Satelitní spojení

Satelitní spojení – jak to funguje

Ten, kdo se nějakým způsobem zaobírá technikou satelitního spojení, může občas narazit na některé pojmy nebo souvislosti, které mu nejsou zcela jasné. I když je dnes možné nalézt téměř všechny informace a vysvětlení na Internetu, jejich aplikace na konkrétní potřebu nemusí být vždy snadná. Pokusil jsem se proto napsat několik stránek zabývajících se vztahy mezi satelitem, pozemskou stanicí, přenosovými parametry a fyzikálními zákony. Pokud jde jen o příjem satelitního TV kanálu, pak může tento článek snad trochu osvětlit vztahy mezi kvalitou signálu z konkrétního satelitu v závislosti na parametrech transpondéru a parametry přijímací antény s LNB.

Výchozí vztahy a údaje:

  1. Rychlost šíření elektromagnetického vlnění ve volném prostoru = rychlosti světla c = 299 792 458 m/s. Pro výpočty zaokrouhleno na 3×10^8 m/s
  2. Vztah vlnové délky, kmitočtu a rychlosti šíření u sinusového signálu λ=v/f – v našem případě tedy λ=c/f
  3. Boltzmannova konstanta -228,6 dB/K
  4. Přenos přes satelit na geostacionární dráze ve výšce 36 000 km nad rovníkem
  5. Min. vzdálenost satelitu ze středu ČR (49,8°N, 15,45°E – nejbližší obec = Řimovice) je na satelit na pozici 16°E = 38 356 km
  6. Příjem ze satelitu na kmitočtu 11 GHz, vysílání na satelit na kmitočtu 14 GHz

 Parametry antény:

Základem vysílání a příjmu je anténa.  Hlavním parametrem je její zisk, dále šířka vyzařovací charakteristiky, úroveň postranních laloků a oddělení rovin. V případě vysílání je důležité, aby signál neozařoval jak sousední satelity, tak aby nepronikal do opačné roviny. V obou případech by to znamenalo rušení signálu někoho jiného, v lepším případě pouze využití energie jiného satelitního transpondéru, což je něco jako krádež, jízda „načerno“. V případě příjmu nás to netrápí, předpokládáme, že satelit vysílá správně a musíme proto pouze korigovat polární dotočení, kdy vzhledem k rozdílné zeměpisné délce satelitu a pozemské stanice dochází ke stáčení rovin. Při vysílání provozovatel satelitu správnost nastavení a oddělení rovin kontroluje při zahájení vysílání. Provozovatel pozemské stanice musí používat schválený typ antény, a pokud některý parametr neodpovídá požadavkům, je vysílací výkon pozemské stanice omezen tak, aby se to nepříznivě neprojevilo na službách jiných uživatelů satelitu. U přijímací antény náš ještě zajímá její šumová teplota, která spolu se ziskem a šumovým číslem prvního přijímacího stupně (LNB, LNA, LNC) určuje citlivost přijímacího zařízení G/T, resp. to, jaký poměr signál/šum obdržíme z přijímaného signálu na výstupu.

Zisk antény:

Označuje se písmenem G a jde o poměr efektivní odrazné plochy zrcadla k vlnové délce.

G= Π^2*D^2/ λ^2 = ( Π*D/ λ)^2  kde G=zisk antény, D=průměr antény

Reálně je použitelný zisk díky konstrukčním nepřesnostem nutno počítat s účinností asi 0,5 až 0,7. U běžných antén kolem průměru 1m obvykle 0,65. V praxi se také zisk udává v dB.

Příklad: provozní zisk antény o průměru 0,98 m na kmitočtu 11 GHz:

λ=c/f = 300000000/11000000000=3/110=0,027 m

G=0,65 x (Π x 0,98/0,027)^2=8452

G=10 x log(13002,43)=39,27 dBi (i znamená vztaženo ke všesměrovému, neboli „izotropnímu“ zářiči)

V případě vysílání v pásmu Ku na kmitočtu 14,25 GHz bude mít stejná anténa zisk asi 41,5 dBi (vzhledem k vlnové délce signálu 0,021 m).

Šířka vyzařovací charakteristiky:

Udává se ve stupních  pro pokles úrovně signálu o 3 dB, tedy na polovinu podle vzorce:

Θ=k x λ/D kde k je konstanta lišící se mírně podle ozařovače a geometrie antény. U běžných parabolických antén lze počítat k=70

Potom pro kmitočet 11 GHz bude šířka charakteristiky naší antény = 1,93° a pro vysílání 1,50°

Platí také nepřímá úměra mezi ziskem a šířkou vyzařovací charakteristiky:

G=0,65 x(Π x 70/ Θ)^2

Příklad vyzařovací charakteristiky antény o průměru 3,8m pro pásmo Ku. Modrý graf je pro kopolární a červený pro krospolární rovinu. Je vidět, že v ose antény je oddělení rovin cca 35 dB. Signál přijímaný z opačné nebo vysílaný do opačné (krospolární) roviny v optické ose antény je tedy asi 3 000 x slabší, než signál v požadované (kopolární) rovině.

antenna-diagram

Šumové číslo přijímacího systému:

Šumové číslo je důležitý parametr, který spolu se ziskem antény udává, jaký bude odstup přijímaného signálu od šumu, resp. jaký je přídavek šumu systému k šumu přijímanému anténou spolu se signálem.

T=Ta/L + (1-1/L) x To+Te

Ta – šumové číslo antény v závislosti na elevaci udávané výrobcem (udává se u profesionálních antén)

Te – šumové číslo vypočtené z šumového čísla LNB F dB = 290 x (10^(F/10)-1)

To – 290°K

L – útlum mezi ozařovačem a LNB (u TV příjmu lze počítat =1 (což výpočet zjednoduší), u VSAT např. =1,1 resp. v přepočtu na dB = 0, resp. 0,4 dB pro VSAT)

Příklad: Ta naší antény = 45°K, F LNB = 0,9 dB, L=1,05

T=45/1 + (1-1/1,05) x 290 + 290 x (10^(0,9/10)-1)

T= 121,54 K

T= 10xlog(121,54) = 20,85 dB/K

Potom citlivost přijímacího traktu G/T = 39,27 – 20,85 = 18,42 dB/K  neboli 8452,79/121,54=69,55 vyjádřeno v prostém čísle.

Pozemské antény nabývají hodnot od asi 14 dB/K u malých antén (od 60 cm) až po cca 30 dB/K u antén o průměru 4 m, resp. až 36 dB/K u antény o průměru 9m.

V případě satelitu se hodnota G/T na mapách pokrytí většinou pohybuje pro reálné použití v hodnotách od -4 do +14 dB/K.

Šumové číslo antény se mění v závislosti na elevačním úhlu.  Pokud má naše anténa Ta = 45°K při elevaci 34°, pak při elevačním úhlu 10° (satelit na pozici 45°W nebo 75°E) bude Ta=61°K. Lze si tedy vypočítat zhoršení parametru G/T .

Výkon vyzářený anténou:

Při vysílání se používá tzv. EIRP – ekvivalentní izotropní vyzářený výkon – tedy výkon, který by odpovídal výkonu vysílače při použití všesměrové antény.  Protože ale používáme anténu s vysokým vysílacím ziskem, potřebujeme úměrně tomu menší výkon připojeného vysílače.

EIRP se udává v dBW, výkon vysílače proto musíme převést také na dBW

Pokud tedy máme např. stanici VSAT s P=2 W (abychom mohli vysílat na základě tzv. všeobecného oprávnění ČTÚ  VO-R/4/05.2009-6), pak to je  10xlog(2), pak 10xlog2 = 3 dBW

Má-li naše anténa vysílací zisk G=41,5 dBi, je EIRP = G+P –L     kde L jsou opět ztráty v anténním systému – cca 0,6 dB

EIRP=41,5+3-0,6= 43,9 dBW

Satelit má v pásmu Ku běžné hodnoty EIRP jednoho transpondéru v rozsahu 42 až 54 dBW, při výkonu  vysílače 90 až 140 W.

Stáčení polarizační roviny:

Pokud je satelit na stejné zeměpisné délce jako pozemská anténa, je vysílací i přijímací rovina satelitu i pozemské antény shodná.  Se zvětšujícím se rozdílem zeměpisných délek stoupá hodnota tzv. krospolárního dotočení. Pokud by nebyl tento rozdíl kompenzován natočením závěsu antény nebo ozařovače paraboly, došlo by ke ztrátě kvality signálu na příjmu a v případě vysílání i k rušení signálů v opačné rovině.

cross-pol

Úhel krospolárního  dotočení rovin podle rozdílu zeměpisné délky antény a pozice satelitu

363328231680-8-16-23-28-33-36
6050403020100-10-20-30-40-50-60

Rozdíl zeměpisných délek – z ČR odpovídá satelitům od 45°W po 70°E

Zaměření satelitní antény:

Na internetu jsou k dispozici online kalkulátory pro výpočet zaměření na daný satelit podle umístění pozemské antény.  Výpočet je prováděn na základě konstant – vzdálenosti satelitu od středu Země a ekvivalentního poloměru Země –  a na rozdílu zeměpisných délek satelitní pozice a pozemské antény, a na zeměpisné šířce pozemské antény (satelit na GEO je vždy nad rovníkem).

ΔA – rozdíl azimutu , SŠ – severní šířka, D=vzdálenost na satelit, O=krospolární offset

S=poloměr GEO=42164,57 km, R=poloměr Země= 6378,14 km

Potom výpočet pro azimut antény A=180 + arctan(tan(ΔA)/sin(SŠ))

Výpočet vzdálenosti na satelit D= odmocnina(R^2 + S^2 – 2 x R x S x cos(SŠ) x cos(ΔA)

Výpočet elevačního úhlu E=atan((D^2 + R^2 – S^2)/(2 x D x R))

Výpočet krospolárního dotočení  O=arctg((sin(ΔA)/tg(SŠ))

V případě polohy naší antény a satelity dle úvodu dostaneme výsledek:

Azimut=179,675° , Elevace=32,322°, O=0,46°, D=38356 km

 

 Přenosová rychlost, šířka pásma, spektrální účinnost a požadovaná energie signálu:

Hodnota EIRP je nic neříkající, pokud není vztažena k šířce vysílaného pásma. Hodnota poměru signál/šum je vždy vztažena k jednotce šířky pásma, tedy dB/Hz. To je pak určující pro výpočet poměru energie na jeden přenášený bit v závislosti na typu modulace a zabezpečení (FEC – forward error correction = vkládání doplňkových kontrolních bitů pro možnost dopočítání bitů ztracených při přenosu) spoje.

Nejčastěji používané modulace při přenosu dat i TV signálů jsou QPSK a 8-PSK, případně 8-QAM, 16-QAM a další, pokud to energetická bilance spoje umožňuje. Z hlediska ceny přenosu je výhodné použít co nejvyšší typ modulace, resp. spektrální účinnost. To ale na druhé straně vyžaduje vyšší energii na bit přijímaného signálu, což lze v určité míře zabezpečit lepším G/T.

modulaceBPSKQPSK8PSK16QAM
bit/symbol1234

 

Příklad spektrální účinnosti při různých modulacích a FEC.

FEC
1/22/33/47/80,95
ModulaceBPSK0,500,670,750,880,95
QPSK1,001,331,501,751,90
8PSK1,502,002,252,632,85
16QAM2,002,673,003,503,80

Pokud použijeme dané modulace a FEC na našem satelitním spoji, pak můžeme 1 symbol nahradit jednotkou 1 Hz. Vidíme pak, že pro přenos dat na rychlosti např. 8 Mbit/s můžeme potřebovat šířku pásma od 16 MHz při BPSK ½ až po 2,1 MHz při 16QAM s FEC 0,95. Stačí vynásobit požadovanou rychlost spektrální účinností.

V praxi ale musíme vzít do úvahy ještě zkreslení signálu ve vysílači, kde dojde k jeho rozšíření, resp. změně obálky z obdélníku na lichoběžník. Tím je podle typu zařízení signál rozšířen u své paty o 30 až 40% oproti čisté symbolové rychlosti, která se měří na úrovni pro pokles o 3 dB hlavy signálu. V praxi z toho vyplývá, že pro přenos potřebujeme pronajmout širší pásmo, resp., že ne celou dostupnou šířku pásma lze brát jako symbolovou rychlost a z toho odvodit přenosovou rychlost. V případě satelitní TV to je dobře vidět na faktu, že na transpondéru o šířce 36 MHz se používá symbolová rychlost  obvykle 27,5 MS/s.

Tím je např. možné při přechodu s formátu DVB-S s modulací QPSK, FEC Viterbi 7/8 a Reed-Solomon 188/204, což při SR=27,5 Ms/s poskytuje přenosovou rychlost  44,35 Mbi/s, na formát DVB-S2 s modulací 8PSK a FEC 7/8 dosáhnout zvýšení přenosové rychlosti na 72,1875 Mbit/s, tolik potřebné pro přechod od TV kanálů v rozlišení SD na kvalitu HD.

Nicméně je třeba brát do úvahy, že se zvyšující se spektrální účinností přenosu dochází ke snížení Eb/No, tedy energie na jeden bit oproti šumu. Současně dochází k potřebě parametr Eb/No zvýšit pro zabezpečení požadované bezchybovosti linky.

Pro potřebnou energii signálu v relaci s typem modulace a FEC existují normy.

ETS 300 421 pro DVB-SETSI EN 302 307 pro DVB-S2
Mod-FECbit/HzEs/NoEb/NoMod-FECbit/HzEs/NoEb/No
QPSK 1/20,924,144,50QPSK 1/40,49-2,350,75
QPSK 2/31,235,905,00QPSK 1/30,656-1,240,59
QPSK 3/41,386,905,50QPSK 2/50,789-0,300,73
QPSK 5/61,537,856,00QPSK 1/20,9881,001,05
QPSK 7/81,618,476,40QPSK 3/51,1882,231,48
U DVB-S je požadované Eb/No pro BER=2×10(-4) po Viterbi, což odpovídá bezchybové lince po dekódování RS BER=10(-10) až 10(-11). Es/No přepočteno Eb/No-10xlog(bit/Hz). Reed-Solomon=188/204U DVB-S2 je požadované  Es/No pro PER=10(-7) při FECFRAME = 64 800 bitFEC DVB-S2 je LDPC (pro krátké bloky dat) a BCH (pro dlouhé bloky dat)BER – bit error ratePER – packet error rateQPSK 2/31,3223,101,89
QPSK 3/41,4874,032,31
QPSK 4/51,5874,682,67
QPSK 5/61,6545,182,99
QPSK 8/91,7666,203,73
QPSK 9/101,7886,423,90
8PSK 3/51,7795,503,00
8PSK 2/31,986,623,65
8PSK 3/42,2287,914,43
8PSK 5/62,4789,355,41
8PSK 8/92,64610,696,46
8PSK 9/102,67910,986,70

 

Modemy pro datové spoje

 

Mod-FECbit/HzEs/NoEb/No
QPSK 21/440,963,023,20
QPSK 3/41,506,164,40
QPSK 7/81,756,934,50
QPSK 0,951,909,696,90
8PSK 3/42,2510,326,80
8PSK 7/82,6211,387,20
8PSK 0,952,8514,8510,30
8QAM 3/42,2510,727,20
8QAM 7/82,6210,986,80
8QAM 0,952,8515,1510,60
16QAM 3/43,0012,978,20
16QAM 7/83,5013,748,30
Eb/No pro BER=10(-8),  TPC – Turbo product code
V případě datových přenosů typu SCPC (single channel per carrier) jsou většinou využívány satelitní modemy pro rychlosti od několika kbit/s až po několik Mbit/s. Většinou nejsou vybavené pro přenos dat ve formátu DVB-S nebo DVB-S2, resp  MPE – Multi protocol encapsulation -místo MPEG v případě TV signálů. Jednotliví výrobci tak mohou používat typy modulace a FEC tak, jak uznají za vhodné, resp. se nemusejí řídit normami jako v případě zařízení pro přenos DVB signálů.Systémy pro přenos dat využívající centrální stanici HUB a s asymetrickou přenosovou rychlostí pak obvykle přenášejí data od stanice HUB směrem k terminálům v DVB-S nebo DVB-S2 zabalené do MPE, zpětné kanály v režimu TDMA používají modulace a FEC podobně jako modemy SCPC.

 

Typ FEC má kromě výše uvedeného i vliv na zpoždění signálu. Pokud je totiž použito zabezpečení prokládáním dlouhých bloků dat kontrolními bity, pak při dekódování vzniká prodleva úměrná přenosové rychlosti a délce bloku. Při FEC využívajícím prokládání krátkých bloků – např. po několika bitech je tzv. end-to-end processing delay výrazně kratší a vzhledem ke zpoždění na satelitní lince nemusí být ani patrné. U systému DVB-S to ale může přinést výrazné přídavné zpoždění, které je navíc u systému se stanicí HUB v každém směru jiné (což může uživatel poznat např. při telefonii VoIP)

Je tedy vidět, že při návrhu satelitního spoje je třeba vzít do úvahy celou řadu faktorů – nejen požadovanou přenosovou rychlost, ale podle parametrů satelitu, velikosti antén, požadované dlouhodobé dostupnosti spojení, přípustné chybovosti linky zvolit vhodnou modulaci a FEC a k tomu pronajmout odpovídající šířku pásma a energii satelitního transpondéru.

Linkový výpočet:

Je třeba si uvědomit, že velikost pozemských antén a výkon vysílače lze měnit v dosti širokém rozsahu, ale G/T, EIRP a šířku pásma satelitního transpondéru ovlivnit nelze (leda volbou jiného).  Dále zde jsou parametry, které se běžně neuvádí.

  • Hustota magnetického toku na vstupu satelitního transpondéru pro saturaci z oblasti G/T=0 může být např. -83 dBW/m2. (Pokud bychom v režimu „multicarrier“ vysílali příliš velkým výkonem, brali bychom energii někomu jinému. V režimu jedné nosné bychom naopak dosáhli přebuzení celého transpondéru ke své vlastní škodě.) Pro výpočet se pak použije hodnota G/T satelitu ze směru pozemské stanice a pro stanovení rozdílu úrovně vstupního signálu od hodnoty pro saturaci (pokud signál nevyužívá celou šířku transpondéru).
  • Hodnoty IBO a OBO (input a output back-off) – pokud je na stejném transpondéru více nosných dochází vlivem intermodulace k poklesu zisku až o 10 dB na vstupu a až o 5 dB na výstupu v závislosti na počtu a šířce signálů. Příklad ze satelitu Hellas-Sat 2:
Počet nosných12345 a více
IBO celkem dB0,577,5810
OBO celkem dB0,133,233,463,74,83

 

Přesný linkový výpočet proto není možné udělat bez znalosti těchto údajů, které má k dispozici obvykle pouze provozovatel satelitu. Proto i srovnávání satelitů podle jejich EIRP je zavádějící bez přepočtu energie na šířku pásma a bez znalosti OBO pokud je na transpondéru více signálů. Transpondér s EIRP 48 dBW může dávat na příjmu lepší C/N než transpondér s EIRP 54 dBW. Nejběžnější  šířky pásma transpondérů jsou 36 MHz (zejména pro TV DTH, typicky satelity Astra ), 54 a 72 MHz (pro TV a datové služby). Používají se ale i transpondéry o šířce 24, 33, 47, 50 MHz (příklad je HotBird 9) nebo i 108 MHz (EuroBird 3). Bez znalosti tohoto parametru je „footprint“ s uvedením EIRP nic neříkajícím parametrem, resp. při stejném výkonu EIRP se může odstup signál/šum na příjmu lišit až o 6 dB podle šířky a obsazenosti transpondéru a další rozdíl až 5 dB může být způsoben výše uvedeným OBO. No a konečně zde jsou vlivy sousedních satelitů, které zhoršují teoreticky dosažitelný odstup signál/šum z daného satelitu.

Pokud všechny parametry známe, lze udělat linkový výpočet. Pro výpočet dostupnosti spoje už pak stačí započítat vlivy špatného počasí. Nejen samotný útlum signálu vlivem deště, ale i stáčení polarizační roviny a zvýšení šumu přijímací antény, resp. zhoršení parametru G/T pozemské stanice, dále pak vliv sousedních satelitů vzhledem k jejich pozici, šířce anténní charakteristiky. Jakou výkonovou rezervu spoj potřebuje pro danou dostupnost spoje udává příslušné doporučení Mezinárodní Telekomunikační Unie ITU-R . Pro standardní dlouhodobou dostupnost 99,5% roční doby je třeba v pásmu Ku mít rezervu  asi 0,6 dB na příjmu a 1,1 dB na vysílání. Statisticky nejhorší měsíc by pak měl mít dostupnost 98,44% měsíční doby – viz. tabulka dostupnosti. Nikdo ale neví kdy ten nejhorší měsíc je. Měsíční úhrny jsou rozdílné v jednotlivých ročnících a veliké rozdíly jsou i mezi srážkami v jednotlivých krajích. Celkově lez ale konstatovat, že v posledních letech jsou srážkové úhrny o cca 20-30% vyšší, než referenční období 1961 – 1990. Zda na to reagují i doporučení ITU-R není jisté.

Příklad zjednodušeného linkového výpočtu pro vysílání signálu se symbolovou rychlostí  SR=27,5 MS/s přes transpondér o šířce 36 MHz.  Nepočítá tedy s IBO a OBO vlivem více signálů na stejném satelitním transpondéru.

Vysílací stanice s anténou 3,8 m, satelit SFD -83 dBW/m2 z oblasti G/T=0, G/T satelitu = 9 dB/K z našeho směru, EIRP satelitu = 54 dBW, přijímací anténa 0,98m resp. G/T = 18,5 dB/K. Vysílací kmitočet na satelit 14 GHz, přijímací kmitočet ze satelitu 11 GHz. Vzdálenost satelitu z obce Řimovice = 38 356 km.

Potřebné EIRP vysílací stanice

Operační hustota magnetického toku OFD= SFD-G/T=-83-9=-92 dBW/m2

Rozptyl signálu = 4xΠx38356000x38356000=18969423213307300=162,78 dB

EIRP=OFD-rozptyl=-92+163=70,78 dBW

Vlnová délka vysílání λ=c/f=3×10^8/14×10^9=0,0214 m

Zisk vysílací antény G=0,65x(Πx3,8/0,0214)^2=201741 v dB = 53 dBi

Potřebný výkon vysílače P=EIRP-G-ztráty = 70,78-53-0,6=17,78 dBW neboli v prostém čísle 52,2 W

Dosažené C/N na uplinku

C/N=EIRP-ztráty signálu+Bolztmannova konstanta+G/T –log SR

  1. Ztráty = rozptyl + útlum = 44,38+162,78 = 207,76 dB
  • Útlum = 10xlog(λ ^2/(4*Π)=44,38 dB
  • Rozptyl = 162,78 dB – viz výše
  • Ostatní ztráty = 0,6 dB

C/N=70,78-207,76+228,6+9-74,39=26,83 dB/Hz

Dosažené C/N na downlinku

C/N=EIRP-ztráty signálu+Bolztmannova konstanta+G/T –log SR

  1. Ztráty = rozptyl + útlum = 42,27+162,78+ostaní = 205,65 dB
  • Útlum = 10xlog(λ ^2/(4*Π)=42,27 dB
  • Rozptyl = 162,78 dB – viz výše
  • Ostatní ztráty = 0,6 dB

C/N=54-205,65+228,6+18,5-74,39=21,06 dB/Hz

Celkové C/N uplin-downlink

Celkové C/N je kombinací C/N na uplinku a downlinku, protože přijímáme signál zhoršený o šum na uplinku. Počítá se podle vzorce:

C/Ntotal=(C/Nup x C/Ndown)/(C/Nup+C/Ndown)

K tomu musíme vypočítané hodnoty převést na prosté číslo (“odlogaritmovat”)

C/Nup=26,83 dB/Hz=481,95  C/Ndown=21,06=127,64

C/Ntotal=481,95×127,64/(481,95+127,64)=100,91

C/Ntotal v dB = 10xlog(100,91)= 20,04 dB/Hz

Pokud bychom ale byli na transpondéru s počtem nosných 5 a vice, došlo by vlivem IBO a OBO ke zhoršení parameterů jak na uplinku, tak downlinku a samozřejmě celkovému C/N. Např. tedy až na hodnoty C/Nup=50,12, resp. 17 dB/Hz a C/Ndown=39,8, resp. 16 dB/Hz, což dá celkové C/Ntotal=22,19, resp.  13,46 dB/Hz.

Výsledné Eb/No

Pro stanovení výsledné energie na bit stačí od dosaženého C/N odečíst spektrální účinnost podle typu modulace a FEC. Např. tedy při DVB-S2 s 8PSK a FEC 5/6  to je 2,478 bit/Hz, jak bylo uvedeno v předchozí stati. Převedeno na dB to je 3,94 dB, tedy z celkového C/N=21,06 dostaneme Eb/No=21,06-3,94= 17,12 dB. V režimu více nosných by to tedy mohlo být i 13,46-3,94=10,02 dB

 

Zájemci o prověření výpočtů samozřejmě udělají nejlépe, když si vztahy dosadí např. do tabulky v excelu a vztahy mezi sebou provážou. Další možnost je použít např. program SatmasterPro, který obsahuje i databázi satelitů a měst na celém světě. Vyžaduje ale trochu laborování s některými parametry jako např. vzájemné interference satelitů. Někteří satelitní operátoři mají i online kalkulátory na svém webu.

Vliv počasí

Výše uvedený zjednodušený výpočet lze použít při obloze jasné obloze.  Reálně je ale nutno se zabývat vlivem deště. Pro standardní dostupnost satelitního spojení po dobu 99,5% roční doby by podle doporučení ITU-R mělo dojít ke zhoršení přenosových parametrů vlivem přídavného útlumu signálu, tepelného šumu, kros-polárního rušení (vlivem stáčení polarizační roviny na kapkách vody) v takové míře, že výsledné EB/No se zhorší o zhruba 3 až 4 dB. Záleží samozřejmě na konkrétních atmosférických podmínkách v místě příjmu i vysílání.

 

Příloha: Dostupnost satelitního spojení v pásmu Ku .

Dostupnost podle ITU-Rvýpadek služby
ročnínejhorší měsícUplinkDownlinkročnínejhorší měsíc
% doby% dobyútlum dBútlum dBhod.hod.
 99,900 99,615  2,60  1,58  8,766  2,809
 99,800 99,297  1,73  1,04 17,532  5,134
 99,700 99,000  1,35  0,80 26,298  7,305
 99,600 98,716  1,12  0,66 35,064  9,382
 99,500 98,440  0,97  0,57 43,830 11,393
 99,400 98,172  0,85  0,50 52,596 13,351
 99,300 97,910  0,77  0,45 61,362 15,267
 99,200 97,653  0,70  0,41 70,128 17,148
 99,100 97,399  0,64  0,38 78,894 18,998
 99,000 97,150  0,60  0,35 87,660 20,822

* Hodnoty útlumu pro uplink a downlink znamenají potřebnou zálohu energie ke kompenzaci útlumu signálu vlivem deště pro dosažení dané dostupnosti.

 Závěr:

Jedním z výsledků by mohlo být poznání, že:

  • Satelitní transpondéry se stejným EIRP neposkytují vždy stejný odstup signál/šum na příjmu stejné antény – závisí na šířce pásma transpondéru a parametrech IBO a OBO
  • Stejný odstup signál/šum na příjmu ještě neznamená stejnou energii na 1 bit přenášené informace a tedy případně stejnou chybovost přenosu – závisí na typu modulace a FEC
  • Odstup signál/šum na příjmu se nezvyšuje lineárně se ziskem, resp. G/T přijímací antény, protože max. úroveň je dána hodnotou signál/šum na vstupu satelitního transpondéru a výsledná úroveň je kombinací poměru signál/šum na vzestupné (uplinku) a sestupné (downlinku) trase.
  1. Trasa signálu a jeho proměny kmitočtu a úrovní na reálném příkladu:

 

up-down-signals

modulator-outputVýstup modulátoru v L-pásmu na kmitočtu 1 050 490 kHz – výstupní úroveň -40 dBm, odstup signál/šum -37,91 dB
buc-outputVýstup vysílače v pásmu extend-Ku na kmitočtu 13 850 490 kHz, výstupní výkon 2W = 33 dBm (měření je přes nekalibrovanou štěrbinovou odbočnici). Lokální oscilátor vysílače pracuje na kmitočtu 12 800 MHz. Zesílení daného vysílače je min. 70 dB.
satellite-rx-signalPříjem stejného signálu ze satelitu na kmitočtu 11 550 490 kHz. Konverze transpondéru je 2 300 MHz. G/T transpondéru je 7,5 dB/K, EIRP náležící tomuto signálu je 29,68 dBW. Příjem na anténu 1,2 m s G/T 21 dB/K.

 Sluneční interference:

Kromě počasí může mít na vliv kvality spojení i Slunce. Sluneční interference se opakují 2 x ročně. Vlivem naklánění zemské osy dochází k cestování spojnice Slunce-satelit-Země po zemském povrchu. Pro oblast ČR toto období nastává vždy asi 3 týdny před jarní a 3 týdny po podzimní rovnodennosti. Maximum kolem 1. března, resp. 11 října. V ostatní dobu se tento efekt projevuje buď severněji (od října do března) nebo jižněji (od března do října) od naší zeměpisné šířky. Podstatou je šum, který Slunce generuje a který tak přispívá k tepelnému šumu antény a šumu přijímaného od satelitu a z vesmíru, případně našemu vlastnímu elektromagnetickému smogu. Intenzita slunečního šumu se mění v závislosti na 11-ti a 110-ti letých cyklech, kterými Slunce prochází. Některé roky je přírůstek šumu relativně malý, jindy dokáže satelitní spojení na krátkou dobu zcela zarušit. Na spektrálním analyzátoru je v danou dobu vidět, jak signál mizí v rostoucí úrovni šumu. Záleží na Slunci a zisku a směrovosti konkrétní antény jak intenzivně a na jak dlouho se tento efekt projeví.

Při příjmu TV nás to tedy postihne jen v dané dny. Pokud se ale dělá satelitní spojení na větší vzdálenosti, je třeba počítat se zhoršenými podmínkami příjmu na každém konci spoje a tedy v jiné dny a jinou dobu.