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中星9号卫星接收数据分析           ★★★ 【字体:
中星9号卫星接收数据分析
作者:imefan    文章来源:曾文明    点击数:    更新时间:2009-4-16    

  这次测试中九直播收视,动用手中5面偏馈天线收集了些收视数据,数据是用同洲N6188中九专用机测试的,高频头用的是同洲套站的CL11RA。收视地点,东径104°、北纬29.4°四川中部,中星九号(中九)54dBw场强等值线区域内。一般来说只是普通收视报告数据。需说明的是原收视文章0.35m视频天线信号质量是33%,后期打磨天线面和高频头支架位置信号质量提高了1%,就以信号质量34%为标准值。
  从信号质量经验上看前三面天线应属同一档次,0.10m口径差值信号质量差值都是4%。需说明的是0.55m中卫天线是出口型天线,早就试收感觉精度较好,与某厂0.60m天线相当;同洲CAK45-PW天线是同洲CAK45-PW是深圳市同洲电子股份有限公司针对中国直播卫星项目开发的卫星电视接收天线,是中九同洲套站用天线,初次使用第一感觉是外观漂亮,设计合理,实收效果、精度感觉到都不错。后两面天线质量要差些也是常规经验判断,0.55m天线与0.75m天线口径差值0.20m,信号质量差值仅3%与前面天线径差信号质量太多,至于差多少,天线效率有多高很难凭经验判断,这后两面也是正厂天线,天线差点效率应该有60%才合常理是一般判断。还有同洲N6188信号质量与帝霸901信噪比的关系,就是说信号质量1%相当于信噪比多少,也值得探讨,以方便以后收视作较科学的判断。这些年我一直认为信噪比显示的分贝(dB)值与天线分贝、载噪比(C/N)分贝近似,这次动用几面天线测试以准备再次厘清,有这个想法就产生了本文《中星九号直播卫星测试数据验证分析报告》。据天线增益数据加上后初步分析,假定这些天线的效率为70%,这5面天线在该效率下的天线增益值,设定前三面天线效率为70%,信号质量、天线增益值,0.35~0.55m天线径差增益、信号质量来求取之间的等值关系,(35.22-31.74)÷(42-34)=0.435(dB),即信号质量1%相当于天线增益0.435dB,这只是初步收视假设推论计算结果,还得继续收视验证这一最初数据。0.35-0.45-0.55-0.35m天线增益级差值分别是1.78-1.70-3.48dB,这些天线增益级差以备后分析用。
  为了准确获得测试数据,再次复测已是获得数据一月以后的事情。这次要厘清信号质量—信噪比—天线增益三者间的关系,其方法是用这看似三面精度相当的天线,同一只圆极化高频头,收视中九直播和天浪直播的圆极化信号,其理由都是圆极化信号且频点接近,中九用ABS信号、天浪用DVB信号传送邻星干扰少。用三面天线径差信号质量—信噪比—天线增益取得其间关系值,这个值原理上是数学上等值关系来导取。这里级差天线增益与天线效率高低无关,天线效率相等,级差相等、增益相等论,“借用”级差增益值达到验证级差信噪比的目的。
  用这3面精度接近的天线都在适当位置精心调试对准中九,选用了一只刚收到经测试是我手中4只中九头最好的,同洲CL11RA改进型圆极化高频头,此高频头也是同洲为中九直播开发设计的配套专用中九圆极化高频头,噪声系数≤1.3dB无水分。同洲中九专用头波导管腔中的极化片用料设计精良,与有机玻璃极化片比高出0.5~0.8dB。这只高频头与其它中九专用高频头对比测试,信号质量要高2~3%,达精选O.S 22M及台扬AP8双本振线极化高频头品质水平,可称中九专用头精品,其它中九头0.35m天线本地收不下122°E右旋天浪直播,否则动用O.S 22M、台扬AP8双本振来虚拟收视中九,需用DVB-S、ABS-S功分联机工作,DVB-S机设置22K开关保障10600MHZ本振工作正常,工厂码修改中九机参数来测试完成。用这只同洲高频头在无云天气下短时间测完3面天线中九直播的4个频点,又用这3面天线转向收视天浪直播4个频点,0.35m天线天浪最后一个频点还是没法过门限,最后只取天浪前3个频点数据。多频点测试目的是得到更多的测试数据有较多的比较。也复测了0.75m、0.90m天线中九收视,11840频点分别是47%和50%。
  天线换用高频头后中九直播信号质量有所等值提高,但天线0.10m级差信号质量4%并没有改变。天浪直播收视数据,0.35-0.45m天线频点信噪比差值依次为1.75-1.75-1.70dB,平均值是1.73dB;0.45-0.55m天线频点信噪比差值依次为1.8-1.75-1.8,平均值是1.78;0.35-0.55m天线信噪比平均值是3.51dB,即以上两信噪比平均差值之和。把以上天线级差信噪比平均值与对应天线信号质量、天线增益级差例。
  此项目的是寻找信号质量—信噪比—天线增益间的换算值。信号质量—信噪比的换算:0.35~0.55m数据对比分析中误差最小,选中此项,即信号质量1%等值于信噪比(3.51÷8=0.43875dB)的实测数据,保留2位小数即可同洲N6188信号质量1%等值于帝霸901信噪比0.44dB。天线增益—信噪比的换算值:这三面天线级差实收信噪比—设定天线增益误差都很小(此误差放在天线效率讨论),以此认定天线增益分贝与实测信噪比分贝是等值关系应当没有争议,这样的测试,有条件都可以验证。
  数据分析验证了信噪比与天线增益间的等值关系,帝霸901信噪比分贝等同于天线增益分贝特理量有了结论,多年的近似值得到了等同值验证结果,帝霸901的信噪比完全可当载噪比值(C/N)直接应用,其门限与载噪比门限值也接近。同洲N6188信号质量1%等值于信噪比采用实测数据0.44dB直接应用,也可以说就是0.44dB,与初步推论(0.435dB)也相当接近。一次中九直播与天浪直播收视分析,卫星收视器材是普通卫星天线和ABS-S、DVB-S接收机,业余条件下当测试仪器应用结果,原理就是数学上的等值替换法在卫星收视中的一种推理应用。
  笔者这些年关注卫星收视技术,总想在业余条件下完成较为专业的测试工作,今天不妨把上面的分析验证结果推广应用,试一下业余条件下测试这五面卫星天线效率和验证有关收视理论中的载噪比(C/N)值,其中C/N值涉及场强、门限、天线增益等卫星收视专业技术参数,也可间接验证上述有关的技术测定推论的准确性。通常在业余条件下,测试天线效率(增益)用以下两种方法:方法①用已知天线效率(标准天线)、推测另一天线(测试天线),这两天线同收一个卫星频点,用两天线的信号品质换算成天线增益分贝值,计算即可求出测试天线的增益(效率);方法②用测试天线收视得到信号质量(信噪比)换算成C/N值查表来求取天线增益估测值,但C/N值涉及接收门限、LNB噪声系数、场强、环境噪声等都会影响天线效率计算的正确值,只能得到大概的估测天线增益。
  三面天线分析中发现,信噪比实收两位小数的显示,可反映这三面天线微小的增益差值,相板信号质量就不能显示微小差值。看对比差值,这三面天线效率相当接近但也存在很小的增益差距。仔细笔对对比误差项,0.35-0.55m天线信噪比(实收)与设定增益(70%)误差最小(+0.03dB),说明这两面天线的效率最接近。再对比0.35-0.45-0.55m对比误差(-0.05dB)-(+0.08dB),明显是0.45m天线增益略低一点,如果0.45m天线实收信噪比提高0.05dB、0.55m天线信噪比低0.03dB,这三面增益(效率)相等。在这里用天线效率差值无法证明这些天线效率的真实高低,只能设定评审方法来判断天线效率。
  实收信号质量,其实是间接代表了各天线收视的C/N值,也反映了天线效率在收视中的差别。知道了数字接收机信号品质能换算成实用分贝值,用实收信号品质数据,再计算天线效率(增益)就不再是难事。只要设定一面天线的效率标准,用此天线的级差增益与其它测试天线实收级差信号品质比对,测试天线的增益(效率)简单计算就可得到。天线等级是这样划分的,效率70%(优)、60%(良)、50%(合格)。下面试用设定评审方法来鉴定这些天线的品质。0.35-0.55m这两面天线效率最接近,就从这里开始。二次设定0.35m天线效率为70%为基准试计算这五面天线的效率和增益,看看计算的结果是否符合情理就知道了(计算过程略)。
天线效率级差增益是这样计算的:80-70-60-50%、0.58-0.67-0.79dB。
0.35m天线设定效率70%,天线增益31.74dB。未打磨前天线效率63.43%,天线增益31.30dB。
0.45m天线实际效率经计算为69.25%,天线增益33.47dB。
0.55m天线实际效率结计算为70.52%,天线增益35.25dB。
0.75m天线实际效率用上方法①0.35m为标准天线,天线效率53.04%,天线增益36.58dB。
0.90m天线与0.75m天线使用多年,早就多次测定过这两面天线信噪比差值为1.5dB中九直播收视信号质量在3~4%间属正常显示值,就以此来计算天线效率。经计算0.90m天线效率为50.13%,天线增益38.08dB。多年以来今天才真正弄清了这两面天线的实际效率和增益,在天线等级中只能算合格产品,与以前估测和常理判断天线效率差了10%左右。如果这两面天线效率能达70%,收视中九直播还可稳定提高信号质量3%。
  以上是笔者设定评审计算结果,却较真实反映了这些天线的品质,应当都满意,好的是优级品,低的在合格品内。后两面天线实测与厂商宣传提供天线增益参数少了2dB左右。
  知道了同洲N6188信号质量1%等值于0.44dB,用以下方法,还可计算门限、载噪比(C/N)值,下例计算采用以上数据其理由是高频头增益适中,这只同洲中九头比百昌、高斯贝尔信号质量要高1%,双比后来那只同洲头L极化信号质量差2%。
  同洲N6188门限C/N值:同洲N6188门限信号质量实测为12%,0.44×12=5.28dB,该机在FEC=3/4时,其信号门限值为C/N=5.28dB,与帝霸901门限差不多,低于国际标准C/N=6dB的门限值,但画质优于帝霸901。
  0.35m天线实际收视本地中九场强44dBw的C/N值:本地0.35m天线实收信号质量34%,0.44×34=14.96dB,本地0.35m天线实收中九直播卫星C/N=14.96dB,已超过一般广播收转C/N=14dB水平级别。
  0.35m天线门限余量:0.44×(34-12)=9.68dB,0.35m天线本地门限余量为9.68dB,如果换用高频头,门限余量升到10.56dB。
  为了验证以上计算的可行性,特地摘录了合符中九直播场强等值线KU波段天线直径与场强及C/N的关系列表,以验证以上实收计算的正确性。采用DVB-S制计算出来的。中星九号直播卫星采用的是ABS-S制式数字信号压缩传送,其门限比DVB-S低1.5~2dB。笔者本地中星九号场强是54dBw,查表应按56dBw值查询,可以看出0.35m天线实收C/N=14.96dBw与0.34m、C/N=14dB计算值误差约(+0.8dB),说明本地中星九号直播卫星落地场强确有54dBw,也间接再次验证了上面推理计算结果的正确性。
  实际收视也作过简单验证,用0.35m天线收视中九,用边料地砖挡去天线大部分,这时信号质量还在门限上(16%),验证表明本地小于0.20m天线可过门限,查询本地门限值天线最小0.15m。
  最后剩下这三面天线设定70%真实效率讨论,能否达此标准来研讨,以前也对天线效率讨论过,能达70%效率天线是优质品不多见。以上设定评审天线方法有一定的说服力。这里再用0.35m天线实收C/N值来讨论:0.35m天线本地C/N=14.96dB,这里天线效率70%、LNB1.30dB、接收机门限5.30(5.28)dB,笔对天线效率、门限误差要扣除约1.40dB,实际C/N=13.56dB与表误差约(-0.40)dB,换用中九头实际C/N=14.44dB,这些实收C/N值与理论计算值误差在小数级别应当信。天线效率讨论过,场强相信本地应有54dBw,唯一没讨论过LNB噪声系数,用高频头属中等货,手中4只中九头上差信号质量2%,下差1%,悬殊1.30dB之多,换算成天线效率就是18%的差距(天线效率50~70%间),可见高频头品质的选用与要求同卫星天线精度是一样的重要,对C/N值的影响一样不亚于天线效率,能真正达LNB 100°K(1.29dB)噪声系数标准算优质品了,那些标准称噪声系数0.50dB的高频头水份太重。笔者认为,以上多种方法客观公正全面验证了这些天线效率,虽然是业余级别水平,最简单的收视设备,供参考的可信度还是较高的,是业余条件下较佳的测试方法之一。
  笔者卫视收视多年,初期过于相信厂商提供的参数,初次用0.75、0.90m天线推测信噪比与天线增益值是这样换算的(1.8:1.5=1.2:1),忽略了天线效率不等出了偏差认为信噪比值偏小天线增益值,参照天线效率估测偏高,导致推测其它天线增益出现误差偏大后果。今天重新评审使用中2.40m网状极轴天线的效率,多次与上面0.75m、0.90m收视对比过,信噪比多出7.50dB、6.00dB,今天来计算这面2.40m网状极轴天线的KU增益是(38.08+6.00=44.08dB),查表得知相当于1.83m天线50%效率的天线增(44.22dB)水平,这面正馈天线使用感觉一直不错,很多2.40m天线KU效率只有0.90m偏馈天线水平。从使用帝霸901至今已5、6个年头,其实这期间一直在探讨信噪比的问题,今天才得到圆满答案,在业余条件下花了不少时间,走了一个漫长的艰辛探寻之路。就这次数据分析报告,并不是一次复测就完成了,中间长达一月以上,并非一帆风顺。四川冬季要找好天气不容易,天气不好天线前方漂浮不定的云层影响测试数据;在楼顶测试地点选址也重要,其间也遇到天线换位置后,信号质量总是误差1%,分析原因在于受通讯微波干扰造成,只得寻找干扰最小的同一地点重新测试完成;在本文数据分析时由于方法不正确也曾一度中断过,分析笔对、资料整理也相当花时间。收视圆极化波线极化高频头免不了极化片,笔者非常关注这方面的研究,想用插拔极化片来验证信号质量1%与信噪比间的关系,却因线极化腔体及极化误差诸多原因,导致系列数据不一误差太大无法采用,耗了不少时间。但对KU圆极化高频头有了全面深入了解,也获得了有关极化片测试的宝贵数据,对极化片设计、制作、选料都重新作过研究验证,用0.55m天线实测极化片增益,不同品牌高频头收视中九信号质量6~9%,收视天浪信噪比2.5~3.4dB。
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