LABORATORIO DE TV
PRÁCTICA T2
LABORATORIO DE TELEVISIÓN
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MEDIDAS DE TRANSMISIÓN EN TV DIGITAL TERRENA DVB-T
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ÍNDICE 1.-
INTRODUCCIÓN
2.-
MEDIDAS DE PRECISIÓN DE FRECUENCIA
3.-
MEDIDAS DE POTENCIA 3.1. 3.2.
Medidas con Bolómetro. Medidas con Analizador de Espectros.
4.-
MEDIDAS DE LINEALIDAD (HOMBRERAS)
5.-
MEDIDAS DE ESPECTRO EN RED SFN
6.-
RESPUESTA IMPULSIVA
7.-
CONSTELACIÓN
8.-
MODULATION ERROR RATIO (MER) 8.1.
Medida de la MER.
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INTRODUCCIÓN
Para la realización de las medidas se emplearán los siguientes instrumentos: * TV Test Transmitter SFL (Rohde & Schwarz) * TV Test Receiver EFA-40 (Rohde & Schwarz) * Analizador de Espectros Digital (Hewlett Packard) * Medidor de Potencia (Hewlett Packard) * Amplificador de RF (Hewlett Packard) * Placa retardadora con filtro SAW a 36,15MHz Disponer el TV Test Transmitter SFL en el siguiente modo de transmisión en el estándar DVB-T: - Constelación: - Modo FFT: - Relación de codificación: - Intervalo de Guarda:
64QAM 8k 2/3 1/4
Seleccionar una potencia de salida de: 2.-
(Menú: MODULATION / DVB-T) (Menú: I/Q CODER) “ “ -20dBm
Medidas de precisión de frecuencia
Seleccionar en el TV Test Transmitter una frecuencia de 810MHz, que corresponde a la frecuencia central del Canal 63 de la norma G. Se trata de medir con precisión, usando el Analizador de Espectros, las Portadoras Piloto Continuas correspondientes a las posiciones 0 y 6.816 del modo 8k. Dichas portadoras, primera y última de todas las piloto continuas, acotan con exactitud la anchura de banda del espectro ocupado por la señal de TV digital terrena en el estándar DVB-T . Realización de la medida: Conectar directamente la salida del TV Test Transmitter a la entrada del Analizador de Espectros. Ajustar el Analizador de Espectros para que su frecuencia central coincida aproximadamente con la posición de la portadora 0. Configuración del Analizador de Espectros: Span: 20kHz Resolution BW: 300Hz Video BW: 100Hz Video Average: On
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Medir con ayuda de los marcadores del Analizador de Espectros el valor exacto de la frecuencia (fL) de la citada portadora. Repetir el proceso anterior para determinar la frecuencia (fR) de la portadora número 6.816. Identificar la anchura de banda ocupada por la señal DVB-T, por diferencia de las dos medidas anteriores, que debe corresponder a: fR - fL = 6.816 / 896µs = 7.607,142857 kHz Repetir ahora el proceso anterior para medir la frecuencia central del espectro (fC) , posición que debe ocupar la Portadora Piloto Continua nº 3.408. Verificar que se cumple que: fC = (fL + fR) / 2 3.-
Medidas de Potencia
3.1.
Medidas con Bolómetro
Conectar la sonda del bolómetro a la salida del TV Test Transmitter. Ajustar la potencia de salida a 0dBm. Tomar nota del resultado de la medida mostrado por el bolómetro. 3.2.
Medidas con Analizador de Espectros
a) Medidas manuales Mantener la potencia de salida del TV Test Transmitter en el valor anterior. Conectar la salida del TV Test Transmitter a la entrada del Analizador de Espectros. Configurar el Analizador de espectros (frecuencia central, span y resolución) para visualizar en la pantalla el espectro completo de la señal. Activar el promediado de vídeo (VID AVG: on). Tomar nota de la anchura de banda (RBW) del filtro de resolución usado.
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Mediante una marca, posicionada en el centro del espectro, obtener el nivel de potencia en dBm mostrado por el Analizador de Espectros (Pmed). Como se trata de una medida de potencia similar a la medida de ruido, la potencia total de la señal, integrada en la anchura de banda de 7,61MHz resulta ser: Ptotal (dBm) = Pmed (dBm) + 10 log (7,61. 106 /RBW) Comparar el resultado con la medida obtenida previamente con el bolómetro y con la proporcionada directamente por el TV Test Transmitter. b) Medidas automáticas Activar en el Analizador de Espectros el menú: “MEAS/USER” Pulsar la tecla “Power Menu” y seguidamente la tecla “Setup”. Pulsar la tecla “CHANNEL BANDWIDTH” e introducir el dato de la anchura de banda útil ocupada por la señal, que es de 7,61MHz. Volver al menú anterior pulsando “Prev. Menu”. Pulsar finalmente la tecla “CHANNEL POWER” y el Analizador de Espectros mostrará como resultado, al cabo de algunos segundos, la potencia total asociada a la señal DVB-T en la anchura de banda útil. Comparar el resultado de la medida con los valores obtenidos anteriormente. 4.-
Medidas de Linealidad (Hombreras)
Ajustar a -10dBm el nivel de salida de la señal en el TV Test Transmitter. Conectar la salida del equipo anterior a la entrada del Amplificador de RF (Hewlett Packard) del banco de medida. Importante: No retirar nunca de su salida el atenuador de 10dB que tiene conectado. Llevar el control de “Leveled Power” del amplificador anterior a la posición de +4dBm. Situar el nivel de referencia de medida de potencia del Analizador de Espectros en 0dBm antes de conectar a éste la señal proporcionada por el amplificador (con su atenuador de 10dB).
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Configurar adecuadamente el Analizador de Espectros para visualizar en la pantalla tanto la señal DVB-T como los productos de intermodulación (hombreras) a ambos lados del espectro útil de dicha señal. Usar por ejemplo un “Span“ de 20MHz. Subir progresivamente el nivel de salida (“Leveled Power”) del Amplificador de RF, desde los iniciales +4dBm hasta +16dBm. Verificar el incremento del nivel de las hombreras y la forma característica que adquieren. Realización de la medida: Mantener en -10dBm el nivel de la señal del TV Test Transmitter y en +16dBm el nivel de salida del Amplificador de RF. Usar como frecuencia central del Analizador de Espectros el extremo superior del espectro de la señal útil (portadora piloto 6.816). Usar un filtro de resolución (RBW) equivalente a unas 10 veces la separación entre portadoras: RBW ≈ 10 x 1,1kHz ≈ 10 kHz (en modo 8k) Otros parámetros del Analizador de Espectros: Span: 2MHz Video BW: 10kHz Video AVG: ON Empleando el menú de marcas, posicionar una sobre la portadora piloto del extremo del espectro útil. Aplicar el modo ∆ y desplazar la segunda marca resultante 500kHz hacia fuera del espectro. Tomar nota de la diferencia de niveles entre ambas marcas. El resultado es el nivel de hombreras por el lado derecho del espectro. Repetir el procedimiento anterior, pero esta vez en el extremo izquierdo del espectro de la señal DVB-T (portadora piloto 0). Tomar nota del resultado.
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Medidas de Espectro en red SFN
Para la realización de medidas relativas a redes SFN se sumarán 2 señales idénticas en frecuencia y en contenido de datos, pero con un retardo relativo entre ellas. Esta es la situación real que se produce cuando a un receptor le llegan las señales procedentes de 2 transmisores pertenecientes a una red SFN de TV digital DVB-T, en un emplazamiento que no es equidistante de dichos transmisores. La figura siguiente muestra el espectro de la señal resultante cuando el retardo relativo es de 1.000ns y la diferencia de niveles entre las dos señales es de 10dB.
Los máximos se producen cuando las portadoras correspondientes se suman en fase, mientras que los mínimos se producen cuando se suman en oposición de fase. La diferencia de frecuencias entre un máximo y un mínimo consecutivos viene dada por: ∆f = 1/(2.τ) Siendo τ el retardo entre las dos señales. Por otro lado, si se toma como referencia (0dB) el nivel de potencia de una de las 2 señales, teniendo la otra un nivel relativo de potencia con respecto a ella de A(dB), los máximos y mínimos alcanzarán respectivamente los valores en dB con respecto a la primera:
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20 log [1+ 10(A/20)] Máximo 20 log [1- 10(A/20)] Mínimo En el ejemplo de la figura anterior, con τ = 1.000ns y A = –10dB, se tendría: ∆f = 500kHz; Máx = +2,4dB; Mín = -3,3dB Montaje para la simulación: Para la simulación se dispone de un circuito con un filtro tipo SAW cuya frecuencia central es de 36,15MHz asociado a una cadena de amplificadores que compensan las pérdidas del primero, con lo que la ganancia neta es de 0dB. Dicho circuito provoca un retardo en la señal que pasa a su través, de manera que conectado en una de las ramas de salida de un circuito divisor de 2 vías se dispone de dos señales, una retardada y otra sin retardar. En la vía no retardada se pueden insertar atenuadores de diferentes valores, de forma que, combinando posteriormente ambas vías se dispone de la señal simulada SFN que se buscaba, resultado de sumar 2 señales con retardo constante y niveles relativos ajustables. La figura siguiente muestra el montaje completo para la simulación: Analizador de Espectros
TV Test Transmitter
Vía Retardada
τ
Señal OFDM
Divisor 2 vías
Atenuación
Sumador 2 vías
Realización de las medidas: Ajustar la frecuencia central del TV Test Transmitter a 36,15MHz, y su nivel de salida a -20dBm. Conectar la salida del equipo anterior a un divisor de 2 vías, una de cuyas salidas estará conectada al circuito con el filtro SAW (vía retardada). Cargar con 50Ω la otra salida del divisor.
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Conectar la salida del circuito con filtro SAW a una de las entradas de un sumador de 2 vías. Cargar con 50Ω la otra entrada del sumador. Conectar la salida del sumador anterior al Analizador de Espectros. La figura siguiente ilustra el montaje indicado: Analizador de Espectros
TV Test Transmitter
Vía Retardada
τ
Señal OFDM
Divisor 2 vías
Carga 50Ω
Carga 50Ω
Sumador 2 vías
Ajustar el Analizador de Espectros para visualizar todo el espectro útil de la señal DVB-T resultante. Seleccionar los filtros de resolución en RF y en vídeo más adecuados y activar Video AVG. Emplear una escala vertical de 5dB/div. Anotar, mediante una marca situada en el centro del espectro, el nivel de señal resultante. Partiendo del montaje anterior, suprimir el circuito con filtro SAW y conectar entre sí mediante un cable coaxial las puertas del divisor y del sumador que antes estaban cargadas con 50Ω. No insertar en la conexión indicada ningún atenuador. Trasladar a las otras puertas de divisor y sumador las cargas de 50Ω anteriores. La figura siguiente muestra el montaje descrito: Analizador de Espectros
TV Test Transmitter
Carga 50Ω
Carga 50Ω
Señal OFDM
Divisor 2 vías
Vía No Retardada
Sumador 2 vías
Verificar si el nivel resultante es el mismo que se tenía anteriormente, En caso contrario anotar la diferencia.
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Conectar ahora simultáneamente ambas ramas (retardada y no retardada) entre el divisor y el sumador de 2 vías, insertando en la no retardada un atenuador de 10dB. A la vista del espectro correspondiente: a).
Usando las marcas del Analizador de Espectros, medir la diferencia de frecuencia entre máximos y mínimos. A partir de la medida, calcular el retardo introducido por el filtro SAW.
b).
Calcular los valores teóricos para los niveles de potencia de máximos y mínimos de la señal resultante y compararlos con los medidos en la pantalla del Analizador de Espectros.
Sustituir el atenuador de 10dB de la rama no retardada por uno de 3dB. Anotar los resultados, comparándolos con los cálculos teóricos correspondientes. Eliminar completamente la atenuación adicional de la vía no retardada y anotar nuevamente los resultados. 6.-
Respuesta Impulsiva
A partir del montaje anterior, desconectar la rama retardada y mantener el paso de la señal por la otra vía, sin colocar ningún atenuador. Encaminar la señal de salida del sumador de 2 vías hacia el “TV Test Receiver” (EFA-40), que sustituirá al Analizador de Espectros del montaje anterior. Configurar el EFA-40 para recibir señal por la entrada de FI. Para ello, pulsar la tecla INPUT y seguidamente la tecla de menú IF. Asegurarse de que la conexión al equipo a través de la trasera mediante cable coaxial, se ha realizado por la entrada IF. Recuperar la pantalla de medidas pulsando la tecla: MEASURE. A continuación, para obtener la respuesta impulsiva de la señal, pulsar la tecla de menú: SPECTRUM / TIME DOMAIN y finalmente la tecla de menú: IMPULSE RESPONSE. Aparecerá en el centro de la pantalla una especie de raya espectral. Anotar su nivel. Conectar ahora la rama retardada en el montaje bajo prueba. Identificar la segunda señal en la pantalla y anotar los valores relativos tanto de amplitud como de retardo con relación a la que apareció en primer lugar.
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Verificar que estos valores de retardo y de amplitud relativa coinciden con las medidas y los cálculos realizados en el apartado anterior cuando la atenuación incorporada en la rama no retardada era de 0dB. Incluir ahora en la rama no retardada un atenuador de 10dB. Observar en la pantalla del EFA-40 que ahora la señal de menor nivel está adelantada con relación a la más alta. Esta es la situación que en recepción se conoce como “Preeco”. La existencia de un preeco puede dar lugar a que un receptor que se enganche como señal principal a la más alta, no recupere correctamente la información de la señal OFDM por violarse el funcionamiento del mecanismo del intervalo de guarda. Los modernos receptores solucionan este problema considerando como señal principal no la más alta, sino la más adelantada. 7.-
Constelación
En el montaje para la prueba, desconectar la rama retardada y recuperar una atenuación de 0dB en la rama no retardada. Pulsar en el EFA-40 la tecla MEASURE y seguidamente la tecla de menú: CONSTELL DIAGRAM. Identificar que corresponde a un modo 64QAM. Identificar también las posiciones de la constelación asociadas a las portadoras piloto. Comprobar que todos los puntos de la constelación están bien definidos, es decir, que tienen poco “ruido”. Pulsar la tecla MEASURE, luego la tecla de menú SPECTRUM / TIME DOMAIN y finalmente la tecla de menú SPECTRUM. Comprobar que el espectro que aparece a lo largo del canal de transmisión es plano. Conectar la rama retardada en el montaje de prueba. Verificar los cambios en el espectro, que pasará a tener máximos y mínimos. Comparar los resultados con los obtenidos en el apartado 5. Pasar de nuevo a la pantalla de visualización de la constelación, pulsando la tecla MEASURE y seguidamente la tecla de menú: CONSTELL DIAGRAM. Comprobar que ahora los puntos de la constelación tienen mucho más ruido, siendo éste el efecto que tienen los ecos sobre la señal, perturbando la pureza de ésta y consecuentemente dificultando la recepción.
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La cuantificación del ruido asociado a los puntos de la constelación se hace en el siguiente apartado. 8.-
Modulation Error Ratio (MER)
Para cuantificar los errores de una modulación vectorial se usa la figura de mérito denominada MER (Modulation Error Ratio). La MER se define, para cada portadora de la señal OFDM, como la relación entre la suma de los cuadrados de los módulos de los vectores de los puntos de la constelación ideal y la suma de los cuadrados de los módulos de los vectores de error. El resultado se expresa como relación de potencias en dB:
N 2 2 ∑( I j + Qj ) j =1 MER = 10 log 10 N dB 2 2 ∑( δ I j + δ Q j ) j =1 La figura siguiente ilustra gráficamente el significado de las magnitudes que aparecen en la expresión anterior.
El parámetro MER informa globalmente sobre las degradaciones de la señal debidas a múltiples causas, como pueden ser las que afectan a la relación señal ruido, las provocadas por el ruido de fase de osciladores, la perturbación causada por los ecos, etc. Por esta razón se usa habitualmente como el principal parámetro que define la calidad de la señal digital.
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8.1.
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Medida de la MER
Desconectar de nuevo la rama retardada en el montaje para la prueba. Pulsar la tecla MEASURE, a continuación la tecla de menú: FREQUENCY DOMAIN, y seguidamente la tecla de menú: MER. Aparece una gráfica que corresponde al valor de la MER para cada portadora del espectro. También se ofrece un valor rms global para todas las portadoras. Anotar la forma de la curva y el valor rms para la MER. Conectar ahora la rama retardada en el montaje para la prueba. Observar que ahora la curva de MER adquiere la forma de los máximos y mínimos que previamente habíamos observado en el espectro de la señal en las mismas condiciones del montaje de prueba. En efecto, el valor de la MER aumenta en aquellas portadoras que por efecto del eco se vieron reforzadas (máximos del espectro) y en cambio el valor de la MER cae para aquellas portadoras que perdieron nivel. Anotar el valor resultante para el valor rms de la MER, comprobando que es inferior al obtenido cuando no había eco, lo que también se corresponde con la apariencia más ruidosa de los puntos de la constelación cuando ésta se visualizó en las mismas condiciones del montaje de medida.
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