A televíziós átviteli csatorna lineáris torzításainak hatása a teletext adatjelre DR. PÁLINSZKI A N T A L BME-HEI
DR.
ÖSSZEFOGLALÁS A szerző a televíziós átviteli csatorna lineáris torzításainak a tele text, adatjelre gyakorolt torzító hatását vizsgálja. A számítógépes szimulációval elvégzett vizsgálatok az ekvivalens alapsávi karakte risztika ideálistól eltérő voltának hatására keletkező szimbólumközi áthallások nagyságának meghatározását tűzték ki célul a következő három esetben:
A vizsgálatok eredményeiből megállapítható, hogy az analóg kép átvitel szempontjából megfelelő minőségű átviteli csatorna lineáris torzításai a teletext adatjelek átvitele esetén sem okoznak számotte vő torzítást.
1. Bevezetés
a) b) c) d)
lineáris torzítások keletkezése, nem lineáris torzítások létrejötte, zaj hozzáadása a hasznos jelhez, reflexiók keletkezése.
TV adó
Teletext jelbekevero
Teieviziös és mikrohuí lámú adó
Teletext dekoder
Átviteli csatorna
IH964-2I 2. ábra. Az átviteli ú t egyszerűsített modellje A t o v á b b i a k b a n csak a lineáris torzítások h a t á s á v a l fogunk foglalkozni. 2. Lineáris torzítások hatásának vizsgálata Feltételezve, hogy a tv-vevőkészülékben szorzóáram körös videodemodulátor van, vizsgálati modellünk le gyen a 3. á b r á n l á t h a t ó elrendezés! A teletext adatjel T(t) torzulásainak vizsgálatát az esetek többségében célszerű a 3. á b r a vizsgálati modelljének ekvivalens alapsávi megfelelőjének alap j á n végezni. Ez az ekvivalens alapsávi modell a 4. á b rán látható. Az N R Z kódolású T(t) jel elemi jelekből épül fel. Tételezzük fel, hogy az í/(f)-vel jelölt elemi jel eleget tesz a Nyquist k r i t é r i u m n a k . A Nyquist k r i t é r i u m kielégítése jelen esetben azt jelenti, hogy az y(t)
i) Analóg jeiforrás
ben SECAM rendszerű színes jel vizsgálata té makörben summa cum laude minősítésű egyete mi doktori fokozatot ka pott. Jelenleg a teletext és viewdata adatátviteli rendszerek hazai beve zetése körül felmerülő szakmai problémával fog lalkozik.
A EME Villamosmérnö ki Karának híradás technikai szakán kapott jeles minősítéssel diplo mát 1966-ban. 1966 óta a BMEHíradástechnikai Elektronikai Intézetében dolgozik, jelenleg adjunk tusi beosztásban. 1977-
a) Sávkorlátozás hatásának vizsgálata. b) Ideálistól eltérő amplitúdó karakterisztika hatásának vizsgá lata. c) Ideálistól eltérő fáziskarakterisztika hatásának vizsgálata.
A teletext adatjel átviteli ú t j á t az 1. á b r a szem lélteti. A valóságban ennél egyszerűbb átviteli utak is le hetnek és vannak is. [ P l . adott vételi körzetekhez mikrohullámú átjátszó(k) nélkül is eljuthat a tv-adó jele, valamint sok esetben a közösségi v e v ő a n t e n n a rendszert kihagyva közvetlenül j u t el a t v - a d ó jele a vevőkészülékek saját a n t e n n á j á r a ] . Az átviteli ú t torzításainak h a t á s á t egy leegyszerűsített modell alapján célszerű vizsgálni. A leegyszerűsített átviteli ú t t ö m b v á z l a t a a 2. á b r á n l á t h a t ó . A 2. á b r a átviteli csatornának nevezett egységébe bele kell érteni az 1. ábra minden olyan egységét, amelynek hatása lehet a teletext adatjelekre, sőt az átviteli csatornába t a r t o z ó n a k kell tekinteni a t v vevőkészülék antenna bemenetétől a videodemodulátor kimenetéig t a r t ó részét is. Általános esetben az átviteli csatorna által okozott n e m k í v á n a t o s hatások a következők lehetnek [ 1 ] :
PÁLINSZKI A-NT-AL-
Mikrohullá mú átjátszó
Közösségi antenna rendszer
/
/ TV vevő
•2. TV vevő
Teletext jelforrás
í studio
Beérkezett: 1984. I I I . 20. ( * ) Híradástechnika
XXXV.
évfolyam 1984. 7. szám
1. ábra. A tv-jelbe ültetett teletext adatjel átviteli útja
289
Fourier-transzformáltjának H
(03)
—— 2t
V
frekvenciára
abszolút értéke az /
nézve p á r a t l a n
Fourier-transzformált
arcusa
függvény
lineáris
az
N
=
és a |/|*
1
v(t)
fit)
frekvenciasávban. ^ I t t — értéke a teletext s z a b v á n y
teletext adatjellel [r(t)] modulált J2 vivőfrekvenciájú tv jel
v (t) = cos (íi t + 4) koherens T(t)
- demoduláít
nak megfelelően 6,9375 M H z , azaz az időrés széles sége t = 144,144 ns.) A Nyquist-feltételt nagyon sokféle Y(m)= F{y(t)} esetén is lehet teljesíteni. Jelen vizsgálataink során csak az ú n . emelt cosinusos eseteket h a s z n á l t u k . (5. ábra.)
szorzájel
teletext jel
H (oj) = a lineárisnak tekintett átviteli függvénye
csatorna | 6,;-3|
Az 5. ábra jelölései alapján vezessük be a sávszű
H 9
3. ábra. Szorzódemodulátoros vizsgálati modell T(t)
T(t)<
ha
a 3. ábra ideálisnak
aluláteresztő tekintjük
szűrőjét [H964 L,\
4. ábra. A szorzódemodulátoros modell ekvivalens alap sávi megfelelője Yíf)
arc y(f)-0 a vizsgált sávban
IH964-5I 5. ábra. Az elemi jel Fourier-transzforrnáltja rftj»y
ft-to) fehér
szint
kítés mértékének fogalmát: a = Jj--100l Az „a" értéke 0% és 100% k ö z ö t t v á l t o z h a t és k o n k r é t értéke arra ad u t a l á s t , hogy a cosinusos legömbölyítés sávszélessége hogy viszonylik az el vileg igénybevehető teljes sávszélességhez a 2/^-hez. A teletext adatjel torzulásainak vizsgálatát egy — az ABC 80 kisszámítógépre kidolgozott — szimu lációs program segítségével végeztük el. A szimu lációs program alkalmas a k á r az elemi jel, a k á r az elemi jelekből létrehozott tetszőleges b i t k o m b i n á ciók átvitelének a vizsgálatára a lineáris torzítások szempontjából. Jelen esetben vizsgálataink kizáró lag az elemi jelek átvitelére fognak szorítkozni. Az elemi jelek vizsgálata során kapott eredmények k i értékelése a következőkben leírtak szerint fog tör t é n n i . Az átviteli csatorna lineáris torzításainak ha t á s á r a szimbólumok k ö z ö t t i áthallások fognak kelet kezni. A különböző mintavételi pozíciókban keletkező áthallások nagyságával lehet jellemezni az elemi jelek torzulásának mértékét. A 6. ábra jelöléseit felhasználva az i-edik mintavételi pozícióban keletZ kezelt áthallás n a g y s á g a : -^-100 [%|. A t o v á b b i a k b a n a következő lineáris torzítási ha t á s o k a t fogjuk vizsgálni: a) sávhatárolás, b) a m p l i t ú d ó karakterisztika egyenetlensége, c) lineáristól eltérő fáziskarakterisztika.
66%-ű
3. A sávkorlálozás hatásának vizsgálata t
t
f
Mintavételi
1
helyek
t
és
A sávkorlátozás h a t á s á t a 7. á b r á n látható ekvivalens alapsávi karakterisztika alapján vizsgáltuk. A sávkorlátozás mértékének változását „b" érté kének 0 és 2,3 M H z közötti v á l t o z t a t á s á v a l valósí t o t t u k meg. A sávkorlátozás h a t á s á n a k eredményeit a 8. és 9. á b r á k szemléltetik.
t
pozíciók
Lineáris
torzítás
100 áthallás
a
100 áthallás
az
0.
pozícióban
i.
pozícióban
H (f e
)=jW Cf)J e
b \
f [MHz] t
t
t
t
t
I
IH964.-6I
6. ábra. Az elemi jel és a lineárisan torzított elemi jel időbeli lefolyása
290
7. ábra.
1H96A-7I
Sávkorlátozást okozó ekvivalens karakterisztika
Híradástechnika
XXXV.
alapsávi
évfolyam 1984. 7. szám
a, 20
b, eo
*o
80
100
a[%]
8. ábra. A vizsgált maximális sávkorlátozás által okozott szimbólumközi áthallások a sávszűkítés mértékének függvényében
15
c) a K F amplitúdó karakterisztika a 32 és 37 M H z közötti szakaszokon belül nem ideális, még pedig: 1. lineárisan változik, 2. ingadozik.
/100%'a
13 0. p o z í c i ó
11 9 7• 5
/ /
3• 1 400
800
1200
1600
2000
2U00
t> [kHz]
A lineáris változás és az ingadozás mértékének maximuma vizsgálataink során ± 6 d B volt. E n n é l nagyobb lineáris változást, illetve ingadozást nem érdemes vizsgálni, mivel ilyen esetekben m á r az analóg jel szempontjából sem megfelelő az átvitel. A line áris változás h a t á s á n a k vizsgálatát a diszkrét LC elemekből felépített K F szűrők, míg az ingadozás h a t á s á n a k vizsgálatát a felületi hullámszűrők alkal mazásai indokolják.
ÍH964.-9I
9. ábra. Szimbólumközi áthallások nagysága a sáv korlátozás mértékének függvényében
Amplitúdó^ normalizált He(f)
A 8. ábra a vizsgált maximális sávhatárolás esetén (fi = 2,3 M H z ) a 0. és az 1. mintavételi pozíciókban keletkező áthallások nagyságát mutatja az elemi jel sávszűkítési mértékének függvényében. A 9. á b r a a 0. mintavételi pozícióban keletkező áthallás nagy ságát mutatja a sávkorlátozás (b) függvényében az elemi j e l n é h á n y jellegzetes sávszűkítési mértéke esetén.
4. Az amplitúdó karakterisztika egyenetlenségének hatása A tv-átviteli csatorna amplitúdó k a r a k t e r i s z t i k á j á n a k az ideálistól való eltérését leginkább a vevő készülék középfrekvenciás erősítőjének nem meg felelő amplitúdó karakterisztikája okozhatja. Ennek megfelelően az ekvivalens alapsávi karakterisztika meghatározásához az ideálistól eltérő középfrekven ciás amplitúdó karakterisztikából fogunk kiindulni. A következő feltételezésekből indulunk k i : a) a középfrekvenciás ( K F ) erősítő fáziskarak terisztikája ideális (esetünkben zérus) a vizsgált frekvenciatartományban, b) a. vevőkészülék K F erősítőjének a m p l i t ú d ó k a r a k t e r i s z t i k á j a a 37 és 39 M H z k ö z ö t t i sza kaszon (Nyquist-oldal) ideális, Híradástechnika
XXXV.
évfolyam 1984. 7. szám
karakterisztika értékei
1
2
3
4
5
6
f W W
IH 964-101 10. ábra. Lineárisan változó középfrekvenciás átviteli karakterisztika ekvivalens alapsávi megfelelője
Amplitúdó normalizált H (f)
karakterisztika értékei
e
-6dB 1
2
3
^
5
6
f[mz]
I H 9 6 4 -111
11. ábra. Ingadozó középfrekvenciás átviteli karakte risztika ekvivalens alapsávi megfelelője
291
5. Lineáristól eltérő fáziskarakterisztika hatásának vizsgálata 0. pozici
Hasonlóan a 4. pontban elmondottakhoz ebben az esetben is igaz, hogy a tv-átviteli csatorna egységei közül a vevőkészülékek K F erősítőjének lineáristól a lineáris változás eltérő fáziskarakterisztikája idézheti elő leginkább mértéke a szimbólumok közötti áthallásokat. Figyelembe véve, CdB] hogy a csoportfutási idő karakterisztika és a fázis karakterisztika kölcsönösen meghatározzák egymást, vizsgálati módszerünk a következő volt. A K F sáv ban feltételezett konstanstól eltérő csoportfutási idő karakterisztikából m e g h a t á r o z t u k az alapsávi ekvi valens fáziskarakterisztikát és ennek ismeretében s z á m í t o t t u k k i az áthallásokat az egyes mintavételi pozíciókban. A K F s á v b a n a következő, állandótól eltérő, cso portfutási idő k a r a k t e r i s z t i k á k a t tételeztünk fel: <
a lineáris
változás mértéke ídB]
a*n % a • *3 % a' 72 % a ' 100 •/. IH964-12I
^ a) a futási idő 37 és 39 M H z k ö z ö t t lineárisan változik és egyébként állandó, b) a futási idő 32 és 33 M H z k ö z ö t t lineárisan vál tozik és egyébként állandó, c) az a) és b) esetek együttes h a t á s á n a k feltéte lezése. Mindhárom vizsgálati esetnél kétféle futásiidő változást tételeztünk fel, mégpedig 200, illetve 400 ns-t. ( A feltételezett és vizsgált csoportfutási idő k a r a k t e r i s z t i k á k a t a 14. ábra mutatja.) A 14. á b ra futási idő karakterisztikáiból számított ekviva-
12. ábra. A lineárisan változó K F átviteli karakterisz tika által okozott szimbólumközi áthallások
AX Változas csak környezetében
32
33
a
3i 200 ns
35
[ns]
kepvivö
3E
37
» 40
jtf38
f [MHz]
•100 400
k
ns
A T [ns] Változás csak környezetében
a
szinsegédfivő
f[MHz]
13. ábra. Az ingadozó K F átviteli karakterisztika által okozott szimbólumközi áthallások
A lineárisan változó ó s az ingadozó a m p l i t ú d ó ka rakterisztikájú K F átvételi k a r a k t e r i s z t i k á k n a k meg felelő alapsávi ekvivalensek a 10., illetve a 11. ábrá kon l á t h a t ó k . A lineárisan változó karakterisztika áthallásra gyakorolt h a t á s á t a 0. és 1. mintavételi pozíciókban a 12. á b r a szemlélteti, míg a 13. á b r á n az ingadozó amplitúdó karakterisztika által okozott áthallás m é r t é k é t l á t h a t j u k a 2. mintavételi pozícióban.
292
f
[MHz]
IH964. -141
14. ábra. A nem állandó csoportfutási idő hatásának vizsgálatához feltételezett változó csoportfutási idő karakterisztikák Híradástechnika
XXXV.
évfolyam 1984. 7. szám
0
1
2
3
4
S
6
f [MHz]
lens alapsávi fáziskarakterisztikák a 15. á b r á n lát hatók. Az a) esetnek megfelelő nem állandó futási idő h a t á s á r a keletkező á t h a l l á s o k a t az 1. és 2. minta vételi pozícióban a 16. á b r a szemlélteti.
6. A vizsgálatok eredményeiből levonható következtetések
f
[tad]
0
1
2
3
5
4>
6
f [MHz]
?[rad] 0
1
2
3
4
-
5
6
f[MHz]
-5
••
«i>[rad]
IH964 -151
15. ábra. A változó csoportfutási idő karakterisztikák nak megfelelő ekvivalens alapsávi fáziskarakteriszti kák
Híradástechnika
XXXV.
évfolyam 1984. 7. szám
A sávkorlátozás h a t á s á n a k vizsgálata során kapott eredményekből megállapítható, hogy bármely minta vételi pozícióban csökken a szimbólum k ö z ö t t i á t hallás nagysága, ha a sávszűkítés m é r t é k é t (a) zérus felé közelítjük. Ez az eredmény előre v á r h a t ó volt, az elemei adatjel Fourier-transzformáltjának isme retében. A fontosabb eredménynek i n k á b b az tekint hető, hogy a legnagyobb áthallási érték a 0. minta vételi pozícióban kisebb mint 16% és az 1. pozícióban kisebb mint 8% az á l t a l u n k vizsgált maximális sávkor látozás esetén. Az z=-l mintavételi pozíciókban az áthallások maximuma t o v á b b i csökkenő tendenciát mutat. Mindezekből megállapítható, hogy ö n m a g á b a n a sávkorlátozás h a t á s á r a nem fog bekövetkezni hibás döntés. A lineárisan változó amplitúdó karakterisztika ha t á s á n a k vizsgálataiból kiderült, hogy az áthallás nagysága a 0. mintavételi pozícióiban —15% és 20% k ö z ö t t és az 1. pozícióban 6% és —15% k ö z ö t t v á l t o zik az á l t a l u n k feltételezett a m p l i t ú d ó karakterisz t i k á k esetén. E b b ő l az is következik, hogy a vizs gálatainknál feltételezett + 6 dB-es h a t á r o k k ö z ö t t levő lineáris amplitúdó karakterisztika változás ön m a g á b a n még nem okozhat hibás döntést. Az ingadozó amplitúdó karakterisztika h a t á s á n a k vizsgálati eredményeiből megállapítható, hogy lénye ges áthallások soha nem a 0. mintavételi pozícióban keletkeznek, hanem z > l értékű pozíciókban. A + 6 dB-es ingadozás maximálisan + 12% áthallást okozott. I l y módon i t t is megállapíthatjuk, hogy ö n m a g á b a n az ingadozó amplitúdó karakterisztika nem okozhat hibás döntést. Végül eredményeinkből az is megálla p í t h a t ó volt, hogy mind a lineáris változás, mind az ingadozás tekintetében lényegében független az á t hallás nagysága a sávszűkítés mértékétől.
293
Csak a képvivő környezetében változó futásiidő karakterisztika h a t á s á n a k vizsgálataiból megállapít h a t ó , hogy áthallások lényegében csak az 1. és 2. mintavételi pozícióban keletkeznek. Az 1. mintavételi pozícióban keletkező áthallások nagysága független a sávszűkítési mérték (a) értékétől. A 2. mintavételi pozícióban keletkező áthallások is csak kismértékben mutatnak függést „a" változásától. A keletkező á t hallások eléggé nagyok (az 1. pozícióban kisebb mint 25%, a 2. pozícióban kisebb mint 10%), ezért kedvezőtlen bitkombinációk esetén az áthallási hibák felhalmozódhatnak a k á r oly m é r t é k b e n is, hogy hibás döntést eredményezhetnek. További fontos eredménynek t e k i n t h e t ő , hogy a teletext adat
jel lényegében csak a képvivő környezetében fellépő futásiidő.-változásokra érzékeny. Eredményeinket összefoglalva megállapíthatjuk, hogy az analóg képátvitel szempontjából megfelelő minőségű átviteli csatorna a teletext adatjelek á t v i telére is alkalmas [2]. IRODALOM [1] Dr. Pálinszki Antal, Kis-Szölgyérni Ferenc, dr. Ferenczy Pál: A teletext adatjel torzulásainak vizs gálata. Tanulmány. 1983. (A P K I megbízásából, 146 oldal.) [2] Dr. Pálinszki Antal: A televíziós csatorna egyes szakaszainak hatása a teletext adatjelekre. Tanul m á n y . 1983. (A P K I megbízásából, 28 oldal.)
