Новый метод тестирования приемников спутникового ТВ и конвертеров с помощью генератора R&S SLG
Такие термины, как коэффициент усиления, коэффициент шума, подавление комбинационных составляющих, являются привычными при тестировании спутниковых приемников и малошумящих блоков преобразования (спутниковых конвертеров) обычным измерительным оборудованием и с применением стандартных методов тестирования. Но даже в этой области цифровые технологии все больше заменяют аналоговую схемотехнику.
Вместо привычных приемников используют для приема сигналов в L-диапазоне устройства следующего поколения, входные каскады которых работают на основе широкополосных АЦП. Переход на новую технологию обработки требует применения новых методов тестирования. Многие спутниковые компании планируют использовать полную или частичную нагрузки канала для тестирования приемников и конвертеров. При этом эффективным решением являются цифровые многоканальные генераторы сигналов типа R&S SLG.
Спутниковые конвертеры и спутниковые приемники всегда строились по супергетеродинному принципу. Малошумящий спутниковый конвертер преобразует, например, сигнал из диапазона Ku в диапазон L. Спутниковый приемник ТВ или приставка конвертируют сигнал из L-диапазона на промежуточную частоту, где происходит основная фильтрация и декодирование сигнала. Тестирование таких приемников отлично выполняется с использованием стандартного измерительного оборудования: анализатора цепей для измерения коэффициента передачи и согласования, анализатора спектра для тестирования подавления “зеркального” канала и комбинационных частот третьего порядка, обнаружения внеполосного излучения, источника шумов при измерении коэффициента шума. В качестве тестового сигнала применялся сигнал в виде немодулированной несущей. Модулированный сигнал применялся только для тестирования декодера. Тестовые испытания с полной нагрузкой диапазона были практически невозможны из-за высокой стоимости оборудования, так как для каждого канала требовался отдельный модулятор и преобразователь частоты на L-диапазон.
В настоящее время ситуация меняется принципиальным образом. В спутниковых приемниках и внешних модулях аналоговая часть с супергетеродинным преобразованием заменяется модулями с АЦП (дискретное преобразование). При этом становится возможным непосредственно формировать спутниковый сигнал на ПЧ. Промежуточная частота спутникового сигнала обычно находится в диапазоне 950–2150 МГц, т.е. в диапазоне L. Но есть случаи, когда частота сигнала начинается на 250 МГц и доходит до 3000 МГц. Новые приемники способны проводить дискретизацию части диапазона в полосе до 1000 МГц. Эта технология известна как захват всего диапазона (Full-Band Capture). Выбор канала для декодирования выполняется методами цифровой обработки сигналов. Преимущества такого метода очевидны: применение меньшего числа аналоговых компонентов означает меньшее отклонение параметров, лучшее согласование и уменьшение габаритных размеров. Коммерческая доступность АЦП делает такой метод построения приемников более эффективным (см. рис. 1).
Но приемники с прямой дискретизацией сигнала требуют других методов измерения и тестирования. Тестовое аналоговое оборудование не позволяет оценить цифровое преобразование сигнала ПЧ. Поэтому такие параметры, как коэффициент усиления, ГВЗ, НГВЗ, должны оцениваться через другие измерения. При использовании аналогово-цифрового преобразования очень важно провести анализ по всему динамическому диапазону принимаемого сигнала. Измерения при помощи одной несущей немодулированного сигнала или при помощи сигнала с полосой, меньшей, чем общая полоса частот принимаемого сигнала, не могут быть точными и адекватными, так как на входе приемника может оказаться сигнал не одного, а нескольких каналов. Многие современные конвертеры могут работать во всем частотном поддиапазоне. Следовательно, приемник должен тестироваться с полной загрузкой преобразователя, при максимально правдоподобном моделировании спутникового сигнала на его входе. Прежние методы, использующие одно несущее колебание с моделированной общей суммарной мощностью, могут приводить к неверным результатам.
Операторы сетей связи применяют большое число различных систем и методов формирования различных сигналов с использованием большого количества формирующих устройств для проверки нагрузочной способности спутниковых ретрансляторов (преобразователей). Не всегда возможно в реальной обстановке, с применением узконаправленных антенн получить на входе конвертеров различные мешающие сигналы с соседних транспондеров. Для тестирования малошумящих усилителей, преобразователей и спутниковых приемников компания Rohde & Schwarz разработала новую стратегию тестирования. Данная технология позволяет моделировать загрузку ретранслятора в полосе до 500 МГц на одном устройстве. А при использовании нескольких устройств возможно перекрытие всего L-диапазона. Тесты выполняются с использованием различных профилей нагрузок для моделирования различных загрузок ретранслятора в реальной спутниковой сети телевещания (см. рис. 2). Профили нагрузки выбираются таким образом, чтобы создать воздействие на аналогово-цифровой конвертер сигналами с различными параметрами для точного определения того, как в приемниках и малошумящих усилителях будет меняться качество сигнала в реальных условиях и при каких условиях обеспечивается максимальный уровень MER и низкая вероятность ошибки. Ожидается, что производители оборудования будут в будущем все больше применять данную методику с применением профилей загрузок.
Для проверки работоспособности и обмера оборудования важной задачей в рамках данной методики тестирования является формирование достаточно большого количества модулированных сигналов, получаемых с ретрансляторов. До последнего времени были доступны два различных способа, но каждый имел технические и экономические недостатки. Первый способ заключается в использовании большого числа спутниковых ТВ-модуляторов, которые обычно используются для Uplink (подачи сигнала на спутник) с последующим объединением их выходных сигналов. Но при таком способе сложно проводить конфигурирование тестовой системы и ее калибровку, так как это требует наличия большого количества модуляторов, занимающих значительное пространство и потребляющих значительную мощность. Другой вариант построения тестовой системы состоит в использовании генератора сигналов произвольной формы, формирующего сигнал в достаточно широком диапазоне частот. Но и в этом случае остается непростой задачей формирование подходящего файла квадратурных IQ-отсчетов, моделирующих колебания для большого числа спутниковых ТВ-ретрансляторов. Даже незначительное изменение конфигурации требует создания нового файла отсчетов колебания, что делает данный способ недостаточно гибким в использовании. Применение многоканального генератора сигналов нагрузки спутникового ретранслятора R&S SLG позволяет значительно упростить эту задачу. Генератор может одновременно формировать до 32 каналов спутникового ретранслятора. Для каждого канала могут быть заданы определенные величины символьной скорости, параметры помехоустойчивого кодирования, частота и уровень. При формировании до 16 каналов в них могут передавать видеосигнал в реальном масштабе времени. Также есть возможность сформировать единый реальный канал передачи в полосе до 500 МГц.
Пример системы тестирования показан на рис. 3. Генератор R&S SLG формирует модулированный сигнал в диапазоне частот 250–3000 МГц в полосе 500 МГц. Различные профили нагрузки канала сохраняются в генераторе как параметры конфигурации и затем могут вызываться последовательно для создания различных моделей формирования канала.
При тестировании приемников сигнал с выхода генератора непосредственно подается на тестируемое устройство. Приемник анализирует и отображает вероятности ошибки BER или количество ошибочных пакетов в единицу времени.
С использованием системы тестирования видеосигналов R&S VTx можно анализировать качество сигнала HDMI™ на выходе приемника.
Для тестирования блока малошумящего усилителя (МШУ) сигнал заданного профиля нагрузки на выходе SLG сначала преобразуется с помощью UP-конвертера в заданный спутниковый диапазон и подается на тестируемое устройство. Тестируемое устройство формирует спутниковый сигнал на ПЧ, который или измеряется векторным анализатором сигналов типа R&S FSW, или может декодироваться эталонным тестовым приемником. Эталонный приемник выдает величину вероятности ошибки BER и другие параметры демодулированного сигнала. Используя персональный компьютер для управления, можно автоматизировать проведение тестов, а также сохранять результаты тестирования.
Многоканальный генератор сигналов R&S SLG является очень удобным источником сигналов, так как он требует гораздо меньше пространства, излучает меньше тепла и шума, чем 16 или 32 отдельных модулятора. Сохраненные профили нагрузки могут быть просто вызваны для последующего использования. Также можно выборочно ухудшить качество сигнала, наложив на него аддитивный белый гауссовский (AWGN) или фазовый шумы (см. рис. 4). Этот функционал позволяет использовать R&S SLG для более глубокого анализа предельных характеристик спутниковых приемников с прямой дискретизацией сигналов. Особенно это касается случая тестирования приемников на соответствие спецификации по фазовым шумам.
Новое поколение входных каскадов с прямой дискретизацией сигналов сильно изменило процесс проектирования спутниковых приемников. Цифровые многоканальные генераторы сигналов R&S SLG позволяют пользователям экономить рабочее пространство и использовать технологическое преимущество при тестировании новых приемников так же тщательно, как и при тестировании прежних супергетеродинных приемников.
