FB
MÓJ KOSZYK
Mój koszyk jest pusty

TV, TV-SAT

Pomiary

O pomiarach sygnału antenowego
Znajomość parametrów sygnałów czyli: poziomów natężenia pola sygnałów pożądanych, poziomów użytecznych na wyjściach abonenckich, zakłóceń szumowych, zakłóceń pochodzących od odbiorników abonenckich, zniekształceń nielinearnych (nieliniowych), impedancji, parametrów wzmacniaczy i przemienników częstotliwości, niezawodności i wielu innych, pozwala na sporządzenie projektu instalacji antenowej.

Większość parametrów sygnału można zmierzyć stosując selektywne mierniki poziomu, zwane często miernikami pola. Należy zauważyć, iż wykonywanie pomiarów nie jest stratą czasu lecz koniecznością. Tylko wykonanie serii zaplanowanych pomiarów może zweryfikować obliczone parametry instalacji, pozwoli także na szybkie ustalenie miejsca w którym popełniono błąd podczas montażu lub projektowania.


Najważniejsze parametry sygnałów przesyłanych w sieciach przewodowych:
Poziom mocy sygnału w danym punkcie instalacji. Poziom mocy sygnału jest wyrażany w dBuV (telewizja naziemna) lub w dBm (telewizja satelitarna). Obie jednostki wyrażają względny poziom mocy. W przypadku dBuV mocą odniesienia jest moc jaka wydziela się na rezystancji 75 Om po przyłożenia napięcia 1 uV, natomiast dla dBm mocą odniesienia jest moc 1 mW.
Każdy miernik poziomu pozwala także na pomiar średniej mocy sygnału cyfrowego. Przy takim pomiarze należy dostroić miernik do częstotliwości środkowej mierzonego kanału. Do wartości zmierzonej należy dodać wartość współczynnika korekcji odczytaną z tabelki poprawek dołączonej do miernika, zależną od szerokości pasma kanału lub ustawić miernik na tryb pomiaru sygnałów cyfrowych.
Minimalny Pabmin i maksymalny Pabmaks poziom sygnału na wyjściu abonenckim. Pomiar poziomu na wyjściu gniazda abonenckiego jest najprostszy i najłatwiejszy w wykonaniu i interpretacji. Sprowadza się do odczytu wskazania przyrządu. Musi on być większy niż 62 dBuV i mniejszy niż 80 dBuV. Ograniczenie dolne jest narzucone przede wszystkim przez minimalny odstęp S/N, czyli parametry szumowe głowicy wielkiej częstotliwości w odbiorniku. Ograniczenie górne jest uwarunkowane przez możliwość przesterowania wzmacniacza pośredniej częstotliwości. Praktycznie jeszcze przy poziomie 55 dBuV oraz 90 dBuV jest możliwy dobry odbiór (obie wartości zależą od konkretnego odbiornika).
zakres poziomów na gnieździe abonenckim
Minimalny poziom na wejściu pierwszego wzmacniacza w sieci Pminwe . Podobnie jak inne poziomy jest wymuszany przez minimalny odstęp sygnał–szum, i dla osiągnięcia dobrej jakości musi być wyższy od 53 - 56 dBuV (w zależności od pasma). Jest sprawą niezwykle istotną dla poprawnego funkcjonowania instalacji, by także przy wzroście dowolnego sygnału wejściowego o kilka dB nie nastąpiło przesterowanie któregoś z elementów aktywnych, co wymusza projektowanie instalacji z zapasem 2 - 4 dB.
Odstęp mocy sygnału od mocy szumu S/N (Signal to Noise ratio). Mówi on ile razy moc sygnału użytecznego jest większa od mocy szumów wzmacniacza. Na ten parametr wpływ mają poziom na wejściu elementu aktywnego i jego współczynnik szumów, który powinien być podany w dokumentacji technicznej wraz z informacją, czy jest wartość maksymalna, czy średnia. Praktycznie zbyt mały odstęp S/N objawia się śnieżeniem oraz przy dalszym jego obniżaniu kolejno: utratą odbioru kolorowego, zanikiem głosu i zerwaniem synchronizacji. Polska Norma mówi że minimalny S/N dla telewizji powinien wynosić 43 dB a dla radiofonii UKF–FM 55 dB.
ilustracja pojęcia S/N
Pomiar odstępu sygnał–szum jest możliwe nawet kiedy miernik nie posiada specjalnej funkcji realizującej ten pomiar. Na początku dokonujemy pomiaru poziomu sygnału wizyjnego, odbywa się to poprzez odczyt poziomu ze skali na wskaźniku wychyłowym i dodanie wartości wynikającej z ustawionego zakresu oraz wartości poprawki odczytanej z karty błędów miernika. Pomiaru tego dokonujemy w miejscu w którym chcemy ustalić odstęp S/N i przy obecności wszystkich sygnałów użytecznych.
Następnie odłączamy tor antenowy od wejścia instalacji, załączamy rezystor zakończeniowy, po czym odstrajamy miernik o 2 MHz od częstotliwości nośnej i odczytujemy drugą wartość. Różnica obu wartości jest poszukiwanym odstępem S/N. Zalecane jest by drugi pomiar był przeprowadzany przy braku sygnałów użytecznych, należy też wykluczyć zakłócenie spoza sieci kablowej.
Podobnie dokonywane są pomiary w zakresie pierwszej pośredniej częstotliwości satelitarnej (950 - 2150 MHz).
Odstęp częstotliwości nośnej do szumu C/N (Carrier to Noise ratio). Ten parametr mówi ile razy moc częstotliwości nośnej jest większa od mocy szumów wzmacniacza. Jest on istotny w systemach satelitarnych z modulacją częstotliwości (analogowe programy satelitarne) i fazy (np. QPSK – stosowany w satelitarnej telewizji cyfrowej).
Wyliczenie odstępu sygnał–szum na podstawie odstępu nośna–szum jest możliwe z odpowiedniego wzoru opisującego charakterystykę demodulatora FM, (można go znaleźć w każdej publikacji poświęconej telewizji satelitarnej, a szczególnie bilansowaniu łącza satelitarnego np. D. J. Bem “Telewizja satelitarna”). Prawidłowy odbiór programów z modulacją FM, czyli analogowych wymaga by C/N było nie mniejsze niż 5 - 10 dB, natomiast w przypadku programów z modulacją QPSK, cyfrowych 7 - 12 dB.
W przypadku satelitarnych instalacji zbiorczych odstęp C/N powinien wynosić 16 dB (przy braku opadów deszczu). Pomiar odstępu sygnał–nośna jest możliwy dzięki specjalnej funkcji lub procedurze pomiarowej podobnej do opisanej powyżej.
Bitowa stopa błędów BER (Bit Error Ratio). Bitowa stopa błędów BER jest parametrem decydującym o jakości i możliwości odbioru programów nadawanych cyfrowo (np. z modulacją QPSK, jaka jest stosowana w systemie DVB (Digital Video Broadcasting)). Praktycznie musi być ona większa od 10-3 by odbiór byłe ogóle możliwy, natomiast wartość 10-9 gwarantuje odbiór idealny, co odpowiada orientacyjnie wartości C/N równej odpowiednio 7 dB i 12 dB.
Bitowa stopa błędów równa 10-9 oznacza że tylko jeden na miliard przesłanych bitów może być przekłamany. Ze względu na stosowanie FEC (Forward Error Correction, korekcja błędów) wartość BER zapewniająca poprawną jakość odbioru jest zmienna. Pomiar jest dokonywany miernikiem ze specjalną funkcją pomiaru BER.
Bitowa stopa błędów jest ściśle powiązana z odstępem C/N, tzn. jest możliwe znając C/N obliczenie BER, lecz praktycznie ze względu na tzw. straty implementacji (nieidealność urządzeń bardzo trudna do przewidzenia w teoretycznych rozważaniach) wynik takiego szacunku jest obarczony pewnym błędem.
Wpływ odstępu C/N na wartość BER i jakość obrazu

C/N[dB]

BER

jakość

5

10-3

nieakceptowalna

8

10-4

niedostateczna

10,5

10-5

zadowalająca

11,7

10-6

dobra

12,3

10-7

bardzo dobra

12,8

10-8

doskonała

13,2

10-9

idealna

różnica poziomów sygnałów użytecznych D P.
W całym zakresie częstotliwości poziomy nie powinny się różnić więcej niż o 10 dB (lub 12 dB według zalecenia Ministerstwa Łączności). Ze względu na ograniczoną selektywność odbiorników należy unikać rozprowadzania sygnałów w sąsiednich kanałach, a jeśli jest to niemożliwe to poziomy kanałów sąsiednich powinny się różnić mniej niż o 3 dB. W zakresie 60 MHz ta różnica powinna być mniejsza niż 6 dB. Ustawienie możliwie zbliżonych poziomów programów jest jednym z ważniejszych etapów regulacji.
różnica poziomów pomiędzy kanałami
Odstęp nośnej wizji od podnośnej fonii (carrier to subcarrier ratio). Jest parametr określający o ile podnośna fonii ma niższy poziom od nośnej wizji, powinien on wynosić 10 dB, choć coraz częściej przyjmuje się iż wartością pożądaną jest 16 dB. W przypadku przesyłania drugiej podnośnej fonii jej poziom musi być obniżony o 20 dB (lub 18 dB). Zbyt duży odstęp powoduje pogorszenie jakości dźwięku, natomiast za mały wywołuje zakłócenia obrazu. Parametr ten jest szczególnie ważny w sieciach kablowych z przesyłaniem programów w kanałach sąsiednich, czyli bez odstępu kanałowego.
różnica poziomów sygnałów wizji i fonii
Osobnym aspektem pomiarów jest wykorzystywanie analizatora widma. W praktyce jest on najbardziej przydatny do:
  • wyszukiwania sygnałów pasożytniczych np. wynikających z nieliniowości wzmacniaczy, harmonicznych generatorów w modulatorach czy wreszcie będących efektem złej pracy głowicy telewizyjnej,
  • oceniania separacji polaryzacji,
  • regulacji kąta skręcenia konwertera,
  • testowaniu multiswitch’y.
  • bardzo szybkiej, choć nie tak dokładnej jak przy zwykłym pomiarze regulacji poziomu w zestawach wkładek kanałowych czy paneli satelitarnych,
  • ustalania, czy źródłem sygnałów niepożądanych jest wzmacniacz, czy odbiornik.
Kolejna przydatną funkcją którą oferują mierniki wysokiej klasy jest możliwość obserwacji impulsu synchronizacji poziomej. Jego kształt, a dokładnie jego różnica w porównaniu do kształtu idealnego (prostokątnego) informuje o wielkości zakłóceń wielodrogowych. Obserwując impuls synchronizacji można bardzo precyzyjnie ustawić anteną odbiorczą tak, by wpływ sygnałów odbitych był najmniejszy przy możliwe dużym poziomie sygnału.
Dokonywanie pomiarów wraz z prowadzeniem dokumentacji upraszcza proces regulacji i ułatwia znalezienie miejsca usterki nawet po dłuższym czasie. Dokumentacja jest też podstawą do uzasadnienia dlaczego jakość obrazu nie jest idealna, np. w przypadku kiedy odległość od nadajnika nie jest duża, ale ze względu na przeszkody terenowe sygnał jest słaby i dodatkowo z zakłóceniami wielodrogowymi, co w sposób obiektywny bez pomiarów jest niemożliwe.
Wszystkie wartości są podane za:
  • (Norma PN–79/T–05210 Antenowe instalacje zbiorcze. Ogólne wymagania i badania. PKNMiJ Warszawa 1980;
  • Załącznik nr.21 do rozp. Ministra Łączności z dnia 4 IX 1997 Wymagania techniczne dotyczące elementów składowych telewizji kablowej, Warszawa 1997.)