Satelliten-TV-Tuner und LNBs testen
Satelliten-Fernsehen simulieren
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Automatisches Testsystem
Zum Testen der LNBs und Set-Top-Boxen hat EchoStar deshalb eine neue Teststrategie auf der Basis von simulierten Transponderbelegungen aufgestellt. Die Tests werden mit einer Reihe von Lastprofilen gefahren, die verschiedene Transponderbelegungen eines realen Satelliten-TV-Netzes nachbilden. Diese Lastprofile sind so gewählt, dass sie den A/D-Umsetzer auf unterschiedliche Art belasten. Sie stellen dadurch sicher, dass die LNBs und Set-Top-Boxen auch unter realen Bedingungen das Empfangssignal nicht verschlechtern und damit geringe Modulationsfehler und eine geringe Bitfehlerrate gewährleisten. EchoStar wendet diese Teststrategie bei der neuesten Generation von LNBs und Set-Top-Boxen erstmalig an. Man erwartet, dass auch deren Hersteller zukünftig verstärkt mit Lastprofilen testen werden. Aus Sicht der Messtechnik ist die größte Herausforderung bei dieser Teststrategie, eine ausreichende Anzahl von modulierten Transponder-Signalen zu erzeugen. Bisher gab es dazu zwei Ansätze, die jedoch beide gewisse technische oder wirtschaftliche Nachteile haben: Zum einen gibt es die Möglichkeit, eine Anzahl von Sat-TV-Modulatoren zu verwenden, wie sie üblicherweise beim Uplink zum Einsatz kommen, und ihre Ausgangssignale zusammenzufassen. Eine solche Anordnung ist allerdings aufwändig zu konfigurieren und zu kalibrieren und braucht viel Platz und viel Strom. Aufgrund der Anzahl der Modulatoren ist sie zudem relativ teuer. Alternativ kann man einen Arbiträr-Signalgenerator mit ausreichender Bandbreite verwenden. Es ist allerdings keine leichte Aufgabe, eine geeignete I/Q-Waveform-Datei für mehrere Sat-TV-Transponder zu erzeugen. Außerdem erfordert jede noch so kleine Änderung der Konfiguration eine neue Waveform-Datei, was diesen Ansatz recht unflexibel macht. Der Mehrkanal-Signalgenerator R&S SLG Satellite Load Generator von Rohde & Schwarz vereinfacht diese Aufgabe wesentlich, da er bis zu 32 Satellitentranspondersignale gleichzeitig erzeugt. Für jeden Transponder sind Symbolrate, FEC (Vorwärtsfehlerkorrektur, forward error correction), Frequenz und Pegel unabhängig einstellbar. Bis zu 16 Transponder können ein Live-Videosignal übertragen.
Automatisches Testsystem mit 16 modulierten Transpondersignalen
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Bild 5 zeigt das Testsystem, das bei EchoStar zum Einsatz kommt. Ein R&S SLG erzeugt die modulierten Signale im Frequenzbereich von 250 MHz bis 3000 MHz. Die unterschiedlichen Lastprofile sind als Konfigurationen auf dem Gerät gespeichert und werden nacheinander aufgerufen. Zum Testen einer Set-Top-Box gelangt das Ausgangssignal des Generators direkt auf den Eingang des DUT. Der R&S SLG simuliert sozusagen den Ausgang eines LNB. Als Messsignal liefert die Set-Top-Box die BER (Bit Error Rate, Bitfehlerrate) bzw. die Anzahl nicht korrigierter FEC-Pakete pro Zeiteinheit. Alternativ könnte man auch das HDMI-Ausgangssignal der Set-Top-Box einer Bildqualitätsanalyse zuführen, zum Beispiel mit einem R&S VTC Videotester.
Zum Testen eines LNB wird das Lastprofil des SLG zunächst mit einem Upconverter ins Ku-Band umgesetzt und gelangt dann auf den Eingang des DUT. Als Messsignal liefert das DUT ein Sat-ZF-Signal. Dieses wird entweder mit einem R&S FSW Vector Signal Analyzer gemessen oder mit einem Referenz-Empfänger dekodiert. Der Referenz-Empfänger gibt die Bitfehlerrate und eine Reihe anderer Parameter des demodulierten Signals aus. Ein PC steuert die Geräte und speichert die Ergebnisse.
Definierte Verschlechterung der Signalqualität
Ein Mehrkanal-Signalgenerator ist eine vorteilhafte Signalquelle für das Testsystem, da er deutlich weniger Platz und Energie braucht sowie weniger Wärme und Lärm erzeugt als 16 einzelne Modulatoren. Zudem kann das Signal mit weißem Rauschen und Phasenrauschen gezielt verschlechtert werden. Die größte Herausforderung bei der Übertragung von Satellitenfernsehen ist die enorme Dämpfung des Signals auf dem 36.000 km langen Weg vom Satelliten zum Empfänger. Aufgrund dieser starken Dämpfung und weil bei privaten Empfangsanlagen nur relativ kleine Schüsseln verwendet werden können, hat das Empfangssignal einen sehr geringen Signal-Rausch-Abstand. Die nachfolgenden Verstärker und Umsetzer verschlechtern ihn zudem noch.
Diese Situation simuliert ein Signalgenerator mittels einer AWGN-Funktion (Additive White Gaussian Noise), die dem Nutzsignal ein breitbandiges weißes Rauschen überlagert. Neben weißem Rauschen beeinträchtigt auch Phasenrauschen die Empfangsqualität. Dieses entsteht im Wesentlichen im Lokaloszillator des LNB der Satellitenempfangsanlage, der für die Umsetzung vom Ku-Band ins L-Band zuständig ist. Der LNB ist einerseits Witterungseinflüssen ausgesetzt und muss mit Schwankungen der Versorgungs- und Steuerspannung zurechtkommen. Andererseits darf seine Schaltung aber nicht zu aufwändig sein, damit die gesamte Satellitenempfangsanlage nicht zu teuer wird. Deshalb nimmt man ein gewisses Maß an Phasenrauschen des LNB in Kauf. Das Phasenrauschen bewirkt eine Verzerrung der Punkte des Konstellationsdiagramms zu Kreissegmenten, wodurch zusätzliche Bitfehler wahrscheinlicher werden. Hochwertige Signalgeneratoren für Satellitenfernsehen haben einen Phasenrauschgenerator, der das Nutzsignal mit einem definierten Phasenrauschen verschlechtern kann. Im Spektrum äußert sich das Phasenrauschen durch einen verringerten Schulterabstand des Signals, wie in Bild 6 gezeigt. Dabei wären die Schultern normalerweise durch den benachbarten Transponder verdeckt. Um den Effekt sichtbar zu machen, wurde gegenüber Bild 2 nur jeder dritte Transponder eingeschaltet. Der Phasenrausch-Generator ist von besonderem Interesse für EchoStar. Man erhofft sich davon einen tieferen Einblick in die Leistungsgrenzen der neuen, direkt abtastenden Tuner. In der Vergangenheit war es laut EchoStar fast unmöglich, eine Spezifikation für das Phasenrauschen festzulegen und zu überprüfen.
Die Autoren
| Ed Petruzzelli |
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| begann seine Karriere 1982 als Entwicklungsingenieur für Mikrowelle bei Anghel Lab’s, wo er an VSAT-, Satcom- und EW/Radar-Produkten arbeitete. Nach zwei Jahren in der Entwicklung von Boeing Electronics wechselte er 1991 zur EchoStar Corporation. Dort ist er nach verschiedenen Stationen innerhalb von EchoStar Technologies und EchoStar Satellite Services derzeit wissenschaftlicher Mitarbeiter für HF-/Mikrowellen- und Kommunikationssysteme |
| Peter Lampel |
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| arbeitete zuerst als Ingenieur in der Entwicklung von Radarsystemen bei EADS, später in Entwicklung und im Produktmanagement für Mobilfunktechnik bei der Siemens AG. Seit 2006 ist er Produktmanager für Rundfunk- und Fernsehmesstechnik bei Rohde & Schwarz in München. |
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