Příjem programů ze satelitu NSS-6

18.05.2005 13:37 | Tisk

Návrh signálneho reťazca na orbitálnej pozícii 95°E- družica NSS 6

Obr.1 - footprint NSS-6

Pred tým ako jednoznačne pomocou navrhnutej mapy elevačnej dostupnosti družice NSS 6 /samozrejme v zóne možného príjímu sa nachádza aj časť Českej republiky/ vymedzím územie na ktorom je možné zachytiť a celodenne sledovať vysielanie v KU pásme v blízkovýchodnom vyžarovacom zväzku na tejto družici, by som rád porovnal teoretické limity v mieste uskutočneného príjimu /Lučenec, stredné slovensko/ s praktickými možnosťami, ktoré sú podstatne väčšieho rozsahu ako to stanovuje teória na 97° východne, pre ktorú by v mojej zemepisnej šírke a dĺžke mal zodpovedať elevačný uhol okolo 0,2° /za predpokladu použitia stredovej antény/.

Pri konkrétnych meraniach na odzozvu VF signálu v priestore pri azimutálnych rozsahoch nad 97° východne /čiže sa nejednalo o družicu Expres AM 11 na 96,5° východne/ sa mi podarilo naraziť na ďalší signálny rozptyl pri azimute viac ako 100°.S určitosťou sa jednalo o vysielanie v KU pásme. Ovšem signálna kvalita na hranici 5 dB odstupu S/N /signál-šum/ znemožnila dalšie testy. Žiadny, pre mňa zachytitelný signál v KU pásme by z azimutálnych rozsahov nad 97° už na naše územie nemal prichádzať, ale prichádza. Z tohoto príkladu vyplýva že praktické azimutálne limity na východnom doraze polarmountu sú podstatne ďalej ako som aj ja uvažoval a ako to limituje zakryvenie zemského povrchu.

1,Technické parametre družice NSS 6, zóny pokrytia, vyžiarený výkon na zemskom popvrchu, rozdelenie a počty transpondérov...

NSS 6 je názov pre stacionárny telekomunikačný satelit novej generácie, stabilizovaný v troch osiach, ktorý bol vypustený a umiestnený na rovníkovej obežnej dráhe dňa 17.12.2002 a jeho životnosť je 12 rokov.Satelit vyrobila firma Lockheed Martin a prevádzkovateľom družice je holandská spoločnosť New Skies Satellites.

Obr.2 - Elevačný limit pre NSS6

Na družici sa nachádza 50 aktívnych prevádzačov pracujúcich v pásmach KA /27.50-30.00 GHz/ a KU /vysielanie na družicu prebieha v rozsahu frekvencii 13.76-14.48 GHz a vysielanie z družice na zemský povrch v rozsahu frekvencii 10.95-12.75 GHz pri šírke pásma 60×36 MHz. Družica zaisťuje svojím signálnym pokrytím telekomunikačné služby pre oblasti Austrálie, Indického subkontinentu, Číny, Južnej Afriky, Blízkeho východu ai. Zo šiestich vyžarovacích zväzkoch, ktoré satelit používa, priamo časť nášho územia ožaruje blízkovýchodný vyžarovací diagram /Middle East Spot/ s určenou vyžiarenou energiov EIRP pre našu časť územia v rozsahu od 47 dBW do 50 dBW. Nakoľko tieto čísla zodpovedajú realite o tom sa dozviete viac pri konkrétnom návrhu komponentov signálneho reťazca.

Obrázok č.2 som navrhol pre presné vymedzenie a porozumenie, od ktorej polohy v Československu je možné zachytiť družicu NSS 6 z hľadiska minimálneho elevačného uhla. Na ploche ohraničenej zelenou farbou je príjem z tejto orbitálnej pozície možný a na ploche ohraničenej červenou NIE.

Okrem presnej zemepisnej polohy miesta príjimu by som rád doplnil podstatný údaj o nadmorskej výške 187 metrov pre mesto Lučenec kde som príjem uskutočnil.

Obrázok č.1 nám jednoznačne hovorí o tom že sa naše územie nachádza priamo v zóne maximálnej vyžiarenej energie. Skutkový signálny stav,ktorý sa dosť podstatne líší od vopred definovaného provajderom popíšem nasledovne.

2,Obsadenie prenosovej kapacity na družici NSS 6...

Naše územie v blízkovýchodnom vyžarovacom zväzku ožarujú družicové vysielacie antény presne šiestich internetových provajderov, dvoch televíznych programov a asi piatich v súčasnosti aktívnych FEEDov, ktoré občas prenášajú televízne prenosy.

3,Popis použitej zostavy na príjem z družice NSS 6...

a,Stredová príjimacia anténa MABO priemeru 180 cm: Ešte pred umiestnením tejto antény na strechu som musel polárny záves kompletne prerobiť, aby vôbec bol schopný vytočiť východný limit okolo 100 ° pre jednoduché a komfortné ovládanie pomocou dvoch tiahlových motorov, kedže výrobca samozrejme nepredpokladal použitie jeho antény v takýchto extrémnych podmienkach. Všetky podstatné technické parametre použitej príjimacej antény som konkrétne popísal v článku DXxx vo VF spektre 12,5 GHz, družica ARABSAT 2B 30,5° východne.

Obr.3 - Parabola pre NSS6

Obrázok č.3 nám vypovedá o presnej pozícii a vytočení polárneho závesu pri príjime z orbitálnej pozície 95° východne, z pohľadu sever-juh.

b, Návrh vonkajšieho signálneho reťazca ...

Vonkajší signálny reťazec, ktorý je tvorený ožarovačom a konvertorom a jeho správny výber zohráva v tomto prípade /príjem programu KTR Kyrgizstan/ kľúčovú úlohu, lebo ako uvediem nasledovne na jeho správnom zvolení bude stáť a padať vôbec možnosť príjimu programu KTR.

Teraz podrobne popíšem a následne pomocou tabuliek a grafov signálnych parametrov zdokladujem kvalitatívne signálne parametre /S/N-odstup Signál-Šum, BER-chybovosť prenosu Bitt Error Rate/, ktoré som dosiahol s dvoma konvertormy, ktorých popisu budem venovať hlavnú pozornosť, kedže ako samy uvidíte na ich výbere stojí a padá vôbec možnosť príjimu družice NSS 6 v spojitosti s príjimacou anténou priemeru 180 cm.

Ako som uviedol vyššie na družici NSS 6 momentálne vysielajú v blízkovýchodnom vyžarovacom zväzku tv programy CGN TV /Kórejský náboženský program/ a KTR /Kyrgyzská tv/, pričom sa na tejto družici vyskytuje naozaj v družicovej praxi nie bežný jav, kde provajder a vlastník družice, NewSkies Holansko, použil na signálnej ceste z družice na zem, pre programi KTR a AMS /internetový-dátový prenos/ úplne rovnakú frekvenciu 11 635 MHz, ovšem provajder pridelil opačnú polaritu signálu. V dávnej praxi analógového prenosu sa podobný jav použitia jedného kmitočnu na prenos dvoch programov použil viackrát, ale vždy sa jednalo o prípad ked boli obidva programi v rozdielnych vyžarovacích diagramoch /napr.jeden tv program v Blízkovýchodnom a druhý tv program v Európskom/ a nie v jednom ako je to v tomto prípade. Ďalším významným problémom, ktorý je určujúcim faktorom pre správne navrhnutie vonkajšieho signálneho reťazca je fakt že úroven signálu v mieste príjimu pri programoch KTR aj AMS značne prevyšuje 60 dBuV.

V prvom prípade som použil v komerčnej praxi najuznávanejší prírubový konvertor univerzálneho, jednokáblového, riešenia, typu INVACOM SNF 031 so všeobecne známimy parametrami, z ktorých, ako to býva zvykom, sa jediným vyzdvihovaným a smerodajným údajom stalo šumové číslo 0,3 dB, ktoré v tomto prípade /vysoký vyžiarený výkon na zemskom povrchu v spojitosti s priemerom príjimacej antény 180 cm/ zohralo až tercialnu, čiže nepodstatnú úlohu.

V druhom prípade popíšem príjimové výsledky pri použití profesionálneho konvertora od švédskeho výrobcu SMW, typovej rady X-LINE v spojitosti, kedže sa jedná o jednopolaritný Quatro LNB so vstupným vlnovodom WR 75 /Wawe Range, stanovený rozmer vlnovodu pre pásmo frekvencií v KU pásme/ s kvalitným mechanickým polarizátorom a tiež polarizačnou výhybkou.

1,Výsledky, ktoré som dosiahol pri použití prírubového, univerzálneho konvertora INVACOM SNF 031.

Predtým ako popíšem dosiahnuté výsledky na družici NSS 6 s LNB Invacom by som rád popísal niektoré technické fakty, o ktorých sa bežne nepíše a ktoré je nutné poznať, lebo práve oni sú príčinou nameraných výsledkov.

Obr.4 - Vstupný vlnovod pri LNB Invacom SNF 031

Na obr.č.4 je detail na vstupný vlnovod typu C 120 a umiestnenie signálnych zberačov vo vnútry vlnovodu pre H- horizontálnu a V-vertikálnu polarizáciu. Ako je z obrázku zrejmé signálne zberače sú fixne usporiadané v 90° uhle a veľkou nevýhodou v prípade že je príjimacia antény nátáčaná po celom orbite je nutnosť častého doladovania sklonu polarizačnej roviny SKEW v závislosti od tej korej družice a taktiež konkrétneho programu počas dňa.

Ďalšou podstatnou nevýhodou tohoto univerzálneho, jednokáblového, riešenia kde sa zmenou napätia 14/18V po kábly zabezpečuje výber signálneho zberača vo vlnovode a tým pádom H alebo V polarizácie je, nesmierna náročnosť na presnosť nastavenia sklonu polarizačnej roviny samotného konvertora,ktorá sa zvyšuje/ a tým pádom sa stáva takmer nemožná/ v prípade použitia priemerou príjimacích antén 1,8m, 2,2m, 2,4m, 2,7m atd pri príjime extrémne slabých signálov v KU pásme. Pri konkrétnych testoch príjimu družice Arabsat 2B,30,5° východne / článok DXxx vo VF spektre 12,5 GHz, družica ARABSAT 2B 30,5 ° východne/ stál príjem extrémne slabých programov vysielajúcich v KU pásme vo vertikálnej polarizácii v spojitosti s PF anténou priemeru 180 cm na !jednom milimetry! presnosti nastavenia sklonu polarizačnej roviny LNB. Tákáto presnosť sa stáva v amatérskych podmienkach, bez použitia kvalitnej meracej techniky nemožnou.

Principálne hlavnou nevýhodou týchto uni. konvertorov /nie len Invacom ale aj Inverto.../ bez ohľadu na akúkoľvek nízku hodnotu šumového čísla, v spojitosti s priemermy príjimacích antén nad 1,6 m je velm nízky parameter !!! ODDELENIE POLARIZAČNÝCH ROVÍN !!!/Cross polar Isolation/, v prípade LNB Invacom SNF 031 udáva výrobca túto hodnotu nad 25 dB, čo Vám bud úplne znemožní príjem, alebo dosiahnete značne skreslených, výsledkov, v prípade že príjimate družicu na ktorej sa rozdiel v úrovniach signálov medzi H a V polarizáciov prekročí 20 dBuV. Typickým príkladom je napr. príjem z družice Astra 2D v rôznych častiach Európy kde sa rozdiely v signálnych úrovniach medzi jednotlivýmy polaritami ale aj samotnými družicami Astra 2A, 2B, 2D z tej istej orbitálnej pozície 28,2° východne, značne líšia a napr v mojom mieste príjimu dosahujú v prípade použitia priemeru príjimacej antény 240 cm aj 35 dBuV. A práve tieto nesmierne rozdiely v úrovniach signálov, ktoré prichádzajú z jednej orbitálnej pozície, samozrejme za predpokladu použitia vyššie uvedených priemerou príjimacích antén, sa stávajú neprekonateľnou prekážkou pre tieto univerzálne konvertory, čo vylučuje ich použitie a docielenie objektívnych príjimových výsledkov /vždy je to na úkor toho oveľa slabšieho programu, ktorý vysiela napr v blízkovýchodnom výžarovacom diagrame oproti programu, ktorý vysiela v Európskom vyžarovacom diagrame/ Už s priemerom príjimacej antény 180 cm v spojitosti s LNB Invacom SNF 031 sa mi bežne stáva pri príjime DTH družice napr Amos 1,že konvertor dodáva na výstupe jasne meratelný signál z opačnej polarity oproti príjimanému programu, pričom na opačnej polarite vysielanie neprebieha. Skrátka schopnosť oddeliť dve polarity, čiže dostatočne potlačiť tú opačnú sa pri tomto LNB stráca.
V prípade že rozdiel v signálnych úrovniach medzi polaritami H a V poprípade medzi samotnými družicami /pokiaľ nie je len jedna a vysielajú v rovnakom pásme z rovnakej pozície/ neprekročí vyššie spomínanú úroveň /polopate povedané vysiela sa napr v jednom vyžarovacom zväzku na Arabsate 2B a rozdiel v úrovniach medzi H a V pol je len okolo 10 dBuV/ potom je aj toto univerzálne riešenie,ktoré ponúka LNB Invacom použitelné aj ked za cenu nesmierne náročného nastavenia.

Pri prvotnom ladení príjimacej antény na družici NSS 6 /95° východne/ bolo nevihnutné pootočiť konvertor, oproti vypočítanému sklonu polarizačnej roviny -41°, o ďalších 20°, lebo inak bolo možné príjimať len internetových provajderov PlanetSky, Streamlink, FalconStream a to tiež len na hranici signálnej stability. Televízie KTR a CGN sa zachytiť nedali vôbec. S použitím meracej techniky som čo najpresnejšie nastavil sklon polarizačnej roviny SKEW pri tomto konvertore. O dosiahnutých kvalitatívnych signálnych parametroch S/N,BER... s LNB INVACOM SNF 031 informujú nasledovné grafy a fotografie z meracieho prístroja.

Obr.5 - CGN s LNB Invacom

Obr.6 - KTR s LNB Invacom

Obrázok č.5 nám znázorňuje závislosť zmeny kvality signálu meranú ako odstup S/N za časový úsek 5 minút pri LNB Invacom SNF 031. Kvalita signálu vykazovala výraznú nestabilitu a dokonca viac ako na 2.minúty sa obraz úplne stratil. Pri poklese odstupu S/N na 6 dB a BER pod hodnotu 2 krát 10 na -4 sa začal obraz rozpadať až sa úplne stratil. Tento proces sa s týmto konvertorom v závislosti na čase neustále opakoval a ani zamena počasia /vyjasnenie/ a opätovná kontrola nastavenia parametru SKEW nemala vplyv na zlepšenie odstupu S/N.

Ako nám znázorňuje obr.č.6 takmer podobná situácia sa opakovala aj pri príjime programu KTR. Časový úsek piatich minút bol taktieš poznačený úplnými výpadkami obrazu čiže poklesu S/N pon 6 dB.

Obr.7 - Signálne parametre prenosu CGN TV

Obr.8 - Kvalitatívne hodnoty S/N a BER

Obr.9 - Konštelačný diagram CGN TV

Obrázky č.7, 8, 9 som zaznamenal z meracieho prístroja a fotky zobrazujú základné signálne parametre prenosu. Konštelačný diagram, presnejšie koncentrácia signálnych bodov v priestore nám hovorí o kvalite príjimaného signálu.

2,Výsledky, ktoré som dosiahol pri použití jednopolaritného profesionálneho quatro konvertora SMW X LINE...

K druhému testu som si vybral konvertor od švédskeho výrobcu SMW, typovej rady X - LINE, korý sa používa v profesionálnych aplikáciách na príjem dátových alebo tv prenosov. Stabilizácia frekvencie oscilátora je riešená dielektrickým rezonátorom /technológia DRO/ a použitie tehoto riešenia sa nazýva Low Phase Noise Technology, čiže technológia nízkeho fázovéfo šumu, ktorá má v porovnaní s komerčnými výrobkami ako napr. MTI ai zabespečiť zníženie chybovosti prenosu BER aspoň 10 krát. Samozrejme kedže teraz hovorím o profesionálnych /nie komerčných/ konvertoroch, prioritnými parametrami v tejto oblasti sú hodnoty ako hodnota fázového šumu,stabilizácia frekvencie oscilátora, presne určené zosilnenie,činiteľ stojatého vlnenia...

V tejto najvyššej kvalitatívnej kategórii si ani jeden výrobca nedovolí uvádzať takmer nulové hodnoty šumového čísla, na ktoré sme zvyknutý v komerčnej sfére a aj v súčasnosti sa bežne strávam pri týchto profesionálnych LNB so šumovými číslami nar 0,8 dB /v tomto teste použitý model/ 1,0 dB, 1,2 dB. Tento konvertor je jednopolaritného prevedenia /WR 75/,prepínanie dvoch oscilátorov, ktoré kmitajú na frekvenciávh 9,75 Ghz a 10,75 Ghz je riešené napetím 13/18 V, zosilnenie konvertora, čo je v prípade použitia s priemermi príjimacej antény nad 2 m mimoriadne dôležité výrobca rieši na požiadanie individuálne /pri tomto LNB 52 dB/ a tento typ sa dodáva v štyroch prevedeniach z hľadiska výberu LOF a v troch prevedeniach z hľadiska stabilizácie oscilátora v MHz-na výber +/- 1MHz, +/- 2MHz, +/- 3MHz.

Obr.10 - Konvertor SMW X LINE

Obr.14a - Komplet vonkajšia signálna jednotka

Kedže sa jedná o jednopolaritný konvertor nevihnutne som musel predradiť na jeho vstup doteraz z technického hľadiska neprekonaný mechanický polarizátor, o ktorého parametroch nám vypovedá priložený atest. Jeho úloha spočíva v správnom výbere akéhokoľvek sklonu polarizačnej roviny SKEW a dôslednom oddelení polarizačných rovín. Technické parametre mechanického polarizátora Hirschmann CSP 1210 C ako sú priechodzí útlm od 0,27dB do 0,37 dB, oddelenie polarizačných rovín -ISOLATION- od 35,7 dB do 37,4 dB sú veľmmi dobré! /v porovnaní s LNB Invacom je to o min. 10 dB lepší parameter!!! /Aj v súčasnosti sa dajú zakúpiť polarotory /mechanické polarizátory/ určené pre KU pásmo pre jednopolaritné LNB.napr: Chaparral Wideband polarotor s výborným parametrom Cross Polar Isolation nad 35 dB,čo je nemožné dosiahnúť pri univerzálnych LNB.

Obr.11 - Mechanický polarizátor Hirschmann CSP 1210 C

Obr.12 - Atest polarizátora Hirschmann CSP 1210 C

Obr.13 - KTR s LNB SMW X-LINE

Obr.14 - CGN s LNB SMW X-LINE

Predchádzajúce grafy č.13, 14 nám jednoznačne vypovedajú o tom že signálna kvalita meraná ako odstup S/N sa v porovnaní s LNB Invacom SNF 031 pri programe KTR !!! výrazne zvýšila o takmer 4 dB!!! čo je obrovský nárast a zároven absolútna celodenná signálna stabilita bez výpadkou a v prípade programu CGN dosiahlo zlešenie taktiež výrazných !!! 3 dB !!! čo je tiež plná celodenná signálna stabilita, ovšem s menšou rezervou. Pre lepšie pochopenie popíšem predchádzajúce zlepšenie o 4 dB a 3 dB nasledovne. Správnym výberom vonkašieho signálneho reťazca nemusím použiť na príjem tejto družice NSS 6 na orbitálnej pozícii 95° východne, priemer príjimacej antény 180 cm ale pri programe KTR môžem zmenšiť tento priemer na 120 cm /rozdiel 60cm!/ a pri programe CGN TV na 160 cm /rozdiel 20 cm/. Výhody navrhnutého signálneho reťazca na obr 14a sú nesporné a jednoznačné:

plná kontrola nad akoukoľvek zmenou sklonu polarizačnej roviny signálu prichádzajúceho zo všetkých družíc na orbite /pri UNI LNB je to vylúčené/, ktorá býva pri DX príjme častou oblasťou signálnej nestability a výpadkov. O technickom náskoku použitého konvertoru SMW X Line v porovnaní s univerzálnym konkurentom Invacom vypopvedajú plne tu uvedené objektívne grafy a tabuľky.

Pre tých,ktorý sú zvyknutý na naozaj len informatívne,ale predsa nápomocné pomerné merače v DVB boxoch uvádzam nasledovné fotografie programu KTR s LNB Invacom SNF 031 a s LNB SMW X LINE.

Obr.15 - KTR s LNB SMW X-LINE

Hrubá signálna úroveň 78%
Kvalita signálu 88%

Obr.16 - KTR s LNB INVACOM SNF 031

Hrubá signálna úroveň 34%
Kvalita signálu 39%

Na prvé nastavenie do DVB pri hľadaní družice NSS 6 by som do príjimača doporučil zadať nasledovné signálne parametre. Jedná sa o internetového provajdera Falcon Stream, ktorý dosahuje v mojej oblasti daleko najsilnejší signál a čo je podstatné signál je stabilný len s minimálnymi zmenami po celý deň.