Satelliten-TV-Tuner und LNBs testen Satelliten-Fernsehen simulieren

Die analoge HF-Messtechnik wird durch die digitale Schaltungstechnik ersetzt.
Die analoge HF-Messtechnik wird durch die digitale Schaltungstechnik ersetzt.

Verstärkung, Rauschzahl, Intermodulationsfestigkeit: Das Prüfen von Sat-Tunern und Low-Noise-Blockconvertern (LNB) war immer eine ­Aufgabe der klassischen HF-Messtechnik. Doch auch hier wird die ­analoge Schaltungstechnik durch digitale ersetzt. Der ­Technologiewandel erfordert neue Teststrategien.

Seit es Satellitenfernsehen gibt, waren LNBs und Sat-Tuner als Superheterodyn-Empfänger (Fachbegriffe siehe Kasten) aufgebaut. Der LNB setzt das Downlink-Signal aus dem Ku-Band ins L-Band um. Der Sat-Tuner im Fernseher oder in der Set-Top-Box setzt das L-Band-Signal dann auf eine niedrige Zwischenfrequenz um, auf der schließlich der gewünschte Kanal selektiert und dekodiert wird. Zum Prüfen solcher Empfänger genügten die altbekannten HF-Messgeräte: Ein Netzwerkanalysator zur Messung von Gewinn und Anpassung, ein Spektrumanalysator zum Testen von Spiegelfrequenzunterdrückung und Intermodulationsfestigkeit sowie zum Aufspüren von Eigenempfangsstellen, und schließlich eine Rauschquelle zur Rauschzahlmessung. Als Testsignale dienten CW-Träger. Nur zum Prüfen des Dekoders wurde ein modulierter Träger aus einem Messsender eingesetzt. Die Simulation eines voll belegten Bandes verbot sich aus Kostengründen, da dazu für jeden Kanal ein eigener Modulator mit L-Band-Upconverter nötig war.

Ein schneller A/D-Umsetzer ersetzt den analogen Tuner

Diese Situation ändert sich grundlegend. Denn in der nächsten Generation von Set-Top-Boxen und ODUs (Outdoor Unit) wird das Superhet-Front-End durch einen A/D-Umsetzer zur direkten Abtastung des Sat-ZF-Signals ersetzt. Das Sat-ZF-Signal liegt üblicherweise zwischen 950 MHz und 2150 MHz, also im L-Band. Außerhalb Europas sind zum Teil auch Frequenzen ab 250 MHz oder bis 3000 MHz gebräuchlich.

Die neuen Empfänger digitalisieren daraus einen breiten Teilbereich von zum Beispiel 1000 MHz. Man spricht auch von Full-Band-Capture-Technologie. Die Selektion des zu dekodierenden Kanals erfolgt in der digitalen Signalverarbeitung (Bild 1). Die Vorteile einer solchen Architektur liegen auf der Hand: Weniger analoge Schaltungstechnik bedeutet weniger Toleranzen, weniger Abgleich und weniger Platzbedarf auf der Leiterplatte. Da schnelle A/D-Umsetzer heute kommerziell verfügbar sind, ist dieser Ansatz inzwischen auch kostengünstiger.

Diese neuen, direkt abtastenden Empfänger erfordern eine andere messtechnische Herangehensweise. Die ZF-Signalverarbeitungskette ist für analoge Messtechnik nicht mehr zugänglich. So müssten Kennzahlen wie beispielsweise die Rauschzahl aus anderen Messungen abgeleitet werden. Bei einem A/D-Umsetzer ist es entscheidend, seine Funktion über den gesamten zu erwartenden Dynamikbereich des Eingangssignals zu optimieren. Messungen mit einem einzelnen CW-Signal oder einem im Vergleich zur Empfangsbandbreite schmalbandigen Träger sind dazu nicht ausreichend. Der Empfänger muss vielmehr mit einer vollständigen Transponder-Belegung getestet werden, die ein echtes Satellitensignal so genau wie möglich nachbildet. Frühere Methoden, bei denen ein Einzelträger mit der simulierten Gesamtleistung einer vollständigen Belegung verwendet wurde, führen zu abweichenden oder unerwünschten Ergebnissen in der A/D-Umsetzerstufe

Simulierte Transponderbelegungen statt CW-Testsignale

Netzbetreiber verwenden eine große Anzahl von verschiedenen Transponderbelegungen, die aufgrund von Spotbeams eine große Dynamik aufweisen können. Im Empfangsgebiet eines großen Sat-Netzbetreibers, wie zum Beispiel EchoStar in den USA, können stark unterschiedliche Empfangsbedingungen herrschen. EchoStar betreibt zunächst eine Anzahl von Transpondern, die das gesamte Empfangsgebiet versorgen. Das betrifft das zusammenhängende Staatsgebiet der USA, ohne Alaska, Hawaii und Puerto Rico (Contiguous United States, CONUS). Diese Transponder haben konstanten Abstand und gleichen Pegel.

Bilder: 3

Lastprofil zwischen 8 und 16 Transpondern, Bilder 2-4

Lastprofil zwischen 8 und 16 Transpondern, Bilder 2-4

Im einfachsten Fall ergibt das ein Eingangssignal für den Sat-Tuner wie in Bild 2 dargestellt. In manchen Regionen des Empfangsgebiets bietet EchoStar zusätzlich lokale Programme an. Sie werden mit sogenannten Spotbeams übertragen, um die die CONUS-Transponder im Empfangsspektrum erweitert werden (Bild 3). Noch komplizierter wird die Situation, wenn zum Beispiel am Rand der Spotbeam-Zielregion, neben den CONUS-Transpondern und den gewünschten Spotbeams, weitere Spotbeams einer benachbarten Zielregion vorhanden sind. Diese muss die Set-Top-Box zwar nicht empfangen können, ihre Energie trägt aber zur Aussteuerung des A/D-Umsetzer-Frontends bei und muss bei Messungen berücksichtigt werden (Bild 4).

 

Kasten: Fachbegriffe der Satellitentechnik

 
- Uplink-Signal: Das Signal von der Basisstation zum Satelliten.
- Downlink-Signal: Das Signal vom Satelliten zum Empfänger.
- Transponder: Kofferwort aus Transmitter und Responder. Der Transponder befindet sich auf dem Satelliten und empfängt das Uplink-Signal und sendet es in einem verschobenen Frequenzbereich als Downlink-Signal. Ein Satellit enthält meist mehrere Transponder.
- Spotbeams: Spezielle Transponder, die das Signal lokal fokussiert senden, um ein regional eingeschränktes Angebot zu erreichen.
- L-Band: Langwelliges Band, zwischen 1,5 GHz und 2,7 GHz.
- Ku-Band: Kurzwelliges Band, beim Downlink-Signal zwischen 10,7 GHz und 12,7 GHz, beim Uplink-Signal zwischen 12 GHz und 18 GHz.
- Sat-ZF-Signal: Satelliten-Zwischenfrequenzband, das Signal zwischen LNB und Tuner, im Frequenzbereich von 950 MHz bis 2150 MHz.
- Low Noise-Blockconverter (LNB): Rauscharmer Signalumsetzer, der die empfangenen Signale in das ZF-Band umsetzt, damit diese verlustarm mit Koaxialkabeln übertragen werden können.
- Superheterodyn-Empfänger (Superhet): Überlagerungsempfänger, der die Signale durch Superposition in niederfrequente Bereiche umsetzt.