Sistemi za prenos TV signala

Koaksijani kablKoaksijani kablKoaksijalni kablovi (KS) se koriste u kablovskom distributivnim sistemima(KDS) za prenos TV signala od centra do krajnjeg korisnika topologijom hijerarskijska zvezda ili stablo. Znači u kablovskom diskretnom sistemu (KDS) imamo(slika1):

C

TV

slika 1

Za ovakvu strukturu je karakteristično da su okosnica mreže kablovi većeg prečnika (manje slabljenje) i nivo signala kod svakog korisnika mora da bude u dozvoljenim granicama (izmedju minimalne i maksimalne vrednosti).Zbog toga se koriste pojačavači, razdjelnici, oslabljivači. U centar (C) dolaze signali iz drugih predajnika, satelitski signali i iz internih studija. Ulazni signali se multipleksiraju na pristupu AM1 BO i prenose do krajnjeg korisnika. To je grupa signala 30, 50, 100 različitih signala istovremeno prisutno. U sadašnjim aplikacijama KS kablovi se koriste za prenos podataka (Internet) u dolaznom smjeru, kao i za klasični analogni telefonski priključak i za više digitalnih telefonski priključaka. Aktuelna je primjena i za odlazni smjer. Termin odlazni i dolazni, se vezuju za centar. Korisnik bira programe, rezerviše programe, koristi Internet asimetrično. Klasična primjena KS kabla je u TV difuziji. Koaksijalni kable se povezuje jednim krajem ka signalu(ka anteni), drugim krajem na ulaz prijemnika(slika.2). Sada TV signali dolaze radio putem u opsezima VHF i UHF.

TV

s slika.2

1

Pripremljeni su standardi i postoje vec eksperimentalne primjene digitalne televizije-zemaljska i satelitska .Treća primjena KS kabla je u takozvanim mrežama za pristup-posljednja milja (last mile).Vazna je aplikacija u HFC sistemima.HFC ( hibridni optički i koaksijalni sistemi) su izuzetno popularni. KS kabl se sastoji od dva provodnika unutrašnjeg i spoljašnjeg (2a i 2b), pri čemu je a-poluprečnik unutrašnjeg poluprovodnika,a b poluprecnik unutrašnje dimenzije spoljašnjeg poluprovodnika. Unutrašnji provodnik se drži koaksijalno korištenjem ispune, od polivinil hlorida(PVC), ili od polietilena.Ispuna moze da bude neka vrsta pjene, vazduh i gas ali sa odgovarajućim diskovima, dispečeri (nosači).

slika 3.

Recimo dimenzije kabla za mali prečnik su 1,2/4,4 mm za unutrašnji, spoljni ili 2,6/9.5 mm za deblje kablove.Od značaja je podužno slabljenje kabla i karakteristična impedansa.Odnos između unutrašnjeg i spoljašnjeg provodnika direktno utiče na slabljenje i ukoliko je b/a=3,6 dobija se minimalno podužno slabljenje.Podužno slabljenje je:

f-frekvenicija.Karakteristična impedansa je:

2

U vazduhu je =1.

Za optimalni odnos b/a=3,6. Zc=77(75) [ ].Impedansa uređaja je prilagođena na 75 oma što je optimalno. Slabljenje je u funkciji frekvencije i logaritamskoj su razmjeri kao sto je prikazanno na sljedecoj slici.

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 200

0.5

1

1.5

2

2.5

3x 10

15

frekvencija u [MHz]

podu

žno

slab

ljenj

e [d

B/K

m]

slabljenje u funkciji frekvencije kada je k= 1

velike dimenzije

male dimenzije

(slika.4)

S obzirom na ovakvu zavisnost koriste se ekvalizatori. Oni treba da ujednače slabljenja. Tada je slabljenje maksimalno. U primjeru za prenos TV signala koristi se odgovarajući predajnik i prijemnik. TV signal se sastoji od video signala i audio signala, tako da se na liniju salju ova dva signala kao zbir, i to razlicitim modulacijama . Oba signala se ne prenose u osnovnom opsegu nego na pomjerenim spektrima. Zbog povećanog slabljenja pri višim učestanostima video signal se pomjera sa relativno malom učestanošću postupkom transliranja spektra i amplitudskom modulacijom sa nesimetričnom bocnim opsezima. Audio signal se prenosi frekvencijskom modulacijom.

3

(slika.5)

Poznato je da video signal(signal zive scene) sadrži komponente u spektru od 0-5 Mhz. Taj spektar je izražen oko nule i opada ka višim učestanosima. Postupkom prve modulacije spektar se translira oko učestanosti f1. Međutim, značajne spektralne komponente su upravo oko f1 i praktično je nemoguće izdvojiti čist jedan bočni opseg. Zato se koristi takozvani Nikvistov filter. Izdvaja se jedan bočni opseg i dio drugog. Naknadnom mudulacijom u drugom modulatoru sada se dobija novi spektar recimo od 1 MHz do 6,25 MHz. U postupku demodulacije dijelovi spektra oko nule će se dopuniti.

4

f

Spe

kta

r

0 5

f

Spe

kta

r

1 6 .2 5[M Hz]

(slika.6)

Koje su karakteristike TV signala?Pri prenosu TV signala od značaja su četiri faktora:

1. Raspodjela svjetlosti(fluminencije) ili raspodjela svjetla i senke.2. Stvara se osjećaj dubine odnosno tri dimenzije3. Dobijanje utiska kretanja4. Prenos i prijem slika u boji.

5

Svi ovi faktori moraju da se uključe u odgovarajući električni signal. Električni signal u jednom trenutku t mora da integriše osvjetljenje scene u tri dimenzije (širina, visina, dubina).To se postiže postupkom skeniranja. Horizontalni detalji scene se skeniraju kontinulno a vertikalni diskretno. Sada može da se govori o diskretnim momentima slike koji su kvadratnog oblika koji se zovu pikseli. Znači slika se sastoji od horizontalne trake koja se deli na piksele.Kod nas je standard 625 traka po slici a dimenzije ekrana su 4x3, za digitalnu televiziju je 16x9. Za taj standard ima otprilike 420 000 vidljivih piksela.

4

3

(slika.7)

Odnos horizontalne i vertikalne dimenzije se naziva odnos gledanja.Još jedan pojam je perzistentnost TV ekrana-koliko se zadržava prethosni osvjetljaj.Još jedan pojam koji se uvodi za kolor televiziju je kompozitni signal. On sadrži informaciju o osvjetljenju i informaciju o boji.Kao što je rečeno uz video ide i signal zvuka. Signal zvuka je frekvencijski modulisan i nosilac je na 5.5 Mhz u odnosu na nosilac video signala.

6

(slika. 8)

Kada se govori o digitalnoj televiziji podrazumjeva se da se analogni TV signal pretvara u digitalni.Ustanovljeno je da je digitalan signal redudantan. To znači da se u dužem vremenskom periodu pojavljuju isti signali i male su razlike između jedne i druge slike. Zbog toga se primjenjujue tehnika kompresije. Generalno prenose se samo promjene u odnosu na prethodnu sliku, scenu. Poznata metoda za digitalizaciju TV slike je MPEG-2. Postoje dvije različite metode kodiranja digitalnog TV signala. Prvi je kodiranje komponenti, a drugi je kodiranje kompozitnosti signala.Za prenos i reprodukciju slike definišu se komponente boja R G B i komponenta osvjetljenja Y. Izlazni signal sa TV kamere se konvertuje lineranom matricom u signal osvjetljenja (luminentni signal) i dva signala razlike boja R-Y, B-Y.Radi primjene metode kodiranje komponente ovi signali se individualno digitalizuju u A/D konvertoru. Rezultujući digitalni niz ili binarni niz se dobija kombinovanjem ovih signala i signala dodatnog sadržaja za takt i sinhronizaciju. Kod drugog metoda kompozitnog kodiranja, direktno se kodira kompletan video signal iz osnovnog opsega. Ovaj niz bita je mnogo manjeg protoka nego kod prethodnog kodiranja komponenti.Analogni TV signal može da se pretvori u digitalni postupkom impulsne kodne modulacije(PCM). Ovdje se vrši i odabiranje i kvantizacija. Kvantizacija je linearna. Ne koristi se tehnika kompresije i ekspanzije. Informacija o boji se prenosi preko podnosioca čija je učestanos 4.43 MHz. U PAL sistemu se vrši diskretizacija sa 4 puta višom učestanošću od učestanosti nosioca tako da je binarni protok 141,76 Mb/s(bez kompresije).

Radi primjene kompresije razmatrane su osobine kompletnog video signala. Video signal ima aktivni ili vidljivi dio koji se reprodukuje na ekranu i deo za sinhronizaciju koji služi za upravljanje mlazom.Postoje tri metode za redukciju binarnog protoka.

7

Prvi je otklanjanje intervala za vertikalnu i horizontalnu sinhronizaciju. Druga je smanjenje učestanosti odabiranja. Treća je smanjenje broja bita po odbirku (kodnoj rijeci).Treca metoda se moze izvesti na tri nacina:1. Prediktivno kodiranje (to se naziva još diferencna kodna modulacija DPCM2. Entropijsko kodiranje3. Tranform kodiranje

Do sada najpopularnije DPCM. Proces predikcije može se klasifikovati u dvije grupe.

1. Prvi je intrafrejm ili intrafild (unutar okvira) Ovdje se redukuje prostorna komponenta.

2.Drugu čine interfrejm ili interfild-bazira se na vremenskoj i prostornoj redundanciji. Kodira se samo promjena na prethodan digitalan niz. Pošaljemo samo sliku i u sljedećem koraku se šalju samo promjene.

Videokonferencija

Ovaj telekomunikacioni sistem ima veliku primjenu od 1990 godine. Primjena je u mogućem učešću na konferencijama dva ili više učesnika koji su na mjestima koja su često vrlo udaljena. Ona se ostvaruje zahvaljujući tehnološkim napredcima kao što su tehnike video kompresije, pojeftinjenje i porast tehnike za procesiranje digitalnog signala i treće razvoj digitalnih mreža tj. Tehnike digitalnog prenosa, digitalnog multipleksiranja i digitalne komutacije . Sistema koriste manji broj linija nego što je to kod radio difuzije televizijskog signala npr. umjesto625 linija 352 linije.

U praksi se pokazalo da ovaj smanjen broj linija nije vidljiv za korisnika. Jedan od široko korištenih prenosa video konferencije bazira i na preporuci ITU-T Rec H261.Najčešće se koriste protoci Ho=384kb/s.Ovaj standard se bazira na ISDN kanalima (BDM kanalima).

B=64 kb/s D=16 kb/s ili 64 kb/s

8

Telekomunikacioni sistemi koji koriste optička vlakna

Mogućnost prenosa kodiranih podataka preko svjetlosnih signala prikazana je 1960. Međutim izrada i primjena vlakna od cistog stakla koja mogu da prenesu svjetlost ostvarena je sedamdesetih godina u Belovim laboratorijama. Ranije su razvijena jednomodna vlakna koja imaju mnogo manje poduzno slabljenje i podrzavaju prenos sa velikim protocima.Naredni korak u primjeni vlakana je razvoj tehnike multipleksiranja po talasnim dužinama (WDM). Time se značajno povećao kapacitet optičkih vlakana.Sledeći korak u primjeni je tehnika gustog multipleksiranja (DWDM).Kapacitet optickog vlakna je sada reda Tb/s.Razvijene su komponente multipleksiranja, filtriranja i komutacije na optičkom nivou tako da se onda govori o potpuno optičkim mrežama AON. Postoje multimodna i monomodna vlakna. Kada govorimo o multimodnim vlaknima, imamo optičke telekomunikacije.Sistem se sastoji od diode koja emituje svjetlost(predajnik), može da savlada rastojanje 10 km. Za veća rastojanja koristi se regenerator. Na mjestu prijema se koristi foto-detektor obicno LED koja je komponenta sa malom izlaznim signalom. Tu se električni signal pretvara u optički. Tu se električni signal pretvara u optički.Logička jedinica ukljucuje LED,a logicka nula iskljucuje.

(Slika. 9)

Protok koji LED ostvaruje je 140 Mb/s po multimodnom vlaknu, a slabljenje je 0,5 db/km.U regeneratoru se optički signal pretvara u električni, zatim se vrši obrada (odabiranje i odmjeravanje) i novi električni signal se pretvara u optički O/E i E/O konverzija.U prijemniku fotodetakcijom se optički signal pretvara u električni. Multimodno vlakno je jefitno i koristi se na kratkim rastojanjima. Kod primjene monomodnog vlakna optički telekomunikacioni sistem (TS) sadrzi kao izvor svjetlosti laser. Monomodno vlakno obezbjeđuje domet do 40 km bez regenerisanja izmedju prijemnika i predajnika.

9

(slika.10)

Protok je 1Gb/s SM, a slabljenje 0.1-0.2 db/km. Laser je skuplji od LED međutim generiše svjetlost u vrlo uskom talasnom opsegu duzina, zato se primjenjuje u kombinaciji sa jednomodnim vlaknima. S obzirom na propusni opseg razvijene su tehnike multipleksiranja po talasnim dužinama, tako da se po različitim talasnim dužinama prenose različiti signali. Na taj način se povećava kapacitet već postavljenim vlaknima WDM............N=16, 32 ovo je za MM vlakna. Za potrebe gustog MMX koristi se jednomodno vlakno DWDM N=256.Nedostatak zbog upotrebe regeneratora nadoknadjen je sa optickim pojačavačem.Opticki pojačavač je izrađen od posebnih optičkih vlakana dužine reda približno 10 m. Poznato je da se prenos po vlaknu odvija u takozvana tri optička prozora. To su prozori na 850nm, 1300nm i 1550nm.Kriva podužnog slabljenja je kao na slici.

0.5

1 .0

85 0 13 00 15 50[nm ]

SM [d B/Km ]

(slika.11)

Odavde može da se odredi i propusni opseg prozora na osnovu relacija:

10

Na primjer za:

ili

Multimedijalna vlakna rade u opsegu 850nm,a monomodna u opsegu 1300nm i 1550nm.Kod MM vlakna se koriste sljedeći opsezi sa talasnim dužinama:

opseg talasna dužina [nm]O 1260-1360E 1360-1460S 1460-1530C 1530-1565L 1565-1625U 1625-1675

(tabela.1)C i L se koriste više jer postoje optički pojačavači u tom opsegu. Za potrebe umrežavanja sistema sa optičkim vlaknima razvijen je standard od ANSI koji se naziva SONET- sinhrono optička mreža.Evropa je razvila ITU-SDH.Zato se danas cesto kaze SONET-SDHOdnosi se na primjenu monomodnog optickog vlakna i multipleksiranje sa vremenskim multipleksom. STM-0 ima 672 kanala x 64kb/s STM-1 ima 2016 kanala x64kb/s STM-2 ima 8064 kanala x64kb/s . . . STM-256 ima 516096 kanala x64kb/s

11

Jedna optička mreža se formira hijerarhijski u obliku prstenova različitih protoka svaki prsten sadrži vlakna tako da obezbjeđuje prenos u oba smjera.Okosnica mreže je prsten na STM-64.Na okosnicu se priključuju prstenovi nižeg hijerarhijskog nivao preko multipleksora,demultipleksora ADM(Add Drope Multiplex)

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM

ADM ADM

ADM

ADM

ADM

DXC

DXC LTESTM -64J EZG RO

STM -4PRISTUP

STM -1PRISTUP

KO RISN IK

(slika. 12)

Pored toga postoje digitalne ukrštene tačke DXC(kros konekt) i postoji oprema za završetak linije LTE. Tu se priljučuju korisnici. Slicno ovome može da se definiše optički TS na principu multiplex-a po talasnim dužinama i na njega je povezan prsten sa uredjajima tipa WXC ,a povezan je sa pasivnom optickom mrezom (PON).

12

WXC

WXC

WXC

WXC

ADM

ADM

ADM

ADM

PO M

TX/Rx TX/Rx

P a s iv n a o p tič k am re ž a

(slika.13)

. Pasivna optička mreža da bude prsten i zvijezda. Optička mreza optickog sistema omogućava prenos u široko pojasnom opsegu tzv. širokopojasni servisi. Opšta struktura jednog takvog sistema je na prethodnoj slici. Postoji u osnovi ODN opticka mreža za distribuciju signala.Sa jedne strane je uređaj za završetak opticke linije OLT.Završetak optičke linije se upravlja iz centra za upravljanje mrežom NM.Preko sprege za čvorove servisa SN dovode se različiti servisi u mrežu za distribuciju. To može da bude Internet, telefonski servis, video servis, ATM, FR servis.Optičko vlakno se može dovesti direktno do kuće(FTTM).Međutim preko opticke mrežne jedinice ONT i upredanjem parica može da dođe do kuce kao kombinacija parice opticko vlakno ili kombinacija preko koaksijalnog kabla HFC.

13

O N T

O N T

O N U

O N U

N T

N T

O D NO LT

N M

F R

AT N

Te le fo n

v id e o

F F T H

F F T H

H F C

K o a k s ija ln i k a b a l

U p re d e n e p a r ic e

In te rn e t

(slika.14)

Iako je glavna primjena za prenos digitalnih signala, opticka vlakna se koriste za prenos analognog signala. Jedan primjer je hibridna optička koakcijalna veza. Kada se razmatra jedan analogni optički TS mora da se uzmu u oblik najvažniji parametri. To su odnos signal šum na mjestu prijema propusni opseg, i izobličenje usljed nelinearnostiJedan TS od predajnika do prijemnika od jednog korisnika do drugogo sadrži 4 osnovna elementa. Opticki predajnik Opticki kanal Opticki pojačavač Opticki detektor.

Anslo g n iukszn isig na li

BBAMFMPM

N IRIN

A SE SNTNANAPD

A n a lo g n iiz k a z n ie le k tr ič n is ig n a li

O p tič k ip re d a jn ik

O p tič k i k a n a l

O p tič k ip o ja č a v a č

O p tič k id e te k to r

(slika. 15)

Na ulaz dolazi analogni ulazni električni signal, a na izlazu dobijamo analogni izlazni el. signal.

14

Najjednostavnija konverzija je intenzitetska modulacija. To može biti direktna modulacija gdje signal iz svog prirodnog položaja moduliše opticki nosilac.Međutim mnogo češće prvo se vrši modulacija električnog nosioca (recimo AM, FM, PM), onda se vrše el. opticka konverzija.U predajniku može da dođe do harmonijskih izobličenja,do intermodulacije usljed nelinearnosti,moze da dodje do fluktoacije u amplitudi ili na intezitetu na izlazu poloprovodnickog lasera.To je tzv. RIN.U predajniku može da dođe do zagušenja (odsjecanja usljed karakteristike lasera).Na optičkom vlaknu može da dođe do modalne distorzije (izobličenja modova za slučaj jednog ili vise modova rada) ,dolazi do slabljenja i disperzije grupne brzine GVD. U optičkom pojačavaču izobličenje nastaje zbog pojačane spontane emisije .U optičkom detektoru postoji takozvani kvantni šum (shot noise) usljed statističke prirode pretvaranja signala u svjetlost.Postoje i termički šum TN kao i šum pojačavača AN kao aktivnog elementa kao i šum na PN-spoju (APD-šum) tako da je odnos signal-sum ili CNR,odnos snage nosioca i spektralne gustine signala šuma data sa:

To je osnovna struktura. optickog telekomunikacionog sistema.Za digitalni optički link od značaja su sljedeći parametri:-željeno (moguće) rastojanje prenosa-digitalni protok ili propusni opseg ili kapacitet kanala -vjerovantoća greške po bitu.Parametri koji uticu na izbor:-dimenzije jezgra vlakna.-indeks refrakcije i izbor profila indeksa refrakcije-propusni opseg i disperzija-slabljenje numerički otvor (pertura) to je prečnik polja moda. -širina spektralne linije. -izlazna snaga-efektivna površina u koju se zrači-dijagram zračenja emisije-broj modova koji se emitujuŠto se tiče prijemnika od znacaja je:-brzina odziva (prolazak sa jednog nivoa na drugi)-radio talasna dužina-osjetljivostJedan optički izvor (optički predajnik) se povezuje konektorima na vlakna. Vlakna se sastavljaju što će prouzrokovati na tim mjestima dodatno slabljenje. Za proračun veze od značaja je ukupno slabljenje od predajnika do prijemnika.Ukupno slabljenje se izračunava preko snaga:

15

O T x O R x

n a s ta v a k

k o n e k to r

P s P r

(slika. 16)

Proračun vremena odziva celog sistema je .

Za korekciju greske se koristi ARQ(Automatic Repeater Quest) postupak.

16