Eindhoven University of Technology MASTER Smalbandige communicatie via geostationaire satellieten voor rurale gebieden, b.v. in ontwikkelingslanden Hermans, P.A.M. Award date: 1984 Link to publication Disclaimer This document contains a student thesis (bachelor's or master's), as authored by a student at Eindhoven University of Technology. Student theses are made available in the TU/e repository upon obtaining the required degree. The grade received is not published on the document as presented in the repository. The required complexity or quality of research of student theses may vary by program, and the required minimum study period may vary in duration. General rights Copyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright owners and it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights. • Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
Transcript
Eindhoven University of Technology
MASTER
Smalbandige communicatie via geostationaire satellieten voor rurale gebieden, b.v. inontwikkelingslanden
Hermans, P.A.M.
Award date:1984
Link to publication
DisclaimerThis document contains a student thesis (bachelor's or master's), as authored by a student at Eindhoven University of Technology. Studenttheses are made available in the TU/e repository upon obtaining the required degree. The grade received is not published on the documentas presented in the repository. The required complexity or quality of research of student theses may vary by program, and the requiredminimum study period may vary in duration.
General rightsCopyright and moral rights for the publications made accessible in the public portal are retained by the authors and/or other copyright ownersand it is a condition of accessing publications that users recognise and abide by the legal requirements associated with these rights.
• Users may download and print one copy of any publication from the public portal for the purpose of private study or research. • You may not further distribute the material or use it for any profit-making activity or commercial gain
Verslag van afstudeerwerk uitgevoerd in deperiode november 1982 tot november 1983
Afstudeerhoogleraar: Prof. Dr •.J.C. Arnbak
Begeleider Ir. J. Dijk
De Afdeling der Elektrotechniek van deTechnische Hogeschool Eindhoven aanvaardtgeen verantwoordelijkheid voor de inhoudvan stage- en afstudeerverslagen.
SAMENVATTING
In dit verslag worden enkelkanaal draaggolfsystemen ("Single ChannelPer Carrier" systemen, kortweg SCPC) voor satelliettransmissie en demogelijkheden voor toepassing besproken. Deze toepassingsmogelijkheden liggen o.a. in dun bevolkte rurale gebieden vanontwikkelingslanden.Allereerst wordt de situatie waarin ontwikkelingslanden verkerenbekeken. Een relatie wordt aangetoond tussen de economische activiteit van een ontwikkelingsland en de mate waarin een telecommunicatienetwerk, als onderdeel van de infrastructuur, aanwezigis. Vervolgens wordt ingegaan op de planning van telecommunicatienetwerken in rurale gebieden. Bekeken wordt welke systemen wanneerhet beste kunnen worden toegepast. Dit gedeelte van hetafstudeerverslag is in het Engels gesteld. Bet blijkt dat genoemdeSCPC systemen bij uitstek geschikt zijn voor toepassing in dunbevolkte gebieden. Deze SCPC systemen worden nader beschouwd.Allereerst wordt ingegaan op eisen, ten aanzien van faseruis, waaraande oscillatoren in deze SCPC verbindingen moeten voldoen. De opbouwvan het telecommunicatiesysteem, waarmee de SCPC experimenten zijnuitgevoerd, wordt beschreven. Ingegaan wordt met name op deontvanger, de driemeter antenne en het ontwerpen vanmicrogolffilters. Ook worden linkbudget berekeningen gegeven. Decommunicatie experimenten, verricht via de Orbital Test satellite(OTS) met SCPC apparatuur, welke door Philips TelecommunicatieIndustrie hiervoor ter beschikking is gesteld, worden besproken.Tenslotte wordt aandacht besteed aan de vraag of transmissie van TVbeelden mogelijk is in een halve transponderbandbreedte van deIndonesische satelliet, de Palapa, en worden conclusies enaanbevelingen gegeven.
1• 2. 4. Income. . . . . . . . . . . . . .1.3 International development. • ••••1.3.1 The international development until 1960 •1.3.2 International development from 1960-1983 •1.3.3 Development aid, offered ••••••1.3.4 Development aid, wanted •••1.3.2. Transfer of Technology••••1.3.5.1 From who to whom should technology be transferred?1.3.5.2 What kind of technology should be tranferred ? ••1.4 The role of telecommunications in the development •••1.4.1 Telecommunication services •••••••••••••1.4.2 Characteristics of the telecommunication expansion.1.4.2.1 Global telephone density •••••••1.4.2.2 Global television and radio density •••••1. 5 Impact of tel ecommunication. • • • • • • •1.5.1 The economical impact of telecommunications.1.5.2.The social impact of telecommunications •••1.6 Financing of telecommunication••••••••••1.7 The importance of telecommunication to rural areas2 TECHNICAL CHOICE OF TELECOMMUNICATIONS FOR DEVELOPING••COUNTRIES. • • • • • • • • • •2.1 Network planning •••••••••••••••••••2. 1. 1 ~neral. • • • ~ • • • • • • • • • • • • • • • • • •2.1.2 Research into the typical features of the rural areas2.1.3 Research into the telecommunication services <
that are required. • • • • • • • • • •••••••••2.1.4 Research into the quality of the telecommunication se2.1.5 Rural network parameters ••2.Drop and insert possibilities.2.2 Transmission systems •••••2.2.1 Introduction •••••••2.2.2 Open wire carrier systems.2.2.3 Cable systems•••••••2.2.4 Radio systems: classification.2.2.5 HF Radio systems ••••2.2.3 VHF /UHF Radio sys tems. • • • • •2.2.7 EHF Radio systems •••••••2.2.8 Satellite systems: SCPC systems ••2.3 Comparison of the systems mentioned.
. . .
TABLE OF CONTmJTS / I~THOUDSOPGAVE
INLLIDING ,r • • • • • • • • • • • • • •
1. SOC TAL IMPACT OF TELECOMMUNICATIONSFOR DEVELOPING COUNTRIES. • •••••1.1 CLASSIFICATION •••••••••••••••1.2 Characteristics of developing countries.1.2.1 Population ••••••••1.2.2. State of health ••••
3 FASERUIS IN DE-QPSK SYSTEMEN •••3.1 Inleiding••••••••••••3.2 De draaggolfterugwinningslus •••3.3 Bronnen van fasejitter ••••••3.4 Criterium voor het spectrum van het aangeboden signaal.
13335568
10101111IS151618202020202122222935363737373738
3839404145454546484848494952
5555555761
. .
4 RET TELECOMMUNICATIE SYSTEEM • • • • • •4.1 Inleiding •••••••••••••4.2 De Orbital Test Satellite ( OTS ) ••4.3 Ret zendsysteem t hoogfrequent gedeelte••••••4.4 De translatorloop••••••••••4.5 De driemeter antenne.4.5. 1 Inleiding. •4.5.2 Ijk.ing • • • • • •• • ••••4.5.3 Bepaling van het regelbereik van de 3-meter antenne.4.5.4. Het rekenprogramma. • • •• • •••••••4.5.5 Stralingsdiagram van de drie meter antenne ••••••4.5.6 Maximale antennewinst van de drie meter antenne.4.6 ontvangsysteem hoogfrequent gedeelte.. • •••4.7 De SCPC unit ••••••••••4.7.1 Inleiding ••••••••••4.7.2 De Timing and Frequency Unit TFU•••••••••••4.7.3 Piloot en AFC/AGC Unit ••4.7.4 IF amplifier.. • • • • •4.7.5 VCU : DE-QPSK•••••••••••4.7.6 VCU FM Unit ••••••••••••4.7. 7 Bediening van de SCPC unit.. • • • • • • •4.8 Microgolf filters •••••••••••••••••••4.8.1 Ret image rejection filter.. • • •••••••4.8.2 Zendfilters. • • • • • •• • •••4.9. Linkbudgetberekeningen voor SCPC experimenten•••••4.9.1 Inleiding. • • • • • • • • • • • • • •• • •4.9.2 Uplink berekening. • • • • • • ••••4.9.3 Downlink berekening situatie 1•••••••4.9.4 Downlink berekening situatie 2•••••••5 TRANSMISSIE EXPERIMENTEN • • • •5.1 Voorbereidende experimenten••5.2 Amplitudo karakteristiek via de OTS. • •••5.3 Spectra. . • . . . . . • • • . . . • ••5.4 Meting van de bitfoutenkans kromme (BER meting) ••5.5 Vermogensmetingen. • • • • • • ••••5.6 Stabiliteitsmetingen.. • • • • •••••••6 TRANSMISSIE VAN TV SIGNALEN IN EEN HALVE TRANSPONDERBANDBREEDTE VIA DE INDONESISCRE SATELLIET t DE PALAPA.6. 1 Inleid ing. . . . . . . . . . . . . . . . . .6.2 De Palapa satelliet•••••••••6.3 TV ontvangst: veronderstellingen•••••••6.4 Twee TV kanalen in een transponder •••6.5 Een TV signaal + SCPC telefonie + e.v. radio kanalen ••6.5.1 Frequentieplan van de transponder.6.5.2 Vermogensinstelling •••••7. CONCLUS IES EN AANBEVELINGEN ••8 LITERATUUR • • • • • • • • • •
APPENDIX A: NUMERIEKE INTEGRATIE VAN EEN GEMETENFASERUIS SPECTRUM • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •APPENDIX B:COMPUTERPROGRAMMA VOOR DE BESTURING VAN DE 3METER ANTENNE. • • • • • • • • • • • •B1. Mogelijkheden van het programma.B.2 Bij het gebruik van het programma•••B3. Controle van de rekennauwkeurigheid ••APPENDIX C: FORMULES GEBRUIKT IN HET PROGRAMMA VANAPPENDIX B • • • • • • • • • • • • •APPENDIX D: MODIF ICATIE "c FILTER".. • •••••••
636365676970707373747580818484868789899191939395
104104105106108111III116119127131133
138138139'140141143144144151156
159
161161161162
167170
Symbolenlijst
Voor het eerstgenoemd in
4.54.53.42.2.83.4
4.84.24.74.74.7app. D
2.2.84.63.33.34.84.52.2.72.2.84.84.6
input backoff
Ius bandbreedte van de draaggolfterugwinningsluseouivalente ruisbandbreedte
breedte van een golfpijptransponder aanduidingautomatic frequency controlautomatic gain controlamplifier (versterker)susceptantiehoek tussen noord-zuidlijn enantenneasverschilhoekbandbegrenzing voor C4bit error rate (foutenkans)midden frequent bandbreedte
A4
C/IM
C/Ndo
C/N in
ET
Bn
BO.J.
C1
,C2
,C 3,C 4 constanten
CCITT Commitee Consultativ Internationalde Telephone et Telegraphysignaal/ intermodulatie vermogensverhoudingsignaal/ruis verhouding op dedownlinksignaal/ruis verhouding aan de ingangvan het meetfilter 5.2
C/No signaal/ruisdichtheid verhouding 2.2.8C/No spec. Te specificeren signaal/ruis dichtheid
verhouding 3.3signaal/ruis verhouding na meetfilter 5.2totale signaal/ruis1verhouding 6.5signaal/ruis verhouding op de uplink 6.5diameter: antenne 4.5
post 4.8genormeerde diameter van eRn uost 4.8differentially encoded quadriphase shift keyingdubbel zijbandenergie per bitenergie per bit/ ruisdichtheidvakgroep Teleco~municatie
European Communication Satelliteextremely high frequencyeffective isotropic radiated powervakgroep theoretische electrotechnieKenkel zijband
intermodulatievermogen van de derde ordeproductenvermogen van de piloot
uitgezonden vermogen
Philips Telecommunicatie Industriedoor de !WT geleverde vermogen
vermogensverschilgemeten vermogens bij ~jking
quadri-phase shift key1ngstraal van een postradio (audio) carrier power
freauency division multiple accessfreauentie van de local oscillator
frequentie van de piloot
freauentie van een SCPC draaggolf
freauentie driftversterkingantenne winst
gross national product (bruto nationaalproduct )antenne winst van de standaard gain hoom
antenne winstl systeem ruistemperatuurvan ontvangstation (kaIakteriserendeparameter voor grondstation )high frequencyoverdrachtsfunctieintermediate frequencyInternational Telecommunication Unionconstante van Joltzmannkoppelfactorvrije ruimte demoing + atmosferischeverzwakkingafstand tussen twee postsThe Indonesian National Institu$a ofAeronautics and Spaceleads crew eastlow noise amplifierlocal oscillatorleads crew westcorrectiefac~or
ruisvermogennumerieke grootheidruisfactor
ruisvermogen van de uplinkruisvermogen van de downlinkoutput backofforbital test satellitefoutenkans t.g.v. cycleslipping
te specificeren waarde
gemeten vermogen
FDr-1A
flof pilf qpsk6fGGaGNP
GsgG/T
HFH(w)IFITUkKL
1LAPAN
LELNAL. O.LWMN
NfN1N2OBOOTSPecsPecs specPgemP.1m
PpilPtPTI
"• twt
CiPP1 ,P2C;PSKrRe"
RsRxSSCPSCPCSHFloopSPADE
S~(w)
S~UfI( w)
Stdo( w)
~(w)
TaTCPTDMATFUTHE1MToTTLTWTTxVHFVCUVOXVsVnXXa,Xby[
1~t~
"1\),~V'l.G""~
(f~~\t
cr~Ph(j('",~do
Gt",,·~ur
~
bitsnelheJdreceiving sidesignaalvermogenSCPC carrier powersingle channel per carriertranslatorloopsingle channel per carrier PCMmultiple access demand assignedequipment
faseruisspectrum van het aan dedemodulator aangeboden signaalfaseruisspectrum van de LO in deupconverterfase~~ispectrum van de LO in dedownuonverterfaseruispectrum van de LO in desatellietantenne temperatuu.television carrier powertime domain multiple accesstiming and frequency unitTechnische Hogeschool Eindhovenintermodulatie vermogenomgevingstemperatuur (293K)two state transisto~ logictravelling wavetubetransmitting sidevery high frequencyvoice channel unitvoice operated sWitLhsignaalspanningruisspanningdisplay aflezing leadscrew eastinductantiesdisplay aflezing leadsrew westRS/Blrendementsfactor1 +~
dem~ingsfactor van een PLLverhouding tussen<r4~ en cr~~golflengte in de vrije ruimtegolflengte in een golfpijpcorrectiefactortotale fasejitterfasejitter t.g.v. thermjsche ruisfasejitter t.g.v. fase" ruisfasejitter bijdrage downconverterLOfasejitter bijdrage satelliet LOfasejitter bijdrage upconverter DOelecrische rengte
Satellietcommunicatie is in de hedendaagse westerse wereld niet meerweg te denken. Via satellieten kan men tegenwoordig practisch iederland in de wereld bereiken. Mede dankzij satellieten wordt nieuws uitde gehele wereld overgezonden, zodat men's avonds in nieuwsuitzendingen televisiebeelden uit verre landen kan bekijken.In ontwikkelingslanden ligt die situatie duidelijk anders. Naastgrote financiele problemen, waarin deze landen verkeren, en de grotevoedseltekorten, zijn zij vooralsnog verstoken van modernetelecommunicatiemiddelen. Zelfs een telefoonnetwerk is nauwelijksaanwezig. Heden ten dage wordt verondersteld dat economischeactiviteiten en de gemiddelde levensstandaard in ontwikkelingslandente stimuleren zijn door infrastructurele verbeteringen. Daarbij neemtde aanleg of uitbreiding van een telecommunicatienetwerk eenbelangrijke plaats in. Economische bedrijvigheid kan efficienterworden opgezet; afspraken kunnen beter en sneller worden gemaaktwanneer er telefoons aanwezig zullen zijn. Deze infrastructureleverbeteringen kunnen gewoonlijk ten goede komen aan alle lagen van debevolking.Introductie van satellietcommunicatiesystemen kunnen hier voormoeilijk toegankelijke gebieden voordelen bieden. Vaste nettenbehoeven niet te worden aangelegd, alleen de eindpunten(grondstations). In dun bevolkte rurale gebieden zal niet veeltelecommunicatieverkeer plaatsvinden. Derhalve zijn satellietcommunicatiesystemen, waarbij per draaggolf slechts een telefoonkanaalwordt overgezonden, uitermate geschikt.In de vakgroep Telecommunicatie van de Technische HogeschoolEindhoven wordt o.a. onderzoek verricht aan het microgolf radiokanaalen de bijbehorende apparatuur. Met deze apparatuur wordt ervaringopgedaan in nagebootste bedrijfsomstandigheden. Zo beschikt devakgroep Telecommunicatie over een eigen grondstation, waar meerdereantennes staan opgesteld. Vanuit dit grondstation worden lusmetingenverricht met de nog tot dec. 1983 in bedrijf zijnde Europese "OrbitalTest Satellite", kortweg OTS. Ingeval van lusmetingen is de radioweg:Grondstation THE - OTS - Grondstation THE.Ook met in bruikleen verkregen enkelkanaal draaggolfsystemen ("SingleChannel Per Carrier" systemen, kortweg SCPC systemen) zijnlusmetingen verricht. verricht. Hiertoe is de SCPC apparatuuropgenomen in het telecommunicatiesysteem van de vakgroep. Daarmee ispraktijkervaring opgedaan met SCPC systemen en kleine grondstationsvoor ontvangst in rurale gebieden.Als laatste stap hoopt de vakgroep de met de SCPCpraktijkervaring te toetsen in een ontwikkelingsland,experimenteel grondstation in te richten, uitgerustapparatuur.In eerdere telecommunicatieprojecten die de vakgroep telecommunicatieheeft gerealiseerd zijn contacten gelegd met "The Indonesian NationalInstitute of Aeronautics and Space" ( LAPAN ).Indonesie beschikt als een van de weinige ontwikkelingslanden over
THE VAKGROEP-EC 2
een eigen satelliet. Door middel van een efficiente toewijzing vantranspondercapaciteit (inclusief frequenties) hoopt Indonesie dezesatelliet optimaal te kunnen benutten en ook de rurale gebieden metbehulp hiervan te kunnen ontsluiten. Op verzoek van LAPAN isbestudeerd of transmissie van TV beelden in een halve transponderbandbreedte kan plaatsvinden.
THE VAKGROEP-EC
1.SOCIAL IMPACT OF TELECOMMUNICATIONS
FOR DEVELOPING COUNTRIES
1.1 CLASSIFICATION
The countries of the world can be classified as follows [1]:
1.Deve10ping countries: low income countries2.Deve10ping countries: middle income countries3.0i1 exporting countries4.Capita1 surplus oil exporting countries5.0i1 tmporting developing countries6.Industria1ized countries7.Countries with centrally planned
economies
3
These classes are partly overlapping. Low income countries arecountries with a Grand National Product (GNP) per capita of less than$360(1978 U.S.Do11ars). Middle income countries are defined ascountries with a GNP per capita of more than $360(1978 U.S.Do11ars).Table 1.1 shows most of these Low and Middle Income countries. Table1.2 shows the Oil exporting developing countries, the capital surplusdeveloping countries, the Industrialized countries and the centrallyplanned economies.
THE VAKGROEP-EC ,
66:::6364 ~
65 TL66 Jor
'e countries
4
67 Malaysia68 Jamaica69 Lebanon70 Korea. Rep. of71 Turkey72 Algeria73 Mexico74 Panama75 Taiwan76 Chile77 South Africa78 Costa Rica79 Brazil80 Uruguay81 Argentina82 Portugal83 Yugoslavia84 Trinidad and Tobago85 Venezuela'l6 Hong Kong
"7 GreeceSingaporeSpain'rael
Table 1.1 Low and Middle Income countries
THE VAKGROEP-EC 5
Oil exporting countries:Algeria, Angola, Bahrein, Bolivia, Brunei, Congo Ecuador, Egypt,Gabon, Indonesia, Malaysia, Mexico Nigeria, Qnan, Syria, Trinidad,Tobago, Tunesia, Venuzuela, Zaire.
Capital Surplus Oil exporting countries:Iran, Irac, Kuwait, Libya, Qatar, Saudi Arabia, United Arab Emirates.
Czechoslovakia, German DemocraticRepublic of Korea, Mongolia, Poland,
Table.1.2 Oilexporting,Capital Surplus Oil Exporting CountriesIndustrialized Countries and Centrally planned
economies [1].
1.2 Characteristics of developing countries
Attention will be focussed on developing countries, both middle andlow income countries. Considered will be: Population, Health, asexpressed in life expectancy at birth in years, Education, asex'pressed in literacy and illiteracy rates and Income, as expressedin GNP per capita (in 1980 U.S.Dollars). These figures will becompared with those of the industrialized countries and centrallyplanned econo mies (the developed countries).
1.2.1 Population
Figure 1.3 shows the population in the developed and in thedeveloping world (low and middle income countries) in 1980 and theexpected population for the year 2000.
Fig.1.2 Life expectancy at birth in years in developedcountries and middle and low income countries in 1950
and 1978 [1].
From fig.1.2 can be seen that anna 1978 the life expectancy in lowincom~ countries was significant lower then in the developedcountries. Table.1.4 also indicates the improvement during the periodof 1950-1978.
HealthLife expectan.cy at birth. {years)
1950 1960 1978In,rease,1950-78
Industrializedcountries 66.0 69.4 73.5 7.5
Middle-incomecountries 51.9 54.0 61.0 9.1
Low-incomecountries 35.2 41.9 49.9 14.7
Centrally plannedeconomies' 62. 3 67.1 69.9 7.6
Table 1.4 Life expectancy at birth in years [1].
1.2.3. Education-----'"r'-----
The level of education in developing countries is considered bylooking at the illiteracy rates of adults in developing countries.This is shown in figure 1.3 and table 1.5 •
THE VAKGROEP-EC 8
Adults in all developing countries (percent)"
o 20 40 60 80 100
Fig.1.3 Literacy and illiteracy rates in developingcountries in the years 1950 and 1975 [1].
EducationAdult Ii/eracy ral, (perce"1i
1950 1960 1975
Industrializedcountries 95 • 97 99
Middle-incomecountries 48 54 71
Low-incomecountries 22 29 38
Centrally plannedeconomies 97 98 99
Table 1.5 Adult literacy rates(%) in 1950, 1960 and1975 [1].
From table 1.5 can be seen that in lowincome tountries the adultliteracy rate is still rather low (38%).
1. 2.4. Income
Income differences between the industrialized countries and low andmiddle income countries are considered by looking at the GNP percapita (In 1980 U.S.Dollars) This is done by studying fig.1.4 andtable 1. 6
THE VAKGROEP-EC 9
GNP per person (1980 dollars)
o 1,000 2,000 3,000 4,000 5,000 6,000 7,000 8,000 9,000
L..----I_----l._--'-_-'-----JI...-----l._...J 0
IndustrbJiud countries
Industrialized Middle.incomecountries countries
J
LJ
low.incomecountries
3.03.1
1980
1980
1950
1950
1980
Fig.1.4 GNP per capita in the industrialized, middleand low income countries (in 1980 U.S.Dollars)at the GNP per capita (in U.S. Dollars) [1].
IncomeGNP per pmo.' 119SO dollarsl
Industrialized countries
Middle-income countries
Low-income countries
A Lle'ra~e, a.nnual :iyowth /percent!
Industrialized countries
Middle-income countries
Low-income countries
1950 1900 19SO
3,841 5,197 9,684
625 802 1,521
164 174 245
1950-60 1900-80
3.1 3.2
2.5 3.3
0.6 1.7
Table 1.6 Income in industrialized, middle and lowincome countries in 1950, 1960 and 1975 [1].
From Table 1.6 can be concluded the small growth of income in lowincome developing countries from 1950 to 1980. From fig.1.4 can beread that this growth took place mainly during the period of 1960 to1980. In fig.1.5 is shown how the working population in low andmiddle income countries are distributed [3].
THE VAKGROEP-EC
PERCENTAGESTYPE
1st WORLD 3rd WORLD
INFORMATION 40% 5%
INDUSTRY 40% 5%
SERVICES 15% 10 %
AGRICULTURE 5% 80%
Fig.1.5 Distribution of the working population [3].
10
Services include only the physical services such as chauffeurs,nurses and waiters. Those who only write or talk fit in theinformationcategory, such as a large sector of the government, thesocial workers and the bank employees. From fig.1.5 can be read thatin places where there is no hunger 5% of the population works in theagricultural sector and in the places where there is poverty andhunger some 80% works on the land. However farmers in theindustrialized countries achieve great productivity because they havea very large number of machines to carry out their tasks moreefficiently [3].
1.3 International development
1.3.1 The international development until 1960
The development aid for low and middle income countries is firstconsidered for the period until 1960. About this period it has beenstated that:
1. "Up to two decades ago the development aid of the industrializedcountries towards the low and middle income countries wasmotivated mainly by emotional reasons. The first world felt deeplysorry for ~he physical and inseperable mental misery of the peopleof the third world. Aid programmes were only directed to thealleviation of malnutrition, sicknesses and the disastrous effectsof natural catastrophes" [4].2. "The developed countries, with a rather conservative attitude asregards their financial assistance, viewed their position as onebased upon their responsibility as former colonial ruler with nogreat impetus to provide in economic and technical needs" [5].
THE VAKGROEP-EC 11
3."The idea of giving development aid was closely related to theidea of changing the third world into a first world society" [4].4."The third world was in no real position to enforce an increasein the level of development aid; it had no political power and wasfragmented for the greater part" [5].
1.3.2 International development from 1960-1983
The development aid for low and middle income countries for theperiod of 1960-1983 is considered in the follwing. As during thisperiod the industrial markets in the first world became saturated andthe demand for raw materials, to be delivered from the low and middleincome countries increased, the pre 1960 situation changed. Aboutthis period has been stated that:
1."The low and middle income countries, rich in natural resourcesare now needed by the first world industries. In return for theirraw materials, they receive the products of the latter as being acontribution to their development ll [5]. Economists call thisattitude lithe New Economic Order ll
•
2." The evolution and acceptance of this New Economic Order has notchanged the net balance between the developing countries and theindustrialized countries, but the fact that the developingcountries became a source of growth for the industrializedcountries gave them some political powerll [5].3."The developing countries think that the industrializedcountries are obliged to help them with their development. Inneglecting this, an already existing polarisation between theindustrialized countries and the developing countries willincrease ll [6].
1.3.3 Development aid, offered
Development aid, given, as expressed in financial terms is consideredbelow. Fig.l.6 shows the net flow of capital to developing countriesin 1980 and 1990 (expected).
THE VAKGROEP-EC 12
MultilateralofficIal loans$5.0 billion
PrivatelOdns'535.0billion
1980Total net inflow:
574.6 billion
Private foreigndirect Investment
SID 0 billion
1990Total net inflow:
5177.9 billion
Official Sbillion Private foreigndevelopment
assistance
~~t",,1 '- Multdateral~~;~:l loans official loans
So8.6 billion S12.4 billIon
Nale: Uses of medium- and long-term capital (biUions of dollars) are:
Oil n."po,.t(,.~ Oil txport"sAll droeloping
countries
Use 1980
Current account deficit before interest paymenu" 42.7Interest payments 18.3Changes in reserves (net of changes tn short·term debt) -4.4
Total finance required 56.6
1990
42.262.023.5
1Z7.7
1980
-11.18.8
ZO.Z
18.0
1990
30.Z17.5
Z.6
SO.Z
1980
31.6Z7.Z15.8
74.6
1990
n.479.4Z6.1
177.9
Fig.1.6 Net flows of medium and long term capital to thedeveloping countries in 1980 and 1990 [1].
From fig.1.6 can be seen that in 1980 27% of the total capital flowwas official development assistance (20.7 Dillion dollars). Theremainder capital inflow (53.9 billion dollars consisted ofinvestments and loans on commercial terms. Fig.1.6 also shows that in1980 all developing countries paid an interest of 27.2 billiondollars. Therefore it is not surprising that the account deficits ofthe developing countries have increased significantly. In fig.1.7 isshown the increase of the financial debts of the developingcountries.
Werte In Mrd. S(nach GEeD)
o Auslandsverschuldungder Entwicklungslander
D Schuidendlenst(Tilgungund Zinsen)
------4 Mittel- und langfrlsllge Schulden
Fig.1.7 Financial debts of the d~veloping countries [7].
Fig.1.8 shows the countries with the highest financial debts.
THE VAKGROEP-EC 13
:Brazili~ 87 Mrd.$
Hexico 81 Hrd •.$,.Argentini~ 37 Mrd.$
Venezuela 36 Mrd.$
Zuid Korea 35 Mrd.$
Polen 26 Mrd.$
Indonesi~ 22 Mrd.$
Egypte 19 Mrd.$
Chili 18 Mrd.$
Philippijnen 18 Mrd.$
Fig.l.8 Countries with the highest financial debts [7].
The distribution of the net capital flow to developing countries asshown in fig.l.6 is also shown in fig.l.9 •
\.Vee P0I'lS
Fig.l.9 Distribution of the capital flow to thedeveloping countries [3].
From fig.l.9 can be read that most of the capital is used for thepurchase of weapons. The agricultural and food sectors togetherrepresent 20% and are by far the most important recipients ofcivilian help, but still not more than the half of what is given inmilitary aid. Development in the sector communication as compared tothe other sectors in fig.l.9 is insignificant. It is possible to
THE VAKGROEP-EC 14
trace who the recipients of the aid are by determining for eachsector which part affects the poor in the urban areas or thepopulation in the rural areas. This is shown in fig.l.lO. The heavilyshaded part reaches the urban poor. The lightly shaded areas reachesthe rural poor.
Fig.l.lO Distribution of the money flow to the third world [3].
Table 1.7 is showing the distribution of development aid per personover the population when leaving weapons out of the picture. Fromtable 1.7 can be read that. the development aid given. hardly affectsthe living standard of the rural population.
RURAL POPULATION $ 6.5 / YEAR
URBAN POOR $ 25 / YEAR
ELITE $ 125 / YEAR
Table 1.7 Distribution of development aid per person overthe population [3].
It has been stated that:
1."The developing countries have no realistic prospect of bridgingthe gap between the industrialized countries and themselves. ifdealing between them are conducted from the standpoint of aproducer/ consumer relationship" [6] •2."The relationship between the industrialized countries andthemselves can be characterized as one where at one end of thespectrum the industrialized countries continue to providescientific solutions for the problems of the developing countries.
THE VAKGROEP-EC 15
aid on mainly commercialthe spectrum the developingcheap raw materials and
manufacture goods and give financialterms, while at the other end ofcountries continue to be a source ofsometimes labour" [6].3. "From the idea of producer/consumer relationship, the sale ofthe first world products is keenly felt as putting a strongpressure on the developing countries, trying to change the thirdworld into a first world" [4].
1.3.4 Development aid, wanted
The actual needs of the developing countries are reflected here. Incase of malnutrition or natural disasters, direct aid, such as foodand medical assistance is needed, and given, but from this adhocdevelopment aid no improvement in living standards can be expected inthe long run. It has been stated that:
1."In future the developing countries will not want the productsof the industrialized countries, because, as they tend to selfreliance, they want to procure the financial and technical meansin order to develop themselves" [5] [8].
In short, these developing countries ask for the transfer oftechnology -and the financial means in order to start exploitingthemselves the know how, which they have gained.
Seen in this light the Nigerian example shows how things should notbe done. Nigeria as an oil producing country expanded its economyremarkably well, after the OPEC organisation had become effective.Its primary failure however was the way in which it invested itsmoney. The economic effect was a "reverse aid" effect from whichNigeria did not benefit except in acquiring factories and servicesbrought in completely by the industrialized world. After cut backs insales, because of the overcapacity of the oil producing countries,the economic benefits evaporated as funds became scarce. Nigeriacould not afford the foreign technology anymore" [8].
1.3.S Transfer of Technology
It has been expected that transfer of technology will help thedeveloping countries, but the question arises whether this can forcea social change on its own [9]. In admitting an already existingpolarisation between an elite and a large poor group of people indeveloping countries one must provide that transfer of technology has
THE VAKGROEP-EC 16
to improve life standards, which does not automatically mean anincrease of GNP. Therefore it is believed that transfer of technologycan only induce social change when it improves the life standards ofthose poor who make up the unorganized sector of a developing country[9]. Considering this two questions arise:
1.From who to whom should technology be transferred?2.What kind of technology should be transferred?
1.3.5.1 from who to whom should technology be transferred?
There may be several channels for transferring technology. This isshown in Fig.l.ll. A major part in this concept is played by theindustries of the industrialized countries, especially multinationalcorporations.
THE VAKGROEP-EC 17
Transfer to
• Governments Institutions Businesses Individuals
From 1Exchange of Funding of Financing SponsoredScientists Equipment, and Other Training
Consulting AgreementsInstitutions Contracts to Cooperate; Supply and
for Study Exchange of Sale of Trainingof Specific Faculty and Process ProgramsProblems Students Know-How
Turn-Key Con- JointVentures Jobs and
tracts for Supply of Licensing TrainingBusinesses Construction Research Agreements, Programs
of High Equipment, Foreign for LDCTechnology Data, Etc. Acquisitions, IndividualsPlants Etc.
Foreign Faculty and ForeignIndividuals Consultants Researchers - Workers, Cooperative
Hired for From Foreign Managers and ResearchSpecific Countries Researchers ProjectsProjects
Fig.l.ll Transfer of Technology relations [9].
For an example, the telecommunications market is completelycontrolled by the multinational corporations of the industrializedcountries. They control the know how of the technology, theproduction processes of the technology and they posess the financialresources. However, industries in the first world fear the concept oftransfer of technology, simply because it is contradictionairy totheir "making profit"principle. Bearing in mind the rapid development
THE VAKGROEP-EC 18
of the Japanese Industries they fear new competitors on the marketswhen the developing countries start producing technological productsthemselves [4]. The governments of the industrialized countriescannot really change this attitude, even if they want to, becausethey have no real grip on these multinational corporations.Especially in a time of growing unemployment they fear for theexistence of their own industries, so that protectionism can beexpected. When multinational corporations cooperate with thedeveloping countries, it is for their own benefitjTo exploit newmarkets and to reduce export costs. Eventually products return totheir country of origin at lower prices because of the cheap labourcosts in the developing countries. Multinational corporations keepthe innovative processes in the industrialized world while the ideaof transfer of technology aims to start the innovative processes inthe developing countries, and in doing so treating the developingworld as an equal partner [4]. Moreover, the fact that the productsof the industrialized countries are already at hand, can paralyse theinnovative processes and initiatives of the developing countries toset up their own production lines. Universities, however and othernon profit making institutions can contribute to the transfer oftechnology ,but their contributions is rather small, as theirfinancial resources are limited. They can however, really contributeto the transfer of technology within their limited financialcapacity,in demonstrating to the industrialized world theirresponsibility for this type of development aid.
1.3.5.2 What kind of technology should be tranferred ?
For a developing country it is difficult to choose the best solutionsfor expanding, e.g. their- telecommunications network. In fact acountry may decide upon a very simple conventional technology, whichcan be fully understood and which can be introduced with a minimum ofimport. On the other hand a developing country may choose for thelatest technology which will be of superior quality [11]. Fig.1.12shows both the advantages and disadvantages of these two approaches.
THE VAKGROEP-EC
ADVANTAGE DISADVANTAGE
CONVENTIONAL 1.WELL KNOWN TECHN. 1. RELATIVELY INF ERIORTECHNOLOGY QUALITY
2.RELATIVELY CHEAP 2.RELATIVELY LONGIN FOREIGN VALUTA IMPLEMENTATION TIME
LATEST 1.RELATIVELY SUPERIOR 1. UNKNOWN TECHNOLOGYTECHNOLOGY QUALITY 2. EXPENS IVE IN FOREIGN
2.RELATIVELY FAST VALUTAIMPLEMENTATION 3.STRONG DEPENDENCYTIME ON OTHERS(TURN KEY PROJECTS) 4. NO SELF MANUFACTURING
AND MAINTENANCEPOSSIBILITIES
Fig.l.12 The advantages and disadvantages of the conventionaland latest technologies.
19
The choice to be made between the two options has to be made by thedeveloping countries. Two examples are given here. In expanding thetelecommunications network into rural areas a country could decideupon a co~~~ntional HF radio system or might choose for satellitetechnologl_.jThe first option was selected by Papua New Guinea. Theystated that the HF radio system, despite its well known disadvantageshad the tremendous advantage of being a well known technology andcompletely controllable by their own people. Their greatest argumentagainst the use of satellite technology was that is was a foreigntechnology. It would not be possible for Papua New Guinea or anysimular country to launch a satellite of their own. This meant thatit would to "buy time" of some ones else's satellite. Finally it wasunacceptable that outside agencies, no matter what safeguards werewritten into agreements, would have ultimate control over theirinternal communications [12]. ~india however choose for satellitetechnology and this foreig-n.' technology was introduced into India(SITE experiment). But their policy was to transform this foreigntechnology into a home technology, in which it has succeeded. Today,India has a launcher of its own and has put already some satellitesin operation [9].
THE VAKGROEP-EC
1.4 The role of telecommunications in the development
process.
1.4.1 Telecommunication services
20
In telecommunications several services can be distinguished, such astelephony, telegraphy, facsimile, data transmissions, radio andtelevision broadcasting, video conferencing etc. Although in theindustrialized world data transmission and other digital services areincreasing rapidly, telephone traffic still remains the largest partof the telecommunication services as mentioned above. Therefore inconsidering telecommunications for developing countries the main~ttention will be focussed on telephony, possibly includingtelegraphy. However radio and television broadcasting, nowadays anintegrated part of the western way of life, should also be taken intoaccount.
1.4.2 Characteristics ot the telecommunication expansion
in the developing countries
1.4.2.1 Global telephone density
The telephone density in the world is shown in fig.1.13.
THE VAKGROEP-EC
_ ~ 5!l!l!:i1~ mID P.750 U-50 .0.,) ~~/~ I- ~ ".1
1ltL.e.{ob,,10e~fltLLert pu. /OOl\'lwCltleR5
Fig.l.13 Telephone density in the world [13].
21
From fig.l.13 can be concluded that the telephone density, asexpressed in the number of telephones per 100 inhabitants of acountry is extremely low in Africa and Asia (viz< 1 per 100inhabitants). The telephone density in Northern America,Europe andAustralia is high() 50 per 100 inhabitants).
1.4.2.2 Global television and radio density
Table 1.8 shows the density of radio and television sets in the worldin numbers per 1000 inhabitants (in 1974).
THE VAKGROEP-EC
TELEVISION RADIO !RECEIVERS RECEIVERS
,I
AFRICA 8 72
NORTH AMERICA 539 72
SOUTH AMERICA 8 1796
ASIA 30 93
EUROPE AND USSR 224 377
OCEANIA 228 287
Table 1.8 Density of television and radio sets in the worldper 1000 inhabitants [2].
22
From this table can be read that the numbersets in Africa and Asia is low. In generalsituation is equal to the telephone density1.4.2.1).
1.5 Impact of telecommunication.
of radio and televisionit can be stated that thein the world (section
It is generally accepted that telecommunications have a strong impacton society, both in an economical and social way.
1.5.1 The economical impact.of telecommunications
It is believed that telecommunications are linked with economicactivity [13].
Fig. 1.14 Telephone density versus GNP/capita inUS$ [14].
When relating the economic activity of a country to GNP/capita (in1978 US$). it can be shown that a relationship exist between theGNP/capita and the telephone density (number of telephones per 100capita). This relationship is shown in fig.1.14 The problem. howeveris which is the independant variable. Assuming that telephones andeconomic activity are correlated. then it can be concluded thattelephone density is a measure for economic activity. When dividingthe GNP/capita earned in the industrial sector and GNP/capita in theagricultural sector a different impact becomes evident. This is shownin fig.1.15 and 1.16 and table 1.9 and 1.10
THE VAKGROEP-EC
NUMBER OF TELEPHONESPER 100 INHABITANTS
GNP/capita in US$ inINDUSTRIAL ACTIVITIES
24
USAAUSTRALIAJAPANITALYMEXICOECUADOREGYPTINDIAZAIREETHIOPIAUPPER VOLTA
110.080.050.030.08.03.01.60.40.20.20.1
200089063056215863401325
46
Table 1.9 Telephone density versus GNP/capita in industrialactivities in 1978 [2].
In fig.1.15 and in the next figures the meansquaredrawn and the correlationcoefficient is given. Whenis:t1", the curve and the measured data exactly fitthis coefficient is 0 , they don't match.
error curve isthis coefficienttogether. When
THE VAKGROEP-EC 25
_1~·'-"'"'""·iI:... •
~.l. - •. _- • --+- ~
2
r---->,+>-,..,Ul 1~'
OJ'd
Q)
~o~
s~ollliillll~~~
1 210log GlITP/cap in industrial activities
Fig.1.15 Telephone density versus GNP/capita inindustrial activities [1978].
Table 1.10 telephone density and GNP/capita in agriculturalactivities in 1978 [2].
THE VAKGROEP-EC
?~
~+'...-{~J
l=:QJ
-0
QJl=:0
..c::e-QJ
r-IQJ+'..........
QO0 0r-I
0~
26
(GN cap in agric. activities)
Fig.l.16 Telephone density versus GNP/capita in agriculturaIactivities in 1978 [2].
From these figures a different impact can be inferred. A similarcorrelation as exists between telephone density and GNP/capita or ingeneral telecommunications and GNP/capita can be derived for otherinfrastructural variables versus GNP/ca~ita. Fig.l.17 and 1.18 andtable l.ll.and 1.12 show e.g. the percentage of dwellings with pipedwater and electricity versus GNP/capita. Therefore it can beconcluded that a relationship exists between the variables ofinfrastructure and economic activity, as expressed in GNP/capita.Telecommunications is one of these variables of the infrastructure onan equal footing with water, roads and electricity.
Table 1.11 GNP/capita versus %of dwellings with electricity in1978 [2].
Brazilia
Italv .• • ·:::· ...Au..stralla• Israel
y = 74.1x - 145CorrelationCoefficient = 0.97
Antilles
Costa
Indonesia
80
100
2 10 l (G,,-n I '.-,-og 1') -/ cap)3 4
Fig.1.17 GNP/capita versus % of dwellings with electricity
THE VAKGROEP-EC 28
PERCENTAGE OF DWELLINGS GNP/capita inWITH PIPED WATER US$
USA 97 4000BELGIUM 87 2510VENEZUELA 72 1000CHILI 59 758MEXICO 39 630PANAMA 29 630EL SALVADOR 26 250ALGERIA 22 315TUNESIA 14 250
Table 1.12 GNP/capita versus % of dwellings with pipedwater in 1978 [2].
100
80
•
.s:: 60Chili
+'oM~
ellQDs:::'rl f-lr' Ql
40r'+'Ql lI!~ ~ El I Panama 68.8x'd • Y = - 148'd
i:H Ql Correlation0 Po<
Coefficient 0.96'rl • ='0< p. 20
2 3 10log GNP/cap 4
Fig.l.18 GNP/capita versus % of dwellings with piped water in 1978 [2].
THE VAKGROEP-EC
1.S.2.The social impact of telecommunications
29
Next to an economical impact of telecommunications a social impact oftelecommunications exist, which will be considered now. A wellfunctioning telecommunications network will have its advantages andits disadvantages. The main advantages and disadvantages for inhabitants of a country with a well functioning network are given in£1g.l.19.
ADVANTAGES
1. DIRECT SERVICES OFTELECOMMUNICATIONS
2.STIMULATING MIGRATIONTO RURAL AREAS
3.NATION BUILDING ANDBRIDGING NATIONALOPPOSITIONS
4.CATALYST FOR ECONOMICDEVELOPMENT
DISADVANTAGES
la.CREATING NON EXISTINGNEEDS
la.STIMULATING MIGRATIONTO URBAN AREAS
Ja.MANIPULATION BYMINORITY GROUPS ANDDESTROYING REGIONALCULTURE AND TRADITIONS
4a.FOREIGN CAPITAL EXPENSIVEFOR THE DEVELOPING COUNTRIES
Fig.l.19 Advantages and disadvantages of a well functioningtelecommunications network.
These advantages and disadvantages will be discussed in the followingpages:
Advantage 1: Direct impact of telecommunications.
Telecommunications give people the means to acces to centres ofinformation and the means to respond to it. People can communicatewith eachother, without travelling, saving time, energy and money,therebye enlarging the area in which they are living and working.Furthermore it gives them the means of raising their level ofeducation. Teaching programmes and audiovisual aid can be broadcastand in this way raise the level of education of a country. Libraryservices or conference fasilities for interaction can be created.table 1.13 and fig.l.20 show the degree of adult illiteracy in theworld versus GNP/capita. Table 1.13 also shows the life expectancy atbirth (in years).
THE VAKGROEP-EC
ADULT ILLITERACY GNP/capita LIFE EXPECTANCYin % in US$ in years
Table 1.13 % Adult illiteracy and life expectancy at birthversus GNP/capita for all pats of the world [2].
30
y = -41.5x + 150CorrelationCoefficient = -0.93
75
»~ 60~(J)
+>.,-j
~
~
..-l
+> 40~
:::l'"d('j
~o
';:R 20
o2
• •
South •.America
Europe-..
3
America
10l0g(GNpjcapita)
Fig.l.20 Percententage of adult illiteracy versus GNP/capita (US$) [2].
Bearing in mind the correlation between telecommunications andGNP/capita as shown in Fig.l.22 it can be concluded that arelationship exists between telecommunications apd the degree ofilliteracy in the world. This relationship is shown in fig.l.21
THE VAKGROEP-EC
60
40
20
'10log(telephone density) 0
31
y = -1~.4x + 33.4CorrelationCoefficient = -0.97
Europe North America•
2
Fig.1.21 The relationship between the telephone density in theworld and the adult illiteracy rate in the world.
Medical services as broadcasting programmas on medicine, hygiene andepidemic prevention can be given by telecommunications. Remotemedical assistance can be given to rural hospitals. Furthermore it ispossible to warn people against natural disasters such as floods,hurricanes etc •• Fig.1.22 shows the relationship between lifeexpectancy and GNP/capita. Again from fig.1.14 and fig.1.22 therelationship between telecommunications and life expectancy can beconcluded. This relationship is shown in fig.1.23.
~
ro»o~ro~
~ 50P-ro~ 1-1(l) CIi
<lJ(l) »
e,...,•.-1 ~,; •.-1
2
South
Africa
3
EuroJ?e e
e r orth AmericaO~eania
y = 17.3x + 11.3CorrelationCoefficient = 0.96
10lOg(GNF!cap)
Fig.1.22 Life expectancy at birth versus 10log(GNP/capita).
THE VAKGROEP-EC 32
Oceania
North America~
Europe. .,
SouthAmerica
2
y = 5.6x + 59.9CorrelationCoefficient = 0.95
-310log (Telephone density)O
.c:
.p 801-1
'..-i,0
.p 70ctl
>:, 600>;:ctl.p 50C)
OJp.CJl>< 1-1OJ ctl 40 Africa
OJOJ >:,
CH'..-i >;:rl '..-i
Fig.1.23 The telephone density versus life expectancy atbirth.
From fig.1.21 and fig.1.23 can be concluded that there exists arelationship between the telephone density in the world and thedegree of illiteracy and life expectancy at birth in the world.
Putting it in a general form: Improving the infrastructure of acountry means improving the life standards of the inhabitants of thatcountry.
Disadvantage 1a: Creating non existing needs.
One could argue that e.g. bringing in television into rural areascreates non existing needs. However people in urban areas of thedeveloping countries posess television and the rural people are awareof that. So it is not a non existing need anymore.
Advantage 2: Stimulating migration to rural areas.
In creating the same living conditions in the rural areas as in theurban areas by improving their infrastructure and expanding thetelecommunications network to the rural areas, it will be easier tostimulate migration to these areas.
Disadvantage 2a: Stimulating migration to urban areas.
The reverse effect can occur when telecommunications are used to showthe rural people the benefits of the urban life. Television in therural villages will show the "city lights" to the villagers and makethem more eager to join the rush to the towns. Table 1.14 andfig.1.24 show the percentage of a country's population living in
THE VAKGROEP-EC 33
urban areas versus GNP/capita.
% OF POPULATION LIVING GNP/capitaIN URBAN AREAS in US$
Table 1.14 Percentage of the population living in the urban areasversus GNP/capita [2].
, I i , • J
3 101og(GNP/capita)
Y = 35.9x - 54.4correlationcoefficient = 0.96
•Oceania
•South
70
60
30
tAfrica
20 ' •
10 •2
Fig.l.24 Percentage of population living in the urban areas versusGNP/capita.
Looking at fig.l.14 it can be concluded that a relationship existsbetween the telephone density and the percentage of population livingin urban areas. This relationship is shown in fig.l.25
Fig.l.25 Percentage of population living in urban areas versustelephone density.
From fig.l.25 can be concluded that a higher level of telephonedensity is accompanied by a higher percentage of urban population.
Advantage 3: Nation building and bridging national oppositions.
If telecommunication is expanded allover theadministrative control, police and law enforcementmore effectively. Election programmas aiscussionsprogrammas which are broadcasted allover the countrythe people. Everybody is aware of what is goingoppositions between African tribes for instances can be
Disadvantage 3a: Manipulation and destroying regional cultures.
However telecommunication can also be used by minority groups tomanipulate the people. In many attempts to overthrow the government,the means of telecommunications were seized first. On the other handgovernments and political parties can also use television formanipulating the people. When unifying all the people in a country,regional cultures and traditions may be lost because the people andespecially young people do not think it necessary anymore to adher tothese cultures and traditions.
THE VAKGROEP-EC
Advantage 4: Catalyst for economic development.
35
As already expressed, telecommunication is linked with economicdevelopment. One may think of marketing and commodity information,agricultural support (advice on fertilizers, pesticides), veterinarysupport, information on rural business. Good telecommunications canalso be a good substitute for oil (energy).
Disadvantage 4a: Foreign capital expensive for developing countries.
The last and probable main disadvantage is that telecommunicationsare expensive in foreign currency. For developing countries whichlack sufficient foreign currency, the expansion of telecommunicationsis a difficult question indeed.
1.6 Financing of telecommunication.
When expanding a telecommunication network in developing countries,technical and financial aid is required. In case of telecommunications this technical aid is given by the ITU (InternationalTelecommunication Union). As to financial aid, this is given by theWorld Bank, International Development Agency (IDA), The InternationalMonetary Fund (IMF), regional developmentbanks and nationalgovernments. For example, from 1978-1983 2% of the Dutch developmentaid (280 mill.guilders) was used for telecommunication projects [15].The role of the World Bank has been smaller in the field oftelecommunications than in other sectors because the ultimateeconomic benefits are hard to identify with precision [16]. In recentyears the World Bank has focussed its lending policies on projectswhich have a significant and direct impact on those who are withinthe lowest 40% income group of a certain country. These projectsinclude rural development projects. On tne subject of financingtelecommunications several views exist [16]. According to thefinancial experts of developmentbanks a lack of investment indeveloping countries is in itself a result of other more basicfactors:
1.A lack of enumeration and qualifications of the benefitsof investments in the telecommunication sector, relative to
other sectors.2.Inadequate financial resources.3.Institutional and organisational problems4.Inadequate technical expertise and trained manpower [16].
According to the developing countries the financial aid is far fromadequate. In their opinion the World Bank only thinks in terms of
THE VAKGROEP-EC 36
financial revenues, which can be gained by telecommunications. Theyclearly recognize other benefits of the expansion oftelecommunication systems, which are not regained in financial terms.They strongly urge that the improvement of the educational level ofthe population, reduction of medical costs due to better preventionshould also be taken into account [14][16].
1.7 The importance of telecommunication to rural areas
The importance of telecommunication expansion is considered. In thefifties and sixties an urban orientated development aid led to thecreation of enclave economies within the developing countries. Thesesmall urbanized areas of prospherity created a polarisation withinthe third world. The urban elite in developing countries thought itbeneficial to their interest to encourage multinationals to createislands of foreign technology in backwards societies. The differencein living standards between the rural and urban areas caused amigration of the rural population to the urban cities. A result ofwhich unemployment in urban regions increased and the production ofagricultural products in rural areas decreased. The economicregression of the early seventies was also felt in the developingcountries, where the standards of living in the urban areas rapidlydeteriorated. To solve these problems developing countries as forexample Tanzania or Ghana, started agricultural projects. Tostimulate rural remigration the acess to rural areas and the ruralstandards of living have to be improved. This means acessible roads,supply of water and electricity and telecommunications. As seen inprevious sections rural telecommunications will increase theefficiency of the rural agricultural projects. Seen in this lightrural telecommunications is believed to be a real step towardsdevelopment, fitting into the policy of selfreliance.
THE VAKGROEP-EC
2 TECHNICAL CHOICE OF TELECOMMUNICATIONS FOR DEVELOPING
COUNTRIES
2.1 Network planning
2.1.1 General
37
When implementing a telecommunication network in an arbitrary arearesearch has to be done in the following sectors:
I.Research into the typical features of the area concerned (see $2.12
These studies must contain the following aspects [17]:a.Typical geographical and climatological features of the
area.b.The situation of the towns, villages and small settlements
in the area.c.Population density and distribution in the aread.Activities in the area, for example agriculture or
industrial activities.e.Existing infrastructure in the area (availability of
water, electricity and roads).f.Existing telecommunication networks.g.Economic potential of the area (what amount of revenue
can be expected).
2.Research into the telecommunication services that are
required (see $2.13)
These studies must contain the following aspects:a.Expected traffic loss (from where to where can
traffic be expected)b.What kind of telecommunication is required (telephony,
datatransmission, etc)
3.Research into the quality of the telecommunication services
(see $2.14)
THE VAKGROEP-EC 38
These studies must contain the following aspects:a.Reliability (what grade of service is required)b.Technical quality of the network (bandwidth, signal
to noise ratio, bit error rate etc.) .c.Expansion capabilities for the future
As a result of these studies, typical network parameters can beselected (see &2.15) These parameters are:
a.Network structureb.The number and position of the
nodes in the networkc.The transmission capacity
between the exchangesd.Choice of the transmission system
These aspects reflect networks in general. We shall now focus ourattention on rural areas.
2.1.2 Research into the typical features of the rural areas
In the following geographical features of a rural area areconsidered. The area will be very large. (for example up to 250 by250 kms). It can contain large deserts, jungles, forests, lakes,mountains, hills, swamps and snow or ice covered areas. Except forsome towns (more than 10.000 inhabitants) the people in this arealive in villages (less than 1000 inhabitants), in small settlements(up to 300 inhabitants), or completely scattered or even nomadic.Agriculture is the main activity, although in some towns someindustrial activities can also be expected. Roads connect the tovns,small roads lead to the villages and settlements. There is hardly anyprimary power or power generation, although electricity will bepresent in the towns and most of the villages. The economicalpotential of the rural area will be low, climatic conditions may besevere. If any telecommunication network exists, it is to connect thetowns with an insufficient capacity.
2.1.3 Research into the telecommunication services
that are required.
Despite the rapid growth of data transmission,services in the western industrializedtelecommunication traffic still originates
facsimile and otherworld, most of the
from the telephone.
THE VAKGROEP-EC 39
Therefore we shall concentrate on implementing a telephone network,eventually extended with telegraphy and telex. Other services canalso be implemented when not requiring additional financial means •
.. erving small towns Villages ,and settlements telephony, the questionarises What kind of traffic flow can be expected ? To give ananswer to this, it may be assumed that there will be a certain regionin which the rural inhabitant feels at home. Here trading with othervillages or settlements in the same region will take place. Here hisrelatives and acquintances live and same language or dialect isspoken.The radius of such a region will depend on the existinginfrastructure and means of transport and communications. Next to thelocal traffic, it may be assumed that the mayority of the trafficwill be traffic to the urban areas and the minority to other regions.As an example the local, regional and international telephone trafficfor the Netherlands in 1982 is given in Fig.2.1
.LOCAL TELEPHONE TRAFF IC 54 %
REGIONAL TELEPHONE TRAFF IC 44 %
INTERNATIONAL TELEPHONE TRAFFIC 2 %
Fig.2.1 Distribution of telephone traffic in the Netherlands.Ill]
2.1.4 Research into the quality of the telecommunication services.
Reliability, quality and expansion capabilities must be closelyexamined.This must be done by the rural network planner. He will haveto choose a grade of service for the rural network and selectcriteria for the quality of the transmission systems, so that thetransmitted speech will be intellegble and transmission errors oftelegraphy or telex as few as costs permit. In the initial stage ofthe network planning the expansion capabilities must also be takeninto account. Compared to urban areas, the need to expand in therural areas will be low, due to a smaller growth of activities.However in certain parts of the rural areas, due to new industrialactivities (for instance mining), there may arise a significant needfor extra telecommunication within a few years. In general the ruraltelecommunication planner will have to minimize pre-investments forexpansion capabilities for rural areas to an acceptable level sinceit is all capital tied up for many years. As far as standards forreliability and quality are concerned, the same standards as forurban areas may be taken.
THE VAKGROEP-EC
2.1.5 Rural network parameters.
40
As a result of studies, previous discribed, the network can beestablished. First the positions of the exchanges have to bedetermined. It is assumed, as telecommunication is linked to otherinfrastructure variables (see chapter 1), that in the rural arealocal exchanges are set upon the rural towns or villages, which actas a centre for the region. CCITT indicates that in rual areas asubscriber density can be expected of 1 per 50 km2., when people livescattered in the area, or, in the case of isolated settlements, amaximum of 1000 subscribers. The ITU gives in [18] a broadclassification as to the relationship between the subscriber densityand the size of the exchange, based on economic considerations. Theseare given in Fig.2.2
TYPE
ABC
NUMBER OF RURAL AREA EXCHANGE EXCHANGE MOSTSUBCRIBERS (llA) AREA SIZE DISTANT/KM2 SUBSRIBER
Seen from an economic point, public exchanges with less than 30subsribers are not attractive. In these situations, when occuring inrural networks, other solutions exist:
I.Line collection2.Drop and insert possibilities
These are described below.
1. Line collection
Next to the functions of distributing and trunking, known from thenormal networks (see fig.2.3), the rural networks also posses thefunction of transfer (see fig.2.4).
When a trunk link passes through a rural area, it can be madepossible to connect this link with a local network. This is shown infig. 2. 5.
THE VAKGROEP-EC 42
RuralArea
~~----------Town A
II
-1-.
Repeater
l'licrol'laveLink U
(- -- _i -----'1'--------rTown B
Fig.2.5 Drop and insert in trunk links\ '
According to 1it.[18] ·the number of lines in a typical rural networklies between 100 and 1000. Completely automatized exchanges with lessthan 100 lines are rare (for example private or business exchangessuch as the PABX). For determining the size of the exchanges it mustbe estimated how many people must be provided in the next few yearswith telephone. These studies have to take into account the growth ofeconomic activity and the expected growth of subsribers in the area.The size of the exchange has to be planned for a period up to thenext planning period.As far as telephony is concerned, it appearsthat the demand for telephony rapidly increases after automaticexchanges have been installed and put into operation. Next,transmission capacity has to be determined. This capacity isdependent on the amount of traffic and the grade of service,according to the Er1ang B formula [18]. This relationship is shown infig.2.6, where the grade of service is expressed as traffic loss. Infig.2.6 a subscriber traffic of 0.05 Er1ang is assumed.
Fig. 2.6 traffic loss versus the number of subscribers, withN channels available [18].
Normally the traffic to and from one single subsriber varies from0.01 to 0.1 Erlang (0.05 Erlang =15 calls of 90 sec. durations perday). Sometimes however, the amount of traffic can be much higher(for example when there is only one public telephone in a villageserving all villagers). Typical figures on rural traffic are 4-8Erlang/l00 subscribers. As far as the desired grade of service isconcerned, typical figures for rural areas are given in fig.2.7
TYPE CF CONNECTION ACCEPTED TRAFFIC LOSS
INTRA EXCHANGE CONNECTIONOUTGOING INTEREXCHANGECONNECTIONINCOMING INTEREXCHANGECONNECTIONTRUNK GROUPS
0.01-0.02
0.005 (without trunks)
0.005 (without trunks)0.005
Fig.2.7 Traffic loss for different connection types [18].
Transmission capacity has to be selected in such a way that futureexpansion is possible. Some aspects playing a role when determiningtransmission capacity for a number of years are:
I.Economic actiVity of the area2.Population increase'2 r...",-_ i Ot . f) I ~ ~ ~.\ ~I' I!;:v· V(,j'..rvl<\"''',,'''Jr,-'', 5.".Iv',)V\~";"·
\
THE VAKGROEP-EC
~ 8: nMeal! poHei:es
44
In choosing the type of transmission system, the last networkparameter to be determined in the planning phase, topographic andclimatological conditions playa role. The main topographic aspectsare, according to [18]: existing infrastructure, soil conditions,swamps, hills, mountains, forests, jungles, cultivated land, theacessibility of the area and the existence of urban areas. The mainclimatological aspects are: extreme temperature, typical seasonweathers, thunderstorms, earthquakes, snow, ice, lightning, humidity,dust, avalanches, bushfires and increased solar activity. Finallyal~o the influence of man and animal on the transmission systems mustbe taken into account, such as theft, sabotage, destruction,maintenance rates, etc.. What remains now is the selection oftransmission systems and transmission medium (radio or cablesystems). Lit.[19] gives a broad classification of how thetransmission systems can be selected, seen from an economicalstandpoint. This is shown in fig.2.8.The typical features of thesesystems will be considered in the next paragraph.
DistanceShort Medium Long
(less than about (about SO km to 250 (more than about 2j()Capacity of the route SO km) or 300 km) or 300 km)
Loaded VF cable. Open-wire line link. Open-wire line link•.,Open-wire line link. Symmetric-pair line link Symmetric-pair line linkc:
:.:l Symmetric-pair line link (FDM or PCM). (FDM or PCM).
Small(FDM or PCM).
(less than about HF100 channels)0
VHF VHFTropospheric scatter
:;; system.'" UHF UHF=' Diffraction system.
Satellite.-
Loaded VF cable. Open-wire line link. Open-wire line link.., Open-wire line link. Symmetric-pair line link Symmetric-pair line linkc: Symmetric-pair line link (FDM or PCM). (FDM or PCM).
Medium :.:l (FDM or PCM). Coaxial cable Coaxial cable(about 60 channels (FDM or PCM). (FDM or PCM).to about1000 channels)
0 Microwave Microwave Microwave:;; (FDM or PCM). (FDM or PCM). (FDM or PCM).'"=' Satellite.
" Loaded VF cable. Symmetric-pair line linkc: Coaxial cable
(FDM or PCM). Coaxial cable:.:l (FDM or PCM). Coaxial cable (FDM or PCM).
Large (FDM or PCM).(More than about600 channels/ 0 Microwave Microwave Microwavetelevision) :;; (FDM or PCM). (FDM or PCM). (FDM or PCM).
'"=' Satellite.
Fig.2.8 Classification of transmission systems [19].
THE VAKGROEP-EC
2.2 Transmission systems
2.2.1 Introduction
45
For implementing transmission systems in rural areas, the bestsuitable option has to be selected from a number of appropriatesystems. Factors that influence this choice are:
I.Terrain aspects of the area2.Distance that has to be bridged3.Capacity of the system4.Reliability of the system5.Costs of the system6.Quality of the system7.Expansion possibilities
ad 1: Terrain aspects can already give an indication Whether landlinesystems are preferable or not.
ad 2: As to the costs, a broad classification for the choice oftransmission systems has already been given in fig.2.8
ad 3: When expansion must be taken into account for the rural area,those systems must be chosen Which require a minimum of preinvestment.
The systems that will be considered are:
I.Open wire carrier systems2.Cable carrier systems3.Radio systems: HF, UHF/VHF and SHF systems4.Satellite systems: SCPC systems
Finally a comparison of the different systems will be made and arural network model will be presented.
2.2.2 Open wire carrier systems
These multichannel carrier systems play an important role in trunknetworks of sparsely populated areas. They are generally used fordistances up to a few hundred kilometers. Open wire lines areparallel bare conductors suspended above the ground. The individualconductors are held by electrical insulators on cross arms. This is
THE VAKGROEP-EC
shown in Fig.2.9
Fig.2.9 Pole used in open wire carrier systems
Advantages of these systems are:
1.The systems is very good suitable for areas wherea limit on radio frequency bands exists.
2.The repeater section can be made very long.3.Relatively cheaper than other carrier systems when
needed for light to moderate traffic.4.The system can be brought into operation in stages
until the maximum number of channels to be providedis reached.
5.The system offers drop and insert possibilities.
Disadvantages of these systems are:1.The capacity is limited.2.The quality of the system depends on climatic
and geographic conditions.3.H1gh maintenance is required.4.Low reliability.
46
This is further discussed in [19] As a conclusion of this section itmay be said that for trunking of a light to a moderate amount oftelephone traffic over relatively long distances, the open wirecarrier system is suited. However, the open wire carrier system maybe the most cost effective system for this purpose, it is clearly notthe best solution when reliability is at stake.
2.2.3 Cable systems
In all cable systems we can distinguish:
I.Cables for distribution2.Subsriber drop wire
THE VAKGROEP-EC 47
~3.Cables for transfer and trunkingCC::>C' ~ &c' ..~.., (~>t';;j' :For subscriber cables copper covered steel conductors are mostlyused. Normally the maximum length of subscriber cables is 5 kms butcan be extented to 25 kms. In these cables loading or negativeimpedance repeaters must be inserted. The cable can be burried orsuspended in the air. As to the symetrical pair cables, systems of24, 60 and 120 channels are most widely used. Symmetric pair cablesystems can be used for short «50kms), medium(50-300kms) andlong ()300kms) distances. When the number of channels increase, therepeater sectionlength will increase too. This is shown in fig.2.10.
SYSTEM (channels)
2460
120
REPEATER SECTION LENGTH (kms)
2414
8
Fig.2.10 Repeater sectionlength versus system capacity [18]
Coaxial pair carrier cable systems are used when systems of high ormedium capacity are required. The capacity of a coaxial pair mayrange from 120 - 2700 channels, a cable may contain up to 12 coaxialpairs. Coaxial pair carrier cable systems can be used for alldistances, the repeater sectionlength is about 3-4 km. Because of thelarge capacity of the system it can also be used for sound channels(3 telephone channels = 1 radio channel) or video programmestransmission (1260 channels for 625 line TV).
Advantages of the symmetric pair and coaxial pair cables are:I.Large capacity2.Reduced crosstalk3.Independent of temperature and humidity4.Less possibilities for theft
This is further discussed in [18].
Disadavantages of the cable systems for rural areas are:I.Cable laying may be very expensive2.Fault location may be very expensive3.Repeater sectionlenght is shorter4.Large capacity
As a conclusion it may be stated that, just as in urban areas, thesubscriber dropwire may be used to connect the subscriber to the
THE VAKGROEP-EC 48
local exchange for distances up to 25 kms. As to the carrier cablesystems, they are not very suitable for rural areas because of theirlarge capac~sr and the assumed terrain roughness. These systems aremore suitab~e for large trunks over relative short distances «50kms), for instance in connecting suburban local exchanges to thefirst order exchange.
2.2.4 Radio systems: classification
Frequency bands which can be used for radio transmission systems canbe found in the range from 3 MHz-10 GHz. The band 3 - 30 MHz isgenerally called the EFband. The band 146 - 174 MHz is located in theso called VHFband. The bands 406 -430 MHz and 440 -470 MHz arelocated in the so called UHFband. Frequencies between 1 GHz and 30GHz are generally called EEF frequencies. These frequencies, mostlyused in terrestrial high capacity microwave links, are also used insatellite links.
2.2.5 HF Radio systems
At frequencies in the 3 - 30 MHz band, the propagation mechanism isground propagation and ionosferic reflection.
Advantages of EF radio systems are:1.Very long distances can be covered2.relatively cheap and simple technology
Disadvantages of these systems are:
1.Voice quality is poor2.Capacity is low3.Antennas are large
For further discussion see [19]
2.2.4 VHF/UHF Radio systems
The propagation mechanism of a VHF/UHF radio link is mainly line ofsight, which determines the lower limit of this band, wherefrequencies above 1000 MHz are used for wideband microwavetransmission.The advantages of the VHF/UHF radio systems are:
THE VAKGROEP-EC
1.Good quality compared to HF systems2.VHF/UHF systems are used for distribution, transfer
and trunking3.Antennas are small arid simple
Disadvantages are:
1.Limited coverage2.Limited capacity
49
It can be concluded that when the number of subsribers in the area islow and there are no problems on the availability of radiofrequencies, the VHF/UHF systems may be used in the dedicated channelmode, otherwise the multiple access mode must be chosen. The systemcan be used for distribution, transfer and trunking of light traffic.If well designed, the capacity can be enlarged by frequency reuse.Forthis purpose the area has to be divided into cells. Each cell isgiven its own frequencies and its output power is reduced to a levela which good reception is possible with a minimum of cochannelinterference to other cells.
2.2.7 EHF Radio systems
These systems, working at frequencies above 1 GHz have a largecapacity (up to 1800 channels) and are used for trunking purposes ofheavy traffic, for example between towns. When the multiplexing isFDM, in the stackable channel mode, drop and insert possibilitiesexist. Because of the low density of subsribers in the rural area,microwave systems will in general not be designed for rural areas,unless a significant growth of the traffic amount is foreseen.However, when an existing microwave system, connecting two urbanareas, passes through a rural area, efficient use of the system canbe made by means of these drop and insert possibilities.
2.2.8 Satellite systems: SCPC systems
SCPC satellite systems generally operate in frequency bands above 1GHz and can be used for distribution and trunking of light tomoderate traffic. As traffic from and to rural areas will be light,these systems will be particulary interesting. The design of thesatellite SCPC system should be chosen in such a way that the earthstations can be kept small, simple and cheap. The system can operatein a pre-assigned channel mode when a constant traffic flow exists,or in a demand-assigned channel mode, when the number of subscribers
THE VAKGROEP-EC 50
is very large and their individual amount of traffic is low, as isthe case in rural traffic. The system can operate in a FrequencyDivision Multiple Access (FDMA) mode or in a Time Division MultipleAccess (TDMA) mode. In the latter case no output backoff of thesatellite's travelling wavetube is required to keep theintermodulation losses low since the number of carriers never exceedsone. Those stations can have small antennas or simple Low NoiseAmplifiers (LNA). However, equipment for synchronisation as requiredfor TDMA will be complex and expensive. Therefore FDMA is at themoment the most economic for SCPC use. As far as these SCPC systemsare concerned, next to the SPADE system [20], there are two suitablemodulation types for SCPC systems:
1.Delta-modulated SCPC2.FM-Companded SCPC
In fig.2.ll a comparison is made between the two modulation types.
DELTA MODULATION COMPANDED FM
CHANNEL SPACING 22.5 KHz(32kb!s) 22.5 KHzCAPACITY ( in36 MHz transp.) 1600 Channels 1600 ChannelsOPERATIONAL C!No 56 dBHz(BER=10-4) 57dBHz(S!N=33dBVOICE QUALITY ATTHRESHOLD GOOD MODERATEINSERT POSSIBILITIESFOR TELEGRAPHY NOT POSSIBLE POSSIBLETECHNOLOGY COMPLEX SIMPLE
Fig. 2.11 Features of OM and companded FM [20].
When companded FM is considered, to improve the quality and to savesatellite power pre- and de-emphasis can be implemented, and thecarrier can be "voice operated"(VOX). This means that the carrier isswitched off during pauses in the speech. From Fig.2.11 it can beconcluded that companded FM is slightly inferior but much simpler.Companded FM is very flexible. Enlarging the channel spacing andthereby reducing the system capacity, the quality can be increased,the antenna diameter can be decreased or cheaper LNA's can be used.
The satellite systems can have centralised control or decentralisedcontrol. A comparison is made in fig.2.12 •
THE VAKGROEP-EC
CENTRALIZED CONTROL
1.SIMPLE EARTH STATION(Exc~pt Master station)
2. SLOWER3.FAILURE CF MASTER STATION
CAUSES COMPLETE FAILURE
DECENTRALIZED CONTROL
EQUAL,COMPLEX EARTH STATIONS
FASTERFAILURE CF A STATION CAUSESNO PROBLEMS FOR THE SYSTEM
51
Fig.2.12 Characteristics of centralized and decentralized control.
It can clearly beseen that if one aims at simple earth stations,centralized control should be considered. As an additional advantageof centralized control for new telecommunication networks, trafficmeasurement can be done very easily to control the grade of service.Also billing of users can be handled in the master station. To daymany countries lease transponders or parts of a transponder fromIntelsat for domestic use.These satellites are not originallydesigned for domestic use because they are equiped with global beamantennas. When satellites are designed for domestic use, theirantennas should be designed in such a way that a maximum of EffectiveIsotropic Radiated Power ( EIRP ) is obtained within the coveragearea and a minimum of EIRP is radiated outside this coverage area.
Advantages of the satellite SCPC systems are:
1.After installing an earthstation one can immediatelybe connected to all the other earthstations.
2.Earthstations are quickly installed.3.The network is flexible.4.Good quality can be obtained, independent of the
terrain.5.The costs of the link are independant of the distance.6.With centralized control traffic measuring and billing
of users can be done easily.7.Radio and TV broadcasting can be implemented eventually.a.High reliability of the system.
Disadvantages of the SCPC satellite systems are:
1.Satellite communication systems are (still) expensive.2.For application in the tropical zone more power or
larger earthstation are needed.3.For developing countries these systems contain
a lot of "Foreign Technology".
THE VAKGROEP-EC 52
As a conclusion, FDM}.JFM SCPC systems may be a very good solution forrural communications, especially when the area to be covered is roughand inaccessible. For small towns and Villages, or isolatedsubscribers who are in the need of a good quality link (for examplerural hospitals), the SCPC systems may be suitable for connection toother rural earthstations and urban exchanges, as concluded from atechnical standpoint. seen from a political or economical view (seechapter 1), one may choose differently.
2.3 Comparison of the systems mentioned
Finally, comparing the transmission systems, as previouslyconsidered, some conclusions can be made. These are summarized infig.2.13. From this Figure can be concluded that SCPC satellitesystems score high, despite costs, and would be a good solution for arural telecommunication network. However for other than technicalreasons developing countries may decide differently. From fig.2.13 atypical rural network can be suggested. This is shown in fig.2.14.
THE VAKGROEP-EC 53
SYSTEM OPEN WIRE CABLE HF RADIO VHF/UHF SCPC SATELLITESYSTEM SYSTEM SYSTEM RADIO SYSTEM SYSTEM
DESIGNCAPACITY ANY ANY LOW LOW MODERATE
QUALITY FAIR FAIR POOR GOOD GOOD
INS TALLATIONSPEED LOW LOW HIGH HIGH HIGH 1)
MAINTENAN:: E HIGH MODERATE LOW LOW LOW
DISRUPTIONPOSSIBILITIES HIGH MODERATE HIGH LOW LOW
l)=with satellite available, 2)=multiplex equipment not involved.
Fig.2.13 Comparison of the transmission systems.
THE VAKGROEP-EC 54
area
............
Town A
II
I
lrIsolated Sucscriber
Town D
UHF/vilF 1 ink50 lan
Town B
Fig.2.14 Rural network model.
THE VAKGROEP-EC
3 FASERUIS IN DE-QPSK SYSTEMEN
3.1 Inleiding.
55
Uit het voorafgaande hoofdstuk blijkt dat SCPC satellietcommunicatiesystemen zeer geschikt zijn voor toepassing in dunbevolkte ruralegebieden. Derhalve wordt dieper ingegaan op een aantal technischeaspecten van deze systemen. In dit hoofdstuk wordt ingegaan opfaseruis in SCPC systemen. In de volgende hoofdstukken wordtbeschreven een SCPC systeem, zoals dat is opgebouwd op de vakgroepTelecommunicatie, alsook de experimenten, die daarmee zijnuitgevoerd.
In hedendaagse digitale satellietcommunicatie systemen, waaronder dievoor SCPC verbindingen, wordt veelvuldig gebruik gemaakt van QPSKmodulatie. Wanneer de aan de demodulator aangeboden datastroom eerstdifferentieel wordt gecodeerd, wordt gesproken van "DifferentiallyEncoded QPS~', kortweg DE-QPSK. In de demodulator wordt coherentgedemoduleerd en differentieel gcodeerd. Een voordeel vandifferentiele codering is o.a. wanneer tijdelijk de fasereferentievan de draaggolf verloren gaat, het effect op de bitfoutenkansbeperkt blijft. In DE-QPSK systemen (immers systemen met onderdruktedraaggolf) moet de draaggolf in de demodulator teruggewonnen worden.Dit gebeurt in de draaggolf terugwinningslus ("carrier recoveryloop"). Voor het correct demoduleren is een juiste fase referentievan de teruggewonnen draaggolf van belang. Tengevolge van fasejitterop de teruggewonnen draaggolf zal echter steeds een fasefout aanwezigzijn. Hierdoor neemt de bitfoutenkans bij een bepaalde waarde van hetontvangen vermogen toe ten opzichte van de ideale situatie. Dezefasejitter wordt veroorzaakt door thermische ruis en door oscillatorfaseruis, en is afhankelijk van de gekozen bandbreedte van dedraaggolfterugwinningslus. In dit hoofdstuk is bepaald wat de invloedvan oscillator faseruis is op de bitfoutenkans als functie van degekozen bandbreedte van de draaggolfterugwinningslus. Daarna zal eencriterium worden afgeleid waaraan het spectrum van het aan dedemodulator aangeboden signaal moet voldoen, teneinde de degradatievan de bitfoutenkanskromme binnen gestelde waarden ~e houden.
3.2 De draaggolfterugwinningslus.
In fig.3.1 is een draaggolf terugwinningslus getekend. Veelschakelingen zijn de "Phase lock loop" en de "Costasfig.3.1 is een Phase lock loop (PLL) getekend. Oak wanneermaar een Costas loop gebruikt wordt blijft onderstaande
gebruikteloop". Ingeen PLLafleiding
THE VAKGROEP-EC 56
geldig, daar de mathematische omschrijving van de Costas loop gelijkis aan die van de PLL [21].
I
I
III
I
IIII
I
-'
~r
( )1.;"'")G..
H phase loop......... ""--- r-o"-- - ~ filter
....-.,det.
~B,,: ~I¥c III
t><I.; x I
~ freq. I Ic.....,I VCOdeler II PloLnaar data 1- ____ ------
demode •Fig.3.1 Draaggolfterugwinningslus.
Een belangrijke parameter van deze schakeling is de dynamischelusbandbreedte Bl. Indien Blklein gekozen wordt zal de fasejitter inde PLL groot zijn. De schakeling zal namelijk trager worden enfasesprongen in het aangeboden signaal niet goed meer kunnen volgen,hetgeen zelfs tot cycleslipping kan leiden. Dit is getekend infig.3.2 Indien de fasefout groter wordt dan 171 zal deze met eengeheel aantal malen 71 toe of afnemen. In dat geval wordt gesprokenvan cycleslipping.
-·-+1------------------
it::\.
r ,-------- ~
i ~~~,t o~. "II;_~-- .........._----W~. ~
~8~ ii:i<C -1'~
oi ]~1 -.11
---- ,--------
~aI-,. I '----------
Fig.3.2 Een cycleslip [22].
In fig.3.2 is de cycleslip ideaal verondersteld. In werkelijkheidduurt het enige tijd voordat de slip voltooid is (afhankelijk van
THE VAKGROEP-EC 57
Eb/No) [23]. Wanneer een cycleslip optreedt gaat de continuiteit vande fasereferentie van de draaggolf verloren. Dit betekent dat degedemoduleerde data van teken veranderd kan zijn. Bet is mede vanwegedeze tekenonzekerheid dat de data differentieel gecodeerd wordt. Inhet geval van cycleslips in het ideale geval van fig.3.2 zullenslechts twee bitfouten optreden.
3.3 Bronnen van fasejitter.
Fasejitter in de teruggewonnen draaggolf wordt veroorzaakt doorfasesprongen die de PLL niet kan volgen. Deze fasefluctuaties wordenveroorzaakt door thermische ruis en door faseruis van het aangebodensignaal. In fig.3.3 is een voorbeeld van een spectrum van eenaangeboden draaggolf getekend.
In fig.3.3 is pUJ de afstand vanaf de draaggolf in Hz en is S,(f) hetvermogen per Hz bandbreedte genormeerd riaar het vermogen van dedraaggolf. Voor de fasejitter ten gevolge van faseruis van hetaangeboden signaal geldt [24]:
l4.f 5~{&J)/ 1- f!{r;,})j2 dfAJWI
(3.1)
Hierin is H(w) de overdrachtsfunctie van de PLL.
Voor de fasejitter ten gevolge van thermische ruis wordt gevonden[24] :
(3.2)
THE VAKGROEP-EG
met v
M
GINo
58
correctiefactor voor de verliezenin de viermaal vermenigvuldigingslus(zie fig.3.1 [24])correctiefactor voor de verliezenin het ontvangfilter [24]de draaggolf/ruis verhouding van hetaan de demodulator aangeboden signaal [24]
1Voor de totale fasejitter ~Twordt verondersteld [24]:
(3.3)
2~h is de fasejitter tengevolge van faseruis in het aangebodensignaal. Ret faseruisspectrum van het aan de demodulator aangebodensignaal is de convolutie van de spectra van de locale oscillatoren,die in de verbinding zijn opgenomen volgens [25]:
51{lJ) = cfS¢up (w) * 5o/d~J :t 5<p~W)} (3.4)
( • con5-tRI1+e.
Een satelliet verbinding is getekend in fig.3.4.
Fig.3.4 Een satelliet verbinding [24].
Uit fig.3.4 blijkt dat de bijdragen tot faseruis afkomstig zijn vande oscillatoren in de upconverter, downconverter en in de satelliet.Er wordt verondersteld [24]:
(3.5)
THE VAKGROEP-EG 59
in [24] wordt het spectrum S¢(w) benaderd door:
SA.. (11) ~ f iL'i '-V):: Lv '3 w'Z
met G1, G2 constanten.(3.6)
Indien (3.6) ingevuld wordt in (3.1) wordt voor een "High Gain"tweede orde PLL Ius, met! = 0,707 gevonden [24]:
1 3C177 + 3 (2 (3.7)~~ ::: /J.f] 8t'· /681.
Indien (3.7) en (3.2) ingevuld worden in (3.3) wordt gevonden:
~ch ~ fJ (I 11 +l0- +BL
IA8 B{ /6 BL v11 (c/No) (3.8)
Voor de kans op bitfouten tengevolgegevonden [24]:
van cycleslipping Pees
(3.9)
wordt
Uit (3.8) en (3.9) valt te concluderen:
11. Indien BL.... rtJ, wordt UC/T volledig bepaald door de derde term in(3.8). Dit is thermische ruis.
2. Indien BL .... 0 , word t fir/;. volledig bepaald door de eerste tweetermen in (3.8). Dit is faseruis op de draaggolf.
23. Bij een vaste waarde van BL neemt~, toe wanneer GINoafneemt, en neemt~ af, en daarmee ook Pees wanneer GINo en dusook Eb/No afneemt.
Indien Pees gespecificeerd dient te worden zodanig dat geldt:
olee'S) 5fee
(3.10)
met Pa-s,sjlt.'ie gespecificeerde waarde, dan blijkt uit (3.8) dat dit dientte geschieden bij de laagste waarde van GINo die nog aanvaardbaarwordt geacht. Uit (3.8) voIgt ook nog dat bij een vaste waarde van Bde fasejitter tengevolge van faseruis op het aangeboden signaalequivalent is met fasejitter tengevolge van thermische ruis aIleen.Stel namelijk:
(3.11)
THE VAKGROEP-EC
dan wordt voor (3.8) gevonden:
(J;, 1. ~!3L ( /+~ )¢;r - vlf~)
of met r = 1 + ~ (~> 1 )
'B L
(3.12 )
(3.13 )
60
[22] geeft een afleiding voor de foutenkans als functie van Eb/No metals parameter Rs / BL = b (R.,= de bitsnelheid). Hierin is aIleenfasejitter tengevolge van thermische ruis verondersteld. hetresultaat van deze afleiding is gegeven in fig.3.S.
s·· l
1~"1..,-1-1j
!
~-1..JI
l
Fig.3.S Foutenkans als functie van Eb/No en 6- (r; = R5 /B,) [22].
THE VAKGROEP-EC 61
Uit fig. 3.5 blijkt duidelijk de degradatie van de foutenkans alsfunctie van Eb/No en 6 Wanneer bij een vaste waarde van &en Eb/Noook de fasejitter tengevolge van de faseruis op het aan dedemodulator aangeboden signaal in beschouwing wordt genomen, danwordt de foutenkans nog slechter. Uit (3.8) blijkt ook dat defasejitter tengevolge de eerste twee termen afhankelijk' is van deconstanten C1 en C2 •
3.4 Criterium voor het spectrum van het aangeboden signaal.
In de praktijk wordt voor een gespecificeerde waarde van C/No defoutenkans tengevolge van fycleslipping gespecificeerd. Met behulpvan (3.9) kan de fasejitter~bepaald worden. a;,~ wordt bepaald metbehulp van (3.2). ~~ kan dan bepaald worden met behulp van (3.3).Voorbeeld:
C/No C/No spec. (3.15)
voor~: wordt gevonden met behulp van (3.2):
eLi 1. ~ BL~+~ ~ Vf1 (CIN6)c;flt
en voorGf~wordt gevonden met behulp van (3.9):
(3.16)
(3.17)
Voor ~~ geldt derhalve :
(3.18)
Met behulp van (3.16), (3.17), (3.18) en (3.1) wordt voor hetcriterium voor 51>( w) gevonden:
B,p- 11 Bt, 4 f S~{lAJ) /1-!lrw)/¥t,.J
3'2 J.h ( YPus) .v1,1'(~hf~( 0 (3.19)i7
waarbij de grenzen Wi en w1. zijn vervangen door 0 en demiddenfrequent bandbreed te B/F .De waarde voor B~ kan worden bepaald door bij een gespecificeerdewaarde voor C/No , BLte bepalen zodanig dat geldt:
THE VAKGROEP-EC
== 0(3.20 )
62
Dit is gedaan in [25]. Indien Sf(w) benaderd wordt door (3.6) wordenmet behulp van (3.18) criteria gevonden waaraan de constanten C1 enCl moeten voldoen. Tenslotte is in [25] S1(w) benaderd door:
c.( t (1. T ~ + Cy)1(W) == I-</~ w 2 W (3.21)
Indien dit wordt ingevuld in (3.1) wordt analoog aan (3.6) gevonden[25] :
met B/F en B,~ gegeven waarden. (3.22) zal worden gebruikt inhoofdstuk6.
THE VAKGROEP-EC
4 HET TELECOMMUNICATIE SYSTEEM
4.1 Inleiding
63
Met een SCPC systeem, in bruikleen gekregen van PhilipsTelecommunicatie Industrie, zijn op de vakgroep Telecommunicatiecommunicatie experimenten via de OTS verricht. Alvorens in te gaan opdeze experimenten, wordt in dit hoofdstuk het telecommunicatiesysteembesproken, waarmee deze experimenten zijn uitgevoerd. Ook worden voortwee SCPC verbindingen een "linkbudget" (vermogensbalans) gegeven.Uit fig.4.1 blijkt hoe het gehele systeem is opgezet. In hetlinkerblok is het zendsysteem gegeven. Dit is verbonden met de 8meter antenne. In het rechterblok in fig.4.1 is de ontvangergetekend. Deze kan achter de 8 meter antenne of achter de 3 meterantenne geplaatst worden. Bet middelste blok bevat de zogenaamde"Translator loop" (een "kunst satelliet" die het zendsysteem met deontvanger doorverbindt). Onderaan in het midden is de SCPC unitgetekend, o~geven door meetapparatuur. In Buizen bij PTI bevindtzich ook een grondstation dat de communicatieexperimenten met de OTS"afluisterde". Ook dit "receive only" grondstation is in fig.4.1getekend. In tabel 4.1 is aangegeven in welke paragraaf de diverseonderdelen van het systeem worden besproken.
ONDERDEEL WORDT BESPROKEN INPARAGRAAF
OTS 4.2ZENDSYSTEEM,HOOGFREQUENT GEDEELTE 4.3TRANSLATORLOOP 4.43 METER ANTENNE 4.5ONTVANGSYSTEEM,HOOGFREQUENT GEDEELTE 4.6SCPC UNIT 4.7MICROGOLF FILTERS 4.8
Tabel 4.1 Overzicht hoofdstuk 4.
De linkbudget berekeningen worden gegeven in paragraaf 4.9. Betsysteem is eerder beschreven in [25] en [26]. Derhalve worden hier dewijzigingen, zoals die in het systeem zijn aangebracht besproken.Niet gewijzigde onderdelen worden volledigheidshalve kort besproken.De drie meter antenne, als onderdeel van het ontvangsysteemhoogfrequent gedeelte en de microgolf filters, onderdelen van zowelhet ontvang- als zend-systeem hoogfrequent gedeelte, worden apartbeschouwd.
64
P T I
3 i'rETER Al"TENNE
././
~ETER
ANTENNE "«: ~lITE;;l1E L L.- - 0 0 0
T.H.E. ./:fiUIZEN
'roHoE o
O.M.T rZ&~D SYSTEEM TRANS
~ONTVANG SYSTEEM
L.. 1"--., --...a +-tPOWER POWER MULTIMETER LOAD METER ~
In het voorjaar van 1983 viel de B transponder van de OTS plotselinguit. Dientengevolge werden de experimenten die tot dat tijdstip op deB transponder werden verricht, voortgezet op de A2 transponder. Ineen later stadium (najaar 1983) zullen ook experimenten wordenuitgevoerd op de A4 transponder (spotbeam). Fig.4.2 geeft aan welkekanalen van de OTS en welke zendbuizen (TWT's) najaar 1983 nog intact zijn.
De verschillen tussen de B transponder en de A2 en A4 transponder vande OTS zijn weergegeven in tabel 4.2 • Deze gegevens zijn gebruiktbij het wijzigen van de microgolffilters. Oak zijn deze gegevensgebruikt bij de linkbudget berekeningen.
Fig.4.3 geeft de output backoff van TWT2A (zie tabel 4.2) in de A2transponder als functie van de input fluxdensity (bij gain step 15).
o
RATIO OF SMALL SIGNALGAIN TO SATURATEDGAIN = 6dB
4
oc-<\l 8c-<tDl>n~ 12o"Tl."Tl
a.III
16
)C PRELAUNCH• IN ORBIT
dBW/m2. -105 -101 -97 -93 -89 -85 -81
Fig.4.3 Output backoff versus inputfluxdensity A2 transponderOTS [27].
Om de levensduur van de OTS te verlengen wordt brandstof bespaard;"Station keeping" manoevres worden minder vaak uitgevoerd. Hetrichten van de antenne is hierdoor vaker noodzakelijk. Met namewanneer uit het linkbudget blijkt dat de marge in het ontvangenvermogen gering is, gaat de drift van de satelliet een rol spelen.Tijdens de experimenten (31-8-83) werd de 8 meter antenne na 1 uur
'THE VAKGROEP-EC 67
opnieuw gericht op de OTS. Voor de signaalvariatie A P ten gevolgevan satelliet drift werd gemeten: IJ. 'P~ /J J clB /
/wH{
4.3 Het zendsysteem, hoogfrequent gedeelte.
Het zendsysteem, hoogfrequent gedeelte is getekend in fig.4.4.
1*ffK-H~ H~B - TWT
,°"9I\.
O/1Tfl n.fe""e
"Powe~
mQ,fel?
_.- - ---
Fig.4.4 Het zendsysteem
De upconverter werd gemodificeerd voor communicatieexperimenten in deA2- en A4-transponder. Tevens werd het faseruisspectrum verbeterd[28]. Het ontwerp van de upconverter werd dusdanig gewijzigd dat hetzelfde kristal kan worden gebruikt bij experimenten in zowel de A2als A4 transponder. Een blokschema van de upconverter is getekend infig.4.S •
X )(3 x'tKfll'5111L
53, 948'Jltlh 711,3861111,.
vr ~J"vr ./"'
Fig.4.S Blokschema upconverter
THE VAKGROEP-EC 68
Ret 70MHz ingangssignaal wordt twee keer gemengd. In de eerstemengtrap kan gekozen worden tussen bovenmenging en ondermenging alnaar gelang de communicatieexperimenten plaatsvinden in de A2- of A4transponder. In de tweede mengtrap wordt bovenmenging toegepast. Dehierverkregen spiegelfrequentie wordt door een achter de upconvertergeplaatst filter gedempt (ca. 60 dB). Het faseruispectrum van deupconverter is getekend in fig.4.6 •
USB NOISE MEASUREMENT
V l.t", 11\ I ,I rv\Yiv t'"\ '1111 .I
I AI\-..} I\;! -../',
4
I .1
~ 11r'1 11
II
I
iIII
2
I I
242
111
-1111
-2111
-3111
-4111
'\-5111
-6111
N -7111I"-0
III -al1l"'0
-9111
-1111111
-11111
-12111 .-13111
-14111
-1511110 2
Fig.4.6 Faseruis spectrum upconverter.
Na het filter is een variabele Pband golfpijpverzwakker geplaatst.Deze is instelbaar van 0 tot 20 dB. In serie kan hiermee een vasteverzwakker van 20 dB (semi rigid uitvoering) worden geplaatst. Na deTWT bevindt zich een kruiskoppelaar. Deze kruiskoppelaar is nuopgenomen in het golfpijpcircuit dat direct naar de belichter van deantenne leidt. De oorspronkelijke uitkoppeling t een kristaldetectormet uitlezing op een multimeter is vervangen door een OSMuitkoppelaar met uitlezing op de HP powermeter. De kruiskoppelaar isgeijkt met behulp van de opstelling uit fig.4.7 •
THE VAKGROEP-EC 69
, !Stjnt he.- SpedRUrfl synll,e.- ....s/Z.e R AI'1~L~z.eR SlUR tj
De boven beschreven opstelling biedt 2 duidelijke voordelen boven deeerdere opstelling:
1.Ret uitgezonden vermogen kan tot op 0,1 dB nauwkeurig gemetenworden.2.Ret aantal semi-rigid kab~ls (welke zeer kwetsbaar /:{~) enOSM/golfpijp overgangen is verminderd.
4.4 De translatorloop
Voorbereiding van de eigenlijke communicatieexperimenten via de OTSgeschiedt via de zogenaamde translatorloop [26]. Deze schakel tussenzend- en ontvang- systeem is getekend in fig.4.8 •
rA.O
'Pul.VeRo--t-t+----\ lOp,. D
~ 9,6dBdB
Fig.4.8 De translator loop [26].
Ook in de translator loop is een kruiskoppelaar opgenomen. Via een
THE VAKGROEP-EC 70
kristaldetector kan op een multimeter worden afgelezen hoever de TWTwordt uitgestuurd. Nauwkeurige vermogensmetingen geschieden echterm.b.v. de HP powermeter na de "powerload" in de translatorloop. Betdoor de TWT uitgestuurde vermogen ~w~ bedraagt:
&wF ( P~ 29,6 + 1,6 ) dBW
met Pgem : het m.b.v. de HP powermeter gemeten vermogenwaarbij voor de verliezen in de OSM kabel, overgangengolfpijp en kruiskoppelaar 1,6 dB in rekening is gebrachtwaarde) •
4.5 De driemeter antenne.
4.5.1 Inle:f.ding
in dBW,OSM/Pband
(gemeten
Fig.4.9 Zijaanzicht drie meter antenne
In het antenne park van de vakgroep Telecommunicatie is een antennemet een diameter van 3 meter aanwezig. Zijaanzicht en achteraanzichtvan deze antenne zijn getekend in fig.4.9 en fig.4.10 •
De besturing van deze antenne geschiedt door een besturings eenheid,die een tweetal stappenmotoren bekrachtigt. Deze stappenmotoren zijnin de antenneconstructie opgenomen in (zie fig.4.2) de assen AD enBC. Deze motoren kunnen de lengten AD en BC in lengte 20 em latenvarieren. Hierdoor is de antenne te richten. De lengten AD en BCstaan onderling niet loodrecht op elkaar. Derhalve zijn azimuth enelevatie niet onafhankelijk te varieren. Voor het regelbereik van deantenne wordt dan gevonden [30], dat de elevatie door de motorenmaximaal 10 graden gevarieerd kan worden, en azimuth maximaal 20graden. Dit wordt geillustreerd in figuur 4.11 • Hierin wordt AD deleadscrew lengte west (LW) en BC de leadscrew lengte east (LE)genoemd.
THE VAKGROEP-EC 72
(le,lW)=(20000,0)
188 azimuth
oB =-4,0
186184
leadwest
182180
.I ..'.
176 178
.-#. .." ._.~_..- . .:..
(le,lw)=(O,O) .. '26.- ··i····_· .. -!
174172170'.'168
Fig.4.11 Het regelbereik van de antenne.
Zoals blijkt uit fig.4.10 is de antenne in A en B bevestigd op eenmetalen ring. Aangezien het regelbereik van de hoofdbundel van deantenne gering is, kan de antenne een offset hoek B worden gegeven. Bis dan de hoek die de projeetie van de antenne as op een horizontaalvlak maakt met de noord-zuid riehting. Indien dus de azimuth enelevatie waarden niet binnen het regelbereik van de antenne liggen,moet deze offset hoek B zodanig gewijzigd worden dat dit wei mogelijkwordt. Op de besturingseenheid worden de leadserew lengten east enwest weergegeven met twee getallen tussen 0 en 20.000. Ret verbandtussen deze getallen X en Y en de leadserew lengten is
Leadserew lengte east = 100 - X/1000 em
Leadserew lengte west = 100 - Y/1000' em
X en Y zijn de op de besturingseenheid afgelezen waarden. Voor debeide leadserew lengten, l.s.east en l.s.west geldt:
80 < l.s.east < 100 em
80 < l.s.west < 100 em
THE VAKGROEP-EC
4.5.2 Ijking
73
Voor de uit te voeren experimenten is het nodig de antenne te richtenop de OTS. Oak moest ontvangst van de signalen van de ECS I,(European Communication Satellite) mogelijk zijn. In tabel 4.3 zijnazimuth en elevatie van beide satellieten gegeven, zoals zij door hetgrondstation in Eindhoven worden gezien.
OTS ECS (In graden)
ELEVATIEAZIMUTH
31,00,4
31,05,7
Tabel 4.3 OTS en ECS coordinaten [27] [31].
Zoals blijkt uit fig.4.11 zouden beiden satellieten te ontvangenmoeten z1Jn in een stand met B=O graden. Dit bleek echter niet hetgeval, hetgeen betekent dat de positie waarin de antenne op demetalen ring bevestigt is niet overeen komt met B=O graden. Ontvangstvan de OTS bleek niet mogelijk, de ECS daarentegen weI gevonden,echter bij andere leadscrewlengten dan werd verwacht. Met de bekendecoordinaten van de ECS en de gevonden leadscrewlengten kan de waardevan de offset hoek B bepaald worden met behulp van de formules uitappendix C. Na nogal wat rekenwerk blijkt dat geldt:
B= 1,9 ~ 0,1 graden
4.5.3 Bepaling van het regelbereik van de 3 meter antenne.
Nu moet B zodanig bepaald worden dat zowel de ECS als de OTS binnenhet regelbereik van de motoren vallen en dat voor beiden de grootstmogelijke sturing mogelijk is. We stellen dat het punt halverwegetussen de ECS en de OTS wordt afgebeeld op het midden van hetregelbereik van de antennesturing,ofwel
elevatieazimuth
(31,0 )---------(90 em)( 3,0 )---------(90 em)
LWLE
Indien de leadscrew lengten 90 em bedragen, dan geeft de display vande besturing eenheid [29]:
X 10.000
Y 10.000
THE VAKGROEP-EC 74
met behulp van deze gegevens kan B worden bepaald. Na rekenwerk(appendix C) wordt voor B gevonden:
B = -2,9!0,1 graden
De antenne dient dus over een hoekhB verplaatst te worden. Er wordtderhalve gevonden:
t:. B = 1, 9 + 2, 9 = 4, 8! 0 , 2 grad en •
In de nieuwe positie kunnen X en Y voor de OTS en ECS bepaald worden.Met behulp van appendix C word gevonden (zie tabel 4.4):
XY
OTS
800013000
ECS
130007000
Tabel 4.4 Voorspelde displaywaarden voor ECS en OTS.
Nadat de antenne met behulp van de Centrale Technische Dienst van deTH verzet was, werden voor de werkelijke waarden gevonden (zie tabel4.5):
XY
OTS
900013150
ECS
151007500
Tabel 4.5 Werkelijke display waarden voor de ECS en OTS.
De afwijkingen tussen de voorspelde waarden en de werkelijke waardenzijn het gevolg geweest van het niet nauwkeurig bepalen van de juisteafstand op de bevestigingsring waar de antenne op bevestigd moestworden, zodanig dat ~ B = 4,8 graden. De maximale fopt welke optreedtin de X waarde van de ECS is evenredig met een poin~gfout van 0,55graden van de antenne (200 stappen = 0,05 graden ). M.b.v. de waardenuit tabel 4.5 kan de werkelijke offsethoek B worden bepaald. M.b.v.appendix C wordt dan gevonden:
B = -4,0 graden.
4.5.4. Bet rekenprogramma
Om efficient de antenne te kunnen besturen is het nodig de volgendefuncties F en G te kennen.
THE VAKGROEP-EC
azimuth F ( LE LW )elevatie = G ( LE LW )
Ook de inverse functies R en K willen we weten:
leadscrew east = R ( azimuth,elevatie )leadscrew west = K ( azimuth,elevatie )
75
Om niet iedere keer met de hand (zakrekenmachine) de berekeningen uitappendix C te hoeven verrichten, is een rekenpropgramma voor deRP9825 calculator geschreven. Dit programma, inclusief beschrijvingis terug te vinden in appendix B. Met behulp van dit rekenprogrammakunnen de displaywaarden X en Y worden berekend voor het meten vanhet stralingsdiagram van de drie meter antenne.
4.5.5 Stralingsdiagram van de drie meter antenne.
Ret stralingsdiagram van de drie meter antenne werd bepaald m.b.v.het telemetrie signaal van de ECS (TM baken). Bet TM baken van de ECSis namelijk 7 dB sterker dan dat van de OTS. Bovendien is defrequentie van het ECS baken ook veel stabieler dan dat van de OTS.Ret stralingsdiagram is gemeten m.b.v. de opstelling uit fig.4.12 •
LNA!VF~ HdB t-----l
g=gc/8
s~nfhic,12.ep.
f =1I,39Io3~~
Fig.4.l2 meetopstelling stralingsdiagram meting.
Ret signaal vermogen,gemeten m.b.v. de HP spectrum analyzer bedroeg 60 dBW. De ruisvloer kan ook berekend worden: Er voigt
N =G· Nf . k To· Bnmet
la, 'I?log G = 80 dB
lO~log(Nf) = 4,4 dB
lO"log(k) = -228.6 dBW/Rz/K
THE VAKGROEP-EC
To = 293 K
Bn = 100 Hzvoigt
N = -99,6 dBW
76
In de praktijk blijkt nog te meten te zijn tot -90 dBW. Bij hetbepalen van het stralingsdiagram ca. 30 dB "diep" gekeken worden.(Bij bovenstaande benadering is de invloed van de antenne temp.verwaarloosd). M.b.v. het rekenprogramma z1Jn de displaywaarden X enY voor de leadscrew lengten bepaald. Deze zijn gegeven in tabel 4.5
C::; ,:l ~~ C i d P T:: ['1 LE'ii..' =~. C:. ~ i COOF.~[1 I r'~ATr::r-~ LC.HU :> C;<: t:. ~
:12 I t"UTH ELE\.'RT I E EA:3T ~E::: T RZlt'1!.JTH ELE'"nn I E EAST ~EST
Tabel 4.6 Leadscrew displaywaarden X en Y als functie van azimuth enelevatie.
Het gemeten vermogen bij de diverse waarden van azimuth en constante
THE VAKGROEP-EC 77
eleva tieen tabelfig.4.14beperkte
en elevatie bij constante azimuth zijn gegeven in tabel 4.74.8 en grafisch weergegeven in fig.4.13 en fig.4.14. Inkonden de zijlus maxima niet gemeten worden vanwege het
Tabel 4.8 Ontvangen vermogen als functie van elevatie.
THE VAKGROEP-EC
dB .. 1-+ I --1 I I I I ' I I I' fiC-T- .,- i I I 'I i I ! I I I ,I l . !_LL-'-I J-l. i I I ' : ,.L-+-' -l.- !--.!1 I. +~.- _ I ;I I I..... - .... - lIt .·r .. ! T I ~r. j : I i I
79
Fig.4.13 Stralingsdiagram in azimuth richting van de 3 meter antenne.
29 30 31elevatie
32I
33
Fig.4.14 Stralingsdiagram in elevatie richting van de 3 meter antenne.meter antenne •
THE VAKGROEP-EC 80
Uit fig.4.13 en fig.4.14 kan geconcludeerd worden dat de zijlussen inazimuth richting ca. 18 dB onderdrukt zijn. Bet stralingsdiagram ineleva tie richting is niet geheel symmetrisch. Een oorzaak kan zijneen onjuiste positionering van belichter en subreflector.
4.5.6 Maximale antennewinst van de drie meter antenne.
De maximale antenne winst Go van de drie meter antenne wordt bepaaldm.b.v. de opstelling zoals gegeven in fig.4.1S •
Fig.4.1S Maximale antenneW1nst meetopstell~ng.
5.A, Wn t>< Spe.ctllUIIl~!:J~ I!r·HdB~ - [>80q:
RYlAL~2eR, 9; 25dB
1
5~ (It he.-SIzeR
..
Gebruik is gemaakt van de zogenaamde "Standaard Gain" hoorn, eenantenne waarvan de gain nauwkeurig bekend is. Er geldt:
Gsg = 22,7 dB
met
Op grond van:1
Ga = q (71D/).) [32]D de diameter van de antenne in m
de golflengte in mde rendementsfactor van de antenne,
wordt gevonden met D = 3m, 1= 0,5 en .J. = 0,026l1'l:
10~log G~ = 45,2 dB.
Bij het gebruik van de standaard gain hoorn en het baken van de ECSis dan het dynamisch bereik van het systeem nog maar 4,7 d~. Ditblijkt te weinig om met de standaard gain hoorn het signaal te kunnenterugvinden. nerhalve is voor deze meting gebruik gemaakt van eenveel sterker signaal dat op het moment van de meting aanwezig was ineen van de ECS transponders. Voor de maximale antenne winst van dedrie meter antenne werd gevonden:
Ga ~ 48,2 + 0,6 dB
THE VAKGROEP-EC
waarbij de onnauwkeurigheid bepaald wordt door:
81
SpectrumanalyzerStandaard gain hoornSignaalfluctuatie baken
0,1 dB0,1 dB0,4 dB
0,6 dB
4.6 ontvangsysteem hoogfrequent gedeelte.
De ontvanger, zoals die gebruikt is, is getekend in fig.4.16
LNA -11-
J.o. ~5d8
Fig.4.16 De ontvanger.
De frequentie van de local oscillator is:
fL.o. = 11.580 GHz
en biedt daarmee het voordeel dat deze gebruikt kan worden voor deontvangst van zowel de A2 (bovenmenging) als de A4 transponder(ondermenging). Aangezien de local oscillator een uitgangsvermogenvan slechts 2 mW levert, en de mixer ca. 5-10 mW nodig heeft, isachter de local oscillator een versterker geplaatst van ca. 5 dB. Derichting isolator aan de ingang van de ontvanger zorgt ervoor dat deLow Noise Amplifier (LNA) altijd aanpassing ziet, ongeacht hetgolfpijpcircuit dat zich ervoor bevindt. De demping van deze isolatorin voorwaartse richting bedraagt ca. 0,3 dB, in terugwaartse richtingis deze > 30 dB. Aan weerszijde van de LNA treft men een "DC block"aan. Dit heeft een gunstige invloed op de ruisfactor F en de gain Gvan de gehele ontvanger. Weglating van deze DC blocks betekent dat deruisfactor F toeneemt en de gain G afneemt \zie tabel 4.10). Na dezeDC blocks is het "image rejection" filter geplaatst. Zonder ditfilter zouden op de midden frequentie van 70 MHz de A2 en de A4transponderbanden over elkaar heen vallen. Na de mixer is een 80 dBversterker geplaatst met een bandbreedte van ca. 15 MHz en eencentrale frequentie van 70 MHz.
De kwaliteit van een grondstation wordt gekarakteriseerd door degrootheid G/T met:
THE VAKGROEP-EC 82
T = (Nf - l)To + Tamet Nf ruisfactor van de ontvanger
To 293 KTa = antenne temp. in K
De ruisfactor van de ontvanger is gemeten m.b.v. de opstelling zoalsgegeven is in fig.4.17 •
r-l
0- ELl' ' /0·
O'icillONr:meAtt2. lool1/1zs(Ooi'T
L
L 5O/..iD [Xsrfi Til onlvll~ellnO/'je I-- I---
SouRce
~I t---- ! ciS
Fig.4.17 Meetopstelling voor het bepalen van de ruisfactor.
Aangezien de ruisfactormeter een ingang heeft voor 30 MHz dient het70 MHz signaal van de ontvanger extern te worden gemengd met 100 MHz.De oscilloscoop dient ter controle van de meting. Bet beeld dat deoscilloscoop dient te geven is getekend in fig.4.18 •
Fig.4.18 Beeld oscilloscoop.
De uitgang van de ruisfactormeter dient zodanig te worden ingestelddat de afstand A A' maximaal wordt. Voor verschillendeconfiguraties van de ontvanger is de ruisfactor bij70 MHz gemeten.De resultaten zijn gegeven in tabel 4.10. Ook is de ruisfactorbepaald van een golfpijpmixer waarin het signaal direct naar 70 MHzwordt gemengd zonder LNA en zonder image rejection filter. Ook ditresultaat is gegeven in tabel 4.9 •
Tabel 4.9 Ruisfactor bij verschillende configuraties van deontvanger.
83
Voor de configuratie 3 en 5 z1Jn de enkelzijband waarden gemeten.voor de overige configuraties de dubbelzijbandwaarden. Omrekening vanDZB naar EZB en v.v.geschiedt volgens (33]:
FE2 8 = 2 FD2B - 1
De LNA is opgebouwd rond de HFET-2201 [34]. Ret schema van de LNA isgegeven in fig.4.19 •
01/ +I'J.. Ii
g~ PdB
Y.r:= It, Lfr/B
Fig.4.19 De Low Noise Amplifier [LNA].
De LNA moet afgeregeld wordeq in onbelaste toestand met potentiometerPI opdat op A een voedingspanning staat van -1.48 V. In [34] blijkt
THE VAKGROEP-EC 84
ech ter da t bovens taand ontwe rp overeen kom t me teen "high gain"ontwerp en niet met een "low noise" ontwerp. In het low noise designzijn de beide DC blocks in stripline ontwerp in de LNA opgenomen. Inde gebruikte ontvanger zijn deze extern toegevoegd met als nadeelextra verliezen in de twee extra OSM overgangen. Hierdoor treedt voorde LNA een extra verlies van ca. 1,5 dB Ope
Omdat de ontvanger gebruikt dient te worden in combinatie met zowelde 8 meter antenne als de drie meter antenne, zijn aIle onderdelenvan de ontvanger,zoals gegeven in fig.4.16, op een compacte W1Jzesamen gebouwd zodat de ontvanger eenvoudig te vervoeren is. Alsbodemplaat, waarop de isolator, DC blocks, LNA, het image rejectionfilter, de mixer, de 80 dB versterker, en de extra versterker voor delocal oscillator werden bevestigd, dient de deksel van de localoscillator. Ook de aansluitingen van de voedingen zijn zodaniguitgevoerd dat de ontvanger snel is om te bouwen.
4.7 De SCPC unit.
4.7.1 Inleiding.
De SCPC unit, type Philips RS100 & RS200, is getekendin fig.4.20 [35].
P Pi ()I F
TFU L ~ IF0 A0 S C5- ,
T C.
C m 0 V rn d~
0 0 e F 0 eD D. H D Me- O 0( D D
-
@-c )-O{:>-1@ [0MONITOR Tx Rll ~
? ctt I
Fig.4.20 De SCPC unit [35].
THE VAKGROEP-EC 85
De SCPC unit bestaat uit drie gedeelten. In het bovenste gedeeltebevindt zich de gezamenlijke apparatuur, de "Timing and FrequencyUnit" (TFU), de piloot generator, de "Automatic Gain Control andFrequency Control Unit" (AGC/ AFC unit) en de middenfrequentversterker (IF AMPL.) en de "Upconverter" en de "Downconverter". Inhet midde~ste gedeelte van de SCPC unit bevinden zich de kanaalunits. Hierin zijn twee Differentially Encoded QPSK (DE-QPSK) unitsen een "Companded FM" unit geplaatst. Een DE-QPSK unit bestaat uiteen coder/decoder kaart, een modulator kaart en een demodulatorkaart. Evenzo bestaat de FM unit uit een "Voice Frequency Unit"(VF),een modulator en een demodulatorkaart. Rechts in dit gedeelte van deSCPC unit bevindt zich de "Shelf Distributor", een kaart die designalen van de diverse kanalen combineert, verbindt met de IFversterker en het van de IF versterker ontvangen signaal weerdistribueert over de verschillende kanalen. Bet onderste gedeelte vande SCPC unit is een monitor paneel. De laagfrequent signalen (3003400 Hz) kunnen hier bekeken worden op een oscilloscoop of hoorbaargemaakt worden via de in het paneel uitgevoerde luidspreker. Ook zijnde IF uitgang naar de upconverter en de IF ingang van dedownconverter aangebracht, te gebruiken wanneer de up- en downconverter niet in de unit zijn ondergebracht. Een blokschema van decomplete SCPC unit is gegeven in fig.4.21 • De onderdelen in ditblokschema worden kort besproken in de volgende paragrafen.
THE VAKGROEP-EC 86
CODER
rFU
r'OJU:.A TOft
TFlJ
IF
TFli
::AAR
CO?\'[ERTER
ANO'w'NOlIVERTER
TtU
- VD
":;':CODER I--- D~7'10:)~LAr:iJ:~I-- C,- IF
-I l -- AM?LIFI2R v
SYII\,lI'l-
- r'I'Fc---"---
TIn},:~ M,D~'r-{E~~ VENe y AFC LOOPU~lT
.' ~
Fig.4.21 blokschema SCPC unit.
4.7.2 De Timing and Frequency Unit TFU.
Het blokschema van de TFU is getekend in fig.4.22. Centraal in de TFUis de systeem referentie oscillator van 5 MHz. Hiervande frequentie van 180 kHz, nodig voor de synthesizerseen klokfrequentie van 32 kHz voor de codec's. Een47,01 MHz, voor de modulatoren en demodulatoren wordteen tweede oscillator.
wordt afgeleidin in VCU's,frequentie vangeleverd door
THE VAKGROEP-EC 87
r- --- -- --I FREIl QUARO
II 2880 kHz
II1
I1
I SlitH!"-
I \ OVEOI1EOCRYSTAL
I ~1
II 1
I1eo 'Hr
IJl 'Hr ALUM"
I -I [OUTPUI VOLT5 HHr LOOP lOCI
H HHr~ 12 V
l_ ._._._ -- -- ~o 12V D ~ 12~
Fig.4.22 De 'IFU [35].
4.7.3 Piloot en AFC/AGC Unit.
Ret is gebruikelijk bij SCPC verkeer dat door het master station (ziehoofdstuk twee) een piloot signaal wordt meegezonden. In de ontvangstations wordt dan tesamen met de SCPC kanalen deze piloot ontvangenen gebruikt om oscillator drift van de in de transmissieweg opgenomenoscillatoren te compenseren. Wordt de piloot gebruikt om de localoscillator van de downconverter bij te regelen, dan spreekt men vanachterwaartse regeling. Echter, de gebruikte SCPC apparatuur isontwikkeld voor communicatie in de 4 - 6 GRz band, zodat de bijbehorende up en down converters niet kunnen worden gebruikt voorexperimenten in de 11 14 GHz band. Derhalve wordt de pilootgebruikt voor sturing op de eerste mengtrap van de demodulator. Ditheet voorwaartse regeling. In fig.4.23 is het blokschema gegeven vande piloot generator. Aangezien deze oorspronkelijk niet aanwezig was(een piloot behoeft immers aIleen door het master station te wordengezonden), is de piloot generator gerealiseerd m.b.v. eensynthesizer.
THE VAKGROEP-EC
Ell SUPPR.
,...--------1 FAilUREDETECTOR 1-------1
r-------I CIRCUITS
CHU.El .UMBER. ClOCl
• STROBE I AOOllESS I.PUTII. PA SYSYEMS I II. OA SYSTEMS I
Fig.4.23 Synthesizer [35].
1-----ouIPur
88
Aan ontvangzijde is de AFC/AGC unit gerealiseerd zoals gegeven infig. 4.24 •
t>_L... __. _
demo/).
I-~ - -- - - - - - - - I
I PhAse X II ~ [> II ~ de+edOIe 't1.olllfllz I( II III 1/5",'t02)11/h. \
I, LPf '(VC.O_I /l Fe II !..-__---L L00 P------------------ -.1
Fig.4.24 Voorwaartse regeling AFC loop op demodulator.
De op deze wijze gerealiseerde AFC loop regelt de oscillatordrift totmax. 50 kHz bij. Dit wordt aangegeven op het display van de AFC/AGCunit. De automatic gain control werkt in op de IF amplifier en heefteen regelbereik van 14 dB.
THE VAKGROEP-EC 89
4.7.4 IF amplifier.
het blokschema van de IF amplifier is getekend in fig.4.25 •
Gekoppeld aan de IF amplifier is de automatic gain control. 14 dB aanvariatie in het ingangs signaal wordt gereduceerd tot 1 dB.
4.7.5 VCU DE-QPSK
In fig.4.26 is het schema getekend van de DE-QPSK unit, zoals deze inde SCPC apparatuur aanwezig is.
'_._-_.-..;",." --_·-1v. O~I~YI
1'0 l~OO~.
"~g~"
THE VAKGROEP-EC
II IL -'
L VCU Vf UNIT I._- -- -_.__ .__._-----_.~
It I.l0
L-='''_. __._
90
YCU Fl"l MQDULATOR_ =..J
, ,~gwl
\l-U .... ';~d. 'H:
~;;;--'-------L. H_11l ~o
'la_PhOIWIIP
'tl!COIlUOl
Fig.4.26 VCU Unit [35].
In de VCU wordt het basisband telefonie signaal (300-3400 Hz) omgezetin een "Digitally Controlled Delta Modulated" data stroom [20] van 32kbits/s en vervolgens 4 fasen DE- PSK gemoduleerd. In de codec wordtspraak omgezet naar een data stroom van "O"en en "l"en. waarbij een"1" een toename en een "0" een afname van het signaal niveaubetekent. Op vier op een volgende gelijke bits wordt compandingtoegepast [20]. In de modulator wordt de 32 kbit/s data stroomgesplitst in twee data stromen van 16 kbit/s. differentieel gecodeerden 4 fasen gemoduleerd. de gemoduleerde draaggolf wordt vervolgensgemengd naar een hogere frequentie in de IF band (52-88 MHz). Dezebandbreedte is gelijk aan de transponderbandbreedte van de IntelsatIV. Dit mengen gebeurt m.b.v. een synthesizer waardoor een kanaalbinnen deze band gekozen kan worden. In de demodulator wordt het IFsignaal in 2 mengtrappen geconverteerd naar een lagere frequentie(450 kHz) voor demodulatie. Draaggolf terugwinning en datademodulatie gebeurt m.b.v. een "dubbele costas loop". "clockrecovery" wordt gerealiseerd door een bit synchronizer met digitalelus. "Squelch" op het front paneel geeft de aanwezigheid vangedemoduleerde data aan [35].
THE VAKGROEP-EC 91
4.7.6 VCU FM Unit.
In fig.4.27 is het blokschema gegeven van de FM unit.
Ret basisband telefonie signaal wordt FM gemoduleerd, waarbij een"channel spacing" is gekozen van 22,5 kHz. 2 op 1 compressie [35]wordt toegepast, evenals pre en de-emphasis filtering. In demodulator wordt het signaal gemengd naar een IF frequentie in de 52 88 MHz band, afhankelijk van het te kiezen kanaal. In de demodulatorwordt het IF signaal twee keer gemengd naar een lagere frequentie(450 kHz) en vervolgens aan een PLL demodulator aangeboden.
4.7.7 Bediening van de SCPC unit.
In het middenste gedeelte van de SCPC unit z~Jn VCU unitsondergebracht met steeds links de codec of VF kaart, in het midden demodulator en rechts de demodulator (zie fig.4.28). De BNC connectorop het front van de modulator kan gebruikt worden om m.b.v. despectrum analyzer het gemoduleerde signaal te bekijken (70 MHz). De
THE VAKGROEP-EC 92
BNC connector op het front van de demodulator kan gebruikt worden amhet signaal te bekijken voordat het gedemoduleerd wordt (450 kHz).Deze BNC aansluiting dient ook gebruikt te worden voor de C/Nmetingen. Op de BNC connectoren van de IF unit kunnen aile signalendie verzonden en ontvangen worden bekeken worden (70 MHz). In hetonderste gedeelte van de SCPC unit bevindt zich de uitgang "Ix" naarde upconverter. De sterkte van de signalen is ca. -15 dBm. Indienwenselijk kan deze verminderd worden d.m.v. de bovenste variabeleverzwakker op het front van de IF unit. Deze verzwakker is instelbaarvan 0 tot 10 dB met stapgroottes van 0,1 dB. Ret signaal van dedownconverter dient te worden aangesloten op de BNC connector "Rx lt inhet onderste gedeelte. De signaal sterkte dient ca. -50 dBm tebedragen. Is dit signaal sterker dan dient de onderste verzwakker ophet front van de IF unit Rx zodanig te worden opgedraaid dat op de450 kHz connector van de demodulator 100 mV wordt gemeten m.b.v. eenhoogohmige r.m.s. voltmeter. Hierbij dient de modulatie afwezig tezijn. Dit kan gebeuren door de codec kaart uit de SCPC unit teverwijderen. In het middenste gedeelte van de SCPC unit bevindt zichruimte voor vier kanalen, zie fig.4.28.
C tTl D ( yYJ d V F F0 0 e- O 0 e F H M0 rn D D m t1 De P. 0 e 0 0 e.<.. D c. 0
M0 0
D
1
Fig. 4.28 De posities van de VCU's.
Aan de achterzijde van de SCPC unit is op kanaal 1 en 3 eenaansluiting voor een telefoontoestel aangebracht. Deze kunnen aan devoorzijde van de SCPC unit worden afgeschakeld resp. ingeschakelddoor verwijdering resp. terugplaatsing van overbruggingscontacten.Deze contacten bevinden zich op de voorzijde van de codec's en VFkaarten. De telefoon toestellen zijn hierop verbonden met "line". Op"monitor" op de codecs of VF kaarten kan het laagfrequentespraaksignaal beluisterd worden door deze door te verbinden met de inhet onderste paneel aanwezige luidspreker. Hiertoe is een bijbehorendkabel aanwezig. Ret SCPC systeem bevat enlge hysterese. Indien doorextra ingestelde verzwakking de piloot uit "lock" valt, dienen deverzwakkers teruggedraaid te worden totdat de piloot ontvanger weerin "lock" komt. Daarna kunnen de verzwakkers weer opgedraaid wordentot net niet die waarde waarbij de piloot uit lock viele Voor BERmetingen dienen de modulator en demodulator in een kanaal van SCPCunit op dezelfde frequentie te zijn afgestemd. De frequentie kanworden ingesteld door de modulator en de demodulator uit het rek tehalen en de zijplaat te verwijderen. M.b.v. de dan zichtbaredipschakelaars kan de frequentie worden ingesteld. Bij BER metingen
THE VAKGROEP-EC 93
wordt detelefoonste komenfrequentiekanaal 1.
codec in de extender geplaatst. Bijdient de frequentie van de modulatormet die van de demodulator vanvan de modulator ui t kanaal 3 met
een demonstatie met deui t kanaal 1 overeenkanaal 3, evenzo de
de demodulator uit
4.8 Microgolf filters
In verband met het voortzetten van de experimenten op de A2 en A4transponder van de OTS zijn de microgolf filters aan zend en ontvangzijde vervangen.
4.8.1 Het image rejection filter.
Een bruikbaar ontvangfilter voor de A2 transponder is gerealiseerddoor een bestaand filter te verstemmen. In tabel 4.10 zijn decentrale frequentie en de 3 dB bandbreedte gegeven. Ook is de dempingin de doorlaatband gegeven.
CENTRALE FREQUENTIE Fo = 11.510 GHz
3 dB BANDBREEDTE = 36 MHZ
DEMPING IN DOORLAATBAND = 0,4 dB
Tabel 4.10 Parameters image rejection filter voor de A2 transpondervan de OTS.
De amplitudo en de fase karakteristiek van dit filter z1Jn gegeven infig.4.29 en 4.30. Het afregelen van dit filter is gedaan m.b.v. eenopstelling op de vakgroep EC, zoals omschreven is in [25]. Afregelenvan een bestaandt filter voor de A4 transponder van de OTS bleek nietmogelijk. Dit f1lter was weliswaar op de juiste frequentie teverstemmen, doch de bandbreedte bleek veel te groot (ca.500 MHz).Verschuiving van deze veel te grote doorlaatband opdat de A2transponder daar buiten zou vallen bleek niet mogelijk.
THE VAKGROEP-EC 94
,.,
dB• t
o
i"
10 --r "
-II
..!
T.L.,
I
11,46
':';:',' .
,I'
11 ,48f in GHz
11 ,50 11 ,51 11 ,53 11 ,55 11 ,56
dB(!)o
1
2
3
4
Fig.4.29 Amplitudo karakteristiek ontvangfilter voor de A2transponder van de OTS.
THE VAKGROEP-EC
30
!" :!
!-i-+-;---+.,--f"-l-="'"""'+'-'-~+-
I
•11 ,488 11 ,496I
11,512
95
11 ,520I
11 ,528
Fig.4.30 Fase karakteristiek ontvangfilter voor de A2 transponder vande OTS.
4.8.2 Zendfilters.
Voor de zendzijde van het systeem zijn een drietal nieuwe filtersontworpen. Twee filters zijn ontworpen voor zend experimenten in deA2 transponder van de OTS en dienen achter de upconverter en achterde TWT geplaatst te worden. Een derde filter is ontworpen voorontvangst van de A2 en A4 transponder van de OTS. Dit filter dientdirect achter de up converter geplaatst te worden. In tabel 4.11 zijnde ontwerp specificaties gegeven.
THE VAKGROEP-EC
EENHEID A2 FILTER A2+A4 FILTER
CENTRALEFREQUENTIE GHz 14,172 14,2433 dB BANDBREEDTE MHz 25 180Rll1PEL IN BAND dB 0,1 0,1DEMPING dB 40 40BIJ FREQUENTIE GHz 14,242 13,018
Tabel 4.11 Specificaties voor de zendfilters.
96
Voor het filter voor de A2 tranponder is een verzwakking van 40 dBgespecificeerd [36] aan het begin van de A4 transponder van de OTS.Voor het filter, dat beide transponders omvat (A2 en A4), is eenvezwakking van 40 dB gespecificeerd bij 13 GHz [36]. Bij dezefrequentie ligt nl. de spiegelfrequentie van de laatste mengtrap vande upconverter, indien de communicatie experimenten plaatsvinden inde A2 transponder (Bij communicatieexperimenten in de A4 transponderligt de spiegelfrequentie lager). De gerealiseerde filters zijn vanhet "inductive post" type, en zijn bepaald m.b.v. het programma "cfilter" [37]. (Ontwerpen van dit type filter zijn in deafdelingswerkplaats nl. het snelst te realiseren, in tegenstellingtot irisfilters. Amplitudo en fase karakteristieken van deze filterszijn gegeven in de fig.4.31 tm.4.37. Of schoon twee filters werdengerealiseerd voor de A2 transponder (een voor achter de upconverteren een voor achter de TWT), bleek er slechts een af te regelen (diti.v.m. een constructiefout in de werkplaats). De filters zijnafgeregeld m.b.v.de opstelling op de vakgroep ET zoals is omschrevenin [25].
THE VAKGROEP-EC 97
.,
t '14.20
... tI
14.,1814 ~ 17f in GHz
:A2 transponder
I : 1 I I
I
14,.16
:: .. !' ... i , .fl' ", t .:,. iii. . . :.. " T' T .. :T.T • . . 1,1 I -;
i I : j . I i it i: H::). -J~" .... :,.:, I .... i :1' •. ',.;"'~I' ~.;i ! "--r-- 1--'- I .';"il
I I I
14 ~ 15
d1:l '. • I '.!~-~~.'o j.,
Fig.4.31 Amplitudo karakteristiek zendfilter voor de A2 transpondervan de OTS.
14~08
I A2
14,16 14,24f in GHz
Fig.4.32 Amplitudo karakteristiek zendfilter voor de A2 transpondervan de OTS.
L I j. ~ '_+ i I: 1\ I . I" '!... !' i,'--r-f--i .l:i ,-t I .iii i i ~ >1 •. ",!. ',il .. ,
··1·· t-.~-++ ~!_~_.~_I_l; L.;- -!-. Ix .1+--1--1- ....:--+-,,1_·_t-t"-'-t-, " , 'I I '-[i iii I \ i.' .. I .. I '
Fig.4.36 Fase karakteristiek zendfilter voor de A2 en A4 transpondervan de OTS.
Uit deze grafieken moet worden geconcludeerd dat niet voldaan is aande specificaties (zie tabel 4.11) vanwege:
1.De doorlaatband is groter dan 25 MHz.2.De rimpel in de doorlaat band is groter dan 0,1 dB.
Ook is de demping in de doorlaatband nogal groot (4.dB) In verbandmet de slechte eigenschappen van beide filters zijn deze niet in hetsysteem opgenomen. In plaats daarvan is een tijdelijk geleend filtervan PTI in de opstelling gehandhaafd. Dit filter is direct achter deupconverter geplaatst. De amplitudo karakteristiek van dit filter isgegeven in fig. 4.37 en 4.38.
Een verklaring voor het niet aan de specificaties voldoenfilters is de volgende:In het programma "c fil ter" wordt voor deinductieve post in een golfpijp een benaderingzolang voldaan is aan (zie fig.4.39)[37]:
van beide
Df A < 0,15
met D de diameter van de postenA de'breedte van de golfpijp
THE VAKGROEP-EC
~"--
~~~~
1f-/4-- A---------J'I_
Fig.4.39 Doorsnede microgolffilter met een centrale post.
103
Aan deze voorwaarde wordt voor beide filters niet voldaan. Een typefilter waar bovengenoemd probleem niet optreedt is een filter metdrie parallele posten. Dit is getekend in fig.4.40
.::r----------------------"'T
~ 11 ~z ~ 0~ % ... ~..-f 'I
1~ '~1'1r7, ~
} ~16-~ ~~~ I. '-t7 'I '11
Fig.4.40 Doorsnede microgolffilter met drie parallele posten.
In appendix D is een filter met drie parallele posten berekend.Daarnaast is het programma "c filter" uitgebreid met dit typeontwerp. De gewijzigde procedures in "c filter", (p design, enelement) zijn gegeven als ook de eraan toegevoegde procedure "3post".In fig.4.41 is een ontwerp gegeven van een ontvangfilter voor de A4transponder van de OTS, dat gerealiseerd is m.b.v. 3 parallele posts.
THE VAKGROEP-EC
n
u
SIDEVIEW
104
Fig.4.41 antwerp ontvangfilter voor de A4 transponder van de OTSmet 3 parallele posts.
4.9. Linkbudgetberekeningen voor SCPC experimenten.
4.9.1 Inleiding
Voor het uitvoerenSatellite (OTS),noodzakelijk. Deze
van de SCPC experimenten via de Orbital Testis het opstellen van een zogenaamd "linkbudget"zijn berekend voor de volgende twee situaties:
1.Zenden en ontvangen op een8 meter antenne.
2.Zenden op een 8 meter antenne enontvangen op een 3 meter antenne.
In de tabellen 4.12, 4.13 en 4.14 zijn deze linkbudget berekeningengegeven. Tabel 4.12 geeft de berekening voor de uplink berekening.Deze is voor beide bovenvermelde situaties gelijk gehouden. Dit wasmogelijk omdat tijdens de communicatie experimenten via de OTS, devakgroep Telecommunicatie de enige gebruiker van de transponder was,
THE VAKGROEP-EC
en er zodoende geen eisen tenverband met intermodulatie) golden.berekening voor situatie 1, tabelvoor situatie 2.
4.9.2 Uplink berekening.
105
aanzien van de input backoff (inTabel 4.13 geeft de downlink
4.14 geeft de downlink berekening
De berekening voor het uplinkbudget voor beide situaties is gegevenin tabel 4.12
EARTH STATION1. HPA max. power2.Output backoff3.Feeder and filter loss4.Antenna peak gain5.Pointing loss6.EIRPPROPAGATION7.Free space loss8.Atmosferic attenuation9.Propagation loss10. (eff.apert.isotr.rad.r'11. Power flux densitySATELLITE12.Antenne peak gain13.Gain loss at edge14. Pre LNA loss15. Received power16.System noise temp.17. Uplink C/ T18.Boltzmann constant19. Uplink C/No20.Repeater noise bandwith21. Repeater C/N22.Backoff(gainstep setting)
51.27 deg.min.5.30 deg.min.5.00 deg.min.
31. 06 deg .min.0.38 deg.min.
38514 km14.1725 GHz
21.17 mm8.00 m
11. 76 dBW0.00 dB0.76 dB
60.40 dB0.50 dB
70.90 dBW
207.18 dB0.30 dB
207.48 dB44.48 dB/m2
-92.10 dB/m2
29.20 dB0.60 dB0.00 dB
-107.98 dBW27.-80 dBK
--135.78 dBW/K-228.60 dBW/Hz/K
92.82 dBHz76.02 dBHz16.44 dB0.00 dB
Tabel 4.12 Uplinkbudget.
THE VAKGROEP-EC 106
ad 3.Vo1gens Z1Jn specificaties bedraagt het maximaa1 uitgestuurdevermogen van de zendbuis (TWT) 11,76 dBW (=15 Watt). In depraktijk b1ijkt dat maxima1e vermogen dat de be1ichter van deantenne wordt ingestuurd 11,00 dBW bedraagt. Ret ver1ies van 0,76dB wordt als feeder and filter loss gegeven.
ad 5.In [25] wordt voor pointing loss een waarde van 0,2 dB in rekeninggebracht. Vanwege vermindering van het aanta1 station keepingmanoeuvres en dus minder accurate positionering van de OTS is dezewaarde hoger gekozen. Er is een waarde veronderste1t van 0,5 dB.
ad 8.Indien de verbinding voor 80% van de tijd gewaarborgt dient tezijn, kan voor de atmosferische verzwakking een waarde van 0,3 dBgekozen worden [38]. Voor kortstondige communicatie experimenten,zoals die in de vakgroep te1ecommunicatie worden gedaan is dit eenzinvo11ere waarde dan een waarde van 2,4 dB waarbij de verbindingvoor 99.9% van de tijd gewaarborgd is.
ad 12, 16, 20.Dit zijn de waarden voor de A2 transponder van de OTS, zoa1sgegeven in $4.2 •
ad 22.Voor de communicatie experimenten is een gainstep 15 (=0 dBverzwakking) ingeste1d.
SATELLITE1. HPA max power2.Output backoff3.Number of carriers4.Modulation loss5.Post TWTA loss6.Antenna peak gain7.Gain loss at edge8. Pointing loss9.EIRP10.TWT Carrier intermodulationPROPAGATION11.Free space loss12.Atmosferic attenuation13.Propagation loss14.(eff apert. iso.rad.r'15.Power flux densityEARTH STATION16.Antenna peak gain17.Pointing loss18.Received power19.Pre LNA loss20.System noise temp.21. G/T22.Downlink CiT23. Uplink C/ T24.TWT carrier intermodulation25. Overall C/ T26.Boltzmann constant27.Overall C/No28. Bi trate29. Eb/NoDEMODULATION30.Bit error rate target31.Eb/No theoretical32.Modem degradation33.Distortions and Interferences34.Eb/No practical35.Margin
11. 510 GHz26.06 !DIn
8.00 m0.032 Mb/s
10.90 dBW2.00 dB0.00 dB0.00 dB0.00 dB
29.80 dB0.60 dB0.00 dB
38.10 dB0.00 dBW/K
205.38 dB0.30 dB
205.68 dB42.67 dB/m2
-124.91 dB/m2
58.65 dB0.50 dB
-108.93 dB0.00 dB
32.00 dBK25.17 dB/K
-140.93 dBW/K-135.78 dBW/K
0.00 dBW/K-142.05 dBW/K
228.60 dBW/Hz/K86.55 dBHz45.05 dBHz41.50 dB
-40.00 dB8.40 dB-2.20 dB0.00 dB
10.60 dB30.90 dB
107
Tabel 4.13 Downlink berekening situatie 1.
THE VAKGROEP-EC 108
ad 2.De output backoff. zoals hier gegeven is bepaald m.b.v. figuur4.3.
ad 20.Dit is de systeem ruistemperatuur van de ontvanger. Deze waarde isgemeten (zie tabel 4.9). De antenne ruis temperatuur isverwaarloosd (De invloed daarvan op de totale systeemruistemperatuur is in dit geval namelijk gering. omdat deruisfactor van de ontvanger nogal hoog is. namelijk 6.4 dB).
ad 32.Dit is het verschil tussen de theoretische bit error rate krommeen de praktisch gemeten kromme (IF loop). zoals gegeven is in[35] •
Beschouwing van tabel 4.11 en 4.12 leertpractisch volledig wordt bepaald door dedempingen in de uplink zullen nauwelijksontvangen vermogen. (in figuur 4.3 is delineair als functie van de input backoff).
4.9.4 Downlink berekening situatie 2.
dat de "C/T Overall"downlink. Atmosferischemerkbaar zijn op hetoutput backoff nl. niet
De berekening van het linkbudget voor de downlink wanneer het signaalwordt ontvangen op de 3 meter antenne is gegeven in tabel 4.14
SATELLITE1. HPA max power2.Output backoff3.Numbers of carriers4.Modulation lossS.Post TWTA loss6.Antenna peak gain7.Gain loss at edge8. Pointing loss9.EIRP10.TWT carrier intermodulationPROPAGATION11.Free space loss12.Atmosferic attenuation13.Propagation loss
van de antennetemperatuur verwaarloosd.duidelijk dat ook hier de CINo practischdoor de downlink. (overigens is een
de praktijk niet gebruikelijk).
THE VAKGROEP-EC
ad 16.Oit is de gemeten waarde van de max.antenne winst.
ad 17.Aangezien de drie meter antenne een bredere bundel beziteen pointing loss van 0,2 dB gehandhaafd.
ad 20.Ook hier wordt de invloedUit tabel 4.14 blijktvolledig wordt bepaalddergelijke instelling in
is
110
hier
THE VAKGROEP-EC
5 TRANSMISSIE EXPERIMENTEN
5.1 Voorbereidende experimenten.
111
Voordat op de vakgroep Telecommunicatie communicatie experimentenpI aat svind en , worden de volgende metingen verricht.
1. Bet richten van de antenne op de satelliet (pointen).
2. Doormeten van de amplitudo karakteristiek van de !WT en deupconverter.
Ret richten van de 8 meter antenne geschiedt op het TM baken van deOTS, dat continu wordt geschreven op een 8 kanaals chart recorder.Bet richten van de 3 meter antenne gebeurt met de opstelling zoalsweergegeven in fig.5.l.
~IX~~80JB Spec,murn
RnAL~'1U
j
s~n tht- f. II,50531-1tS/z.eR.
_.__->0
Fig.5.l Opstelling voor het richten van de drie meter antenne.
Ret richten van de antenne geschiedt aldus:Allereerst wordt de antenne verzet zodanig dat het signaalvermogenongeveer maximaal is. Nauwkeurig richten geschiedt daarna door deantenne zodaning te verzetten dat het TM baken 1 dB zwakker wordtontvangen. Daarna wordt de antenne door het maximim gedraaid totdatdezelfde waarde is bereikt. Bet maximum wordt nu gevonden door hetmidden tussen deze waarden te kiezen. Dit gebeurt zowel met deleadscrew west als east motoren. Deze motoren staan, ruimtelijkgezien niet orthogonaal op elkaar. Bet gevolg is dat de antenne eenroll bezit. De polarisatie richting dient ook te worden ingesteld.Dit kan het beste gebeuren door de belichter van de antenne zodanigte verdraaien dat loodrecht op de polarisatie richting van het TMbaken (horizontaal) de signaal sterkte wordt geminimaliseerd. Fig.5.2geeft het TM baken zOals dat is gebruikt voor het richten van deantenne.
THE VAKGROEP-EC 112
Fig.5.2 TM baken van de OTS.De instelling van de spectrumanalyzer is gegeven in tabel 5.1
Tabel 5.1 Instelling spectrumanalyzer, behorende bij fig.5.2
Doormeten van de amplitudo karakteristiek van de upconverter dient tegeschieden m.b.v. een 70 MHz signaal. Hiervoor kan de piloot van deSCPC unit gebruikt worden. Deze meting geschiedt m.b.v. de opstellingzoals gegeven in fig.5.3 •
-l----+".......-....~0
"'~'p~lspedll.t.ll'1 IAnAL~2tR r-------'
Fig.5.3 Opstelling doormeten upconverter.
THE VAKGROEP-EC 113
De resultaten zijn gegeven in tabel 5.2 en grafisch weergegeven infig.5.4. Duidelijk is dat de amplitudo van de upconverter lineairblijft zolang het vermogen van de piloot beneden de -11 dBm blijft.Ret maximale uitgangsvermogen dat de upconverter kan leveren bedraagtca. +3,4 dBm. In fig. 5. 4 is het "1 dB suppresion point" aangegeven.
Piloot Verzwakkers uitgangsvermogen
(70r-rnz) upeonverter
in dBm in dB in dBm
+2,3 2 +3,5
+1,4 4 +3,4
-0,7 6 +3,2
-2,5 8 +2,8
-4,8 10 +2,1
-6,8 12 +0,9
-8,8 14 -0,4
-10,8 16 -2,0
-12,6 18 -3,9
-14,6 20 -5,8
-17,1 22 -8,2
-19,2 24 -10,2
-21,2 26 -12,3
:'23,2 28 -14,4
-25,1 30 -16,7
Tabel 5.2 Amplitudo karakteristiek upconverter.
THE VAKGROEP-EC 114
------- - --- -------
dBm
+4
o
+2
-10
-12 I
I-14 I
-16II
-18 I• r
l, I I I, I I-22 -1! -14 -10 -6 -2 +2 dBm
-2
-8
-4
-6
Fig.5.4 Amplitudo karakteristiek upconverter.
Ret meten van de karakteristiek van de upconverter + !WT dient tegeschieden volgens de opstelling, zoals die is getekend in fig.5.5.
De resultaten zijn gegeven in tabel 5.3 en grafisch weergegeven infig.5.6. Ook hier is het "1 dB suppresion point" gegeven. Betuitgangsvermogen van de !WT zoals gegeven in tabel 5.3 is het gemetenvermogen na de "powerload" (zie fig.5.5) waarbij is opgeteld 32,2 dB,zijnde de demping van deze belasting en de verliezen in de
THE VAKGROEP-EC 115
kruiskoppelaar met overgangen naar OSM kabel (1,6 dB). De amplitudokarakteristiek van het zendsysteem is lineair zolang het vermogen vande piloot beneden de -16 dBm blijft Ret maximale vermogen aan deuitgang bedraagt + 41,0 dBm.
Piloot Verzwakkers Ui tgangsvermogen
( 7° ]Vlliz) TWT
in dBm in dB in dBm
-2,5 8 +41,0
-4,8 10 +40,9
-6,8 12 +40,9
-8,8 14 +40,8
-10,8 16 +40,3
-12,6 18 +39,7
-14,6 20 +38,8
-17,1 22 +37,4
-19,2 24 +35,9
-21,2 26 +34,1
-23,2 28 +32,2
-25,1 30 +30,1
Tabel 5.3 Amplitudokarakteristiek zendsysteem.
THE VAKGROEP-EC
dBm
116
41
40
39
38
37
36
35
34
33
32
31
30
-26 -22 _18 -14 -10 -6 -2 o +2 dBm
Fig.. Amplitudo karakteristiek zendsysteem.
5.2 Amplitudo karakteristiek via de OTS.
Ret van de OTS ontvangen vermogen is gemeten als functie van hetuitgezonden vermogen. Dit is gedaan voor twee configuraties:
1. Zenden via de 8 meter antenne en ontvangen met de ontvanger(zie $4.6) aangeslotenop de 8 meter antenne.2. Zenden via de 8 meter antenne en ontvangen met de ontvangeraangeslotenop de 3 meter antenne.
Dit is weergegeven in fig.5.] •
THE VAKGROEP-EC 117
-\
I
___ ..J
I
II
II 1
_______ lJII
R I(12 I
specJ~ul'Yl on+VAV1<j e R L/AnAL~2e.R L.tlf fL~. '-1./6An
Jspe,c.w..uvnOt1+IJAn~e.R
Af1Al~H« w.t f (~ 5./ "?mdeFl ntell
{ (1 i U.ll.A~ lll. '2
I I2 01 DS j S h.~«l iUI-t fl~ ~.4 8m
SCP( A
T------I
I
Irr--------- ---- -----I I
I II
I J
I I
I II L _
IIIIL _ _ _ _ _ _ _~ f-.J _
Fig.5.7 De twee configuraties.
Meetresultaten zijn gegeven in tabel 5.4 en grafisch weergegeven infig.5.8. Uit fig.5.8 blijkt dat t bij ontvangst via de 3 meterantenne t het ontvangen vermogen 6 dB minder is dan via de 8 meterantenne t en niet zoals werd verwacht 19 dB minder (vanwege 12 dBminder antennewinst en 7 dB extra kabelverliezen). Dit is het gevolgvan het feit dat de amplitudo overdrachten met verschillendeontvangers zijn gemeten.
THE VAKGROEP-EC 1 .8
Situatie 1 Si tuatie 2Uitgezonden Ontvangen Uitgezonden Ontvangen
Tabel 5.4 Amplitudo karakteristiek via de OTS voor beideconfiguraties.
THE VAKGROEP-EC 119
1iBm
.21Configura tie 1 •
I-28
·30 \II
·32Configuratie
36
38
40
~1
26 28 30 32 34 36 38 40 41 dBm
-----_._-------~--------~-------
Fig.s.8 Amplitudo karakteristiek via de OTS voor beideconfiguraties.
5.3 Spectra.
De diverse spectra, zoals die in deze paragraaf besproken worden,zijn allen gemeten met de ontvanger zoals gegeven in $4.6, Infig.s.93 is het spectrum getekend zonder draaggolf, zoals dat werdontvangen via de 8 meter antenne. Wat opvalt zijn de spectralestoringen. Bet is niet bekend waar die vandaan komen. Ret inbandbreedte beperkt zijn van de IF versterker ( 3 dB bandbreedte is
THE VAKGROEP-EC
circa 15 MHz) is in fig.S.9 zichtbaar •
120
dllm
-10
-70
-80
. f--~
:~.~-:~_.~
~:: .:.:- f-.
---+_.- t
:!
iI
...':. I
..-+-.---~. _ ..
--t'- ...:::: .. '
'-
.---'.,. ~ ---
r 1a 11II••
TO 76 82 85
tii.
Fig.S.9 Spectrum zonder draaggolf ontvangen via de 8 meter antenne.
Het spectrum zonder draaggolf, zoals dat werd ontvangen via de 3meter antenne is gegeven in fig.S.IO. Omdat de antennewinst van de 3meter antenne circa 12 dB lager is dan die van de 8 meter antenne enomdat geen van de spectrale storingen in fig.S.9 meer dan 12 dB bovende ruisvloer uitsteekt, zijn deze storingen niet zichtbaar infig.S.IO. Derhalve kan geconcludeerd worden dat deze storingen wordeningestraald op de ontvanger via de 8 meter antenne of rechtstreeks,tengevolge van mogelijke storingen in de cabine achter de 8 meterantenne. De ruisbult t.g.v. de 80 dB versterker is hier lager. Dit iste wijten aan extra kabelverliezen (7dB). In tabel 5.5 is debijbehorende ins telling van de spectrum analyzer gegeven.
THE VAKGROEP-EC 121
Fig.5.l0 Spectrum zonder draaggolf ontvangen via de 3 meter antenne
Tabel 5.5 Instelling spectrum analyzer behorende bij fig.5.l0
In fig.5.ll is het spectrum getekend met draaggolf. Als draaggolf isgebruikt de piloot van de SCPC unit. Fig.5.ll geeft het spectrumzoals ontvangen via de 8 meter antenne, fig.5.l2 zoals ontvangen viade 3- meter antenne. De bijbehorende spectrum analyzer instellingenzijn gegeven in tabel 5.6 en tabel 5.7 •
THE VAKGROEP-EC
Fig.5.11 Spectrum met draaggolf via de 8 meter antenne.
Tabel 5.7 Spectrum analyzer instelling behorende bij fig.5.l2 •
De instelling aan zendzijde is voor fig.5.ll en 5.12 identiek Retverschil van 19 dB wordt veroorzaakt door een kleinere antenne winstvan de 3 meter antenne en door extra kabel verliezen. Retruisvermogen per Hz bandbreedte is gemeten. Hleruit volgt:
C/No = 72 dB (bij fig.5.ll)C/No = 60 dB (bij fig.5.l2)
Hieruit volgt direct een verschil van 12 dB en een extra kabelverliesvan 7 dB. Dit kabelverlies is ook afzonderlijk gemeten.
Fig.5.l3 en 5.14 tonen het spectrum van een gemoduleerde draaggolf.Modulatie type is DE-QPSK. Fig.5.l3 geeft het spectrum weer, zoalsdat is ontvangen via de 8 meter antenne, fig.5.l4 zoals ontvangen viade 3 meter antenne. Wat opvalt is dat het spectrum in het midden eenminimum bevat, hetgeen bij een typisch QPSK spectrum niet het gevalis. Ook zijn geen zijlobben waarneembaar. De oorzaak is dat demodulator in dit geval niet gemoduleerd is met een random datastroom, maar met een repeterende bitstroom "11111111" etc [20]. Dezijlobben liggen onder de ruisvloer. De breedte van het spectrumbedraagt ca. 22 KHz, hetgeen overeenkomt met de opgegeven "channelspacing" (22,5 KHz).
In fig.5.15 en 5.16 zijn de FM spectra gegeven, zoals die werdenontvangen via de 8 en 3 meter antenne. De draaggolf is gemoduleerdmet een testtoon van 200 Hz. Uit deze figuren valt af te lezen wat fAen A is. De transmissiebandbreedte bedraagt 4 kHz. Met behulp van B =2 M(!l)f [46] voIgt dan ~ = 8. Met behulp van f6 = B f",,/ AWl [46] wordtdan gevonden met A~ 0,21:
Tabel 5.9 Spectrum analyzer instelling behorende bij fig.s.ls.
5.4 Meting van de bitfoutenkans kromme (BER meting).
Van de DE-QPSK unit is de foutenkans bepaald als functie van Eb/No.Dit is gedaan m.b.v. de opstelling, zoals getekend in fig.s.17
7oli!l.
DE-~k'
de.m<!1cl.
J.......I,:::-~ DE -QPS I<'""---~---t mod.
rJ... .0.
r:yn.<;.
voLtme..1e.R
Fig.s.17 Opstelling BER meting.
Voor een BER meting wordt in de SCPC unit de codec in deextenderkaart geplaatst. Deze extenderkaart bevat een zestal BNCconnectoren, nodig voor het verrichten van een BER meting. Deze zijn:
1.Data transmit2.Clock transmit3.Data receive4.Clock receives. C/N in6. C/N out
Het signaal niveau is TTL. Er blijkt dat "Clock Transmit" hoogohmig
THE VAKGROEP-EG 128
dient te worden belast. Aangezien de datagenerator een ingangsimpedantie van 50 ohm bezit, is in de opstelling een impedantietransformator opgenomen. Hiervoor is een "Keetley" versterkergebruikt, welke een hoogohmige ingangs impedantie heeft en een 50 ohmuitgangsimpedantie bezit. Deze versterker versterkt 1 keer. De G/Nowordt gemeten m.b.v. een meetfilter dat in de extenderkaart aanwezigis. De centrale frequentie van dit filter bedraagt 70 KHz. Hetblokschema is gegeven in fig.5.18.
5HELF
70 kHz
1--------------,I II II II II II I: II II I
IOIERlJ IMETERTI I
I I IBERTE5!1·~ I
~ III
450kHz 1- IOEM MOl. I
I II
TRUE d I I~~~ER >U 1- IL ~
U"'ITUIOERIE51
Fig.5.18 Extenderkaart met meetfilter [35].
Van dit meetfilter is de ruisbandbreedte Bn precies bekend. Dezebedraagt:
Bn = 3200 Hz
Voor G/N metingen wordt de modulatie verwijderd. Het signaal,afgenomen van de 450 kHz connector op het front van de demodulator,Met de potentiometer op de extenderkaart is de daar aangebrachte 380KHz oscillator zodanig te verstemmen dat de r.m.s. voltmeter eenmaximale uitslag vertoond. De signaalspanning Vs wordt nu op der.m.s. voltmeter afgelezen. Indien de local oscillator volledig wordtverstemd, wordt de ruisspanning Vn gemeten. Er geldt nu [35]:
enEb/No
G/No20 ( log Vs/Vn) - 1020 ( log Vs/Vn) + 35
dBdB
(de "10" en "35" dB zijn hier de correctiefactoren voor resp. deruisbandbreedte van het meetfilter en de bitsnelheid van de
THE VAKGROEP-EC
datastroom). De volgende metingen zijn verricht:
1.BER meting via IF loop2. BER meting via SHF loop (translator loop)3.BER meting via OTS, ontvangen op 8 meter antenne4.BERmeting via OTS, ontvangen op 3 meter antenne
129
Deze resultaten zijn gegeven in tabel 5.10 en grafisch weergegeven infig.5.19. In fig.5.19 is ook de theoretische kromme voor DE-QPSKgegeven [35].
O.T.S. loop O.T.S. loopvia 8 meter antenne via 3 meter antenneBER E1,/N o (dB) BER Eb/N o (dB)
8,4 10-3 8,8 9,2 10-3 6,2
2,1 10-3 10,3 5,9 10-3 7,2
4,2 10-4 11 ,8 2,3 10-3 8,4
3,5 10-4 12,0 5,1 10-4 10,0
4,2 10-5 13,5 2,9 10-4 10,8_t:;
10-51 ,8 10 ./ 13,9 3,8 12,3
1 ,2 10-5 14,2 4,6 10-6 12,8
Tabel 5.10 BER versus Eb/No.
Uit fig.5.19 valt op te merken dat er nauwelijks degradatie van dekromme optreedt wanneer via de SHF loop wordt gemeten. Bij kleinerefoutenkansen treedt enig verschil Ope De degradatie van defoutenkanskromme, gemeten via de 8 meter antenne bedraagt ca. 2 dB,terwijl de foutenkanskromme, gemeten via de 3 meter antenne nauwlijksverschilt met die van de IF loop of translatorloop. De degradatie vande foutenkanskromme, opgenomen via de 8 meter antenne iswaarschijnlijk veroorzaakt door de invloed die de piloot heeft via deAFC regeling op de demodulator. Ook blijkt de foutenkans afhankelijk
THE VAKGROEP-EC
te zijn van het toegevoerde signaalvermogen. bij constante C/No.
130
tBER
5 6 7 8 9 10 11 12 13
t-o-
j ,
-1 1- __ .-1
,I
--r
1" -.
14 15 16 Eb/No-Fig.5.19 BER versus Eb/No.
THE VAKGROEP-EG
5.5 Vermogensmetingen.
131
M.b.v. GINo metingen is het linkbudget te controleren. deze metingenzijn gegeven in tabel 5.11 en tabel 5.12.
Uit tabel 5.11 blijkt dat GINo gemeten minder is dan GINo berekend.Voorts blijkt het verschil toe te nemen bij een toename van hetuitgezonden vermogen. Oorzaak is dat GINo is gemeten aan eenongemoduleerde draaggolf, terwijl ook nog een piloot werduitgezonden. De geconstateerde verliezen zijn intermodulatieverliezen. De GINo meting op de 3 meter antenne is verricht aan depiloot. Bier was geen SGPG draaggolf aanwezig. Bier komt de berekendewaarde redelijk goed overeen met de gemeten waarde. Bet verschilbedraagt slechts 0,5 dB. Een intermodulatie meting is verricht. Alstwee gelijke draaggolven zijn gebruikt de piloot en eenongemoduleerde draaggolf. Er geldt:
f(pil~ = 70,003 MHzf ~psk)= 74,542 MHz
Het sterkste intermodulatie product binnen de 70 MHz versterker bandis gevonden bij:
2· f (pil;) - f (qpsk) = 65,464 MHz
Gemeten is de toename van het vermogen van het 1M product als functievan de toename van het signaal en pi~oot. Resultaten zijn gegeven infig. 5. 20.
THE VAKGROEP-EC
-40
-42
-44
-46
-48
-50
-52
132
I I tIl I-35 -34 -33 -32 -31 -30 -29 -28dB,., _
Fig.S.20 Vermogen TIM product als functie van vermogen signaal.
Duidelijk uit fig.S.20 blijkt datsignaal het TIM vermogen snellergevonden:
bij toename vantoeneemt. Tussen
de piloot enI en II wordt
P(im) / P (pil) = 3,4 dB/dB
en tussen II en IIIPlim)/ P(pil)= 6,8 dB/dB
Deze intermodulatie producten ontstaan tengevolge van denietlineariteit van de zendbuizen in het grondstation en in desatelliet. Er dient voldoende backoff te worden ingesteld opdat deintermodulatie producten laag gehouden kunnen worden. Dit blijkt hetgeval wanneer geldt:
P (pil),ontvangen < -32 dBm
THE VAKGROEP-EC
5.6 Stabiliteitsmetingen.
133
De frequentie stabiliteit van het systeem is gemeten. Oeze meting isverricht aan de piloot. Gemeten is de frequentie stabiliteit over eenperiode van 4 uur. Gemeten is de stabiliteit van 4 oscillatoren inserie. Oit is getekend in fig.5.2l.
fig.5.2l Oscillator ketene
Er is gemeten:Af = 6240 Hz / 4 uur
Ook de faseruis spectra zijn gemeten. Fig.5.22 geeft het faseruisspectrum van een ongemoduleerde draaggolf, gemeten op 70 MHz.
Uit fig.5.22 kan geconcludeerd worden dat bij een frequentieafwijking van 2 KHz vanaf de draaggolf de faseruis van de draaggolfin de thermische ruis verdwijnt. De C/No bedraagt 70 dB. Fig.5.23 en5.24 geven het spectrum zoals het is ontvangen op de 8 meter antennem.b.v. de ontvanger uit $4.6 en zoals die is ontvangen op de 3 meterantenne m.b.v. de ontvanger zoals gegeven in $5.1. In fig.5.23 zijnde spectra getekend zoals deze werden gemeten op 70 MHz (bovenste"trace") en op 450 kHz (onderste "trace"). Zichtbaar wordt dan demiddenfrequent fil terbandbreedte B(if) :
B(if) = 22 kHz.
lI 'i i
t !I I
1\
135
2
USB NOISE MEASUREMENT
.~ ,I ~j:~l\)" ! 450 kHz
~-+--+-+-+-t--\----1r--+--+--+-+--r---t----t---t-t--r---r---t---t---t--'-;I...LI;iftT:i'I'!rI;I--;-, I , "'" I I [I
I '··~i;:l~L \'
THE VAKGROEP-EC
0
-10
-20
-30
-4li!J
-50
-60
-70
,
i-90
-90
-1.
-Uta',"..
Fig.5.23 Faseruis spectrum op 70 MHz ontvangen via de 8 meter antenne.
Waarneembaar in fig.5.24 is het iets slechtere faseruis spectrum vooroffset frequenties beneden de 2 kHz. De C/No in fig.5.23 en 5.24bedraagt ca. 57 dB. Voor het ontvangen spectrum, zoals gegeven inbeide figuren wordt nu de degradatie van de BER kromme bepaald t.g.v.cycle slipping. Dit wordt gedaan door voor het spectrum in fig.5.23en 5.24 de constanten Cl tm C4 te bepalen (zie $3.4). Retrekenprogramma uit appendix A is niet gebruikt daar de juiste waardenvan Bl en B(if)op het moment van de meting niet voorhanden waren.
THE VAKGROEP-EC 136
8 1III4
.~.,,_ .. ,....•~
2 4 8 Slill
Fr.eC<l'T8ncy. Hz
8 Sl1214242
USB NOISE.\t§tE;~:S'·... :...•: >;./." ~~~~ .:.<1f:- ',,~. ~::;::·.'"r;:.-:'.:~;I~_
Tabel 5.14 Fasejitter en cycleslipkans van de spectra infig.5.23 en fig.5.24 •
137
Beschouwing van fig.5.19 leert dat deze resultaten niet correct zijn.Met name de cycleslipkans behorend bij het spectrum vam fig.5.23 zouin fig.5.19 al zichtbaar moeten zijn.
THE VAKGROEP-EC
6 TRANSMISSIE VAN TV SIGNALEN IN EEN HALVE TRANSPONDER
BANDBREEDTE VIA DE INDONESISCHE SATELLIET, DE PALAPA.
6.1 Inleiding.
138
Op verzoek van de "Indonesian National Institute of Aeronautics andSpace", (LAPAN) is berekend of transmissie van TV beelden via dePalapa satelliet mogelijk is., indien slechts een halve transponderbandbreedte (18MHz) hiervoor beschikbaar is. Niet bekend is welketransmissie in de andere helft van de transponderband plaatsvindt.!wee mogelijkheden zijn gegeven in fig.6.1
1V l<anA~L
( q)
1'1 kanA/lrL -rVkanflllL
Fig.6.1 Twee mogelijke indelingen van een satelliet transponderband.
Op grond van de indeling van fig.6.1probleemstellingen worden geformuleerd:
kunnen de volgende
1. Beschouwd wordt de situatie uit fig.6.1a. Er worden twee TVkanalen in een transponder gesitueerd. Wat is in dit geval deminimale waarde voor de G/T verhouding, bij een gegeven EIRP vande satelliet, opdat een goede ontvangstkwaliteit gewaarborgd is ?Dit probleem wordt geanalyseerd in $6.4.
2. Beschouwd wordt de situatie uit fig.6.1b. Er wordt een TVkanaal in een halve transponderband gesitueerd. De resterendebandbreedte wordt gebruikt voor SCPC telefonie plus eventueelenkele audio kanalen. Vragen die hierbij rijzen zijn:
a) Wat is de minimale G/T verhouding van het ontvanggrondstation bij gegeven EIRP van de satelliet voor een goedeontvangst van de TV, de audio en SCPC kanalen ?
b) Wat is het maximale aantal SCPC kanalen in de transponder ?
Deze situatie zal worden beschouwd in $6.5. Eerst worden enkelegegevens van Palapa satelliet besproken, en aangeven wat onder
THE VAKGROEP-EC
"goede ontvangst" wordt verstaan.
6.2 De Palapa satelliet.
139
In fig.6.2 is een kaart van Indonesie gegeven met daaringeprojecteerd de contour en van gelijke uitgestraalde EIRP (Effective
Isotropic Radiated Power).
-_ 'T"AAf'.ISYIT~.Glollf £IAP. JJ dB.
____ RECEIvE 16 G .... 'l CiT. -7.• dBI I(
"",...-- ................./ .....
I 'I '\\ \
BANGKOK \ I
\ -----~~---
.'
Fig.6.2 Indonesie met contouren van gelijke EIRP [39].
De Palapa satelliet is uitgerust met een spotbeam antenne. Derhalvebedraagt de EIRP:
EIRP max = 33 dBW
Vergelijk deze waarde met de EIRP van de satellieten van Intelsat. Inhet geval een spotbeam antenne wordt gebruikt wordt daar ookgevonden:
EIRP max = 33 dBW
en in het geval dat een globalbeam antenne wordt gebruikt:
THE VAKGROEP-EC 140
EIRP max = 22 dBW
6.3 TV ontvangst: veronderstellingen.
Bij ontvangst vanonderscheid gemaaktdistributiecentrum.
(a)
TV signalen wordt technisch en juridischtussen directe ontvangst en ontvangst via een
n-? ,,..C ~-, - ~I I '" -_I' -II
'I
Fig.6.3 Directe ontvangst en ontvangst via een distributiecentrum.
Wanneer het TV transmissie naar een relatief groot en dunbevolktgebied betreft, zullen de ontvangstations uit fig.6.3a de voorkeurgenieten. Wanneer zich in het gebied grote bevolkingscentra bevinden,is ontvangst via een distributiecentrum te prefereren. Wanneer het TVsignaal niet de volledige bandbreedte van de transponder in beslagneemt, kan in die transponder ook nog SCPC telefonie plaatsvinden.Ret distributiecentrum kan in dat geval ook fungeren alseindcentrale.
Afhankelijk of het ontvangen TV signaal wel of niet gedistribueerdwordt, worden eisen gesteld voor een ruisvrij beeld. Deze zijngegeven in fig.6.4 en gelden voor een 625 lijnen systeem met eenvideobandbreedte van 5 MHz [40].
THE VAKGROEP-EC
VEREISTE VIDEOSIGNAAL RUISVERHOUDING
DIRECTE ONTVANGST
43 - 49 dB
ONTVANGST VIADISTRIBUTIECENTRUM
50 dB
141
Fig.6.4 Eisen voor de videosignaal/ruis verhouding.
In het navolgende zal steeds een videosignaal/ruis verhouding van 50dB worden verondersteld. Ten aanzien van de TV modulatie is nogverondersteld dat FM modulatie wordt toegepast met een videobandbreedte van 5 MHz. De geluidsdraaggolf wordt verondersteld tezijn "gesubmultiplexed" met het videosignaal.
6.4 Twee TV kanalen in een transponder.
Voor deze situatie geeft Intelsat een oplossing [40]. aangetoondwordt dat in het geval een spotbeam antenne wordt gebruikt t er 2 TVkanalen in een transponder van 36 MHz geplaatst kunnen worden. Ditwordt getoond in fig.6.5 en 6.6.
IT IS ASSUMED THAT ALL OF THETRANSPONDER POWER AND BANDWIDTHIS ALLOCATED FOR TRANSMITTING THETV SIGNAL. THE AUDIO CHANNELS ARESU8MULTlPLEXED WITH THE VIDEOSIGNAL.
60
55
iii~
o 50>=«a:wVla'f 45
~I
..J«z
"<;;40>...
35
30
FRED MODULATION
ALL AVAILABLE POWERPER TRANSPONDER ISALLOCATED TO ONE TVCHANNEL
MIN C/N ASSUMED= 126 dB
'\ FRED MODULATION"\rwo TV CHANNELSPER SPOT-BEAMTRANSPONDER
MIN C/N ASSUMED= 12.6 dB
REDUCED I FULL 36 MHzBANDWIDTHI UTILIZEDUTILIZED I
Ten aanzien van bovenstaande figuren 6.5 en 6.6 valt te concluderendat wil een videosignaal ruisverhouding van 50 dB gehaald worden, eenG/T verhouding van het ontvangstation van 31,7 dB/K vereist zal zijn.(Dit komt overeen met een systeem met een antenne van 12 meter en eenontvangerruis temperatuur van 55 K).
6.5 Een TV signaal + SCPC telefonie + e.v. radio kanalen.
Thans wordt beschouwd de situatie waarin een TV kanaal in detransponder aanwezig is plus SCPC telefonie kanalen plus eventueelenkele audio kanalen. Aangezien in deze situatie vele draaggolven inde transponder aanwezig zullen zijn, zullen, indien onvoldoende"input backoff" in de satelliet wordt gehanteerd, vele storendeintermodulatie producten optreden. Deze producten zijn ongewenst. Indie situatie zijn de volgende aspecten van belang:
I.Ret frequentieplan van de transponder. (Waar zijn de diversekanalen in de transponderband gesitueerd ?)
2. De vermogensinstelling. (Welke "input backoff" in de satellietwordt gekozen en hoe wordt dit vermogen verdeeld over de TV, radioen SCPC kanalen ?)
3. Intermodulatie producten zullen optreden, zowel binnen alsbuiten de transponderband. (Welke restricties zijn hieraan
THE VAKGROEP-EC 144
verbonden ten aanzien van de ingestelde "input backoff" en hetmaximale aantal SCPC draaggolven ?)
Als voorbeeld voor een oplossing op deze 3 vragen wordt ingegaan ophet Soedanese satelliet telecommunicatie netwerk [41]. Soedan huurteen transponder van Intelsat.
6.5.1 Frequentieplan van de transponder.
Van het "Sudosat" systeem is het frequentieplan gegeven in fig.6.7
De strategie in dit frequentieplan is om de sterkste draaggolvenzover mogelijk uit elkaar te plaatsen. De onderste 17,5 MHz van de 36MHz brede transponderband bevat het TV signaal. In het midden van detransponder bevindt zich een piloot, die gebruikt wordt omfrequentiedrift van de oscillatoren weg te regelen. De band van 1825 MHz is een "guard" band die niet gebruikt wordt voor SCPCtelefonie, vanwege de intermodulatieproducten tussen de SCPC kanalenen de andere draaggolven die in de transponder aanwezig zijn. In deband van 25 - 34 MHz zijn 200 SCPC kanalen gesitueerd, ieder 36 kHzbreed met een "guard" band van 9 kHz.
6.5.2 Vermogensinstelling
Ret Sudosat systeem is ontworpen voor ontvanggrondstations met eenG/T verhouding van 32,1 dB!K. Beschouw nu een verbinding, zoals isgetekend in fig.6.8
THE VAKGROEP-EC
TO RECEIVE!\
Fig.6.8 Satelliet verbinding
De draaggolf signaalruisverhoudingen) welkeuitgerekend zijn:
Voor de totale signaal ruis verhouding wordtdan gevonden:
CN = GS / ( GN1 + IM + N2)met:
S: Ret signaalvermogenN1: Ruisvermogen in de uplinkN2: Ruisvermogen in de downlink
G: Versterking van de satelliet1M: Vermogen in intermodulatie producten
(6.1)(6.2)(6.3)
(6.4)
De totale C/No als functie van de input backoff van de satelliet isgetekend in fig.6.9. Hierin zijn duidelijk de drie afzonderlijkesignaal ruis verhoudingen zichtbaar. -
THE VAKGROEP-EC
Af8+4,
'DII....7t,.L.....~__.........__~..........,
.10 _It .,. .,,, .It -tI -, -f ... -I dl
I
146
Fig.6.9 C/No verSUs input backoff [42].
Uit fig.6.9 blijkt dat er bij een bepaalde input backoff een maximumbestaat voor C/No. Dit maximum is overigens afhankelijk van de G/Tratio van de ontvang grondstations. Voor de C/No down geldt nl.:
C/No downMet
EIRP max - L - OBO + G/T -10log k dB (6.5)
L = Vrije ruimte demping +atmosferische demping in dB
OBO Output Backoff van de satelliet in dBk = Constante van Boltzmann
Hieruit blijkt duidelijk dat C/No down afneemt, indien G/T afneemt.Het maximum in fig.6.9 verschuift dan naar rechts.
Ten aanzien van de onderlinge vermogensverhoudingen wordt hetvolgende veronderstelt [41]:
1. Ret vermogen van een audio kanaal is 10 maal groter dan dat vaneen SCPC kanaal, vanwege grotere bandbreedte en hogere eisen tenaanzien van de signaalruisverhouding [41].2. Ingevoerd wordt de vermogensverhoudingsfactor f volgens:
f = 10 log( TCp/(2.RCP + N. SCP) dBmet
TCP Vermogen van de TV draaggolf.RCP = Vermogen van de audio draaggolf.SCP Vermogen van 1 SCPC draaggolf •.N Het aantal SCPC kanalen dat gelijktijdig
uitzendt.
Wanneer een activityfactor van 0,4 verondersteld wordt zullen ergemiddeld 80 SCPC kanalen gelijktijdig uitzenden. Wordt een margegenomen van 20, dan kan geldt voor de kans dat er meer dan 100 SCPCkanalen gelijktijdig uitzenden:
THE VAKGROEP-EC
100 n 'lOO
~)'OO = ~I.(yr) (P) (1- ~) I md r= D,tf vcl~.j.:
'P < 0,00 \;1)\00
(6.7)
147
Deze kans is voldoende klein, zodat voor N gekozen wordt:
N = 100
Voor het "Sudosat" systeem is voor de TV, radio en de SCPC draagolvende totale signaal ruisvrhouding als functie van de satelliet "inputbackoff" bepaald met ~ als parameter. Deze zijn gegeven in de figuren6.10 tm 6.12. De G/T verhouding hier veronderstelt is 32,1 dB/K. Metdeze grafieken is een optimale instelling bepaald.Als criteriagolden [41]:
1. Geen enkele C/NR < 9 dB (Dit in verband met het FMdrempeleffect)
2. Bet vermogen van detransponderband vallenspecificeren waarde:
Fig. 6.11 C/NR als functie van input backoff en II ' ; p.5dB:'·
--; I ~ I' .....12 ~---:- _. " 'V i I' i
i 1./,'; I.LI-----;..:..--I--!-.".£-+---+-_+: I' • I dB.:-r---.! [;¥l." 1':"'~'''T:I~
11 ----:- .•.• ,.- , --, V1' I 1"!: ~ I::' i
, " .' -- "p·7dB-1----
j' 'f~". y "" ~~I 'i'f·~~ ---Vl----v· ':IJ ,',.1 . / ., p. IdB
J :.V· -('v~ -- ~~;I! I --7'1-'" ~'i-- V II .; / i / l_p.• dB ~
)' ,/1 y,.,II/:-:V' I7 / V L -l.-t----!-!--+__'-t-I -t
V: i i .\/ I
I f----+--+-+--t-T--J
~;'Q I 'l A _--=2__----'
Fig.6.12 C/NR als functie van input backoff en f [41].
Voor het "Sudosat" systeem wordt in dit geval gevonden:
Input backoff =6 dB
[41] •
148
THE VAKGROEP-EC
, opt. = 7 dB
149
De bij deze waarden behorende linkberekeningen zijn gegeven infig.6.13
TelephoneTelevision Progrom Channel
Parameter Units Video Channel (SCPC)
IF Bandwidth kHz 17,500 240 36Transmitter Power dBW 30.6 12.8 2.8Transmitter Losses dB 5.8Antenna Gain dB 55.5EIRP dBW 80.3 62.5 52.5Tracking Loss dB 0.5Free Space Loss dB 199.8
(6225 MHz)Beam Edge G/T dB -18.6Geographical Gain dB 1.4Uplink CNR dB 19.0 19.8 18.0Transponder C!IM .dB >50.0 47.0 36.0Beam Edge EIRP dBW 22.0Output Backoff dB 2.4 22.1 32.1Geographical Gain dB 1.4Free Spoce Loss dB 196.0
(4000 MHz)Tracking Loss dB 0.5Receive G/T dB/I< 32.1Downlink CNR dB 12.8 11.7 9.9Composite CNR dB 11.8 11.0 9.2
Fig.6.13 Linkberekeningen voor het Sudosat systeem [41].
Hoe is dit nu om te zetten naar de Indonesische situatie ?
Beschouw hiertoe nogmaals fig.6.9. De gevonden optimale waarden vvorde input backoff en pblijven geldig voor de Palapa satelliet indiende C/No down curve niet veschuift. (De transponder indeling van hetSudosat systeem wordt in zijn geheel overgenomen). De curve C/No downzal niet verschuiven indien de G/T ratio's 11 dB lager zijn dan diein het Sudosat systeem, aangezien de EIRP's 11 dB hoger zijn. (01 33dBW i.p.v. 22 dBW). Dit blijkt duidelijk uit 6.5. Derhalve is desysteem beschouwing van het Sudosat systeem ook geldig voor hetIndonesische geval. Voor de G/T ratio's van- de grondstations wordtgevonden:
G/T = 21,1 dB/K
Wat de uplink betreft: Oak de ontvang-antenne van de Palapa satellietheeft 11 dB meer winst, zodat het ontvangen vermogen'in de satelliet(en dus de input backoff) gelijk blijft (De versterking G van dePalapa is gelijk aan die van Intelsat). Een G/T ratio van 21,1 dB/Kkomt overeen met een antenne van ca. 4,5 meter en een ontvangerruistemperatuur van ca. 120 K [42].
Of schoon in het Sudosat systeem ruimte gecreerd is voor 200 SCPC
THE VAKGROEP-EC 150
kanalen, levert de restrictie ten aanzien van het intermodulatievermogen buiten de transponderband een beperking voor het maximaal tegebruiken aantal SCPC kanalen. [41] geeft een berekening van hetvermogen in de derde orde intermodulatieproducten buiten detransponderband en komt m.b.v. een door Intelsat gegeven specificatietot een beperking van het maximaal aantal te gebruiken kanalen N. (Erblijkt: N = 147).
Wanneer het voorafgaande in beschouwingantwoord worden gegeven op de in &6.1Gezien de aard van deze vr1J complexetijdsbestek dat nog aanwezig was, wordtprobleem opgelost kan worden.
word t genomen, kan eengegeven probleemstelling.materie en het korte
alleen aangegeven hoe het
1. Bepaling van de minimale G/T waarbij nog goede ontvangst mogelijk is
Allereerst dienen de grafieken 6.10 tm 6.12 opnieuw bepaald te wordenvoor lagere G/T verhoudingen. Hieruit kan analoog aan [41] deoptimale waarde voor I en de "input backoff" bepaald worden. Dit gaatgoed totdat voor een van de drie signalen de C/NR beneden de FMdrempelwaarde komt. Wanneer dit het geval is voor de SCPC kanalen kandeze C/NR nog verhoogt worden door een kleinere kanaal bandbreedte tekiezen, voor zover de signaal ruis verhouding van het gedemoduleerdesignaal dit toelaat.
2. Bepaling van het maximale aantal SCPC kanalen
Er zijn drie restricties die het aantal SCPC kanalen kunnen beperken.
I.Vermogensbeperking.2.Bandbreedte beperking.3.Beperking ten aanzien van het vermogen van de intermodulatieproducten buiten de band.
Indien de laatste beperking geldt, kan b.v. een TWT in de satellietdie meer vermogen kan leveren (indien aanwezig) worden ingezet. Indat geval kan meer "output backoff" wo rden- ingesteid waardoor hetintermodulatievermogen ook lager zal zijn. Dan kunnen meer kanalenworden gebruikt. In dat geval zal de bandbreedte of vermogensbeperking gaan gelden. De instelling is optimaal te noemen indien dedrie genoemde beperkingen tegelijk gaan gelden. In het Sudosatsysteem is het de beperking van het intermodulatievermogen dat hetaantal SCPC kanalen beperkt. Concluderend kan gesteld worden dat hetSudosat systeem voor de Palapa satelliet geldig is voor grondstationsmet een G/T ratio van 21,1 dB/K.
THE VAKGROEP-EC
7. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN.
151
From chapter 1 (" Social impact of telecommunications for developingcountries") and chapter 2 ("Technical choice of telecommunicationsfor developing countries", the following conclusions can be drawn andrecommendations made:
Conclusions.
1. In 1980 more than half of the population of the world lived inrural areas of low and middle income developing countries.
2. The life expectancy of low income countries wa.s significantly lowerthan in the industrialized countries (50 versus 73.5 years).
3. The adult litteracy rate in low income developing countries waslow from 1950-1980 (1.3%).
4. Until 1960 the idea of giving development aid was closely relatedto the idea of changing the Third World into a First World.
5. During the last ten years the foreign debts of developingcountries have increased greatly.
6. Of the capital, flowing to developing countries, much more moneyis used for the purchase of weapons than for goods in any othersector.
7. According to the developing countries there is no realisticprospect of bridging the gap between the industrialized countries andthe developing countries if dealings between them are conducted fromthe standpoint of a producer/consumer relationship.
8. The developing countries tend to selfreliance.
9. The transfer of technology is believed to be the solution for thedeveloping countries to develop themselves.
10. It is questionable whether transfer of technology, executed bymultinational corporations, will give the offset in the developmentas is desired by the developing countries.
11. The number of telephones, radio and television sets in developingcountries is significant lower than in the industrialized world.
12. Economic activity, expressed in GNP/capita is linked with thevariables of infrastructure, and thus with telecommunications. A
THE VAKGROEP-EC 152
higher level of economic activity is accompanied by a more expandedtelecommunications network.
13. A relation exists between the level of education, life expectancyat birth and telecommunications. A decrease of the level ofilliteracy is accompanied by a more expanded telecommunicationsnetwork. An increase of life expectancy is accompanied by a moreexpanded telecommunications network too.
14. A relation exists between the percentage of inhabitants, livingin urban areas and the level of economic activity. A higher level ofthe percentage of urban population is accompanied by higher level ofeconomic activity.
15. On the subject of revenues of telecommunications there is adisparity of views between the development banks and the developingcountries. In contrast to development banks, the developing countriesfind that the non-financial revenues which can be earned bytelecommunications, should also be taken into account when makinginvestment calculations.
16. In a rural area a subscriber density of 1 per 50 kmsexpected when people live scattered. In the case ofsettlements a maximum of 1000 subscribers can be expected.
can beisolated
17. Seen from an economical standpoint, telephone exchanges with lessthan 30 subscribers are not atractive.
18. For trunking purposes of a light to a moderate amount of trafficover relative long distances, the open wire carrier system may be themost cost effective system. When reliability is at stake, the openwire carrier system is clearly not the best solution.
19. Cable systems may be used for subscriber lines for distances upto 25 km. The carrier cable systems are not very suited for ruralareas because of their large capacity and assumed terrain roughness.For trunking purposes, connecting suburban exchanges over shortdistances, these systems are not suited.
20. HF radio systems may be suitable for a few. isolated subscribersin a large area. Half-wave dipole antennas may be the most costeffective antennas because of easy installation and maintenance.
21. VHF/UHF radiosystems may be suited for a light to moderate amountof traffic. If necessary the capacity can be enlarged by introducingcellular systems (frequency re-use). The maximum distance that can becovered by these systems is circa 50 km., depending on the hight ofthe antennas.
22. Terrestrial SHF radiosystems are not suited for application inrural areas in so far as they are used for trunking of a large amountof traffic. However, if an already existing system is passing through
THE VAKGROEP-EC 153
a rural area, efficient use of these systems can be made by means of"drop and insert".
23. SCPC satellite communicationsystems are a good solution for ruralcommunications when the area to be covered is rough, inaccesible orthinly populated.
Recommendations.
1. The kind of technology to be transferred, should be choosen by thedeveloping countries. Their policy should be to make these foreigntechnologies "home" technologies as soon as possible.
2. Economic activity should be stimulated, but not the migration tourban areas. Therefore, in order to stop this migration from ruralareas and to start a remigration to increase the agriculturalproduction, the rural infrastructure, including telecommunications,should be expanded.
Naar aanleiding van de hoofdstukken 3 tm 6 kunnen de volgendeconclusies en aanbevelingen worden gemaakt:
Conclusies.
1. Aangetoond is dat bij eendraaggolfterugwinningscircuit indegradatie van de foutenkanskrommewanneer de bitsnelheid afneemt.
gegeven lusbandbreedte van hetde DE-QPSK demodulator, de
toeneemt tengevolge van faseruis,
2. Een criterium is afgeleid waaraan hetdemodulator aangeboden signaal moetcycleslipping beneden een te specificeren
spectrum van hetvoldoen, wil dewaarde blijven.
aankans
deop
3. Een computerprogramma is geschreven voor de HP9825 om, uit eengemeten faseruisspectrum, de fasejitter en de kans op cycleslippingte bepalen.
4. Door een wijziging in het microgolfcircuit achter de 8 meterantenne kan het uitgezonden vermogen tot op 0,1 dB nauwkeurig wordengemeten.
5. De 3 meter antenne is geschikt gemaakt voor richting op zowel deOTS als de ECS I, door de antenne op zijn statief te verplaatsen.
6. Een computerprogramma voor de HP9825gecompliceerde besturing van de 3 meterberekent azimuth en elevatie als functie van
is geschreven voor deantenne. Dit programma
de leadscrew lengten, de
THE VAKGROEP-EC 154
leadscrewlengten als functie van azimuth en elevatie alsook de hoekdie de antenne as maakt met de noord-zuid richting als functie vanazimuth t elevatie en de leadscrew lengten ••
7. Ret stralingsdiagram van de driemeter antenne is gemeten. Dezijlusmaxima liggen 18 dB onder het maximum van de hoofdlus. Retstralingsdiagram is niet symmetrisch. De antennewinst in dehoofdrichting is gemeten en bedraagt, volgens verwachting t circa 48dB.
8. Van de ontvanger is de ruisfactor gemeten. De laagste ruisfactor(EZB)t welke is gemeten t bedraagt 6 t 4 dB en is gemeten wanneer deontvangerketen is opgebouwd volgens:
Isolator - DC block - LNA - DC block - Image rejection filter - Mixer- IF versterker.
9. Voor communicatie experimenten via de A2 en A4 transponder zijnmicrogolffilters ontworpen en gerealiseerd. Van deze filters zijnamplitudo- en fase-karakteristieken gemeten. Als gevolg van te dikkeposts in de zendfilters zijn de rimpel en de breedte van dedoorlaatband groter dan de gestelde specificaties. Retcomputerprogramma "C filter", met behulp waarvan deze filters zijnuitgerekend t is derhalve uitgebreid met een ontwerp van een filtermet 3 posts. Een 3 post filter is ontworpen.
10. Bij volledige uitsturing van de !WT bij SCPC experimenten via deOTS wordt de C/No practisch volledig bepaald door de downlink. (Ditis overigens niet realistisch bij practische bedrijfsvoering).
11. Van de SCPC apparatuur zijn via de OTS zijn gemeten: Overdrachtskarakteristieken, spectra t de foutenkans kromme t het faseruisspectrumen de frequentiedrift. Spectrale storingen, welke bij ontvangst viade 8 meter antenne worden waargenomen, worden niet waargenomen bijontvangst via de 3 meter antenne.
12. De foutenkanskromme, gemeten via dede 3 meter antenne komen nagenoeg metvan de foutenkanskromme ten opzichtebedraagt circa 2 dB.
IF loop, translator loop enelkaar overeen. De degradatievan de theoretische kromme
13. De C/No t welke is berekend voor de ontvangst op de 3 meterantenne komt goed overeen met de gemeten C/No (het verschil bedraagt0,5 dB).
14. Vanwege het ontstaan van intermodulatieproducten,meerdere draaggolven worden uitgezonden, dient voldoendebackoff gehanteerd te worden. Indien het op de 8 meterontvangen signaalvermogen kleiner is dan -32 dBm t zijnspectrumanalyzer geen intermodulatieproducten waarneembaar.
wanneeroutput
antenneop de
15. De uit het faseruisspectrum berekende kans op cycleslipping komt
THE VAKGROEP-EC
niet overeen met de gemeten bitfoutenkans kromme.
155
16. Wanneer van een transponder vanPalapa (36 MHz breed) 2 TV signalenvan een videosignaal/ruis verhoudingverhouding van 31,7 dB/K.
de Indonesische satelliet deworden uitgezonden, is ontvangstvan 50 dB mogelijk bij een G/T
17. Indien in een transponder naast 1 TV kanaal, SCPC kanalen enaudio kanalen zijn gesitueerd, kan bij het gebruik van grondstationsmet een G/T van 21,1 dB/K, de vermogensinstelling en hetfrequentieplan van het Soedanese systeem worden.overgenomen.
Aanbevelingen.
1. De constructie van de 3 meter antenne dient zodanig gewijzigd teworden dat het polarisatievlak van de belichter onafhankelijk wordtvan de leadscrew lengten.
2. De kwaliteit van de ontvanger dient verbeterd te worden door deLNA te vervangen door een LNA met een lagere ruisfactor Nf en eenhogere versterking G.
3. De bitfoutenkanskromme, van de DE-QPSK modem van de SCPC, gemetenvia de achtmeter antenne, dient opnieuw te worden gemeten. Oak dientte worden nagegaan waarom de gevonden waarde van de cycleslipkansniet overeenkomt met de gemeten bi~foutenkanskromme.
4. Voor de Palapa satelliet dient het frequentieplan en devermogensinstelling in de transponder te worden bepaald zoals isaangegeven. Indien oplossing van dit, hypothetisch veronderstelde,probleem van enige practische waarde wil zijn, dient contact teworden opgenomen met LAPAN en geinformeerd te worden naar hunwerkelijke plannen.
5. Een nadere beschouwing van intermodulatie in het algemeen isaanbevelenswaardig. Aspecten van studie kunnen zijn ~e bepaling vanhet intermodulatievermogen als functie van de niet lrneariteit van deTWTs en de samenstelling van een optimaal frequentieplan opdat derdeorde intermodulatieproducten niet binnen te specificerenfrequentiebanden vallen.
6. Ret vervaardigen van een afstudeerverslag met behulp van eentekstverwerkend systeem verdient aanbeveling.
,o
THE VAKGROEP-EC
8 LITERATUUR
156
[ 1 )
[2 )
[3)
[4]
[5 ]
[6)
[7 )
[8 )
[9 )
[10]
[11 )
[12)
[13)
[ 14)
[15)
[16)
[ 17)
[18)[19)
[20)
World Bank Development Report 1980,World Bank, Oxford University Press.Compendium of social statistics,Department of International Economic and Social Affairs,United Nations, New York 1980ProLir.T.M.Schuringa, "Telecommunication as a means ofhuman interaction", lecture given on 17-5-83 at Delft.Prof.dr.ir.Abott, "Development through cooperation",P.I.I. 25 years in electronic education, symposium on7-10-82 at Eindhoven.W.E.Lunz, The New Economic Order and Pacific Telecommunications development, Pacific TelecommunicationsConference proc., Honolulu Hawai 1980.Dr.A.Butros, "The importance of specialized proffesionaltraining for developing countries", P.I.I. 25 years inelectronic education, symposium on 7-10-82 at Eindhoven.W.Riehe, Internationale Kreditmarkte-functionieren sienoch 1, Siemens Zeitschrift, Heft 1 jan. 1983.Prof.dr.B.J.Olufeaba, PII a Nigerian view, P.I.I. 25 yearsin electronic education, symposium on 7-10-82 at Eindhoven.M.Jussawalla, Transfer of technology and its impact onEconomic development, Telecommunication Policy (GB),vl.4 no.4 dec.1980.M.Jussawalla, The economics for development, PacificTelecommunications Conference proc., Honolulu, Hawai 1980.Rama Sintra, The challenge of telecommunications indeveloping countries, Pacific Telecommunications Conferenceproc.,Honolulu Hawai 1980.L.J.Carter, Appropiate Technology and Rural Communicationsin Papua New Guinea, Pacific Telecommunication Conferenceproc., Honolulu Hawai 1980.E.Witte, Signale des Weltkommunications Jahres 1983,Siemens Zeitschrift 57 (1983), Heft 1.W.G.G.Wolter, Telecommunication Basis fur die Infrastructuurin Entwicklungslandern, Siemens Zeitschrift 54 (1980), Heft3.Mr.H.Gaientaan, "Communicatie en ont=wikkelingssamenwerking",symposium on Third World Communications on 17-2-83 at Den HaagR.J.Saunders, Financing of telecommunication, Third WorldTelecommunication Conference proc., Geneva 1979.PTT, Telecommunicatie in Nederland, een beknopt overzichtvan organisatie, cijfers en techniek, uitgave van PTTTelecommunicatie 1982.Rural Communications, CCITT, ITU, Geneva 1979.Transmission Systems, Part 1 en 2, The economical andTechnical aspects of the choice of transmission systemsGAS3 manual edition 1976.Ing.F.v.d.Berg, Modulatiemethoden in Single ChannelPer Carrier apparatuur voor grondstations, tijdschrift
THE VAKGROEP-EC 157
[21 ]
[22]
[23]
[24]
[25 ]
[26 ]
[27]
[ 28]
[29]
[30]
[31 ][32]
[33 ][34][35 ]
[36 ]
[37]
[38]
[39]
[40]
van het NERG deel 45 no 5/6 1980.J.Nagelhout, een 8.448 QPSK Mbit modem,afstudeerverslag vakgroep telecommunicatieTechnische Hogeschool Eindhoven.C.R.Wolfson, The effects of cycleslips and fasejitteron the probability of bit error in supressed carrierphase shift keyed communications, proc. of IEEESouth East Con., Louisville USA, 30 apr.- 2 may 1973.Floyd Gardner, Phase Lock Loop Techniques,J.Wiley & Sons Inc., New York 1966.C.J.Wolejsza, Effects of oscillator phase noise onPSK demodulation, Comsat Technical Review,vol.6 no.1 1976.P.J.M. Kerstens, Digital Satellite Communicationswith the B transponder of the Orbital Test Satellite,afstudeerverslag vakgroep Telecommunicatie, TechnischeHogeschool Eindhoven.L.Versteegh, Microgolf communicatiekanaal via de OTS,afstudeerverslag vakgroep Telecommunicatie, TechnischeHogeschool Eindhoven.ESA, Report on In orbit measurements OTS, ESA/JCB/(80),vol.1, 2, 3, jan. 1980.J.Herrmann, Modificatie upconverter, toekomstig stageverslag, vakgroep Telecommunicatie, Technische HogeschoolEindhoven.G.A.M.Goltstein, Het volgen van geostationaire satellietenm.b.v. een bijzonder antenne statief, afstudeerverslagvakgroep Telecommunicatie, Technische HogeschoolEindhoven.J.Dijk, E.J.Maanders, J.M.J.Oostvogels, An antennemount for tracking of geostationary satellites,TH Report 77-E-74, May 1977. .J. Pritchard, Eutelsat Paris, Privat CommunicationsJ.Dijk, E. Maanders, Antennes en propagatie I, collegedictaatvakgroep telecommunicatie, Technische Hogeschool Eindhoven.Kraus, Radio Astronomy, Me Graw Hill 1966.Hewlett Packard Application Note 973, 5953-4415(2/80),Philips Telecommunicatie Industrie, Satellite communicationsearth station equipment, data sheets van het RS 100 enRS 200 systeem.A. v.d.Vorst, Technische Hogeschool Eindhoven, Privatcommunications.F.Verhallen, Een golfpijpfilter programma voor de HP 9825(C filter), stageverslag vakgroep Telecommunicatie,filters, Journal Brit. IRE, May 1958.W. Lulofs, An experimental domestic satellite earth station,Philips Telecommunication Review, vol.35 no.3H.Beursgens, Systeem beschouwing van een satellietcommunicatieverbinding voor een SCPC systeem en metingenaan een 7 GHz ontvanger, stageverslag vakgroep Telecommucatie
Technische Hogeschool Eindhoven.J.Dicks, Domestic and/or regional services through Intelsat IV
In [25] is een programma voor de HP9825 calculator gegeven waarmeevan signaalbronnen het faseruisspectrum kan worden gemeten en wordt"geplot". Bet programma meet 477 waarden in de frequentieband van designaalbron tot 1 MHz daarboven. Deze waarden worden geplaatst in hetarray G. Aan dit programma is onderstaand programma toegevoegd.Uitgerekend wordt:
(A. 1)
Dit wordt numeriek benaderd door:
[' w~').llB,,:;
(Jt1~ L S~(LJ)II-H(w)I~U(BIF)4lJ) U(8IF)~ 0 W7 1nB,!=
(A.2)
De waarden voor Sf{lV) staan in een matrix G[ 1 ;477}. II - H('0)I~ wordtvoor [.~ 0.707 berekend volgens [21]. Deze waarden worden in hetarray Y[I;477] geplaatst. De functie U(Bif,w) is berekend en dewaarden zijn geplaatst in de matrix 0[1;477]. Deze matrix bevatalleen nullen en enen. De eigenlijke numerieke integratie (sommatie)gebeurt m.b.v. de matrix Z[I;477].
411 ()(A.2) wordt: (];;'L. 1. L S(N)- YU.J) (tV)!llJ
0/ w- I
In het programma wordt dit:
For N=476 by -1 to 1Z[N] := w. G[N] •Y[N] •0 [N] + Z[N+l ]Next NZ[I]:= 2.Z[I]
(A.3)
(A.4)
1De berekende waarde voor ~ is terug te vinden in Z[ I]. De waardenG[N] zijn de waarden per Hz bandbreedte. Aangezien de onderlingeafstand tussen de samples niet constant is, is het algorithme uit(A.3) in het programma meerdere malen terug te vinden metverschillende waarden voor w. M.b.v. Z[I] wordt tenslotte de kans opcycleslipping berekend volgens:
f'\ -71L )..J _ Il f) 3:2 (J(L2
ec.s - -""" T
f..tDe listing van dit programma is hier gegeven.
THE VAKGROEP-EC 160
-se
*** .~ *'* *" ,~, *"* II
=1I~;2*>:;
II t" G. d ;. 'i" 2 .,::; 2 = II ~ Z [ 1 J ~
2: 46: F) r- t :: E; lotF L !- II ~ t;, II Hz"
24'?-: f:'t"t " "
2: 5 1: F== r t ;I.j itt e r
;2~4?~ F=:(t IIK:=.J.of F' L L =,. ~ :I ? ~J 7
252: if ZCIJ<ltnl (-~); .jfl'lf:= 2
25:3: j!'I',p:3
2: 5 4: F:= r t II PE' I::: :.:. <. 1
:2 5 13: E' n t U t- E' ~~I E' (!. tfor (I t ~"l E' r i n F:= I)
6 I :. ~. ~ :,~!·r ~~ - 2 :; i. 7 ~. (;l :::. ': "! ·r· 4 :~ .:,.' i = !;
t::: 1:31 L'/ 21;::: 1 ..... (1+~:;~ --
1:. n '1' .- .:: ) ~; (E., " :' f"~ '*
42:;:) -='['1
2~ 1 6 ~ ".::'- r r'~
12 1 7 ~ "r C( t·~ = :::: .,:j. c~
2(12: pr~. II
2~;:1::::: E'nt "r·ioi::.E·E: G. n d 1.-.1 i d t h F' L L(H::)",E;
2~j4: E'nt lIIFE: lJ. n d 1.1.1 i d t h = II , ::< ;
:2 (1 5 : i f" ~':' :> t n ·'t· 6(I t~ >:; =t n l t=; f G [4 77 J + G C4 7 E· = ) ..... 2 *(>::-1;.nlt:! ..... 1~:i0~~1-tZ[ 4 ? ? J ; 4 7 7 -t r'~
2~;:16: if 119~:i(1<::<
!J.nd >< <: 1 O~:1~:1~~1~~1 ~
int I: 15~:i4l:·lo·:-e. ::::<)42:3 ) ~ r'~
2(17: if 1~3~:1~::1~(1<>::
o.nd t, <1. :':10~:il::;l:;O;
int I: 15~~i;flo';1 (;:'::)-
1 '3 ;:;: f (1'1 t ; fIt. 21 9 :3 ~ F:: ( t "F h Ij, :::. E'
Hoi:::e "200: i'='t"t "CG.lcul
Fig.A.1 Programmalisting
THE VAKGROEP-EC
APPENDIX B:COMPUTERPROGRAMMA VOOR DE BESTURING VAN DE 3
METER ANTENNE.
Bl. Mogelijkheden van het programma
I.Ret programma kan de waarden van azimuth enelevatie als functie van de leadscrew easten leadscrew west stappen berekenen.
2.De waarden van de leadscrew east en leadscrewwest kunnen m.b.v. het programma worden berekend als functie van azimuth en elevatie.
3.Indien de antenne op het statief wordt verplaatst kan de "offset" hoek B bepaald worden.Zo kan de antenne op het statief worden geijkt.
161
In feite zijn 1 en 2 elkaars inverse berekeningen. Wanneer de hoek Bbepaald moet worden, moeten zowel azimuth en elevatie als leadscreweast en leadscrew west stappen bekend zijn. In dat geval worden de
berekeningen 1 en 2 gedeeltelijk uitgevoerd. Schematisch is ditweergegeven in fig.Bl.
1 ..IJ. .eM" (I) (3) (I)BInvotun aA,imulf,
1..",.4}~1 ('I.) ( 1){)) .dtiJoM(1m) T L(3)
~Fig.Bl Mogelijkheden van het programma
In fig.Bl corresponderen de nummers met de hierboven gegevenmogelijkheden van het programma. Een volledige flow chart van hetprogramma is gegeven in fig. B2. .Een listing van het programma isook gegeven (fig.B3). Vanaf regel 175 is commentaar in het programmagegeven. Dit commentaar geeft aan hoe de variabelen in het programmaovereenkomen met de variabelen uit appendix C.
B.2 Bij het gebruik van het programma.
Indien de ijking wordt overgeslagen, dient B te worden ingevoerd.Momenteel (november 1983) is de antenne zo gepositioneerd, dat geldt:
THE VAKGROEP-EC
B = -4.0 graden.
162
Ret programma is niet beveiligd tegen onzinnige invoer. Vanwege hetbeperkte regelbereik van de antenne kunnen de waarden van deleadscrew lengten east en west niet berekend worden. indien deingevoerde waarden van azimuth en eleva tie niet binnen het hetregelbereik van de antenne liggen. De inverse berekening is altijdmogelijk. Verstandig is het derhalve deze berekeing eerst uit tevoeren om te controleren wat het regelbereik van de antenne is.
B3. Controle van de rekennauwkeurigheid.
Ret programma is gecontroleerd door azimuth en elevatie uit terekenen indien voor de leadscrew east en west stappen 10000.10000werd ingevoerd. De gevonden waarden van azimuth en elevatie werden inde inverse berekening ingevoerd. Voor leadscrew east en west stappenwerd gevonden:
l.s. east = l.s.west = 9996
THE VAKGROEP-EC 164
,- .
Programma listing.
~'
EAST
. :."~ I : -:' I,.:'
b'/ R [3J
,. of *" *" :~, *'* f
~.~ E ::::: T tt
l:::i-:.-Uf ::: ( 1"; = A [ 1, J
1...1-1 ~U
1"'1 E' ::< t. r'1
..:'; P ;." t
:::; c: F,: E ,;
., -l :II
.... ~ :
~ 1 1 J
1 Cn)e'.:;.:'·': [1 J ; l l::;:,
:: [2J ... 1000"';::: C2J ;
16,1~H~f'1
~~ 1~i: t',l -+ ;:-:: [ 1 J71: f"l-:t->:;[ZJ
67:
[4J J ) ) .,.:~:; [6J
c~ '* G. ::. n ( ;:.:; [ 1 J ./ ~ 2 *
6 ::: :
'7 :::; : ;2 * 0. ::. r I ( >:; [? J .....(2*F:) ) 7;;1~ [4J
7 4 ~ i:-t. c.::. ( (4 '* c c::=. ( ;:<
I..•• L·1: ~:: ( t
7' 5 : 15, C::, ( r. 1 - C Q:':. ( ::.:;
[4J)) ..... ::fJ*::.ln f>:;
7' 6: 'J, c::· ( ::;, i n ( ;:< [5 J+ ;:< [~. J ) + ~:' i n ( ;;':; [6 J
l~;:~~: ff"lt 1~f5~O~
6::<~ f511 ~:1; i.:.!(t
c c:::. ~ ::< [6 J ) :1 ~ ;:< C7 J'7":": ~. 5(1-n,:::.n (::. i n (
;:< Ct. ~ ) + :.=:. ~. n f ;:< [:.+ J )
r.:.4 :65:I;. t, :
...,. ':...: ,,' ~
4 1: E n t :J ~. :~. E' G. d
'4 '3 : I:::' n t ":;:. t G ~:, .; r 0
ott. l::·' ="':1[3J
A [23
'1 t: l,'l (i. i t :2 C1 ~:1 (1
4 ? ~ d ::. F:' ,. C n -::I ::' -'.) e E"
E:
4 4: 1::;' nt" E i n d !.:) G..::.
r d e' 1 a :=. 11 E' G. ::. t. =., ~
664 :3: ~~' n t :::. t :J, r ~.
O. (dE' 1. :~~':' ~·G.:;;'~"::
~ p [t.: J
3::;: l,Jo'lt 2Ci[1~)
3 '?: ij ;:. F-' .. E' n t? 1 E' i)
iJ.t.i':: Gl::::· functiE' I.) I), n '1
4 t1: 1",1 (i. i t 2 ~:1 ~Z1 (\
36: I2I-*A;i,"',F> 1~:7: (i::,!==, "~·~ilt u
E' E' n t G. b I.. ("j i:= t
;f::-::d 2:::; 4: p 1"- t " b E' t (" := "
1000:::: 2: F: (t
13: 1".lG.it 200014: d::.F-' "iJ.nt·!S'nne
o p h e' t. ::. t iJ. tiE' f P
I.) 0. !"""! dE' II
15: ~:J;J.it 2~=n)O
1 to: d ::. p "u it':; >: d rl-lkt in be·tiJ."
17: l,d(l.it 2~:::1~:::1~
1.:::: t?nt "iJ.zir'11.Jt..h= II , ;:< [ 1 '3 J
1 '3: ~~' n r. ., E" 1 E' I,) O. t i
l~): Ij::.p "he·t nuI.) CI 1 '::t E' n d la' F:I r- (:1 .::: r c!.
{,'I 1"'1 G.
11: 1~IIJ.i\. 2(1~)ID
12 : ij ::. F-' .. b e' F-' ,:\ '" 1 (j
dE' po::.iti::
I T L' r "~ l 1'1 ..;l
2 ~:::1: f~' n t " 1 6' G. I~~ ::. c. t-·E'I.:,i 1.• ,1 E" ::. t =. II ~ ;:< C2 ]
2 1: ~:' t·: t "1 E' :J. I::! ;. C rE' i.l,! l~t G. ;. t :: II ~ ;:.:; [ 1 J
2: 2: ,j fl'l F== 1'5 [1
23: j(I"F=1 116
7: dif"! AC6J~E:[EIJ
,>:: [:30]8: E' n t ,: i .j k E' n '7.1
1 ..... (1" , A.,: i f A=0 ; e' t"lt
II b E' 1:. O. = II , E: ; .j i"'; ;:::
3: i.IJ 0, i t ;2 ~::i [1 ~~i
4: f f·~ t ; f >:: d Z~
5: 52-:.-P; 13~::i~R;
17-*E~O-*U
6: 31O-*F
~.' ~- +
:=. =., ~ ... ~ 2 i-, = ~ ;-; T. .,
.7-:""
THE VAKGROEP-EC 165
8 4: IJ. t n ( 1 ..... r: :=. t n i. (':
[ 1 .2 J ! '* r. I), (; :: :< [ 1 1 J
i t" A ~:;. 1 ; ..i ~ ;': f~' -
62::: 6:. ;;< [ 1 4 J +B --7;:'-; [ 14
~ E: [ 1JliS: S(·t
i'l i .-, ,c: L ~ J
] 116: ent .:' .:' ,r.:...::... ..:
-121;::; [ 1~ J
8 :::: I'. t n ( ::. ::: ~~. ( ;< [ 1 4J )*t!J.n(::~;[13J:i),"*
1 1 7: E' n t or:= t i). f~ t ;:.l
:J, :J. r~ (j :;. E' 1 E· !) O. 'r.. i E· :::
"~E:[4]
1 4 6: iJ. c:=· r ::. i n I: >:; [22 J - 8 ) "*:=. 1n ( >:; C;2 1 J))~~<[15J
.. =- ''':
....;. '.'' ••' !"" '-I .,,"t L. '::"'"
'c. =- n ( 2 .... r ::: *:: i r, :: ;:':; [?J) *::.in r::-:: [:::J +30) J))) -i>::-:; [4J
;:. i n ( ;:.:: [2 3 J " :; :1 .;. ::< [.:: ,'_I.J
J « [2 '5 J:;- C;:'" J[ .
..1 ,"""!"..i
6] +P-'3~:1'''''E) *;a, i n (::-:: [l:iJ :; ) ·t;:':: en
P..,.;:.:;C16J51 1: O. c;:· ( .::. c s· ( ::<. [ 1 6
] )*:=.in:;:·:;C15J)).;.::.:: [ 17 J
32: IJ.~·n(l.""(=.ln(::-::
ClEo)) *'\.'J.n C:< [15]))).,;:<[18J
51:3: 18~:1-::"; [1 :::J ~::< [
184: i.,.in 16.Z~
;:-:; [1 '3J ; >:: [20]
f"! E' t d E' J e G. (i _. ..
1 ~:::113: l.:) 0, i r, 2 ~3 ~J ~:::i
1 1 ~a: d =. r:: !l::: c ~~ E' :.1) 1E' r! .::; r,. e n 0. l::: of U (i
1 1 1: '.:) ;J, i 'i., '.:' ~'1:- -
'106: nE·>::t r'110 7': n E::: t r';1 ~) :::: d s· f';1 "~) i 1 t
THE VAKGROEP-EC1
,'..' r-"""':'
• , r- r.:;-, ..- .... 1. '.•:": ~
=' [3 J
" .,
G. ::+ =;:':; [ 15 j ; II :
1 ::: 2 : ,. F:: h i 4 = >:; ( 16 J; thr3-tiJ=;;~ [17J;r.:: h i =;:.:: [ 1ci J ; A2: I tl1UTH= ;;.\ [ 1 '3 J ; EL E ') ATI E=)'\ [20J " :
1a:3 : ., t }.j :E:' t G. t:1 ::: >:~ [21 J ; P '-J i f'1::: >:; [2 Z] ;k'J,=i:; [23J; F-'=>; [24J ; 'l. :::<::: [;2 5 J ; r::: ;::: [26 J ; 1 o. = ::< [2 7 J .. :
1 ~:: 4 : ., DE' 7" e !) 'J. ~~ i G.
bel e' n k t:. i':"! ::' n(I !,) E' r E' E' n f:·! E' t d ~'
f (I ~. ff\ 1) 1E' ~; i) i .~.
d E' r). r-' P E' l"'l d i >::!.) 0. n ":
1 ;:: 5 : "h E' ~ :} f :;:, t u dE· ~. ~~ I... ' E' r ::. 1 !J. ':;: I) (i. nP • A " r'1 • Hs· ( fl'! !J. r,::, :a 01
1 ;:; 1: " t hI;:;' t 'J. :~: :~.:, >:: [ 11 J ; I:::' h i :~; .:=-: ,:':; [ 1 ~:: J ;
1:::'3: en::!113~:::1: E'nc!.f. 5t,'?~
i n .~ E' (I. S t d i ::. r:: 1 IJ.
1 E' n .~ r. E' f' :
E' n l~' IJ. d E' o. ::. t
"******
:161: 100>J*(18~=;-·
::: [ 4 J ) .,+-;:< [2 J
164: Pt"t "165: F::!~t II
LEA 0 ~:; eRE ~,1 "166: F::l-;:' .. 10
167= F:'rt " EA::;T
16'3: F+U170: f~"'lt 2,f~.~],
6>::~f5.~:::1
171: bJrt 16.2,;:':; [1J ~ >:; [Z]
172: U-l~U
173= n",'::<T.. r"1 74: n",'::<T.· t-J175: "In h;;,t
F:: ~.. Ci '; r G. (r't 1',', G. Z 1 .j n
162 :
de \,)!J.rirJ.t:el':;n'J. 1::;. '.... 0 1-; t ,'" ~ d .:;' fini';:'~'rd;":
17 6 : II F :: t"i G. F''3E"'\. I~\ 11 ,=·n ',.iO (d1:E' E' n n i E' l.~ t.l.! ~. t-: E' lJ. di n .~ .~ E" .~ ~. I.,.! E' n " :
177= "A~=l biji j k 1n '3 ~ Ct,;-j d E' (' ::.
17:::: "::-:;[lJ=G.fl"z
17'3: "::<C2J=o.flez
" :
Fig.B3 Programma listing.
THE VAKGROEP-EC
APPENDIX C: FORMULES GEBRUIKT IN HET PROGRAMMA VAN
APPENDIX B
167
De berekening van azimuth en elevatie als funetie van de leadserewlengten is uitgebreid behandeld in [29] en [30]. Een afleiding voorde leadserew lengte east wanneer azimuth en elevatie gegeven zijn. isin [29] niet gegegeven. Deze afleiding is hier weI gegeven. Dehieronder gegeven nummers bij de formules geven de stappen van deafleiding aan. Derhalve kan het resultaat met een zakrekenmaehineworden nagerekend.
Bepaling van de leadscrew east en west stappen als funetie van
azimuth en elevatie.
Bij de berekening is gegeven:
p = 52e = 17r = 132
gradengradenem.
Ook de offsethoek B wordt bekend verondersteld.
Sia-o, ~:;: }O 0 ~ dLvali£
r~ -'jJoo -~
:1- ~/' " MeCdJ 1:-"':" r /)n-. tl)
fJ3n: tVZc/~ ( t4J1-~ tl)
3 ~~." :JI tJ/UCd>(( ¢fJ cA~ I-:J()o-f)/l~ ~,J
rJm :: a-uc~1(f/l~ f{n f goa -f) y'~ &~n )
it &~ -= CV1 Ctb"J ( /,7~ (rjJ..,. -~) Am tJm )7. c
Op het (zeer uitgebreide) programma "e filter" wordt hier niet indetail ingegaan. Zie hiervoor [37]. Alleen de voor de modificatierelevante zaken worden hier besproken.
M.b.v. het programma "c filter" worden microgolffilters ontworpen. Defilterwerking wordt verkregen door het plaatsen van obstakels in eengolfpijp. Veel gebruikte obstakels zijn irissen en posts. Dezeobstakels in een golfpijp kunnen worden beschouwd als susceptantiesen inductanties. !Wee obstakels op een afstand 1 vormen zo eenfiltersectie (cavity). Bij het ontwerpen van microgolffilters kangekozen worden tussen direct en indirect gekoppelde filters, ziefig.Dl.
I I
DiRed Ind IRe.d
Fig.D1 Direct en indirect gekoppelde filters.
In het programma "c filter" worden direct gekoppelde filtersontworpen. Voor obstakels kan gekozen worden uit symmetrische,assymmetrische irissen en centraal geplaatste posts. Ret programma "efilter" bepaalt uit de invoergegevens de zogenaamde koppelfactor K.M.b.v. deze koppelfactor worden de diameters en de onderlingeafstanden van de posts bepaald. Voor cent.raal geplaatste posts (ziefig.D2) kunnen twee equivalente circuits gegeven worden. In Fig.D2 ishet equivalente circuit gegeven volgens [43]. Voor B geldt:
B (D.l)
THE VAKGROEP-EC
0 I'U
[t]() = 0
Fig.D2 equivalente circuit van post in golfpijp volgens [43].
Volgens [37] is een betere benadering (zie fig. D3):
171
-d }h -1 Xbv
<t XCI.
o
(D.3)
M-lr---=~----_--L..-_-------jO
Fig.D3 equivalente circuit van posts in golfpijp volgens [44].
De benadering in fig.D3 is beter door in dit model ook de dikte vande posts is verdisconteerd (Xb) [44]. In bet model in fig.D2 is eenoneindig dunne post verondersteld. In het programma "c filter" wordthet model volgens fig.D3 gehanteerd. Voor Xa en Xb uit fig.D3 geldt:
Deze waarden hangen met de koppelfactor samen volgens [44]:
THE VAKGROEP-EC 172
(D.S)
(D.4)met
k" Zo lJan ~ f Ian - I -4; /¥:; !Qn-t(J. J;; f ~)- lan/~)
Zo 20 ZO
(N.B. Xa en Xb z1Jn in [43] anders gedefinieerd dan in [44]).~ is de electrische lengte tussen twee posts.
Voor ~ geldt: .1/¢ ~ :z 1l..c/~ (D.6)
met 1 de afstand tussen de twee posts, en ~de guide wavelength.
In het programma "c filter" wordt bij een gegeven koppelfactor eendiameter bepaald, zodat aan (D.2) tm (D.S) is voldaan. liit (D.6)volgt dan de afstand tussen de twee posts. Bet model uit Fig D.3 gaatop, zolang geldt:
D/A < 0,15
Wanneer D/A > 0,15 ,wordt voorgesteld [43] de centrale post tevervangen door 3 parallele posten, zoals getekend in fig.D4.
D~ ...
~I-~-t
Fig.D4 3 parallele posten in een golfpijp.
In [45] is het equivalente netwerk afgeleid. Dit is hetzelfde alsgetekend in fig.D2. Echter nu geldt:
(D.7)
Ret verschil tussen 1 post en 3 posten is dat Om een bepaalde waardevan de susceptantie B te halen, bij 3 posten veel kleinere diametersnodig zijn als bij een post. Dit is weergegeven in fig.DS en fig.D6.Rier is B uitgezet als functie van D/A (uit fig.D2)
Omdat de diameters van de posten in het geval er 3 posten wordengeplaatst kleiner zijn dan in het geval er een post wordt geplaatst,zal in dit geval (D7) ook een betere benadering zijn.
In het programma "e filter" is het ontwerp met 3 posten als voIgtgeimplementeerd:In de procedure "p design" wordt gevraagd of men een "single post",dan weI "3 post" filter wenst te realiseren. Indien voor een "Singlepost" filter wordt gekozen en de diameter van de post zo groot wordtdat niet meer geldt D/A < 0,15, dan wordt alsnog de mogelijkheidgeboden over te stappen op een "3 post" filter ontwerp. Indat gevalwordt in "p design" niet meer de subroutine "post" maar de subroutine"3 post" aangeroepen. Ret equivalente netwerk model van "3 post" isin "e filter" geimplementeerd door te stellen:
(D.8)
In "e filter" is "p design" gemodificeerd, en er is een procedure "3post" aan toegevoegd. Ook de tekenprocedure "element" is aangepast omhet gerealiseerde 3 post filter te kunnen tekenen. Een listing vandeze gewijzigde programma onderdelen is hieronder gegeven.
