De combinatie van het guard-interval en orthogonaliteit is eigenlijk het meest innovatieve technische aspect in DAB-radio.
Laten we het uitleggen zonder ingewikkelde wiskunde.
Orthogonaliteit betekent dat het einde van een symbool perfect aansluit op het begin van datzelfde symbool — de overgang is volledig vloeiend, zonder faseverschuiving.
Je kan het ook uitleggen als twee sinusgolven (orthogonale golven) van elk 1 milliseconde lang, met een frequentieverschil van precies 1 kHz
Als je die twee signalen wiskundig met elkaar vermenigvuldigt, krijg je nul — ze beïnvloeden elkaar dus niet.
In radiotechniek (RF-engineering) betekent dat er geen mengproducten of storingen tussen draaggolven ontstaan.
Met andere woorden: er is geen interferentie tussen de verschillende draaggolven en dus geen “intersymbol interference” (ISI).
Als je een sinusgolf van 1 ms zou tekenen (dat is één DAB-symbool), en je knipt die tekening uit als een lint, dan kun je het uiteinde van dat lint precies aansluiten op het begin — zonder enige faseverschuiving.
In DAB wordt men dat symboolcontinuïteit (symbol continuity) genoemd.
Let op: als je dit echt wil uitproberen, moet de draaggolf een veelvoud zijn van 1 kHz (en dus precies 1 ms duren). Alleen dan sluit het einde van de golf exact aan op het begin — dat is wat we bedoelen met orthogonaliteit. Dit principe is belangrijk voor het guard-interval, omdat de ontvanger zijn faseherkenning start tijdens dat tijdsvenster van 1 ms.
Wanneer signalen van verder gelegen zenders in een Single Frequency Network (SFN) later aankomen, worden die door de ontvanger iets vertraagd gedetecteerd.
Om de fase toch correct te houden, moet het guard-interval dezelfde fase behouden — want de informatie in DAB zit vervat in de fase van het symbool (Phase Modulation).
Zoals we zagen, laat de orthogonaliteit toe om het einde van een symbool direct aan het begin te “plakken”, zonder breuk in de fase.
Daarom is het logisch om een stukje van het einde van het 1 ms-symbool te kopiëren naar het guard-interval.
Zo blijft de fase doorlopend en wordt intersymbol interference (ISI) vermeden.
De gekozen duur van het guard-interval, 0,246 milliseconde, is bepaald door de gewenste afstand tussen twee SFN-zenders.
- Maak je het korter, dan kunnen zenders minder ver uit elkaar staan.
- Maak je het langer, dan verlies je bandbreedte.
Die 0,246 ms in DAB Mode I is dus een compromis tussen hoe ver zenders uit elkaar kunnen staan en hoe efficiënt de beschikbare bandbreedte wordt gebruikt.
Enkele simulaties
Hieronder een frequentie van 8Khz fase 0° waarbij de laatste 200 µs van het signaal gekopieerd werd als guard interval en voor het 1ms signaal is geplakt. Merk op dat de continuiteit behouden blijft (het signaal sluit mooi aan).
Dit principe blijft behouden zolang de signalen veelvouden zijn van 1kHz (Orthogonaliteit). De volgende Excel simulaties tonen dit aan.
Onderstaande simulaties achtereenvolgens met:
- 9Khz fase 0°
- 10 kHz fase 0°
- 11 kHz fase 45°
Het is duidelijk de fase continuïteit blijft behouden zolang de frequentie een veelvoud is van 1kHz. De fase speelt geen rol welke fase men ook toepast (modulatie) de continuïteit blijft steeds behouden.
