Лабораторный практикум по дисциплине «Сети и системы цифрового телерадиовещания» Лабораторная работа № 3 «Исследование помехоустойчивости системы цифрового телерадиовещания стандарта DVB-T/T2 в лабораторных условиях»

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ»

(ТУСУР)

Кафедра телевидения и управления (ТУ)

УТВЕРЖДАЮ
Заведующий кафедрой ТУ, профессор
_______
«___»___________2014 г.

Лабораторный практикум по дисциплине

«Сети и системы цифрового телерадиовещания»

Лабораторная работа № 3

«Исследование помехоустойчивости системы цифрового телерадиовещания стандарта DVB-T/T2 в лабораторных условиях»

РАЗРАБОТАЛИ

  _________ , м. н.с.

_________ , инженер

  _________ , доцент

«______»_________2014 г.

2014

Методические указания к выполнению работы

Цель лабораторной работы – исследование помехоустойчивости системы цифрового телерадиовещания стандарта DVB-T/T2 в лабораторных условиях по методике изложенной ниже и согласованной с преподавателем.

Планирование и проведение лабораторного эксперимента

Методы планирования эксперимента позволяют минимизировать число необходимых испытаний, установить рациональный порядок и условия проведения исследований в зависимости от их вида и требуемой точности результатов. Если же по каким-либо причинам число испытаний уже ограничено, то методы дают оценку точности, с которой в этом случае будут получены результаты. Методы учитывают случайный характер рассеяния свойств испытываемых объектов и характеристик используемого оборудования. Они базируются на методах теории вероятности и математической статистики.

Планирование лабораторного эксперимента включает ряд этапов.

Цель эксперимента. Исследовать помехоустойчивость сигналов стандарта DVB-T/T2.

Уточнение условий проведения эксперимента. Эксперимент заключается в измерении параметров сигнала (уровень, MER, preVBER, postVBER, кол-во ошибок). Весь комплекс оборудовании для трансляции сигнала DVB-T/T2 подключен по реальной схема, которая используется на радиотелевизионных передающих станциях (РТПС), с одним лишь отличием: вместо «эфира» втором предложено использовать широкополосный аттенюатор с шагом ослабления в 1 дБ – все соединения выполнены коаксиальным кабелем., «Эфир» принят за идеальную среду распространения сигналов.

Тракт ЦНТВ был смоделирован с помощью прибора для тестирования вещательного оборудования компании Elecard и комплексного анализатора принимаемого OFDM­сигнала ИТ-15Т2 фирмы Planar. В качестве дополнительного контрольного средства использовался портативный приемник LV5T2 фирмы NOTONLYTV. Устройство HDAccess 2 позволяет сформировать транспортный поток для формирователя сигнала OFDM системы DVB. С помощью анализатора ИТ-15Т2 можно измерить параметры принимаемого сигнала: уровень, MER и BER в широком диапазоне, количество ошибок. Таким образом, эти измерительные приборы позволяют выбрать режим вещания системы DVB (модуляцию, кодовую скорость, защитный интервал, количество несущих) и оценить помехоустойчивость на приеме.

Выявление и выбор входных и выходных параметров. Цифровой сигнал можно передать с разными настройками. Задать модуляцию, скорость кода, защитный интервал и количество несущих частот. От этих настроек будут меняться его параметры по приему (MER, preVBER, postVBER).

Суть эксперимента заключается в изменении комбинаций настроек. Сначала меняется одна настройка, например, модуляция, и сигнал «прогоняется» через аттенюатор (с ослаблением через 1 дБ, приложение В). Выходные данные фиксируются. Устанавливаем другое значение модуляции. Переключаем аттенюатор. Фиксируем. Далее первый параметр устанавливается на исходную настройку, меняется следующая настройка сигнала, прогоняется через аттенюатор и так до 4-го. Уровень остается всегда один, амплитуда - const, но из-за изменения конфигурации сигнала, меняются параметры его "начинки", он становится более или менее помехоустойчивые. Уровень - Х. Теоретически он должен меняться по одному закону, колеблется только из-за погрешности прибора. MER, preVBER, postVBER - это Y1, Y2 и Y3.

Установление потребной точности результатов измерений. Точность измерений определена точность измерений анализатора ИТ-15Т2 и его погрешности.

Составление плана и проведение эксперимента. Схема подключения оборудования показана на рисунке 1.

Рисунок 1 - Схема подключения и фото оборудования для исследования помехоустойчивости системы DVB-T/T2

На схеме изображены: формирователь сигнала DVB Триада-ТВ» (1) сигнала DVB-T/T2 с возможностью управления его параметрами (модуляция, количество несущих частот, защитный интервал, символьная скорость); «защищающий» аттенюатор (2) (полоса пропускания частот телевизионного диапазона) с постоянным ослаблением для ограничения уровня сигнала; переменный аттенюатор (3) (полоса пропускания частот телевизионного диапазона) с шагом в 1 дБ; трансформатор (4) 50 Ом в 75 Ом; сплиттер (5); set-top-box (6) с устройством вывода для субъективной оценки качества видео и звука (7); анализатор сигнала стандарта DVB-T/T2 (7); ПК (8) для получения и обработки данных с анализатора; генерации транспортного потока для формирова

Линии связи, в зависимости от места в устройстве, выполнены коаксиальными кабелями с волновыми сопротивлениями 50 и 75 Ом. Переменный аттенюатор (3) моделирует идеальную среду распространения сигнала DVB-T/T2. Аттенюатор позволяет вносить  большие ослабления (соответствующие расстоянию) с шагом в 1 дБ. Параметры фиксировались. Подобным образом были проведены измерения сигнала стандарта DVB в основных режимах и их комбинации (больше 1000).

Обработка полученных данных

Полученные данные заносились в специальные таблицы. Пример оформления фрагмента постоянных и измеренных параметров приведен в таблице 1.

Таблица 1- Изменяемые и измеряемые параметры для режима 2k, 1/32, 2/3

Настройки формирователя	Количество несущих	Защитный интервал	Относительная корость кода
2k	1/32	2/3
Изменяемые
d, ослабление дБ	0	5	10	15	20	25	26
Измеряемые
U, уровень, дБмкВ	60,8	56,1	51,3	46,4	42,1	38,5	38,2
MER, дБ	35	35	35	32,3	27,8	23,4	21,4
preVBER	1,00E-06	1,00E-06	1,00E-06	4,40E-05	5,40E-05	9,10E-04	7,20E-04
postVBER	1,00E-08	1,00E-08	1,00E-08	1,00E-08	1,00E-08	1,00E-08	1,00E-08
Ошибки	0	0	0	0	0	0	нет звука

Полученные результаты

После проведения лабораторного эксперимента и обработки данных, были выявлены следующие закономерности и уточнения:

а) в данных условиях изменение защитного интервал никак не сказывается на помехоустойчивости сигнала;

б) уровень сигнала (U, дБмкВ) в зависимости от приложенного ослабления (d, дБ), как эквивалент удаления приемника от передатчика, изменяется по следующей закономерности (получена из Excel 2010):

U(d) = 0,26d2 - 5,5d + 64,1.                                        (1)

в) порог помехоустойчивости можно оценить по изображению звездные диаграммы;

В связи со спецификой работы используемой в исследованиях программы (ImageJ) для обработки были взяты звездные диаграммы сигнала стандарта DVB-T (рисунки 2 - 6).

Рисунок 2 – Звездная диаграмма стабильного (уровень равен 55 дБмкВ) сигнала QAM-64 и обработанное изображение диаграммы в программе

ImageJ (плагин Plot), уровень GrayValue – 11,6 усл. ед.

Рисунок 3 – Звездная диаграмма сигнала на границе помехоустойчивости

(уровень равен 35 дБмкВ) сигнала QAM-64 и обработанное изображение диаграммы в программе ImageJ (плагин Plot), уровень GrayValue – < 5,06 усл. ед.

Экспериментально получено, что если уровень GrayValue– < 5,08 усл. ед., то ошибок вектора слишком много, изображение не декодируется.

Распределение интенсивности векторов модуляции стало более пологим, декодирование сигнала проходит с многочисленными ошибками, что приводит к артефактам на картинке и ее полному пропаданию.

Экспериментально получен график зависимости уровня GrayValue (ось абсциссы, усл. ед) от уровня сигнала на входе приемника (ось ординаты, дБмкВ) (рисунок 4):

Рисунок 4 – график зависимости уровня GrayValue от уровня сигнала на входе приемника

Рисунок 5 – Звездная диаграмма сигнала QAM-64 в 55 дБмкВ, обработанная в программе ImageJ (плагин 3D)

Рисунок 6 –Звездная диаграмма сигнала QAM-64 на границе помехоустойчивостив 35 дБмкВ, обработанная в программе ImageJ (плагин 3D)

Сделать выводы и дать пояснения по полученным экспериментальным данным.