterschiedliche Wetterbedingungen um 20 oder mehr Dezibel schwanken kann, besonders wenn diese sich über Seen oder Meere propagieren. Das System funktioniert, weil das störende Signal einen genau eine halbe Wellenlänge längeren Weg zurücklegen muss bis es die Antenne 1 erreicht. Dadurch erreicht das Signal den Mischer mit einer 180 Phasendrehung (Anti-Phase). Das gewünschte Signal kommt jedoch immer in Phase zum Mischer, denn es muss zu den beiden Antennen den gleichen Weg zurücklegen. Problem behoben: mehr als 3 db Gewinn für das gewünschte Signal und 15 db Dämpfung ders störenden Signals. Bei der analogen Übertragung ist es schwierig eine Reflexion vollständig zu eliminieren, während es bei DVB-T einfacher ist, die erforderliche Reserve für einen stabilen Empfang zu erreichen. 25

26 AUSBREITUNGSEFFEKTE TABELLE ZUM ANTENNEN ABSTAND TABELLE: ABSTAND DER ANTENNEN ZUR REFLEXIONS-ELIMINIERUNG WINKEL IN FREQUENZ IN MHz GRAD Entfernungen in Meter Diese Werte sind kritisch: benutzen Sie die Tabelle für eine erste Annäherung und justieren Sie diese dann bis das Spektrum eine maximale Flachheit erreicht 26

27 Diese Tabelle ist nützlich, obwohl sie nicht alle möglichen Frequenzen und Winkel enthält. Die Werte sind genau berechnet, doch trotzdem ist etwas Experimentieren notwendig, da man nie die genaue Richtung des störenden Signals kennt. Diese Tabelle ist besonders interessant, wenn Sie wissen möchten, ob eine mechanische Lösung in der Praxis überhaupt möglich ist, da oftmals sehr großen Entfernungen beteiligt sind. Sind die Abstände zu klein und die beiden Antennen berühren sich, können Sie deren Entfernung einfach verdoppeln. Dieser Ansatz funktioniert sehr gut, besonders bei Reflexionen an der Erdoberfläche, wobei die Antennen an einem Mast untereinander montiert werden. Dies sieht man oft in der Nähe von Seen oder bei der Seefahrt, doch hier handelt es sich gewöhnlich um kleine Winkel. Ein guter Test besteht darin, die Höhe der Empfangsantenne zu verändern. Wenn dies die Höhe der Welligkeiten im Spektrum verändert, dann können Sie sicher sein, dass es sich um eine Reflexion aus dem Boden handelt. Wenn der Einschnitt im Spektrum besonders groß ist, oder gar einen Teil des Spektrums fehlt, dann müssen Sie vorsichtig sein, besonders wenn die Reflexion durch Wasser stattfindet, da das Ausmaß der Störung sich häufig während des Tages und der Nacht ändert. 27

28 AUSBREITUNGSEFFEKTE REFLEXIONEN AM BODEN Am Reflexionspunkt sind die Winkel der eingehenden und reflektierten Wellen gleich. Wenn Sie die Antennenposition ändern, verändert sich der Reflexionspunkt! 28

29 Eine weitere Situation, in welcher deutlich wird dass die Antenne die wichtigste Komponente für die Verbesserung der Empfangsbedingungen ist, sind die Reflexionen am Boden. Dieses System eignet sich für viele Städte in der Nähe von großen Wasserflächen, z.b. Seen oder das Meer, wo Reflexionen stark und mit ziemlich großem Winkel auftreten, in Anbetracht der kurzen Wege zu den Sendern. Im Fall von sehr weit entfernten Sendern werden trotz kleiner Winkel ebenfalls große Abstände zwischen den Antennen benötigt. Mit professionellen Antennentürmen können Sie Systeme aufbauen, die mit Entfernungen in der Größenordnung von 30 oder 40 Metern funktionieren. Ein Sender der zum Beispiel 1000 Meter hoch in einer Entfernung von 10 km sendet, wird mit einem Winkel von etwa 5 Grad und einem Abstand von etwa 3 Metern empfangen. Um zu sehen, ob Reflexionen vom Boden auftreten, wird der Pegel gemessen, während die Höhe der Antenne langsam variiert wird. Wenn Schwankungen in der Größenordnung von db festgestellt werden, gibt es sicher Bodenreflexionen (siehe Bild oben). In diesem Fall mag es nicht ausreichen, die Antenne so hoch wie möglich auszurichten, weil die Reflexion sich durch die gegebenen Wetterbedingungen verändert. Es tritt hier nicht eine Veränderung der Amplitude des reflektierten Signals auf, sondern eine Veränderung des Reflexionspunktes und somit der Phase des reflektieren Signals, wodurch der Pegel zwischen einem Maximum und einem Minimum schwanken kann. Eine sehr effektive Lösung besteht darin, die Antenne vom reflektierten Signal zu schützen, indem man diese niedriger montiert und das Dach als Schutzschild benutzt. 29

30 AUSBREITUNGSEFFEKTE HINTEN/VORNE ANTENNEN-VERHÄLTNIS beliebige Länge L Zum Receiver beliebige Länge L + λ/4 30 An der Vorderseite sind die Signale in Phase und das vorlaufende Signal wird durch das Kabel kompensiert. An der Rückseite der unteren Antenne ist das Signal um λ/4 verzögert und das Kabel verzögert es um weitere λ/4. Die Signale erreichen den Mischer mit 180 Phasendrehung (ANTIPHASE) und löschen die störenden Signale, die von hinten kommen.

31 Das hinten/vorne Antennen-Verhältnis ist der in db ausgedrückte Unterschied in der Reaktion der Antenne auf Signale die jeweils von vorne und hinten kommen. Im Falle von SFN-Netzwerken, besonders in flachen Regionen, wo es keine natürlichen Hindernisse gibt, die die Verbreitung von sehr weit entfernten und starken Sender verhindern, gibt es weite Bereiche wo Signale die Antenne von hinten erreichen. Das vorgeschlagene System ist, angesichts der geringen Abstände zwischen den Antennen, sehr nützlich und praktisch. Es kann zweckmäßig sein, zwei kleine Antennen zu montieren, anstatt zu versuchen, eine teure und große Antenne mit einem sehr hohen hinten/vorne Antennen-Verhältnis zu verwenden. Große Antennen sind sehr schwer zu finden und führen fast immer zu Problemen, wenn Sie diese am Mast bewegen müssen, da dieser ebenfalls aus Metall besteht und oftmals das Antennendiagramm verzerrt. Unsere einzige Warnung: Der Abstand zwischen den Antennen muss genau ein Viertel der Wellenlänge betragen, während die Länge des längeren Kabels wie folgt berechnet werden sollte: Größere Kabellänge = Länge der Viertel-Wellenlänge multipliziert mit dem Geschwindigkeitsfaktor des Kabels. Dieser Faktor wird von allen Herstellern zur Verfügung gestellt: für kompakte Isolierung (Polyethylen), beträgt er 0.66, während er bei erweiterten Kabel um die 0.87 beträgt. 31

32 IMPEDANZANPASSUNG IN VERTEILERSYSTEMEN GUTE ANPASSUNG Kopfstation Verstärker In DVB-T-Systeme sieht man deutlich die Auswirkungen der Impedanzfehlanpassung SCHLECHTE ANPASSUNG Kopfstation Verstärker Keine Welligkeiten sichtbar ( Ripple ) Keine Welligkeiten sichtbar ( Ripple ) 75 Ohm Abschlusswiderstand 1. Der Abschlusswiderstand fehlt 2. Eine reflektierte Welle wird erzeugt, die sich zurück bewegt 3. Diese verhält sich wie eine von der Antenne empfangene Reflexion 4. Das Ergebnis: SICHTBARE WELLIGKEITEN UNVORHERSEHBARE ERGEBNISSE GROSSE UNTERSCHIEDE IM PEGEL 32

33 Reflexionen die durch eine Fehlanpassung verursacht wurden, entsprechen der von einem Hindernis verursachten Reflexion an der Antenne. Der Unterschied besteht darin, dass die Verteiler-Kabel angepasst werden können, wodurch ein sehr gutes Ergebnis erzielt werden kann, während es bei Reflexionen an der Antenne oftmals keine Lösung gibt. Die rückkehrende Welle addiert oder subtrahiert sich positionsbedingt zur direkten Welle, je nachdem ob beide Wellen in Phase oder gegenphasig sind. Es gibt zwei Möglichkeiten, um die Fehlanpassung zum Ausdruck zu bringen: 1. RL (Return Loss Rückflussdämpfung): gibt in db an, um wie viel die reflektierte Welle im Vergleich zur gesendeten Welle gedämpft wird. Je höher der Wert, desto besser die Anpassung. Es sollte ein Wert grösser als db erreicht werden. 2. VSWR (Voltage Standing Wave Ratio Spannungs Verhältnis der stehenden Welle): ausgedrückt als eine lineare Zahl, zeigt dieser Wert das Verhältnis zwischen der maximalen und der minimalen Spannung im Kabel an. Er sollte niedriger als 1,4-1,2 sein. Der beste Weg, das VSWR zu messen besteht darin, einen Reflektometer zu verwenden. Es kann aber auch beobachtet werden, ob die Verteilungsanlage die Ebenheit des Spektrums beeinträchtigt, d.h. die Form des Spektrums im Vergleich zu dem von der Antenne empfangen Signals verändert wird. Ein Rauschgenerator ist sehr nützlich um auf einfache Weise die Verteileranlage zu testen, denn es wird so die gesammte TV- oder SAT-Bandbreite auf einem einzigen Bildschirm angezeigt. In Ländern wie Spanien, ist dieser Test gesetzlich vorgeschrieben, siehe ICT -Regulierungen. 33

34 SFN (Single Frequency Network) Versorgung im städtischen Gebiet Versorgung im außerstädtischen Gebiet 34 Das reflektierte Signal ist verzögert, aber absolut synchron. Das DVB-T-System toleriert verzögerte Reflexionen mit bis zu 224 μsekunden, je nach Modulationsparameter. Es ist möglich, ein Netzwerk mit synchronisierten Sendern aufzubauen, in welchem alle die gleiche Frequenz benutzen.

35 Da das System (im Rahmen des möglichen) immun gegen Reflexionen ist, kann ein Netzwerk aus synchronen Sendern in der Tat umgesetzt werden. Dies existiert bereits in einigen Ländern wie Spanien und Italien. Es muss lediglich gewährleistet werden, dass das gleiche Bit zum gleichen Zeitpunkt und auf der gleichen Frequenz gesendet wird. Dieses Ziel zu erreichen ist sehr aufwendig und teuer; es sind vollständig synchrone digitale Verteilnetze erforderlich, viele Umsetzer müssen in Sender umgewandelt werden. Schließlich muss ein genauer Frequenz-Sollwert an allen Standorten gewährleistet sein. So muss die erforderliche Genauigkeit ca. 1 Hz für die Frequenz und einige wenige Nanosekunden für das Timing betragen. Die folgenden Punkte fassen das Thema zusammen: 1. Ein reflektiertes Signal wird toleriert, egal wie weit es entfernt ist, so lange es mindestens 20 db unter dem Pegel des Nutzsignals empfangen wird. Es wird den Rauschabstand nicht nennenswert verringern (im Grunde verhält es sich wie normales Rauschen). 2. Wenn die Verzögerung unter einen bestimmten Grenzwert fällt, der von den Übertragungs-Parametern abhängig ist, können Sie sogar ein reflektiertes Signal auf dem gleichen Pegel-Niveau des Nutzsignals tolerieren. 3. Es ist immer eine gute Idee, das reflektierte Signal über 6 db niedriger als erforderlich zu halten, um sicherzustellen, dass genügend Reserven für zufällige Verschlechterung und Variationen verbleiben. 35

36 SFN (Single Frequency Network) ECHOS UND GUARD INTERVAL Direkter Weg + Echo Symbol N Symbol N+1 Das Echo ist eine abgeschwächte und verzögerte Kopie des gewünschten Signals = Symbol N Symbol N+1 Empfangenes Signal intersymbolische interferenz intrasymbolische interferenz Ein Ausfall wird eingefügt und als GUARD INTERVALL bezeichnet Wenn die Reflexionen innerhalb des Guard-Intervall fallen, erzeugen sie keine Fehler (der Decoder verwirft alle falschen Informationen im Guard-Intervall) Sobald sie außerhalb des Guard-Intervalls fallen, empfängt der Decoder die Fehler als Interferenz und... dies führt zu Problemen! 36

37 Der Vorgang basiert darauf, den falschen Teil der Informationen aus der verzögerten Reflexion zu löschen. Es ist, als ob man in Gegenwart von einem Echo beim Sprechen den ersten Teil der gesprochenen Silben filtern könnte. Ein Echo stört, wenn es nicht zu verzögert auftritt, nur den ersten Teil der gerade neu gesprochenen Silbe mit der unmittelbar vorher ausgesprochenen Silbe. Natürlich bräuchte man ein vollständig synchronisiertes System um erraten zu können, wo man den Empfang filtern muss. Um ordnungsgemäß zu funktionieren, sendet das so genannte SFN Single Frequency Network mit einer kalibrierten Leistung, die nicht zu hoch sein darf, um nicht zu weit entfernt zu senden. Sonst würde die Verzögerung im Vergleich zu lokalen Sendern zu groß werden und außerhalb der maximal zulässigen Distanz liegen. Die maximale Verzögerung wird als GI, Guard Interval, bezeichnet und beträgt 224 Mikrosekunden im SFN-Modus (8k-Träger). Oftmals haben Sender beabsichtigte Verzögerungen eingestellt, damit die Ankunftszeiten der Signale auf ein bestimmtes Gebiet abgestimmt sind. Allerdings ist es nicht immer möglich, alle Anforderungen in schwierigen Gebieten zu erfüllen. In diesen Fällen sollte ein Installateur wissen, wie man die verschiedenen Signale, die an der Antenne ankommen, sucht und misst, damit diese korrekt ausgerichtet wird und Signale mit zu großer Verzögerung eliminiert werden. 37

38 SFN (Single Frequency Network) MESSUNG DER NETZVERZÖGERUNG Messen Sie die Verzögerungszeit zwischen Reflexionen Jedes empfangene Signal wird als vertikaler Balken dargestellt Horizontal lesen Sie die Verzögerung in Mikrosekunden, oder die Entfernung in km, ab Beispiel für einen guten Empfang in SFN-Netzwerken. Es gibt zwei Echos, aber sie sind innerhalb des Guard-Intervalls. Das PRE-ECHO wird hier gezeigt Es handelt sich um eine schwache Reflexion, die zuerst eintrifft. Manchmal kann dies zu Problemen bei einigen Decodern führen. Beispiel für schlechten Empfang in SFN-Netzwerken. Es gibt zwei Echos AUSSERHALB des Guard- Intervalls. 38

39 Fast jedes Instrument hat ein SFN-Modus und viele von ihnen können ein Diagramm wie das in der Abbildung auf Seite 38 darstellen, wo die verschiedenen eingehenden Signale als Linien oder vertikale Balken angezeigt werden (denken Sie daran, dass alle Signale die gleiche Frequenz haben). Was Sie aus der SFN ECHO Darstellung ablesen können: 1. Die horizontale Achse ermöglicht es Ihnen, die Verzögerungen zwischen den einzelnen Signalen abzulesen. In der Regel wählt das Instrument das beste Signal und positioniert es auf Null und unter jedem senkrechten Balken können Sie die Verzögerung der einzelnen Signale abessen. 2. Die Amplitude jedes Signals, mit den Angaben in db, wird auf der vertikalen Achse angegeben. 3. In der Regel gibt es eine farbige Fläche (in unserem Beispiel in grün), die den Guard-Intervall darstellt. So kann man auf einen Blick sehen, ob ein Signal zu stark ist und ob es außerhalb des Guard-Intervalls liegt. WICHTIG: Die Ausrichtung der Empfangsantenne muss so optimiert werden, dass das gewünschte Signal mit höherer Leistung als andere Signale empfangen wird und Signale ausserhalb des Guard-Intervalls gar nicht empfangen werden. Es sei daran erinnert, dass es besser ist die Echos zu reduzieren, vor allem jene die außerhalb der GI liegen, anstatt bei der Ausrichtung nur nach der maximalen Leistung des empfangenen Signals zu suchen. 39

40 SFN (Single Frequency Network) REDUZIERUNG DER ECHOS & MAX distance Die Signale bewegen sich mit Lichtgeschwindigkeit Sie propagieren sich mit km pro Sekunde, 300 Meter in einer Mikrosekunde Dies entspricht ungefähr 3.3 Mikrosekunden pro Kilometer Mit einer Landkarte wissen Sie sofort ob Sie ein Sendung innerhalb oder außerhalb des Guard-Intervall empfangen 40

41 Hier finden Sie einige Regeln um den SFN-Empfang zu verbessern: 1. Es ist unvermeidlich, dass bei der Abdeckung einer großen Region einige Bereiche nicht ausgeleuchtet werden; bei digitalem DVB-T besteht jedoch eher ein Problem wegen der Koexistenz von verschiedenen SFN-Signalen. 2. Auch wenn die Ankunftszeiten von Signalen innerhalb des Guard-Intervalls liegen, ist es problematisch, Systeme mit SFN- Signale auf gleichem Pegel zu betreiben. Um eine ausreichende MER- und BER-Reserve zu gewährleisten, sollten Echos mindestens 10 db unterhalb des Haupt-Signals liegen. 3. Es kann theoretisch zur Situation kommen, in welcher zwei Antennen-Signale gleichzeitig, mit dem gleichen Pegel und der gleichen Verzögerung empfangen werden. Dies führt dazu, dass keine Bilddarstellung möglich ist, oder diese äußerst instabil ist. 4. Verwenden Sie Richtantennen und werfen Sie einen genauen Blick auf die SFN ECHO-Messung, um die beste Ausrichtung der Antenne zu ermitteln (versuchen Sie z.b. die Antenne in Richtung der unerwünschten ECHOS zu verdecken). 5. Seien Sie vorsichtig, wenn Sie 2 oder mehr Antennen zusammenschließen: eine ausgerichtete Antenne wird immer Signale aus einer anderen Richtung aufnehmen, wodurch ungewünschte Reflexionen (ECHOS) entstehen. 6. Empfangene Signale außerhalb des Guard-Intervalls gelten immer als Störungen und müssen um mindestens 25 db reduziert werden. WICHTIG: Die Ausrichtung der Empfangsantenne muss optimiert werden, um hauptsächlich ein Signal stärker als die anderen zu empfangen und um Signale außerhalb des Guard-Intervalls abzuschwächen. Es lohnt sich daran zu erinnern, dass es besser ist die ECHOS zu reduzieren, besonders jene die außerhalb des Guard- Intervalls liegen, als nur zu versuchen einen möglichst hohen Signalpegel zu erreichen. 41

42 SFN (Single Frequency Network) DIE SUMME DER SIGNALE ZWEIER SENDER In den dunklen Bereichen habe Sie eine Addierung der Phasen: 6 db mehr Mit diesen Linien können SIe die Verzögerung in Mikro- Sekunden sehen (50 µs pro Linie) µs µs TX1 TX2 42

43 Dieses Bild zeigt das Beispiel eines SFN-Netzes auf einer vollkommen ebenen Fläche, ohne natürliche Hindernisse, mit zwei SFN-Sendern. Bei der Erkundung einer Fläche finden Sie Stellen, an denen Signale aufgrund der Phasenschwankungen addiert oder subtrahiert werden, in Abhängigkeit von der Entfernung zwischen den Sendern. In Gebieten, wo die empfangenen Signale von zwei Sendern gleich oder sehr ähnlich sind, sind die Schwankungen besonders stark. Es gibt Stellen, an denen das Signal auf Null geht und Stellen, an denen das Signal sich um 6 db erhöht. Dies geschieht innerhalb eines Abstands von etwa einer halben Wellenlänge, weil bei jeder halben Wellenlänge eine Invertierung der Phase erfolgt: Wellenlänge λ = 300/Frequenz in MHz Wenn Sie sich von einem Sender entfernen, werden seine Signale schwächer im Vergleich zu den anderen Sendern, wodurch die Phasenverschiebung nicht so stark erfolgt und ein flacheres Spektrum beobachtet werden kann, weil die Phasenverschiebungen von der Frequenz und der Entfernung abhängt. Single Frequency Networks arbeiten nur wenn die Verzögerungen innerhalb des Guard-Intervalls fallen. Das Diagramm zeigt eine Fläche von etwa 100 km, in welcher die Verzögerungen in µs entlang der Kurven konstant sind: die Verzögerung ist für jede Kurve dargestellt. Wir müssen sicherstellen, dass der Empfang in dem Bereich, wo die Verzögerung den Guard-Intervall übersteigt, nur von einem Sender erfolgt, unter Anwendung einer Antenne mit einem guten hinten/vorne Antennen-Verhältnis und guter Abschirmung von den anderen Sendern. 43

44 SFN (Single Frequency Network) EMPFANGSBEISPIEL ZWEIER SENDER 300µS 250µS 200µS 150µS 100µS 44 Auf den Linien wird das Signal zweier Sender mit der gleichen Verzögerung empfangen 50µS

45 Als Beispiel haben wir Kurven mit konstantem Pegel auf eine geografischen Karte des Padana-Tals im Nordwesten Italiens überlagert. Hier gibt es ein SFN-Netzwerk, das von der italienischen Rundfunkanstalt Rai Way entworfen und aufgebaut wurde. Es besteht aus einigen Hochleistungs-Sendern die eine große Region abdecken. Sie können sehen, dass der Abstand zwischen den Sender-Standorten bei Mount Penice und Mount Eremo so weit entfernt stehen, dass die Verzögerung das Guard-Intervall überschreitet. Im Osten vom Berg Penice gibt es den Berg Venda, wo ein weiterer Hochleistungs-Sender steht. Weiterhin stehen solche Sender in den Regionen von Friaul und Emilia Romagna, im Nordosten von Italien. In Fällen wie diesen ist es sehr schwierig die Verzögerungen innerhalb des Guard-Intervalls zu halten, in dem man künstliche Verzögerungen an den verschiedenen Standorten einfügt, denn der Gewinn in einer Richtung bedeutet einen Verlust in der anderen Richtung. Allerdings können natürliche Hindernisse dazu beitragen, Ausbreitungen jenseits einer bestimmten Entfernung (beachten Sie die Gebirge östlich von Turin) zu vermeiden. Eine sorgfältige Gestaltung der Antennendiagramme und die Kalibrierung der Sende-Leistung tragen auch zu einem verbesserten Empfang bei. Die Richtwirkung der Empfangsantennen ist von grundlegender Bedeutung. Internationale Planungs-Gremien, die für Rundfunk-Vorschriften verantwortlich sind, haben festgestellt, dass eine normale Antenne eine Dämpfung von 10 db für Signale aus einem Winkel von 25 Grad und etwa 15 db für Kreuzpolarisation haben sollte. 45

46 MODULATIONSPARAMETER UND GRENZWERTE Netto Bit Rate (Mbit/s) G.I. FEC Am häufigsten in Italien 46 Zusammenhang zwischen: Transportkapazität mit verschiedenen Modulationen, FEC und Guard Intervall

47 Das Diagramm zeigt deutlich die Transportkapazität des DVB-T-Übertragungssystems, mit verschiedenen Modulation-Arten (Konstellationen). Sie reichen von einer Kapazität von rund 7 Mbit/Sekunde bis zu einer Kapazität von etwa 35 MBit/Sekunde. Dies bedeutet, dass 1 bis 4 oder gar 5 Programme, teilweise sogar in High Definition, übertragen werden können. Wie Sie sehen können, zahlen Sie eine größere Übertragungskapazität mit einer geringeren Robustheit des Signals und umgekehrt Wenn Sie ein SFN Netzwerk verwalten möchten, müssen Sie einen Teil der Kapazitäten dem Guard-Intervall und der FEC widmen, wie es auch im Diagramm ersichtlich ist. Das im Diagramm gewählte System kombiniert eine gute Fehlerkorrektur, dank der hohen FEC, mit einer hohen Bit Rate. Dies wird durch Verwendung der 64-QAM Modulation ermöglicht, die jedoch eine ausreichende Marge für MER und BER benötigt, wie wir im Folgenden sehen werden. 47

48 Parameter und Grenzwerte GRENZWERT FÜR Q.E.F. EMPFANG QEF = Quasi Error Free (Fast Fehlerfrei) In Italien am häufigsten Mindestwert für C/N (db) 48 Zusammenhang zwischen: Träger-Rauschleistungsverhältnis und Modulations-Parameter für Q.E.F. Kanal mit vielen ECHOS ---RAYLEIGH--- Optisch sichtbar mit einigen (wenigen) ECHOS ---RICE--- Normaler Kanal, nur durch Rauschen beeinträchtigt ---GAUSSIAN---

49 Um eine minimale Empfangsreserve zu haben, sollten die folgenden Bedingungen erfüllt sein: QEF - Quasi Error Free: fast fehlerfreier Empfang. Lassen Sie sich nicht durch das Wort fast Irre führen. Seine Bedeutung ist eindeutig: Sie müssen nicht mehr als einen Fehler pro Stunde in dem demodulierten digitalen Signal tolerieren. Daraus ergeben sich eine maximal zulässige Anzahl von Fehlern an der Antenne von bis zu 1 x 10-2 bber, d. H. ein Bit-Fehler bei 100 übertragenen Bits. Bei normalen Empfangsbedingungen ist das thermische Rauschen in der Regel die wichtigste Quelle für die Signalbeeinträchtigung, also die Störung die den Schnee-Effekt bei analogen Systemen verursacht. Beim Satellitenempfang ist dies die einzige Fehlerquelle, weil es keine Hindernisse auf dem Übertragungsweg gibt, die Reflexionen oder Störungen verursachen könnten, von ganz wenigen Ausnahmen abgesehen. Auch für den DVB-T Empfang ist das Hauptproblem nach wie vor das thermische Rauschen. Im Diagramm sehen Sie anhand der Höhe der Balken, das benötigte C/N Träger-Rauschleistungsverhältnis für einen Empfang über dem Schwellwert, ab welchem das Signal einrastet. Mit anderen Worten bedeutet dies, dass Sie für einen guten und stabilen Empfang in QEF Bedingungen ohne Rauschabstand einige db Reserve haben müssen. Es werde drei Empfangsarten gezeigt (Rayleigh-Rice-Gauß), die Namen berühmter Wissenschaftler tragen, deren Forschung diese statistischen Werte ermöglicht haben. Da niemand genau die elektromagnetischen Felder in der Wohnung eines Anwenders vorhersagen kann, wurden Feld-Vorhersagen durchgeführt, die sich an internationale Standards halten und sehr effektiv ein 200 X 200 Quadratmeter großes Raster berechnen können. 49

50 Parameter und Grenzwerte MINDEST-LEISTUNG & SCHWELLWERT Korrektur für Laufzeitvariation Korrektur für Raumvariation C/N QEF (Fast Fehlerfrei) Mindest-Pegel Rauschmass Die empfangenen Felder sind überall im jeweiligen Bereich getestet worden. Statistische Korrekturen werden wegen den Variationen des Signals in Raum und Zeit eingesetzt. 50

51 Sobald die Sender aktiviert werden, können diese Vorhersagen durch Punkt-Messungen (im Einklang mit den einschlägigen Vorschriften) geprüft werden. Aufgrund des besonderen Verhaltens von DVB-T, kann es zu Bildunterbrechungen kommen, anstatt einer graduellen Reduzierung der Bildqualität wie beim analogen Fernsehen. Deshalb wird die Feldstärke erhöht, um die statistische Ausleuchtung aller Nutzer zu gewährleisten. Eine ähnliche Erhöhung der Sendeleistung, um Veränderungen von Störsignalen zu verhindern, wurde ebenfalls durchgeführt. Dies ist jedoch heikel, weil Störungen oft außerhalb des Guard-Intervalls liegen und manchmal, je nach den zufälligen Ausbreitungsbedingungen, ein starkes Signal haben können. Aus diesem Grund muss eine Leistungsreserve gewährleistet werden, die mindestens 6 bis 10 db über der minimalen Empfindlichkeit liegt. Aus Laborversuchen, die an kommerziellen Decodern durchgeführt wurden, konnte festgestellt werden, dass fast alle Decoder einen fast fehlerfreien Empfang (QEF) bei etwa 29 dbµv Leistung gewährleisten! Dies ist ein sehr niedriger Wert, doch es müssen noch die Fehler-Korrekturen hinzugefügt werden. Wie wir anschließend erklären werden, sollten Sie etwa 39 dbµv als das absolute Minimum nehmen, doch es ist besser, den Empfang auf zirka 49 dbµv zu halten. 51

52 Parameter und Grenzwerte EM FELDER UND EMPFANGSLEISTUNG Beispiele bei 500 MHz: Antenne: 10 db Gewinn Gemessener Pegel: 41 dbµv 1. Lesen Sie den Antennen-Faktor db 2. Addieren Sie den Pegel Gesamtwert dbµvm Berechnung des Antennen-Faktors für eine Antenne mit 10 db Gewinn 52

53 Das elektromagnetische Feld wird in dbµv/m gemessen. Die empfangene Leistung wird in dbuv gemessen dbµv gemessen. Beide Maßeinheiten erleichtern die Berechnungen, wenn man die verschiedenen Pegel in einem Verteilungssystem herausfinden möchte: einfach den Gewinn oder die Dämpfung die das Signal auf seinem Weg widerfährt entsprechend addieren oder subtrahieren. In der Tat benötigen Sie lediglich eine Tabelle mit den Mindestwerten für die verschiedenen Vertriebssysteme. Durch Addition der Kabeldämpfung und Subtraktion des Verstärkungsfaktors, die beide in db angegeben werden, können Sie den Wert der Signal-Leistung in dbµv ermitteln. Für die Planung ist der Antennen-Faktor nützlich, da sich die Werte auf das elektromagnetische Feld beziehen und daher in dbµv/m angegeben werden. Der Antennen-Installateur, der die Antennenverstärkung kennt, oder ein ähnliches Diagramm benutzt, ist in der Lage, die Signalleistung am Eingang des Receivers oder des Messgerätes mit ausreichender Genauigkeit vorherzusagen. Zusammenfassend: die Größe dbµv/m gibt an, wie viel Pegel auf einem Dach fällt, während der Antennen- Faktor angibt, wie viel elektromagnetischer Regen mit Ihrer Antenne erfasst werden kann.. HINWEIS: Für Antennen mit einer Verstärkung von mehr als 10 db, müssen Sie vom in dem Diagramm abgelesenen Wert den Gewinn-Unterschied subtrahieren. Z.B.: F = 470 MHz; Antennen G = db, abgelesener Antennen F = 14 db Subtrahieren Sie: ( ) = 3.5, d.h. Antennen F = 10,5 db, Andernseits, wenn die Antenne weniger als 10 db Gewinn hat, müssen Sie den Unterschied addieren. 53

54 Parameter und Grenzwerte ZUSAMMENHANG ZWISCHEN MER & BER Diese gemessenen Punkte zeigen eindeutlich dass Sie oftmals eine gute MER und eine schlechte BER haben können Ergebnis einer Messreihe, die nach Aktivierung der Testphase eines SFN Netzwerkes in 1999 durchgeführt wurde. 54

55 Obwohl MER ein guter Indikator für die Qualität des Signals ist, gibt es doch einige wichtige Ausnahmen. Es gibt Fälle, die den Empfang erschweren und Fehler durch den Verlust der Daten-Kohärenz erzeugen. Generell gilt, dass wenn ausschließlich thermisches Rauschen auftritt, MER und C/N fast die gleichen Werte haben. Die BER vor Viterbi-Fehlerkorrektur (bber) ist ein Index, der dazu verwendet werden kann, um die allgemeine Qualität eines Signals zu bestimmen. Manchmal kommt es vor, dass bei bestem MER der BER nicht gut ist, oder sich nicht verbessert, obwohl MER sehr hohe Werte anzeigt. Dieses Verhalten ist wie bereits erwähnt normal. Die Grafik zeigt deutlich, dass die beiden Parameter nicht zusammenhängen, wie z.b. im Fall der Impuls-Störungen oder Pre-Echos. Sie müssen immer beide Messungen durchzuführen und sich daran erinnern, dass die Empfangsqualität wesentlich von der BER abhängig ist. Wenn Sie die Einstellung am System vornehmen, z. B. Ausrichtung der Antenne oder sonstige Modifikation, müssen Sie hauptsächlich MER und BER überprüfen, statt lediglich auf die empfangene Leistung zu achten. Benutzen Sie MER als Hinweis für die Qualität der Verstärker und insbesondere Wandler, im Hinblick auf die Verschlechterung des Signals zwischen dem Ein- und Ausgang der verschiedenen im System benutzten Elemente. Bitte beachten Sie: Jeder Gerätehersteller verwendet verschiedene Namen für die beiden BER-Messungen. Deshalb haben wir beschlossen, die englischen Abkürzungen zu verwenden, da diese als erste das DVB-T-Netz in Europa im Jahr 1998 einführten. bber = aber = b steht für before, d.h. der Messwert wird vor der Viterbi-Fehlerkorrektur angegeben. Oftmals wird dies auch Pre BER oder CBER bezeichnet. a für after, d.h. der Messwert wird nach Viterbi-Fehlerkorrektur angegeben. Oftmals wird dies auch PostBER oder VBER bezeichnet. 55