Image56 (7)

Podstawy

Rys. 42b

nienie 16 stanów w sygnale QAM16 niż w sygnale 16-PSK (większa różnica d). Sposób z jednoczesną modulacją i fazy i amplitudy okazał się na tyle dobry, że w praktyce (w cyfrowej telewizji kablowej) wykorzystuje się modulację QAM64 - rysunek 42a pokazuje konstelację sygnałów QAM16 i QAM64. a rysunek 421), pochodzący z materiałów firmy Rohde&Schwarz, pokazuje wygląd ekranu przy pomiarze rzeczywistych sygnałów QAM64 i QAM16 (ODFM).

Czym większe szumy i zakłócenia, tym bardziej rozmyte będą punkty na ekranie przyrządu pomiarowego. Rysunek 43 pokazuje, że system z modulacją QPSK prawidłowo zinterpretuje nawet bardzo zaśmiecony sygnał (obarczony dużym wektorem błędu), a tym samym będzie prawidłowo pracował przy zdecydowanie większych zakłóceniach, niż na przykład system z modulacją QAM64.

Do oceny jakości sygnału wykorzystuje się parametr zwany BER - Bit Error Ratę. BF.R, czyli bitowa stopa błędów, to najogólniej liczba wskazująca, jak często występują

Rys. 41

błędy transmisji spowodowane zakłóceniami czy zbyt słabym poziomem sygnału. Przy dobrej jakości transmisji wartość BER jest mniejsza od 10'⁷, czyli 0,0000001. Można to sobie wyobrazić, że jeden na dziesięć milionów hitów zostaje błędnie zinterpretowany. W praktyce, dzięki dodatkowym mechanizmom zastosowanym przy kompresji MPEG, dobrej jakości obraz uzyskuje się przy większej stopie błędów, nawet przy BER-10* ⁵...10*^A. Oprócz parametru BER jakość transmisji mierzy' się też za pomocą parametru MER - Nlodulation Error Ratio. MER to podany w decybelach stosunek mocy nieznic-kształconcgo sygnału do mocy wszystkich szumów i zakłóceń.

zakres prawidłowe interpretacji zakłóconego symbolu

OAM64    QPSK

Rys. 43

Tu warto zauważyć, iż tc wymyślne „cyfrowe” sposoby modulacji to jakby krok wstecz i powrót w stronę systemów analogowych. I w sumie tak jest - wykorzystanie nie dwóch, tylko większej liczby stanów jednego symbolu pozwala znacznie przyspieszyć transmisję, ale kosztem odporności na zakłócenia. W grę wchodzi tu też szerokość zajmowanego pasma częstotliwości i dobre jego wykorzystanie - to jednak jest bardzo skomplikowane zagadnienie, związane z różnym rozkładem energii i szerokością pasma w poszczególnych rodzajach modulacji. W te szczegóły nie będziemy się wgłębiać.

Generalnie chodzi o to. żeby w możliwie wąskim paśmie częstotliwości przesiać jak najwięcej niezniekształconcj informacji. Jednak już intuicja podpowiada, że system, gdzie trzeba rozróżniać tylko dwa różne stany, będzie bardziej odporny na zakłócenia niż system, gdzie trzeba rozróżniać kilka, kilkanaście czy kilkadziesiąt różnych stanów. Dlatego też nie ma jednego najlepszego sposobu „cyfrowej modulacji”. Zawsze jest coś za coś i występuje problem zbyt krótkiej kołdry. Potrzebny jest kompromis pomiędzy trzema kluczowymi zagadnieniami:

-    szybkością transmisji

-    zajmowanym pasmem częstotliwości

-    odpornością na szumy i zakłócenia

Jeśli przykładowe zwiększa się szybkość transmisji, to albo trzeba zgodzić się na zmniejszenie odporności na

zakłócenia, albo trzeba poszerzyć pasmo. Natomiast przy paśmie o ustalonej szerokości zwiększenie szybkości transmisji oznacza konieczność zastosowania modulacji o zmniejszonej odporności na zakłócenia. I właśnie ten problem zbyt krótkiej kołdry zadecydował, jakie rodzaje modulacji stosuje się w poszczę gólnych systemach transmisji cyfrowej.

W spadku po analogowej telewizji satelitar ncj pozostała sytuacja, że jeden transponder ma do dyspozycji dość szeroki zakres częstotii wości rzędu 30MHz (zazwyczaj odstęp między częstotliwościami nośnymi kolejnych kanałów wynosi 36MHz). Co ważne, przy transmisji z satelity, poziom zakłóceń zewnętrznych w paśmie 10...12GHz jest niezbyt duży. W rezultacie dla umiarkowanie narażonego na zakłócenia cyfrowego przekazu satelitarnego (DVB-S) za optymalną uznano modulację QPSK, gdzie jeden symbol zaw iera informacje o jednym z czterech stanów, czyli dwa bity. W sieciach kablowych zakłócenia przychodzące z zewnątrz są minimalne, ale dostępne pasmo częstotliwości jest bardzo ograniczone, dużo węższe niż w telewizji satelitarnej (zakres częstotliwości sięgający około 800MHz). Dlatego dla cyfrowej transmisji kablowej (DVB-C) za optymalną uznano i wykorzystano nieodporną na zakłócenia modulację QAM64, która za to zapewnia dużo większą szybkość transmisji i możliwość „upakowanie w kablówce” ponad 600 cyfrowych kanałów telewizyjnych, bo jeden symbol niesie informację o jednym z sześćdziesięciu czterech stanów, czyli o sześciu bitach.

Najtrudniej było z cyfrową telewizją naziemną. Tu pasmo też jest ograniczone, jeszcze bardziej niż w kablówce, a na domiar złego należy liczyć się z rozmaitymi zakłóceniami i problemem interferencji związanym z odbiciami sygnału radiowego. Dlatego w cyfrowej telewizji naziemne] stosuje się jeszcze bardziej wymyślne rodzaje modulacji. W USA stosuje się tzw. 8-poziomową modulację VSB (Vestigial Sideband). o w Europie system DYB-T wykorzystuje modulację COFDM (Coded Orthogonal Freąuency Divi-sion Muliiplexing), gdzie oddzielnie modulowanych jest aż 2048 lub 8192 podnośnych. To zagadnienie zdecydowanie wykracza jednak poza ramy cyklu o telewizji satelitarnej.

Omówiliśmy kolejny sposób zwiększania ilości informacji przesyłanych, w systemie satelitarnym. Wykorzystanie modulacji QPSK pozwala dwukrotnie zwiększyć liczbę przesyłanych bitów w porównaniu z najprostszym sposobem (2-PSK), przy zachowaniu dobrej odporności na zakłócenia. Sprawa modulacji QPSK nie wyczerpuje zagadnienia. Koniecznie trzeba też wspomnieć o kodowaniu MPEG, zasygnalizowanym na rysunku 31, oraz o tak zwanym strumieniu transportowym. Zajmiemy się tym w następnym odcinku.

Piotr Górecki

66 Maj 2006 Elektronika dla Wszystkich