RRL 83
ELE
TECHNISCHE HOGESCHOOL EINDHOVEN AFDELING
DER ELECTROTECHNIEK
VAKGROEP TELECOMMUMICATIE
EC
SMALBANDIGE COMMUNICATIE VIA GEOSTATIONAIRE SATELLIETEN VOOR RURALE GEBIEDEN, B.V.IN ONTWIKKELINGSLANDEN
door
P.A.M. HERMANS
Verslag van afstudeerwerk uitgevoerd in de periode november 1982 tot november 1983 Afstudeerhoogleraar: Prof. Dr •.J.C. Arnbak Begeleider
Ir. J. Dijk
De Afdeling der Elektrotechniek van de Technische Hogeschool Eindhoven aanvaardt geen verantwoordelijkheid voor de inhoud van stage- en afstudeerverslagen.
SAMENVATTING
In dit verslag worden enkelkanaal draaggolfsystemen ("Single Channel Per Carrier" systemen, kortweg SCPC) voor satelliettransmissie en de mogelijkheden voor toepassing besproken. Deze toepassingsmogelijkheden liggen o.a. in dun bevolkte rurale gebieden van ontwikkelingslanden. Allereerst wordt de situatie waarin ontwikkelingslanden verkeren bekeken. Een relatie wordt aangetoond tussen de economische activiteit van een ontwikkelingsland en de mate waarin een telecommunicatienetwerk, als onderdeel van de infrastructuur, aanwezig is. Vervolgens wordt ingegaan op de planning van telecommunicatie netwerken in rurale gebieden. Bekeken wordt welke systemen wanneer het beste kunnen worden toegepast. Dit gedeelte van het afstudeerverslag is in het Engels gesteld. Bet blijkt dat genoemde SCPC systemen bij uitstek geschikt zijn voor toepassing in dun bevolkte gebieden. Deze SCPC systemen worden nader beschouwd. Allereerst wordt ingegaan op eisen, ten aanzien van faseruis, waaraan de oscillatoren in deze SCPC verbindingen moeten voldoen. De opbouw van het telecommunicatiesysteem, waarmee de SCPC experimenten zijn uitgevoerd, wordt beschreven. Ingegaan wordt met name op de ontvanger, de driemeter antenne en het ontwerpen van microgolffilters. Ook worden linkbudget berekeningen gegeven. De communicatie experimenten, verricht via de Orbital Test satellite (OTS) met SCPC apparatuur, welke door Philips Telecommunicatie Industrie hiervoor ter beschikking is gesteld, worden besproken. Tenslotte wordt aandacht besteed aan de vraag of transmissie van TV beelden mogelijk is in een halve transponderbandbreedte van de Indonesische satelliet, de Palapa, en worden conclusies en aanbevelingen gegeven.
I~THOUDSOPGAVE
TABLE OF CONTmJTS /
INLLIDING , r
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
1. SOC TAL IMPACT OF TELECOMMUNICATIONS FOR DEVELOPING COUNTRIES. • • • • • • 1.1 CLASSIFICATION • • • • • • • • • • • • • • • 1.2 Characteristics of developing countries. 1.2.1 Population • • • • • • • • 1.2.2. State of health • • • • 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 areas 2 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 areas 2.1.3 Research into the telecommunication services that are required. • • • • • • • • • ••••••••• 2.1.4 Research into the quality of the telecommunication se 2.1.5 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. 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.
1 3 3 3 5 5 6
8
10 10 11 11
IS 15 16 18 20 20 20 20 21 22 22 29 35 36 37 37 37 37 38
<
38 39 40 41 45 45 45 46 48 48 48 49 49 52 55 55
55 57 61
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 TRANSPONDER BANDBREEDTE 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 GEMETEN FASERUIS SPECTRUM • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • APPENDIX B:COMPUTERPROGRAMMA VOOR DE BESTURING VAN DE 3 METER 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 VAN APPENDIX B • • • • • • • • • • • • • APPENDIX D: MODIF ICATIE "c FILTER".. • • • • • • • •
63 63 65 67 69 70 70 73 73 74 75 80 81 84 84 86 87 89 89 91 91 93 93 95 104 104 105
106 108
111
III 116 119
127 131 133 138 138 139' 140 141 143 144 144 151 156 159 161 161 161 162 167 170
Symbolenlijst Voor het eerst genoemd in breedte van een golfpijp transponder aanduiding automatic frequency control automatic gain control amplifier (versterker) susceptantie hoek tussen noord-zuidlijn en antenneas verschilhoek bandbegrenzing voor C
A
A2, A4 AFC AGC ANP B
6B B c4
4
BER Bif
bit error rate (foutenkans) midden frequent bandbreedte
B
Ius bandbreedte van de draaggolf terugwinningslus eouivalente ruisbandbreedte
l
B
n
BO.
4.2
4.7 4.7 4.7 app. D
4.5 4.5 3.4 2.2.8
3.4
input backoff
J.
C ,C ,C ,C 1
4.8
2
CCITT
3 4
constanten
Commitee Consultativ International de Telephone et Telegraphy signaal/ intermodulatie vermogens C/IM verhouding signaal/ruis verhouding op de C/Ndo downlink signaal/ruis verhouding aan de ingang C/N in van het meetfilter 5.2 C/No signaal/ruisdichtheid verhouding 2.2.8 C/No spec. Te specificeren signaal/ruis dichtheid verhouding 3.3 signaal/ruis verhouding na meetfilter 5.2 C/N out C/NR totale signaal/ruis1verhouding 6.5 signaal/ruis verhouding op de uplink 6.5 C/Nup D diameter: antenne 4.5 post 4.8 genormeerde diameter van eRn uost 4.8 D/A differentially encoded quadriDE-G.PSK phase shift keying 2.2.8 dubbel zijband DZB 4.6 Eb energie per bit 3.3 Eb/No energie per bit/ ruisdichtheid 3.3 EC vakgroep Teleco~municatie 4.8 ECS European Communication Satellite 4.5 EHF extremely high frequency 2.2.7 EIRP effective isotropic radiated power 2.2.8 ET vakgroep theoretische electrotechnieK 4.8 EZB enkel zijband 4.6
FDr-1A
flo f pil f qpsk 6f G G
a
GNP G
sg
freauency division multiple access freauentie van de local oscillator
2.2.8
frequentie van de piloot
5.5
freauentie van een SCPC
draaggolf
freauentie drift versterking antenne winst
4.5 5.5 5.6
4.6 4.5
gross national product (bruto nationaal 1 •1 product ) antenne winst van de standaard gain hoom 4.5
LW
antenne winstl systeem ruistemperatuur van ontvangstation (kaIakteriserende parameter voor grondstation ) high frequency overdrachtsfunctie intermediate frequency International Telecommunication Union constante van Joltzmann koppelfactor vrije ruimte demoing + atmosferische verzwakking afstand tussen twee posts The Indonesian National Institu$a of Aeronautics and Space leads crew east low noise amplifier local oscillator leads crew west
M
correctiefac~or
N
ruisvermogen numerieke grootheid ruisfactor
4.6
ruisvermogen van de uplink ruisvermogen van de downlink output backoff orbital test satellite foutenkans t.g.v. cycleslipping
6.5 6.5 6.5 inleid. 3.3
te specificeren waarde
3.3
gemeten vermogen
4.4
intermodulatievermogen van de derde orde producten vermogen van de piloot
5.5
uitgezonden vermogen
5.1
G/T HF H(w) IF ITU k K
L 1
LAPAN LE
LNA L. O.
N
f N1
N2
OBO OTS P ecs P ecs spec P gem
P. 1m P pil P
t PTI • twt CiP P1 ,P2
"
C;PSK
r
Re"
4.6 2.2.5 3.2
4.7 2.1
4.9 app. D 6.5 app. D inleid.
4.5 2.2.8 5.1
4.5 3.3
6.5
4.6
5.5
4.1 Philips Telecommunicatie Industrie door de !WT geleverde vermogen 4.4 4.2 vermogensverschil gemeten vermogens bij ~jking kruiskoppelaar 4.3 5.1 quadri-phase shift key1ng app.]) straal van een post 6.5 radio (audio) carrier power
Rs Rx S SCP SCPC SHFloop SPADE
S~(w)
bitsnelheJd receiving side signaalvermogen SCPC carrier power single channel per carrier translatorloop single channel per carrier PCM multiple access demand assigned equipment
3.2 4.7 6.3 6.5 inleid.
5.4
y
faseruisspectrum van het aan de demodulator aangeboden signaal faseruisspectrum van de LO in de upconverter fase~~ispectrum van de LO in de downuonverter faseruispectrum van de LO in de sa telliet antenne temperatuu. television carrier power time domain multiple access timing and frequency unit Technische Hogeschool Eindhoven intermodulatie vermogen omgevingstemperatuur (293K) two state transisto~ logic travelling wavetube transmitting side very high frequency voice channel unit voice operated sWitLh signaalspanning ruisspanning display aflezing leads crew east inductanties display aflezing leadsrew west
[
RS/Bl
1
rendementsfactor 1 +~ dem~ingsfactor van een PLL verhouding tussen
S~UfI( w)
Stdo( w) ~(w)
Ta TCP TDMA TFU THE
1M To
TTL TWT Tx VHF VCU VOX Vs Vn X
Xa,Xb
~
t
~
"1\
),~ V'l.
G""~
(f~~\ t cr~Ph
(j('"
,~do
Gt",,·
~ur
~
3.3
3.3 3.3
3.3 4.6 6.5 2.2.8 4.7 inleid.
5.5 4.6 5.4 4.3 4.7 2.2.3 4.7 2.2.8 5.4 5.4 4.5 app.D
4.5 3.3 4.5 3.3 3.3 3.3
THE VAKGROEP-EC
o
1
INLEIDING
Satellietcommunicatie is in de hedendaagse westerse wereld niet meer weg te denken. Via satellieten kan men tegenwoordig practisch ieder land in de wereld bereiken. Mede dankzij satellieten wordt nieuws uit de gehele wereld overgezonden, zodat men's avonds in nieuwsuitzendingen televisiebeelden uit verre landen kan bekijken. In ontwikkelingslanden ligt die situatie duidelijk anders. Naast grote financiele problemen, waarin deze landen verkeren, en de grote voedseltekorten, zijn zij vooralsnog verstoken van moderne telecommunicatiemiddelen. Zelfs een telefoonnetwerk is nauwelijks aanwezig. Heden ten dage wordt verondersteld dat economische activiteiten en de gemiddelde levensstandaard in ontwikkelingslanden te stimuleren zijn door infrastructurele verbeteringen. Daarbij neemt de aanleg of uitbreiding van een telecommunicatienetwerk een belangrijke plaats in. Economische bedrijvigheid kan efficienter worden opgezet; afspraken kunnen beter en sneller worden gemaakt wanneer er telefoons aanwezig zullen zijn. Deze infrastructurele verbeteringen kunnen gewoonlijk ten goede komen aan alle lagen van de bevolking. Introductie van satellietcommunicatiesystemen kunnen hier voor moeilijk toegankelijke gebieden voordelen bieden. Vaste netten behoeven niet te worden aangelegd, alleen de eindpunten (grondstations). In dun bevolkte rurale gebieden zal niet veel telecommunicatieverkeer plaatsvinden. Derhalve zijn satellietcommunicatiesystemen, waarbij per draaggolf slechts een telefoonkanaal wordt overgezonden, uitermate geschikt. In de vakgroep Telecommunicatie van de Technische Hogeschool Eindhoven wordt o.a. onderzoek verricht aan het microgolf radiokanaal en de bijbehorende apparatuur. Met deze apparatuur wordt ervaring opgedaan in nagebootste bedrijfsomstandigheden. Zo beschikt de vakgroep Telecommunicatie over een eigen grondstation, waar meerdere antennes staan opgesteld. Vanuit dit grondstation worden lusmetingen verricht met de nog tot dec. 1983 in bedrijf zijnde Europese "Orbital Test Satellite", kortweg OTS. Ingeval van lusmetingen is de radioweg: Grondstation THE - OTS - Grondstation THE. Ook met in bruikleen verkregen enkelkanaal draaggolfsystemen ("Single Channel Per Carrier" systemen, kortweg SCPC systemen) zijn lusmetingen verricht. verricht. Hiertoe is de SCPC apparatuur opgenomen in het telecommunicatiesysteem van de vakgroep. Daarmee is praktijkervaring opgedaan met SCPC systemen en kleine grondstations voor ontvangst in rurale gebieden. Als laatste stap hoopt de vakgroep de met de SCPC opgedane praktijkervaring te toetsen in een ontwikkelingsland, door een experimenteel grondstation in te richten, uitgerust met SCPC apparatuur. In eerdere telecommunicatieprojecten die de vakgroep telecommunicatie heeft gerealiseerd zijn contacten gelegd met "The Indonesian National Institute 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 van transpondercapaciteit (inclusief frequenties) hoopt Indonesie deze satelliet optimaal te kunnen benutten en ook de rurale gebieden met behulp hiervan te kunnen ontsluiten. Op verzoek van LAPAN is bestudeerd of transmissie van TV beelden in een halve transponderbandbreedte kan plaatsvinden.
THE VAKGROEP-EC
3
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 countries 2.Deve10ping countries: middle income countries 3.0i1 exporting countries 4.Capita1 surplus oil exporting countries 5.0i1 tmporting developing countries 6.Industria1ized countries 7.Countries with centrally planned economies These classes are partly overlapping. Low income countries are countries with a Grand National Product (GNP) per capita of less than $360(1978 U.S.Do11ars). Middle income countries are defined as countries 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. Table 1.2 shows the Oil exporting developing countries, the capital surplus developing countries, the Industrialized countries and the centrally planned economies.
THE VAKGROEP-EC
,
4
'e countries 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 'l6 "7
6 6:::
63 64 ~ 65 TL 66 Jor
Table 1.1 Low and Middle Income countries
Malaysia Jamaica Lebanon Korea. Rep. of Turkey Algeria Mexico Panama Taiwan Chile South Africa Costa Rica Brazil Uruguay Argentina Portugal Yugoslavia Trinidad and Tobago Venezuela Hong Kong Greece Singapore Spain 'rael
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. Industrialized countries: Austria, Belgium, Canada, Denmark, Finland, France, Fed. Rep. of Germany, Iceland, Ireland, Italy, Sweden, Japan, Luxembourg, The Netherlands, New Zealand, Norway, Switzerland, United Kingdom, United States. Centrally planned economies: Albania, Bulgaria, China, Cuba, Czechoslovakia, German Democratic Republic, Hungary, Democratic Republic of Korea, Mongolia, Poland, Romania, USSR. Table.1.2 Oilexporting,Capital Surplus Oil Exporting Countries Industrialized Countries and Centrally planned economies [1]. 1.2 Characteristics of developing countries Attention will be focussed on developing countries, both middle and low income countries. Considered will be: Population, Health, as expressed in life expectancy at birth in years, Education, as ex'pressed in literacy and illiteracy rates and Income, as expressed in GNP per capita (in 1980 U.S.Dollars). These figures will be compared with those of the industrialized countries and centrally planned econo mies (the developed countries). 1.2.1 Population Figure 1.3 shows the population in the developed and in the developing world (low and middle income countries) in 1980 and the expected population for the year 2000.
THE VAKGROEP-EC
6
t -
Total population (bill 10M' 1980
1000 1980
1000 1980
1000
100 •• illion
people
it.t••••••,, itit.tit.· tt I it••• ""1 , .ti••t.i.. tttiit i.i••••iit •••••••i.t i", ittti••ttt t••••••ttt .i••••••• i
Ontioped countries·
T-l••
lA>_UocooIw COIIIItrift'
o
:1
J
4
Fig.l.3 Population in the developing and developed world [1]. When distinguishing between urban and rural areas world, table.l.4 can be compiled [2]. 1980
1990
------------------ --------------- -------Developed World
Urban 857009 Rural 323993
991153 286243
in
the
developed
2000
------1113242 247003
------------------ --------------- -------- -------Developing World Urban 943041 Rural 2.250067
1389471 1979134 2613150 2914999
Total
2380624 3092376 2899363 3162001
------------------ --------------_. -------Urban 1.800049 Rural 2.574061
~-------
Table. 1.3 The growth of population in urban and rural areas in the developing countries and developed countries in 1980 and the rate to be expected for the years 1990 and 2000 [2]. From table 1. 3 can be seen that in 1980 hal-f the population world lived in rural areas of developing countries.
of
the
1.2.2. State of health To get an impression of the state of health in the developed and middle and low income developing countries, the life expectancy is given in fig 1. 2
THE VAKGROEP-EC
7
t-
Life expectancy at birth (yearsl
30 million people
Developed countries"
1950 1978 Middle-income countrin h 1950 1978 low-income countries'
1----+---+---+---+---1----+---+-----1
I---+---+--+---t---Ir---+---+------i
1950 1978
o
10
30
40
60
50
70
80
Fig.1.2 Life expectancy at birth in years in developed countries 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 low incom~ countries was significant lower then in the developed countries. Table.1.4 also indicates the improvement during the period of 1950-1978.
Health Life expectan.cy at birth. {years)
In,rease, 1950 1960 1978
1950-78
Industrialized countries
66.0 69.4 73.5
7.5
Middle-income countries
51.9 54.0 61.0
9.1
Low-income countries
35.2 41.9 49.9
14.7
Centrally planned economies' 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 by looking 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
80
60
100
Fig.1.3 Literacy and illiteracy rates in developing countries in the years 1950 and 1975 [1].
Education Adult Ii/eracy ral, (perce"1i 1960
1975
95 •
97
99
Middle-income countries
48
54
71
Low-income countries
22
29
38
Centrally planned economies
97
98
99
1950
Industrialized countries
Table 1.5 Adult literacy rates(%) in 1950, 1960 and 1975 [1]. From table 1.5 can be seen that in lowincome literacy rate is still rather low (38%).
tountries
the
adult
1. 2.4. Income Income differences between the industrialized countries and low and middle income countries are considered by looking at the GNP per capita (In 1980 U.S.Dollars) This is done by studying fig.1.4 and table 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
IndustrbJiud countries
1980
1950
Industrialized Middle.income
1980
countries
countries
3.1
3.0
J low.income countries
1950
LJ
1980
L..----I_----l._--'-_-'-----JI...-----l._...J 0
Fig.1.4 GNP per capita in the industrialized, middle and low income countries (in 1980 U.S.Dollars) at the GNP per capita (in U.S. Dollars) [1].
Income GNP
per pmo.' 119SO dollarsl
1900
1950
19SO
3,841
5,197
9,684
Middle-income countries
625
802
1,521
Low-income countries
164
174
245
Industrialized countries
A Lle'ra~e, a.nnual :iyowth /percent!
1950-60
1900-80
Industrialized countries
3.1
3.2
Middle-income countries
2.5
3.3
Low-income countries
0.6
1.7
Table 1.6 Income in industrialized, middle and low income countries in 1950, 1960 and 1975 [1]. From Table 1.6 can be concluded the small growth of income in low income developing countries from 1950 to 1980. From fig.1.4 can be read that this growth took place mainly during the period of 1960 to 1980. In fig.1.5 is shown how the working population in low and middle income countries are distributed [3].
THE VAKGROEP-EC
10
PERCENTAGES TYPE
1 st WORLD
3rd WORLD
INFORMATION
40%
5%
INDUSTRY
40%
5%
SERVICES
15%
10 %
AGRICULTURE
5%
80%
Fig.1.5 Distribution of the working population [3]. Services include only the physical services such as chauffeurs, nurses and waiters. Those who only write or talk fit in the informationcategory, such as a large sector of the government, the social workers and the bank employees. From fig.1.5 can be read that in places where there is no hunger 5% of the population works in the agricultural sector and in the places where there is poverty and hunger some 80% works on the land. However farmers in the industrialized countries achieve great productivity because they have a very large number of machines to carry out their tasks more efficiently [3]. 1.3 International development
1.3.1 The international development until 1960
The development aid for low and middle income countries is first considered for the period until 1960. About this period it has been stated that: 1. "Up to two decades ago the development aid of the industrialized countries towards the low and middle income countries was motivated mainly by emotional reasons. The first world felt deeply sorry for ~he physical and inseperable mental misery of the people of the third world. Aid programmes were only directed to the alleviation of malnutrition, sicknesses and the disastrous effects of natural catastrophes" [4]. 2. "The developed countries, with a rather conservative attitude as regards their financial assistance, viewed their position as one based upon their responsibility as former colonial ruler with no great impetus to provide in economic and technical needs" [5].
THE VAKGROEP-EC
11
3."The idea of giving development aid was closely related to the idea of changing the third world into a first world society" [4]. 4."The third world was in no real position to enforce an increase in the level of development aid; it had no political power and was fragmented for the greater part" [5]. 1.3.2 International development from 1960-1983 The development aid for low and middle income countries for the period of 1960-1983 is considered in the follwing. As during this period the industrial markets in the first world became saturated and the demand for raw materials, to be delivered from the low and middle income countries increased, the pre 1960 situation changed. About this period has been stated that: 1."The low and middle income countries, rich in natural resources are now needed by the first world industries. In return for their raw materials, they receive the products of the latter as being a contribution to their development ll [5]. Economists call this attitude lithe New Economic Order ll • 2." The evolution and acceptance of this New Economic Order has not changed the net balance between the developing countries and the industrialized countries, but the fact that the developing countries became a source of growth for the industrialized coun tries gave them some political powerll [5]. 3."The developing countries think that the industrialized countries are obliged to help them with their development. In neglecting this, an already existing polarisation between the industrialized countries and the developing countries will increase ll [6]. 1.3.3 Development aid, offered Development aid, given, as expressed in financial terms is considered below. Fig.l.6 shows the net flow of capital to developing countries in 1980 and 1990 (expected).
THE VAKGROEP-EC
12 1990
Total net inflow: 5177.9 billion
1980 Total net inflow: 574.6 billion Private
lOdns
Official
Private foreign direct Investment SID 0 billion
Sbillion
Private foreign
development assistance
'535.0
billion
~
~t",,1
Multilateral officIal loans $5.0 billion
~~;~:l loans So8.6 billion
'- Multdateral official loans
S12.4 billIon
Nale: Uses of medium- and long-term capital (biUions of dollars) are:
Oil
Oil txport"s
n."po,.t(,.~
All droeloping countries
1980
1990
1980
31.6 Z7.Z
15.8
79.4 Z6.1
74.6
177.9
Use
1980
1990
Current account deficit before interest paymenu" Interest payments Changes in reserves (net of changes tn short·term debt)
42.7 18.3 -4.4
42.2 62.0 23.5
-11.1
8.8 ZO.Z
30.Z 17.5 Z.6
Total finance required
56.6
1Z7.7
18.0
SO.Z
1990
n.4
Fig.1.6 Net flows of medium and long term capital to the developing countries in 1980 and 1990 [1]. From fig.1.6 can be seen that in 1980 27% of the total capital flow was official development assistance (20.7 Dillion dollars). The remainder capital inflow (53.9 billion dollars consisted of investments and loans on commercial terms. Fig.1.6 also shows that in 1980 all developing countries paid an interest of 27.2 billion dollars. Therefore it is not surprising that the account deficits of the developing countries have increased significantly. In fig.1.7 is shown the increase of the financial debts of the developing countries. Werte In Mrd. S (nach GEeD)
o D
------4
Auslandsverschuldung der Entwicklungslander Schuidendlenst (Tilgung und Zinsen)
Mittel- und langfrlsllge Schulden
Fig.1.7 Financial debts of the
d~veloping
countries [7].
Fig.1.8 shows the countries with the highest financial debts.
THE VAKGROEP-EC
13
,.
:Brazili~
87 Mrd.$
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 shown in fig.l.6 is also shown in fig.l.9 •
countries
as
\.Vee P0I'lS
Fig.l.9
Distribution of the capital flow to the developing countries [3].
From fig.l.9 can be read that most of the capital is used for the purchase of weapons. The agricultural and food sectors together represent 20% and are by far the most important recipients of civilian help, but still not more than the half of what is given in military aid. Development in the sector communication as compared to the 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 each sector which part affects the poor in the urban areas or the population in the rural areas. This is shown in fig.l.lO. The heavily shaded part reaches the urban poor. The lightly shaded areas reaches the 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 person over the population when leaving weapons out of the picture. From table 1.7 can be read that. the development aid given. hardly affects the living standard of the rural population. RURAL POPULATION
$ 6.5 / YEAR
URBAN POOR
$ 25
ELITE
$ 125 / YEAR
/ YEAR
Table 1.7 Distribution of development aid per person over the population [3]. It has been stated that: 1."The developing countries have no realistic prospect of bridging the gap between the industrialized countries and themselves. if dealing between them are conducted from the standpoint of a producer/ consumer relationship" [6] • 2."The relationship between the industrialized countries and themselves can be characterized as one where at one end of the spectrum the industrialized countries continue to provide scientific solutions for the problems of the developing countries.
THE VAKGROEP-EC
15
manufacture goods and give financial aid on mainly commercial terms, while at the other end of the spectrum the developing countries continue to be a source of cheap raw materials and sometimes labour" [6]. 3. "From the idea of producer/consumer relationship, the sale of the first world products is keenly felt as putting a strong pressure on the developing countries, trying to change the third world into a first world" [4]. 1.3.4
Development aid, wanted
The actual needs of the developing countries are reflected here. In case of malnutrition or natural disasters, direct aid, such as food and medical assistance is needed, and given, but from this adhoc development aid no improvement in living standards can be expected in the long run. It has been stated that: 1."In future the developing countries will not want the products of the industrialized countries, because, as they tend to selfreliance, they want to procure the financial and technical means in order to develop themselves" [5] [8]. In short, these developing countries ask for the transfer of technology -and the financial means in order to start exploiting themselves the know how, which they have gained. Seen in this light the Nigerian example shows how things should not be done. Nigeria as an oil producing country expanded its economy remarkably well, after the OPEC organisation had become effective. Its primary failure however was the way in which it invested its money. The economic effect was a "reverse aid" effect from which Nigeria did not benefit except in acquiring factories and services brought in completely by the industrialized world. After cut backs in sales, because of the overcapacity of the oil producing countries, the economic benefits evaporated as funds became scarce. Nigeria could not afford the foreign technology anymore" [8].
1.3.S
Transfer of Technology
It has been expected that transfer of technology will help the developing countries, but the question arises whether this can force a social change on its own [9]. In admitting an already existing polarisation between an elite and a large poor group of people in developing countries one must provide that transfer of technology has
THE VAKGROEP-EC
16
to improve life standards, which does not automatically mean an increase of GNP. Therefore it is believed that transfer of technology can only induce social change when it improves the life standards of those 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 is shown in Fig.l.ll. A major part in this concept is played by the industries of the industrialized countries, especially multinational corporations.
THE VAKGROEP-EC
17
Transfer to
•
From
Governments
Institutions
Exchange of Scientists & Technical Cooperation Agreements
Funding of Equipment, Research, Etc.
Consulting Contracts for Study of Specific Problems
Agreements to Cooperate; Exchange of Faculty and Students
Businesses
Individuals
1
Governments
Institutions
Businesses
Individuals
Turn-Key Contracts for Construction of High Technology Plants
Foreign Consultants Hired for Specific Projects
Financing and Other Assistance
Sponsored Training Programs
Supply and Sale of Process Know-How
Training Programs
Supply of Research Equipment, Data, Etc.
Joint Ventures Licensing Agreements, Foreign Acquisitions, Etc.
Jobs and Training Programs for LDC Individuals
Faculty and Researchers From Foreign Countries
Foreign Workers, Managers and Researchers
Cooperative Research Projects
Fig.l.ll Transfer of Technology relations [9]. For an example, the telecommunications market is completely controlled by the multinational corporations of the industrialized countries. They control the know how of the technology, the production processes of the technology and they posess the financial resources. However, industries in the first world fear the concept of transfer of technology, simply because it is contradictionairy to their "making profit"principle. Bearing in mind the rapid development
THE VAKGROEP-EC
18
of the Japanese Industries they fear new competitors on the markets when the developing countries start producing technological products themselves [4]. The governments of the industrialized countries cannot really change this attitude, even if they want to, because they have no real grip on these multinational corporations. Especially in a time of growing unemployment they fear for the existence of their own industries, so that protectionism can be expected. When multinational corporations cooperate with the developing countries, it is for their own benefitjTo exploit new markets and to reduce export costs. Eventually products return to their country of origin at lower prices because of the cheap labour costs in the developing countries. Multinational corporations keep the innovative processes in the industrialized world while the idea of transfer of technology aims to start the innovative processes in the developing countries, and in doing so treating the developing world as an equal partner [4]. Moreover, the fact that the products of the industrialized countries are already at hand, can paralyse the innovative processes and initiatives of the developing countries to set up their own production lines. Universities, however and other non profit making institutions can contribute to the transfer of technology ,but their contributions is rather small, as their financial resources are limited. They can however, really contribute to the transfer of technology within their limited financial capacity,in demonstrating to the industrialized world their responsibility 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 solutions for expanding, e.g. their- telecommunications network. In fact a country may decide upon a very simple conventional technology, which can be fully understood and which can be introduced with a minimum of import. On the other hand a developing country may choose for the latest technology which will be of superior quality [11]. Fig.1.12 shows both the advantages and disadvantages of these two approaches.
THE VAKGROEP-EC
19
ADVANTAGE
DISADVANTAGE
CONVENTIONAL 1.WELL KNOWN TECHN. TECHNOLOGY 2.RELATIVELY CHEAP IN FOREIGN VALUTA 3. STIMULATING SELFRELIANCE 4. SELF MANUF ACTURING AND MAINTENANCE POSSIBILITIES
1. RELATIVELY INF ERIOR QUALITY 2.RELATIVELY LONG IMPLEMENTATION TIME
LATEST TECHNOLOGY
1. UNKNOWN TECHNOLOGY 2. EXPENS IVE IN FOREIGN VALUTA 3.STRONG DEPENDENCY ON OTHERS 4. NO SELF MANUFACTURING AND MAINTENANCE POSSIBILITIES
1.RELATIVELY SUPERIOR QUALITY 2.RELATIVELY FAST IMPLEMENTATION TIME (TURN KEY PROJECTS)
Fig.l.12 The advantages and disadvantages of the conventional and latest technologies. The choice to be made between the two options has to be made by the developing countries. Two examples are given here. In expanding the telecommunications network into rural areas a country could decide upon a co~~~ntional HF radio system or might choose for satellite technologl_.jThe first option was selected by Papua New Guinea. They stated that the HF radio system, despite its well known disadvantages had the tremendous advantage of being a well known technology and completely controllable by their own people. Their greatest argument against the use of satellite technology was that is was a foreign technology. It would not be possible for Papua New Guinea or any simular country to launch a satellite of their own. This meant that it would to "buy time" of some ones else's satellite. Finally it was unacceptable that outside agencies, no matter what safeguards were written into agreements, would have ultimate control over their internal communications [12]. ~india however choose for satellite technology and this foreig-n.' technology was introduced into India (SITE experiment). But their policy was to transform this foreign technology into a home technology, in which it has succeeded. Today, India has a launcher of its own and has put already some satellites in operation [9].
THE VAKGROEP-EC
20
1.4 The role of telecommunications in the development process.
1.4.1 Telecommunication services In telecommunications several services can be distinguished, such as telephony, telegraphy, facsimile, data transmissions, radio and television broadcasting, video conferencing etc. Although in the industrialized world data transmission and other digital services are increasing rapidly, telephone traffic still remains the largest part of the telecommunication services as mentioned above. Therefore in considering telecommunications for developing countries the main ~ttention will be focussed on telephony, possibly including telegraphy. However radio and television broadcasting, nowadays an integrated part of the western way of life, should also be taken into account. 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
21
_
~
5!l!l!:i1
750 U-50 .0.,)
~
~~/~
1ltL.e.{ob,,10e~fltLLert
mID P. I- ~
pu.
".1 /OOl\'lwCltleR5
Fig.l.13 Telephone density in the world [13]. From fig.l.13 can be concluded that the telephone density, as expressed in the number of telephones per 100 inhabitants of a country is extremely low in Africa and Asia (viz< 1 per 100 inhabitants). The telephone density in Northern America,Europe and Australia 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 world in numbers per 1000 inhabitants (in 1974).
THE VAKGROEP-EC
22
RADIO !, RECEIVERS I
TELEVISION RECEIVERS 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 world per 1000 inhabitants [2]. From this table can be read that the number of radio and television sets in Africa and Asia is low. In general it can be stated that the situation is equal to the telephone density in the world (section 1.4.2.1). 1.5 Impact of telecommunication. It is generally accepted that telecommunications have a strong impact on society, both in an economical and social way. 1.5.1 The economical impact.of telecommunications
It is believed activity [13].
that
telecommunications
are
linked
with
economic
THE VAKGROEP-EC
23
100 ..,...--------t-----;----r---,---+-----r------;----:= 80 60
40
20
+------+---+--+--+-+---+--
10 +------+---+-8\J
8 6
+------+---+-1
4
+------+---+-_t__
2
1 0.8 0,6 0,4
0.2
0,1 100
600
1000
Fig. 1.14 Telephone density versus GNP/capita in US$ [14]. When relating the economic activity of a country to GNP/capita (in 1978 US$). it can be shown that a relationship exist between the GNP/capita and the telephone density (number of telephones per 100 capita). This relationship is shown in fig.1.14 The problem. however is which is the independant variable. Assuming that telephones and economic activity are correlated. then it can be concluded that telephone density is a measure for economic activity. When dividing the GNP/capita earned in the industrial sector and GNP/capita in the agricultural sector a different impact becomes evident. This is shown in fig.1.15 and 1.16 and table 1.9 and 1.10
THE VAKGROEP-EC
24
NUMBER OF TELEPHONES PER 100 INHABITANTS USA AUSTRALIA JAPAN ITALY MEXICO ECUADOR EGYPT INDIA ZAIRE ETHIOPIA UPPER VOLTA
110.0 80.0 50.0 30.0 8.0 3.0 1.6
GNP/capita in US$ in INDUSTRIAL ACTIVITIES 2000 890 630 562 158 63
40
0.4
13
0.2 0.2 0.1
25 4 6
Table 1.9 Telephone density versus GNP/capita in industrial activities in 1978 [2]. In fig.1.15 and in the next figures the meansquare error curve is drawn and the correlationcoefficient is given. When this coefficient is:t1", the curve and the measured data exactly fit together. When this coefficient is 0 , they don't match.
25
THE VAKGROEP-EC
2
r----
>,
+>
-,..,
~.l. -
•
. _-
•
--+-
~
Ul 1 ~'
OJ
'd Q)
~
o
~
s~ollliillll~~~ _1~·'-"'"'""·iI:... • 1
2 10 log GlITP/cap in industrial activities
Fig.1.15
Telephone density versus GNP/capita in industrial activities [1978].
NUMBER (F TELEPHONES PER 100 INHABITANTS USA AUSTRALIA JAPAN ITALY MEXICO ECUADOR EGYPT INDIA ETHIOPIA UPPERVOLTA
110.0 80.0 50.0 30.0 8.0 3.0 1.6 0.4 0.2 0.1
GNP/capita in US$ in AGRICULT.ACTIVITIES 125 158 100 155 100 55 51 40 32 29
Table 1.10 telephone density and GNP/capita in agricultural activities in 1978 [2].
26
THE VAKGROEP-EC
?~
~
.+'
..-{ ~J
l=:
QJ
-0 QJ
l=:
0
..c::
e-
QJ r-I QJ
+'
.......... QO 0 r-I
0
0 ~
(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 similar correlation as exists between telephone density and GNP/capita or in general telecommunications and GNP/capita can be derived for other infrastructural variables versus GNP/ca~ita. Fig.l.17 and 1.18 and table l.ll.and 1.12 show e.g. the percentage of dwellings with piped water and electricity versus GNP/capita. Therefore it can be concluded that a relationship exists between the variables of infrastructure and economic activity, as expressed in GNP/capita. Telecommunications is one of these variables of the infrastructure on an equal footing with water, roads and electricity.
THE VAKGROEP-EC
27
% OF DWELLINGS WITH ELECTRICITY
ITALY ISRAEL AUSTRALIA ANTILLES COSTA RICA PANAMA BRAZILIA ALGERIA TUNESIA INDONESIA
99 95 99 87 68 52 46 33 25
GNP/capita in US $ 1580 1560 3160 1260 500 630 500 315 250 79
6
Table 1.11 GNP/capita versus % of dwellings with electricity in 1978 [2].
Italv . • • ·:::· ...Au..stralla • Israel
100
Antilles 80
Costa
Brazilia
y = 74.1x - 145
Correlation Coefficient
= 0.97
Indonesia 2 10 l-,-og (G,,-n I '. 1') - / cap)
3
4
Fig.1.17 GNP/capita versus % of dwellings with electricity
THE VAKGROEP-EC
28
PERCENTAGE OF DWELLINGS WITH PIPED WATER USA BELGIUM
97 87
VENEZUELA
72
CHILI MEXICO PANAMA EL SALVADOR ALGERIA TUNESIA
59 39 29 26 22 14
GNP/capita in US$ 4000 2510 1000 758 630 630 250 315 250
Table 1.12 GNP/capita versus % of dwellings with piped water in 1978 [2]. 100
80
• .s::
Chili
60
+'
oM ~ ell
QD
s:::
f-l r' Ql r'+' Ql lI!
'rl
~
'd
i:H 0
40
~
El
'd
I
•
Ql
Po<
Panama
•
'rl
'0< p. 20
2
3
-
148 Y = 68.8x Correlation Coefficient = 0.96
10 log GNP/cap
4
Fig.l.18 GNP/capita versus % of dwellings with piped water in 1978 [2].
THE VAKGROEP-EC
29
1.S.2.The social impact of telecommunications
Next to an economical impact of telecommunications a social impact of telecommunications exist, which will be considered now. A well functioning telecommunications network will have its advantages and its 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 OF TELECOMMUNICATIONS 2.STIMULATING MIGRATION TO RURAL AREAS 3.NATION BUILDING AND BRIDGING NATIONAL OPPOSITIONS 4.CATALYST FOR ECONOMIC DEVELOPMENT
DISADVANTAGES la.CREATING NON EXISTING NEEDS la.STIMULATING MIGRATION TO URBAN AREAS Ja.MANIPULATION BY MINORITY GROUPS AND DESTROYING REGIONAL CULTURE AND TRADITIONS 4a.FOREIGN CAPITAL EXPENSIVE FOR THE DEVELOPING COUNTRIES
Fig.l.19 Advantages and disadvantages of a well functioning telecommunications network. These advantages and disadvantages will be discussed in the following pages: Advantage 1: Direct impact of telecommunications. Telecommunications give people the means to acces to centres of information and the means to respond to it. People can communicate with 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 of education. Teaching programmes and audiovisual aid can be broadcast and in this way raise the level of education of a country. Library services or conference fasilities for interaction can be created. table 1.13 and fig.l.20 show the degree of adult illiteracy in the world versus GNP/capita. Table 1.13 also shows the life expectancy at birth (in years).
THE VAKGROEP-EC
30
ADULT ILLITERACY in % AFRICA ASIA SOUTH AMERICA OCEANIA EUROPE NORTH AMERICA
GNP/capita in US$
LIFE EXPECTANCY in years
45
150 280
45 55
24 10 4
600 2300 2200
63 67
2
5700
74
72
72
Table 1.13 % Adult illiteracy and life expectancy at birth versus GNP/capita for all pats of the world [2].
75
•
•
» ~ ~
y
60
=
-41.5x + 150
Correlation Coefficient
(J)
+> .,-j
= -0.93
~ ~
..-l
+>
40
~
:::l
'"d ('j
~
South
o
';:R
20
•. America
..
Europe -
o
2
3
America 10 l0g (GNpjcapita)
Fig.l.20 Percententage of adult illiteracy versus GNP/capita (US$) [2]. Bearing in mind the correlation between telecommunications and GNP/capita as shown in Fig.l.22 it can be concluded that a relationship exists between telecommunications apd the degree of illiteracy in the world. This relationship is shown in fig.l.21
THE VAKGROEP-EC
31
y = -1~.4x + 33.4 Correlation Coefficient = -0.97
60
40
20
Europe North America
•
'10 log(telephone density) 0
2
Fig.1.21 The relationship between the telephone density in the world and the adult illiteracy rate in the world. Medical services as broadcasting programmas on medicine, hygiene and epidemic prevention can be given by telecommunications. Remote medical assistance can be given to rural hospitals. Furthermore it is possible to warn people against natural disasters such as floods, hurricanes etc •• Fig.1.22 shows the relationship between life expectancy and GNP/capita. Again from fig.1.14 and fig.1.22 the relationship between telecommunications and life expectancy can be concluded. This relationship is shown in fig.1.23.
EuroJ?e ro
South
» o
e
orth America O~eania e
~
r
~
ro
~
~
P-ro ~ (l)
50
CIi
Africa
e,...,
y = 17.3x + Correlation Coefficient
1-1
»
•.-1 ~ , ; •.-1
2
3
11.3
= 0.96
10lOg(GNF!cap)
Fig.1.22 Life expectancy at birth versus 10log(GNP/capita).
THE VAKGROEP-EC
.c: .p
32
80
1-1
North America Europe. .,
'..-i
~
,0
70
.p
ctl
>:,
Oceania
60
0
South America
>;: ctl
.p
50
C)
OJ
p.CJl
><
1-1
OJ
>:,
OJ
ctl
OJ
40
Africa
y = 5.6x + 59.9 Correlation Coefficient = 0.95
CH
'..-i >;: r l '..-i
-310log (Telephone density)O
2
Fig.1.23 The telephone density versus life expectancy at birth. From fig.1.21 and fig.1.23 can be concluded that there exists a relationship between the telephone density in the world and the degree of illiteracy and life expectancy at birth in the world. Putting it in a general form: Improving the infrastructure of a country means improving the life standards of the inhabitants of that country. Disadvantage 1a: Creating non existing needs. One could argue that e.g. bringing in television into rural areas creates non existing needs. However people in urban areas of the developing countries posess television and the rural people are aware of 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 the urban areas by improving their infrastructure and expanding the telecommunications network to the rural areas, it will be easier to stimulate migration to these areas. Disadvantage 2a: Stimulating migration to urban areas. The reverse effect can occur when telecommunications are used to show the rural people the benefits of the urban life. Television in the rural villages will show the "city lights" to the villagers and make them more eager to join the rush to the towns. Table 1.14 and fig.1.24 show the percentage of a country's population living in
THE VAKGROEP-EC
33
urban areas versus GNP/capita. GNP/capita in US$
% OF POPULATION LIVING IN URBAN AREAS
AFRICA ASIA SOUTH AMERICA OCEANIA EUROPE NORTH AMERICA
22 26
150 280
56 70 65
600 2300 2200
75
5700
Table 1.14 Percentage of the population living in the urban areas versus GNP/capita [2].
•
Oceania
70 60 South
30 Africa
20
10
t
'
•
• 2
•
Y = 35.9x correlation coefficient ,
I
i
,
54.4
=
0.96 •
J
3 10 1og(GNP/capita)
Fig.l.24 Percentage of population living in the urban areas versus GNP/capita. Looking at fig.l.14 it can be concluded that a relationship exists between the telephone density and the percentage of population living in urban areas. This relationship is shown in fig.l.25
THE VAKGROEP-EC
34
(,J ~'
1-1
Horth
cd
i=: cd
p
70
•
Americ8
+
46.9
1-1
;:j
South
.~ 60 .-{
= 10.9x
y
,Africa
Correlation Coefficient
~
Asia
20
~-....,...--t---.,---t-I
= 0.89
-....--......,II----r---jl~--.--~
- '"T"""'-r)
-310 log (telephone density) J
1
2
Fig.l.25 Percentage of population living in urban areas versus telephone density. From fig.l.25 can be concluded that a higher level of telephone density is accompanied by a higher percentage of urban population. Advantage 3: Nation building and bridging national oppositions. If telecommunication is expanded allover the country, the administrative control, police and law enforcement can be handled more effectively. Election programmas aiscussions and social programmas which are broadcasted allover the country tend to unify the people. Everybody is aware of what is going on. Na tional oppositions between African tribes for instances can be bridged. Disadvantage 3a: Manipulation and destroying regional cultures. However telecommunication can also be used by minority groups to manipulate the people. In many attempts to overthrow the government, the means of telecommunications were seized first. On the other hand governments and political parties can also use television for manipulating the people. When unifying all the people in a country, regional cultures and traditions may be lost because the people and especially young people do not think it necessary anymore to adher to these cultures and traditions.
THE VAKGROEP-EC
35
Advantage 4: Catalyst for economic development. As already expressed, telecommunication is linked with economic development. One may think of marketing and commodity information, agricultural support (advice on fertilizers, pesticides), veterinary support, information on rural business. Good telecommunications can also be a good substitute for oil (energy).
Disadvantage 4a: Foreign capital expensive for developing countries. The last and probable main disadvantage is that telecommunications are expensive in foreign currency. For developing countries which lack sufficient foreign currency, the expansion of telecommunications is 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 (International Telecommunication Union). As to financial aid, this is given by the World Bank, International Development Agency (IDA), The International Monetary Fund (IMF), regional developmentbanks and national governments. For example, from 1978-1983 2% of the Dutch development aid (280 mill.guilders) was used for telecommunication projects [15]. The role of the World Bank has been smaller in the field of telecommunications than in other sectors because the ultimate economic benefits are hard to identify with precision [16]. In recent years the World Bank has focussed its lending policies on projects which have a significant and direct impact on those who are within the lowest 40% income group of a certain country. These projects include rural development projects. On tne subject of financing telecommunications several views exist [16]. According to the financial experts of developmentbanks a lack of investment in developing countries is in itself a result of other more basic factors: 1.A lack of enumeration and qualifications of the benefits of investments in the telecommunication sector, relative to other sectors. 2.Inadequate financial resources. 3.Institutional and organisational problems 4.Inadequate technical expertise and trained manpower [16]. According to the developing countries the financial aid is far from adequate. In their opinion the World Bank only thinks in terms of
THE VAKGROEP-EC
36
financial revenues, which can be gained by telecommunications. They clearly recognize other benefits of the expansion of telecommunication systems, which are not regained in financial terms. They strongly urge that the improvement of the educational level of the population, reduction of medical costs due to better prevention should also be taken into account [14][16]. 1.7 The importance of telecommunication to rural areas
The importance of telecommunication expansion is considered. In the fifties and sixties an urban orientated development aid led to the creation of enclave economies within the developing countries. These small urbanized areas of prospherity created a polarisation within the third world. The urban elite in developing countries thought it beneficial to their interest to encourage multinationals to create islands of foreign technology in backwards societies. The difference in living standards between the rural and urban areas caused a migration of the rural population to the urban cities. A result of which unemployment in urban regions increased and the production of agricultural products in rural areas decreased. The economic regression of the early seventies was also felt in the developing countries, where the standards of living in the urban areas rapidly deteriorated. To solve these problems developing countries as for example Tanzania or Ghana, started agricultural projects. To stimulate rural remigration the acess to rural areas and the rural standards of living have to be improved. This means acessible roads, supply of water and electricity and telecommunications. As seen in previous sections rural telecommunications will increase the efficiency of the rural agricultural projects. Seen in this light rural telecommunications is believed to be a real step towards development, fitting into the policy of selfreliance.
THE VAKGROEP-EC
37
2 TECHNICAL CHOICE OF TELECOMMUNICATIONS FOR DEVELOPING COUNTRIES
2.1 Network planning
2.1.1 General
When implementing a telecommunication network in an research has to be done in the following sectors:
arbitrary
area
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 area d.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 selected (see &2.15) These parameters are:
can
be
a.Network structure b.The number and position of the nodes in the network c.The transmission capacity between the exchanges d.Choice of the transmission system These aspects reflect networks in general. We attention on rural areas.
shall
now
focus
our
2.1.2 Research into the typical features of the rural areas
In the following geographical features of a rural area are considered. The area will be very large. (for example up to 250 by 250 kms). It can contain large deserts, jungles, forests, lakes, mountains, hills, swamps and snow or ice covered areas. Except for some towns (more than 10.000 inhabitants) the people in this area live 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 some industrial activities can also be expected. Roads connect the tovns, small roads lead to the villages and settlements. There is hardly any primary power or power generation, although electricity will be present in the towns and most of the villages. The economical potential of the rural area will be low, climatic conditions may be severe. If any telecommunication network exists, it is to connect the towns with an insufficient capacity. 2.1.3 Research into the telecommunication services that are required.
Despite the rapid growth of data transmission, facsimile and other services in the western industrialized world, most of the telecommunication traffic still originates from the telephone.
THE VAKGROEP-EC
39
Therefore we shall concentrate on implementing a telephone network, eventually extended with telegraphy and telex. Other services can also be implemented when not requiring additional financial means • .. erving small towns Villages ,and settlements telephony, the question arises What kind of traffic flow can be expected ? To give an answer to this, it may be assumed that there will be a certain region in which the rural inhabitant feels at home. Here trading with other villages or settlements in the same region will take place. Here his relatives and acquintances live and same language or dialect is spoken.The radius of such a region will depend on the existing infrastructure and means of transport and communications. Next to the local traffic, it may be assumed that the mayority of the traffic will be traffic to the urban areas and the minority to other regions. As an example the local, regional and international telephone traffic for the Netherlands in 1982 is given in Fig.2.1
.LOCAL TELEPHONE TRAFF IC REGIONAL TELEPHONE TRAFF IC INTERNATIONAL TELEPHONE TRAFFIC
54
%
44
%
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 closely examined.This must be done by the rural network planner. He will have to choose a grade of service for the rural network and select criteria for the quality of the transmission systems, so that the transmitted speech will be intellegble and transmission errors of telegraphy or telex as few as costs permit. In the initial stage of the network planning the expansion capabilities must also be taken into account. Compared to urban areas, the need to expand in the rural areas will be low, due to a smaller growth of activities. However in certain parts of the rural areas, due to new industrial activities (for instance mining), there may arise a significant need for extra telecommunication within a few years. In general the rural telecommunication planner will have to minimize pre-investments for expansion capabilities for rural areas to an acceptable level since it is all capital tied up for many years. As far as standards for reliability and quality are concerned, the same standards as for urban areas may be taken.
THE VAKGROEP-EC
40
2.1.5 Rural network parameters.
As a result of studies, previous discribed, the network can be established. First the positions of the exchanges have to be determined. It is assumed, as telecommunication is linked to other infrastructure variables (see chapter 1), that in the rural area local exchanges are set upon the rural towns or villages, which act as a centre for the region. CCITT indicates that in rual areas a subscriber density can be expected of 1 per 50 km2., when people live scattered in the area, or, in the case of isolated settlements, a maximum of 1000 subscribers. The ITU gives in [18] a broad classification as to the relationship between the subscriber density and the size of the exchange, based on economic considerations. These are given in Fig.2.2
NUMBER OF SUBCRIBERS /KM2
RURAL AREA
A
> 1. 5
B
0.1 - 1.5 < 0.1
65 65-1000 1000-10000
TYPE
C
(llA)
EXCHANGE EXCHANGE MOST DISTANT SIZE SUBSRIBER (KM)
AREA
50--130 100-140 > 1000
80-200 40-160 < 40
5 - 8 7 - 13
65-1000
Fig.2.2 Rural exchange sizes.[18] Seen from an economic point, public exchanges with less than 30 subsribers are not attractive. In these situations, when occuring in rural networks, other solutions exist: I.Line collection 2.Drop and insert possibilities These are described below. 1. Line collection Next to the functions of distributing and trunking, known from the normal networks (see fig.2.3), the rural networks also posses the function of transfer (see fig.2.4).
THE VAKGROEP-EC
41
Local Exchange
Primary Exchange
:I::~----~ 3!!IIP ~ I
4[jI
~ f
Trunkinl
Distribution
Fig.2.3 General network layout
4[jI
Collection Point
Local Exchange
~
4[jI I
Primary Exchange
t
©
T!anSfer., Trunking
I
•
,.,• 1
Fig.2.4 Rural network layout 2.Drop and insert possibilities. When a trunk link passes through a rural area, it can be made possible to connect this link with a local network. This is shown in fig. 2. 5.
THE VAKGROEP-EC
42
Rural Area
I I
-1-.
~~---------Town A
l'licrol'lave Link
(--- _i --Repeater
U
--'1'--------r Town B
Fig.2.5 Drop and insert in trunk links \'
According to 1it.[18] ·the number of lines in a typical rural network lies between 100 and 1000. Completely automatized exchanges with less than 100 lines are rare (for example private or business exchanges such as the PABX). For determining the size of the exchanges it must be estimated how many people must be provided in the next few years with telephone. These studies have to take into account the growth of economic activity and the expected growth of subsribers in the area. The size of the exchange has to be planned for a period up to the next planning period.As far as telephony is concerned, it appears that the demand for telephony rapidly increases after automatic exchanges have been installed and put into operation. Next, transmission capacity has to be determined. This capacity is dependent on the amount of traffic and the grade of service, according to the Er1ang B formula [18]. This relationship is shown in fig.2.6, where the grade of service is expressed as traffic loss. In fig.2.6 a subscriber traffic of 0.05 Er1ang is assumed.
THE VAKGROEP-EC
,.
43
'/,
I
'.••
/
./
7
'/
.-
[:/
./
./
./
7
V
/
•
./
I
,
If'
••
DO 7
./
./
....V
V'.
I·'
I/'
,
I
I
DO
.
V
/
f
•
..•
/
/
1/
/
/
INZ
Nt
./
/'
1/
II
1/
/
/
/
/
/
./
/
/
"
I
I
I
... , ,
..
.
..
..
..
..
...
Number of subscriben
'JnIIk
..
(--. , ,...,.. "' "'-'---
.::.~
50
--•
"' ........ '" SIIIIIaIIoen
...........
......,~
_ _ _ _ _ _ _ _----1
Fig. 2.6 traffic loss versus the number of subscribers, with N channels available [18]. Normally the traffic to and from one single subsriber varies from 0.01 to 0.1 Erlang (0.05 Erlang =15 calls of 90 sec. durations per day). Sometimes however, the amount of traffic can be much higher (for example when there is only one public telephone in a village serving all villagers). Typical figures on rural traffic are 4-8 Erlang/l00 subscribers. As far as the desired grade of service is concerned, typical figures for rural areas are given in fig.2.7 TYPE CF CONNECTION
ACCEPTED TRAFFIC LOSS
INTRA EXCHANGE CONNECTION OUTGOING INTEREXCHANGE CONNECTION INCOMING INTEREXCHANGE CONNECTION TRUNK 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 future expansion is possible. Some aspects playing a role when determining transmission capacity for a number of years are: I.Economic actiVity of the area 2.Population increase '2 r...",-_ i Ot . f) I ~ ~ ~.\ ~I' I!;: v· V(,j'..rvl<\"''',,'''Jr,-'', 5.".Iv',)V\~";"· \
44
THE VAKGROEP-EC
~ 8:
nMeal! poHei:es
In choosing the type of transmission system, the last network parameter to be determined in the planning phase, topographic and climatological conditions playa role. The main topographic aspects are, according to [18]: existing infrastructure, soil conditions, swamps, hills, mountains, forests, jungles, cultivated land, the acessibility of the area and the existence of urban areas. The main climatological aspects are: extreme temperature, typical season weathers, thunderstorms, earthquakes, snow, ice, lightning, humidity, dust, avalanches, bushfires and increased solar activity. Finally al~o the influence of man and animal on the transmission systems must be taken into account, such as theft, sabotage, destruction, maintenance rates, etc.. What remains now is the selection of transmission systems and transmission medium (radio or cable systems). Lit.[19] gives a broad classification of how the transmission systems can be selected, seen from an economical standpoint. This is shown in fig.2.8.The typical features of these systems will be considered in the next paragraph.
Distance Capacity of the route
.,c:
:.:l Small (less than about 100 channels)
0
Short (less than about SO km) Loaded VF cable. Open-wire line link. Symmetric-pair line link (FDM or PCM).
Medium (about SO km to 250 or 300 km)
Long (more than about 2j() or 300 km)
Open-wire line link. Symmetric-pair line link (FDM or PCM).
Open-wire line link• Symmetric-pair line link (FDM or PCM). HF Tropospheric scatter system. Diffraction system. Satellite.
:;;
VHF UHF
VHF UHF
.,c:
Loaded VF cable. Open-wire line link. Symmetric-pair line link (FDM or PCM).
Open-wire line link. Symmetric-pair line link (FDM or PCM). Coaxial cable (FDM or PCM).
Open-wire line link. Symmetric-pair line link (FDM or PCM). Coaxial cable (FDM or PCM).
Microwave (FDM or PCM).
Microwave (FDM or PCM).
Microwave (FDM or PCM). Satellite.
"c:
Loaded VF cable. Coaxial cable (FDM or PCM).
Symmetric-pair line link (FDM or PCM). Coaxial cable (FDM or PCM).
0
Microwave (FDM or PCM).
Microwave (FDM or PCM).
=''"
-
Medium (about 60 channels to about 1000 channels)
:.:l
0
:;;
=''" :.:l Large (More than about 600 channels/ television)
:;;
=''"
Coaxial cable (FDM or PCM). Microwave (FDM or PCM). Satellite.
Fig.2.8 Classification of transmission systems [19].
THE VAKGROEP-EC
45
2.2 Transmission systems
2.2.1 Introduction
For implementing transmission systems in rural areas, the best suitable option has to be selected from a number of appropriate systems. Factors that influence this choice are: I.Terrain aspects of the area 2.Distance that has to be bridged 3.Capacity of the system 4.Reliability of the system 5.Costs of the system 6.Quality of the system 7.Expansion possibilities ad 1: Terrain aspects can already give an indication Whether landline systems are preferable or not. ad 2: As to the costs, a broad classification for the transmission systems has already been given in fig.2.8
choice
of
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 systems 2.Cable carrier systems 3.Radio systems: HF, UHF/VHF and SHF systems 4.Satellite systems: SCPC systems Finally a comparison of the different systems rural network model will be presented.
will
be
made
and
a
2.2.2 Open wire carrier systems
These multichannel carrier systems play an important role in trunk networks of sparsely populated areas. They are generally used for distances up to a few hundred kilometers. Open wire lines are parallel bare conductors suspended above the ground. The individual conductors are held by electrical insulators on cross arms. This is
THE VAKGROEP-EC
46
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 where a 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 provided is 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. This is further discussed in [19] As a conclusion of this section it may be said that for trunking of a light to a moderate amount of telephone traffic over relatively long distances, the open wire carrier system is suited. However, the open wire carrier system may be the most cost effective system for this purpose, it is clearly not the best solution when reliability is at stake. 2.2.3 Cable systems
In all cable systems we can distinguish: I.Cables for distribution 2.Subsriber drop wire
THE VAKGROEP-EC
~3.Cables
47
for transfer and trunking
CC::>C' ~ &c' .~.., (~>t';;j' :
For subscriber cables copper covered steel conductors are mostly used. Normally the maximum length of subscriber cables is 5 kms but can be extented to 25 kms. In these cables loading or negative impedance repeaters must be inserted. The cable can be burried or suspended in the air. As to the symetrical pair cables, systems of 24, 60 and 120 channels are most widely used. Symmetric pair cable systems can be used for short «50kms), medium(50-300kms) and long ()300kms) distances. When the number of channels increase, the repeater sectionlength will increase too. This is shown in fig.2.10. SYSTEM (channels)
REPEATER SECTION LENGTH (kms)
24 60 120
24 14 8
Fig.2.10 Repeater sectionlength versus system capacity [18] Coaxial pair carrier cable systems are used when systems of high or medium capacity are required. The capacity of a coaxial pair may range from 120 - 2700 channels, a cable may contain up to 12 coaxial pairs. Coaxial pair carrier cable systems can be used for all distances, the repeater sectionlength is about 3-4 km. Because of the large capacity of the system it can also be used for sound channels (3 telephone channels = 1 radio channel) or video programmes transmission (1260 channels for 625 line TV). Advantages of the symmetric pair and coaxial pair cables are: I.Large capacity 2.Reduced crosstalk 3.Independent of temperature and humidity 4.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 expensive 2.Fault location may be very expensive 3.Repeater sectionlenght is shorter 4.Large capacity
As a conclusion it may be stated that, just as in urban areas, the subscriber 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 cable systems, they are not very suitable for rural areas because of their large capac~sr and the assumed terrain roughness. These systems are more suitab~e for large trunks over relative short distances «50 kms), for instance in connecting suburban local exchanges to the first order exchange. 2.2.4 Radio systems: classification
Frequency bands which can be used for radio transmission systems can be found in the range from 3 MHz-10 GHz. The band 3 - 30 MHz is generally called the EFband. The band 146 - 174 MHz is located in the so called VHFband. The bands 406 -430 MHz and 440 -470 MHz are located in the so called UHFband. Frequencies between 1 GHz and 30 GHz are generally called EEF frequencies. These frequencies, mostly used in terrestrial high capacity microwave links, are also used in satellite links. 2.2.5 HF Radio systems
At frequencies in the 3 - 30 MHz band, the propagation ground propagation and ionosferic reflection.
mechanism
is
Advantages of EF radio systems are: 1.Very long distances can be covered 2.relatively cheap and simple technology Disadvantages of these systems are: 1.Voice quality is poor 2.Capacity is low 3.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 of sight, which determines the lower limit of this band, where frequencies above 1000 MHz are used for wideband microwave transmission.The advantages of the VHF/UHF radio systems are:
THE VAKGROEP-EC
49
1.Good quality compared to HF systems 2.VHF/UHF systems are used for distribution, transfer and trunking 3.Antennas are small arid simple Disadvantages are: 1.Limited coverage 2.Limited capacity It can be concluded that when the number of subsribers in the area is low and there are no problems on the availability of radio frequencies, the VHF/UHF systems may be used in the dedicated channel mode, otherwise the multiple access mode must be chosen. The system can be used for distribution, transfer and trunking of light traffic. If well designed, the capacity can be enlarged by frequency reuse.For this purpose the area has to be divided into cells. Each cell is given its own frequencies and its output power is reduced to a level a which good reception is possible with a minimum of cochannel interference to other cells. 2.2.7 EHF Radio systems
These systems, working at frequencies above 1 GHz have a large capacity (up to 1800 channels) and are used for trunking purposes of heavy traffic, for example between towns. When the multiplexing is FDM, in the stackable channel mode, drop and insert possibilities exist. 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 urban areas, passes through a rural area, efficient use of the system can be 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 1 GHz and can be used for distribution and trunking of light to moderate traffic. As traffic from and to rural areas will be light, these systems will be particulary interesting. The design of the satellite SCPC system should be chosen in such a way that the earth stations can be kept small, simple and cheap. The system can operate in 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 is the case in rural traffic. The system can operate in a Frequency Division Multiple Access (FDMA) mode or in a Time Division Multiple Access (TDMA) mode. In the latter case no output backoff of the satellite's travelling wavetube is required to keep the intermodulation losses low since the number of carriers never exceeds one. Those stations can have small antennas or simple Low Noise Amplifiers (LNA). However, equipment for synchronisation as required for TDMA will be complex and expensive. Therefore FDMA is at the moment the most economic for SCPC use. As far as these SCPC systems are concerned, next to the SPADE system [20], there are two suitable modulation types for SCPC systems: 1.Delta-modulated SCPC 2.FM-Companded SCPC In fig.2.ll a comparison is made between the two modulation types.
CHANNEL SPACING CAPACITY ( in 36 MHz transp.) OPERATIONAL C!No VOICE QUALITY AT THRESHOLD INSERT POSSIBILITIES FOR TELEGRAPHY TECHNOLOGY
DELTA MODULATION
COMPANDED FM
22.5 KHz(32kb!s)
22.5
1600 Channels 56 dBHz(BER=10-4)
1600 Channels 57dBHz(S!N=33dB
GOOD
MODERATE
NOT POSSIBLE COMPLEX
POSSIBLE SIMPLE
KHz
Fig. 2.11 Features of OM and companded FM [20]. When companded FM is considered, to improve the quality and to save satellite power pre- and de-emphasis can be implemented, and the carrier can be "voice operated"(VOX). This means that the carrier is switched off during pauses in the speech. From Fig.2.11 it can be concluded that companded FM is slightly inferior but much simpler. Companded FM is very flexible. Enlarging the channel spacing and thereby 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 control. A comparison is made in fig.2.12 •
or
decentralised
THE VAKGROEP-EC
CENTRALIZED CONTROL 1.SIMPLE EARTH STATION (Exc~pt Master station) 2. SLOWER 3.FAILURE CF MASTER STATION CAUSES COMPLETE FAILURE
51
DECENTRALIZED CONTROL EQUAL,COMPLEX EARTH STATIONS FASTER FAILURE CF A STATION CAUSES NO PROBLEMS FOR THE SYSTEM
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 advantage of centralized control for new telecommunication networks, traffic measurement can be done very easily to control the grade of service. Also billing of users can be handled in the master station. To day many countries lease transponders or parts of a transponder from Intelsat for domestic use.These satellites are not originally designed for domestic use because they are equiped with global beam antennas. When satellites are designed for domestic use, their antennas should be designed in such a way that a maximum of Effective Isotropic Radiated Power ( EIRP ) is obtained within the coverage area 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 immediately be 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 for rural communications, especially when the area to be covered is rough and inaccessible. For small towns and Villages, or isolated subscribers who are in the need of a good quality link (for example rural hospitals), the SCPC systems may be suitable for connection to other rural earthstations and urban exchanges, as concluded from a technical standpoint. seen from a political or economical view (see chapter 1), one may choose differently. 2.3 Comparison of the systems mentioned
Finally, comparing the transmission systems, as previously considered, some conclusions can be made. These are summarized in fig.2.13. From this Figure can be concluded that SCPC satellite systems score high, despite costs, and would be a good solution for a rural telecommunication network. However for other than technical reasons developing countries may decide differently. From fig.2.13 a typical rural network can be suggested. This is shown in fig.2.14.
THE VAKGROEP-EC
53
OPEN WIRE SYSTEM
CABLE SYSTEM
DESIGN CAPACITY
ANY
ANY
LOW
LOW
MODERATE
QUALITY
FAIR
FAIR
POOR
GOOD
GOOD
INS TALLATION SPEED
LOW
LOW
HIGH
HIGH
HIGH 1)
MAINTENAN:: E
HIGH
MODERATE
LOW
LOW
LOW
DISRUPTION POSSIBILITIES HIGH
MODERATE
HIGH
LOW
LOW
FLEXIBILITY
LOW
LOW
LOW
MODERATE
HIGH
RELATIVE COSTS
LOW
HIGH
LOW
MODERATE
HIGH
LIMITED
LOW
LIMITED
LIMITED
+
-
+ +-
SYSTEM
EXPANSION POSSIBILITIES LIMITED SUITED <50KM + FOR 50-200KM + DISTANCES)200KM + SUITED FOR DISTRIBUTION TRANSFER TRUNKING LEVEL OF FOREIGN TECHNOLOGY
-
-
+ LOW 2)
-
HF RADIO SYSTEM
VHF/UHF RADIO SYSTEM
-
SCPC SATELLITE SYSTEM
-
+
-
+ +
+ + +
+
+ + +
+ + +
MODERATE
LOW
-
LOW
HIGH
l)=with satellite available, 2)=multiplex equipment not involved. Fig.2.13 Comparison of the transmission systems.
THE VAKGROEP-EC
54
............
area
Town A
Town B
I
Town D
I I
UHF/vilF 1 ink 50 lan
Fig.2.14 Rural network model.
lr Isolated Sucscriber
THE VAKGROEP-EC
55
3 FASERUIS IN DE-QPSK SYSTEMEN
3.1 Inleiding.
Uit het voorafgaande hoofdstuk blijkt dat SCPC satellietcommunicatie systemen zeer geschikt zijn voor toepassing in dunbevolkte rurale gebieden. Derhalve wordt dieper ingegaan op een aantal technische aspecten van deze systemen. In dit hoofdstuk wordt ingegaan op faseruis in SCPC systemen. In de volgende hoofdstukken wordt beschreven een SCPC systeem, zoals dat is opgebouwd op de vakgroep Telecommunicatie, alsook de experimenten, die daarmee zijn uitgevoerd. In hedendaagse digitale satellietcommunicatie systemen, waaronder die voor SCPC verbindingen, wordt veelvuldig gebruik gemaakt van QPSK modulatie. Wanneer de aan de demodulator aangeboden datastroom eerst differentieel wordt gecodeerd, wordt gesproken van "Differentially Encoded QPS~', kortweg DE-QPSK. In de demodulator wordt coherent gedemoduleerd en differentieel gcodeerd. Een voordeel van differentiele codering is o.a. wanneer tijdelijk de fasereferentie van de draaggolf verloren gaat, het effect op de bitfoutenkans beperkt blijft. In DE-QPSK systemen (immers systemen met onderdrukte draaggolf) moet de draaggolf in de demodulator teruggewonnen worden. Dit gebeurt in de draaggolf terugwinningslus ("carrier recovery loop"). Voor het correct demoduleren is een juiste fase referentie van de teruggewonnen draaggolf van belang. Tengevolge van fasejitter op de teruggewonnen draaggolf zal echter steeds een fasefout aanwezig zijn. Hierdoor neemt de bitfoutenkans bij een bepaalde waarde van het ontvangen vermogen toe ten opzichte van de ideale situatie. Deze fasejitter wordt veroorzaakt door thermische ruis en door oscillator faseruis, en is afhankelijk van de gekozen bandbreedte van de draaggolfterugwinningslus. In dit hoofdstuk is bepaald wat de invloed van oscillator faseruis is op de bitfoutenkans als functie van de gekozen bandbreedte van de draaggolfterugwinningslus. Daarna zal een criterium worden afgeleid waaraan het spectrum van het aan de demodulator aangeboden signaal moet voldoen, teneinde de degradatie van de bitfoutenkanskromme binnen gestelde waarden ~e houden. 3.2 De draaggolfterugwinningslus.
In fig.3.1 is een draaggolf terugwinningslus getekend. Veel schakelingen zijn de "Phase lock loop" en de "Costas fig.3.1 is een Phase lock loop (PLL) getekend. Oak wanneer maar een Costas loop gebruikt wordt blijft onderstaande
gebruikte loop". In geen PLL afleiding
THE VAKGROEP-EC
56
geldig, daar de mathematische omschrijving van de Costas loop is aan die van de PLL [21].
gelijk
I
.........
~
(
r-o"--
""--~B,,:
"'")G..
)1.; -
I
r
H ~I¥c
~
I
loop ....-., I I filter
phase det.
I I
I
I
I
c.....,
t><
I.; x
I I
I
~ freq.
I I
deler
VCO
I
1- _ _ _ _
naar data demode
I
PloL
------
•
I I
I
-'
Fig.3.1 Draaggolfterugwinningslus. Een belangrijke parameter van deze schakeling is de dynamische lusbandbreedte Bl. Indien Blklein gekozen wordt zal de fasejitter in de PLL groot zijn. De schakeling zal namelijk trager worden en fasesprongen in het aangeboden signaal niet goed meer kunnen volgen, hetgeen zelfs tot cycleslipping kan leiden. Dit is getekend in fig.3.2 Indien de fasefout groter wordt dan 171 zal deze met een geheel aantal malen 71 toe of afnemen. In dat geval wordt gesproken van cycleslipping. -·-+1------------------
it::\.
r ,--------
~~,t W~.
~8~
i
o~.
~ "II;_~-- .........._ - - - ~
i
i:i
-1'~
~1
-.1
~a
~
oi
]
1 - - - -
I
-,. I
,--------
'----------
Fig.3.2 Een cycleslip [22]. In fig.3.2 is de cycleslip ideaal verondersteld. In werkelijkheid duurt het enige tijd voordat de slip voltooid is (afhankelijk van
57
THE VAKGROEP-EC
Eb/No) [23]. Wanneer een cycleslip optreedt gaat de continuiteit van de fasereferentie van de draaggolf verloren. Dit betekent dat de gedemoduleerde data van teken veranderd kan zijn. Bet is mede vanwege deze tekenonzekerheid dat de data differentieel gecodeerd wordt. In het geval van cycleslips in het ideale geval van fig.3.2 zullen slechts twee bitfouten optreden. 3.3 Bronnen van fasejitter.
Fasejitter in de teruggewonnen draaggolf wordt veroorzaakt door fasesprongen die de PLL niet kan volgen. Deze fasefluctuaties worden veroorzaakt door thermische ruis en door faseruis van het aangeboden signaal. In fig.3.3 is een voorbeeld van een spectrum van een aangeboden draaggolf getekend.
- - - - - - -=---..:"-=--~- -The.IH11~he. 'UAis vu,e..R
Fig.3.3 Voorbeeld van een faseruispectrum. In fig.3.3 is pUJ de afstand vanaf de draaggolf in Hz en is S,(f) het vermogen per Hz bandbreedte genormeerd riaar het vermogen van de draaggolf. Voor de fasejitter ten gevolge van faseruis van het aangeboden signaal geldt [24]:
l4.
f 5~{&J)/ 1-
f!{r;,})j2 dfAJ
(3.1)
WI
Hierin is H(w) de overdrachtsfunctie van de PLL. Voor de fasejitter ten gevolge van [24] :
thermische
ruis
wordt
(3.2)
gevonden
THE VAKGROEP-EG
met
58
v
M
GINo
correctiefactor voor de verliezen in de viermaal vermenigvuldigingslus (zie fig.3.1 [24]) correctiefactor voor de verliezen in het ontvangfilter [24] de draaggolf/ruis verhouding van het aan de demodulator aangeboden signaal [24] 1
Voor de totale fasejitter ~Twordt verondersteld [24]: (3.3) 2
~h is de fasejitter tengevolge van faseruis in het aangeboden signaal. Ret faseruisspectrum van het aan de demodulator aangeboden signaal is de convolutie van de spectra van de locale oscillatoren, die in de verbinding zijn opgenomen volgens [25]:
51{lJ) c fS¢up (w) * 5o/d~J :t 5
(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 van de 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:
~ Lv '3
S'iA.. (11)
'-V)::
met
f
iL w'Z
(3.6)
constanten.
G1, G2
Indien (3.6) ingevuld wordt in (3.1) wordt voor tweede orde PLL Ius, met! = 0,707 gevonden [24]:
+ 3 (2
3C177
1
~~
:::
/J.f]
8t'·
een
"High
Gain"
(3.7)
/681.
Indien (3.7) en (3.2) ingevuld worden in (3.3) wordt gevonden:
~ch ~
fJ (I 11 IA8 B{
+l0- + v11BL(c/ /6 B
No)
L
Voor de kans op bitfouten tengevolge gevonden [24]:
van
(3.8) cycleslipping
Pees
wordt
(3.9) Uit (3.8) en (3.9) valt te concluderen: 1
1. 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 termen in (3.8). Dit is faseruis op de draaggolf.
eerste
twee
2
3. Bij een vaste waarde van BL neemt~, toe wanneer GINo afneemt, en neemt ~ af, en daarmee ook Pees wanneer GINo en dus ook 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 dient te geschieden bij de laagste waarde van GINo die nog aanvaardbaar wordt geacht. Uit (3.8) voIgt ook nog dat bij een vaste waarde van B de fasejitter tengevolge van faseruis op het aangeboden signaal equivalent is met fasejitter tengevolge van thermische ruis aIleen. Stel namelijk: (3.11)
THE VAKGROEP-EC
60
dan wordt voor (3.8) gevonden:
(J;, 1. ~!3L
¢;r - vlf~)
of met
r
= 1
( / +~ )
(3.12 )
+ ~ (~> 1 )
'B L
(3.13 )
[22] geeft een afleiding voor de foutenkans als functie van Eb/No met als parameter Rs / BL = b (R.,= de bitsnelheid). Hierin is aIleen fasejitter tengevolge van thermische ruis verondersteld. het resultaat van deze afleiding is gegeven in fig.3.S.
s··
l 1 ~
..,"1 -1
-1 j
!
~
-1
..J I
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 als functie van Eb/No en 6 Wanneer bij een vaste waarde van en Eb/No ook de fasejitter tengevolge van de faseruis op het aan de demodulator aangeboden signaal in beschouwing wordt genomen, dan wordt de foutenkans nog slechter. Uit (3.8) blijkt ook dat de fasejitter tengevolge de eerste twee termen afhankelijk' is van de constanten C1 en C2 •
&
3.4 Criterium voor het spectrum van het aangeboden signaal.
In de praktijk wordt voor een gespecificeerde waarde van C/No de foutenkans tengevolge van fycleslipping gespecificeerd. Met behulp van (3.9) kan de fasejitter~ bepaald worden. a;,~ wordt bepaald met behulp 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
(3.16)
gevonden met behulp van (3.9): (3.17)
Voor ~~ geldt derhal ve : (3.18) Met behulp van (3.16), (3.17), criterium voor 51>( w) gevonden: - 11 3'2 J.h (
Bt, YPus) i7
4
.v1,1'(~hf~(
waarbij de grenzen Wi en w1. middenfrequent bandbreed te B/F
.
(3.18)
en
wordt
(3.1)
voor
het
en
de
B,p
f S~{lAJ) /1-!lrw)/¥t,.J (3.19)
0
zijn
vervangen
door
De waarde voor B~ kan worden bepaald door bij een waarde voor C/No , BLte bepalen zodanig dat geldt:
0
gespecificeerde
THE VAKGROEP-EC
62
== 0 (3.20 ) Dit is gedaan in [25]. Indien Sf(w) benaderd wordt door (3.6) worden met behulp van (3.18) criteria gevonden waaraan de constanten C1 en Cl moeten voldoen. Tenslotte is in [25] S1(w) benaderd door: )1(W)
==
c.( I-
t
(1.
~
T
w2
W
+ Cy
(3.21)
Indien dit wordt ingevuld in (3.1) wordt analoog aan [25] :
~\ 901 + 3C 177 + C?/v. 2Jl11t '(', 17.. {) Be/6 BL TJX (J If,)
-
(3.6)
(3. b(.8LJ f (,/:2.118,'1 I#J
- 277('tBL + f3L -:3 Vf1((/l/d met B/F en hoofdstuk6.
B,~
gegeven
gevonden
waarden.
(3.22)
zal
(3.22) worden
gebruikt
in
THE VAKGROEP-EC
63
4 HET TELECOMMUNICATIE SYSTEEM
4.1 Inleiding
Met een SCPC systeem, in bruikleen gekregen van Philips Telecommunicatie Industrie, zijn op de vakgroep Telecommunicatie communicatie experimenten via de OTS verricht. Alvorens in te gaan op deze experimenten, wordt in dit hoofdstuk het telecommunicatiesysteem besproken, waarmee deze experimenten zijn uitgevoerd. Ook worden voor twee SCPC verbindingen een "linkbudget" (vermogensbalans) gegeven. Uit fig.4.1 blijkt hoe het gehele systeem is opgezet. In het linkerblok is het zendsysteem gegeven. Dit is verbonden met de 8 meter antenne. In het rechterblok in fig.4.1 is de ontvanger getekend. Deze kan achter de 8 meter antenne of achter de 3 meter antenne geplaatst worden. Bet middelste blok bevat de zogenaamde "Translator loop" (een "kunst satelliet" die het zendsysteem met de ontvanger doorverbindt). Onderaan in het midden is de SCPC unit getekend, o~geven door meetapparatuur. In Buizen bij PTI bevindt zich ook een grondstation dat de communicatieexperimenten met de OTS "afluisterde". Ook dit "receive only" grondstation is in fig.4.1 getekend. In tabel 4.1 is aangegeven in welke paragraaf de diverse onderdelen van het systeem worden besproken.
ONDERDEEL
OTS ZENDSYSTEEM, HOOGFREQUENT GEDEELTE TRANSLATORLOOP 3 METER ANTENNE ONTVANGSYSTEEM, HOOGFREQUENT GEDEELTE SCPC UNIT MICROGOLF FILTERS
WORDT BESPROKEN IN PARAGRAAF 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8
Tabel 4.1 Overzicht hoofdstuk 4. De linkbudget berekeningen worden gegeven in paragraaf 4.9. Bet systeem is eerder beschreven in [25] en [26]. Derhalve worden hier de wijzigingen, zoals die in het systeem zijn aangebracht besproken. Niet gewijzigde onderdelen worden volledigheidshalve kort besproken. De drie meter antenne, als onderdeel van het ontvangsysteem hoogfrequent gedeelte en de microgolf filters, onderdelen van zowel het ontvang- als zend-systeem hoogfrequent gedeelte, worden apart beschouwd.
Eo
VAKGROEP-EC
64
./
./
"«:
~ETER
ANTENNE
T.H.E.
~lITE;;l1E
./
'roHoE o
3 i'rETER Al"TENNE
L
O.M.T Z&~D
,
P
L.-
-
T I
0
0
0
:fiUIZEN
r
SYSTEEM
1"--.
--...a
POWER METER
POWER LOAD
SYSTEEM
ONTVANG
~
TRANS
L..
+-t
MULTI METER
~
T. ,
rx.,..
ToW.T o
L.N.A.
"-
"'X-
-.
A
dB/
-r"
~
LOCAL OSClL.
i
~
~
""'X... -...... "">-
'r' -----
UP CONVERTER
..
LOCAL OSCIL •
-
80dB'\7
L
-
l'
f
C0
~~ r
11
DATA 8ENERA'l'OR
"I
I
p Sf
IL:::: r:: ~
H~r
t-[>(J
-01r
SPEC'1'RUM lI.NALYZER .... I--
FCG='E~~
'l.'Ei,LER
T
~
0
I l 0
j OSClL. LOCAL
.
L
:t?l
R.1'·!.S. VO l/J'1"f E'"" C'1;'
l><: -
dB
t
,
..L
'T
.
SCPC -
G><;) J
-r:=....
mmn HP CALCULATOR
HP PLOTTER
THE VAKGROEP-EC
65
4.2 De Orbital Test Satellite ( OTS ).
In het voorjaar van 1983 viel de B transponder van de OTS plotseling uit. Dientengevolge werden de experimenten die tot dat tijdstip op de B transponder werden verricht, voortgezet op de A2 transponder. In een later stadium (najaar 1983) zullen ook experimenten worden uitgevoerd op de A4 transponder (spotbeam). Fig.4.2 geeft aan welke kanalen van de OTS en welke zendbuizen (TWT's) najaar 1983 nog in tact zijn.
J
EURoaEA~
"A:
~ (ANT HRl)
x/sPOTSEAM " \ (ANT NR4)
MODULE A
---"MOOULES---
~>r
C~T,~5J
'7'".... ~ ,:.;
p, ( AOR
V
L
(UROSEAM "So. ("NT NR])
"",
,~'
Fig.4.2 OTS repeater keten, op 1-11-83, (De kruisen geven defecte zendbuizen aan) [27]. De verschillen tussen de B transponder en de A2 en A4 transponder van de OTS zijn weergegeven in tabel 4.2 • Deze gegevens zijn gebruikt bij het wijzigen van de microgolffilters. Oak zijn deze gegevens gebruikt bij de linkbudget berekeningen.
THE VAKGROEP-EC
66
EENHEID
TRANSPONDER A2
B F REQUE NTIEBAND ZENDZIJDE FREQUENTIEBAND ONTVANGZIJDE BANDBREEDTE SYSTEEM RUIS TEMP. MAX. ZENDVERMOGEN ANTENNE WINST ZENDZIJDE MAX.EIRP ANTENNE WINST ONTVANGZIJDE
A4
GHz MHz dBK dBW
14.455014.4600 11.79251l.7975 5 27.9 11.9
14.152514.1925 11. 490011.530040 27.8 10.9
14.242514.3625 11.580011.7000 120 28.4 11.8
dB dBW
31.0 41.7
26.5 36.7
35.5 47.3
dB
29.8
25.8
25.8
GHz
Tabel 4.2 Overzicht OTS transponder parameters [27]. Fig.4.3 geeft de output backoff van TWT2A (zie tabel 4.2) in de A2 transponder als functie van de input fluxdensity (bij gain step 15).
o
4
RATIO OF SMALL SIGNAL GAIN TO SATURATED GAIN = 6dB
o
c
-< \l
c
8
-<
tD l>
n
~ 12
)C
•
o
PRELAUNCH IN ORBIT
"Tl ."Tl
a. III
16
dBW /m2.
-105
-101
-97
-93
-89
-85
-81
Fig.4.3 Output backoff versus inputfluxdensity A2 transponder OTS [27]. Om de levensduur van de OTS te verlengen wordt brandstof bespaard; "Station keeping" manoevres worden minder vaak uitgevoerd. Het richten van de antenne is hierdoor vaker noodzakelijk. Met name wanneer uit het linkbudget blijkt dat de marge in het ontvangen vermogen 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
67
'THE VAKGROEP-EC
opnieuw gericht op de OTS. Voor de signaalvariatie A P van satelliet drift werd gemeten: IJ. 'P ~ /J J clB /
ten
gevolge
/wH{
4.3 Het zendsysteem, hoogfrequent gedeelte.
Het zendsysteem, hoogfrequent gedeelte is getekend in fig.4.4.
1*ff -H ~ H~B K
, °"9 I\.
TWT
fl n.fe""e
O/1T
"Powe~
mQ,fel? _.-
-
---
Fig.4.4 Het zendsysteem De upconverter werd gemodificeerd voor communicatieexperimenten in de A2- en A4-transponder. Tevens werd het faseruisspectrum verbeterd [28]. Het ontwerp van de upconverter werd dusdanig gewijzigd dat het zelfde kristal kan worden gebruikt bij experimenten in zowel de A2 als A4 transponder. Een blokschema van de upconverter is getekend in fig.4.S •
X
)(3
x't
Kfll'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 eerste mengtrap kan gekozen worden tussen bovenmenging en ondermenging al naar gelang de communicatieexperimenten plaatsvinden in de A2- of A4transponder. In de tweede mengtrap wordt bovenmenging toegepast. De hierverkregen spiegelfrequentie wordt door een achter de upconverter geplaatst filter gedempt (ca. 60 dB). Het faseruispectrum van de upconverter is getekend in fig.4.6 •
USB NOISE MEASUREMENT
111 -1111 -2111 -3111 -4111 '\
-5111 A
I
I\-..} I\;!
-6111 N
I
-../',
V
l.t", 11\ I ,I
Yiv
-7111
rv\
t'"\
'1111 .I
"-
0 III "'0
I
.1
11r'1
11
-al1l -9111 I
~
I
I I
-1111111 -11111
I
i
.
-12111
I I
I
-13111 -14111 -15111 10
2
2
4
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 vaste verzwakker van 20 dB (semi rigid uitvoering) worden geplaatst. Na de TWT bevindt zich een kruiskoppelaar. Deze kruiskoppelaar is nu opgenomen in het golfpijpcircuit dat direct naar de belichter van de antenne leidt. De oorspronkelijke uitkoppeling t een kristaldetector met uitlezing op een multimeter is vervangen door een OSM uitkoppelaar met uitlezing op de HP powermeter. De kruiskoppelaar is geijkt met behulp van de opstelling uit fig.4.7 •
2
4
69
THE VAKGROEP-EC
,
Stjnt he.s/Z.e R
j Seme.f eVl "p Ve.R mO~e,Vi = I
SpedRUrfl
synll,e.-
AI'1~L~z.eR
SlUR
..... =
50Q
of 5 Lui t,·1'1Ij
!
....
t
SpedR411'1 SemdtVl :il Ve.Rrno:J eYl" :I. AnA L~,e.R
Fig.4.7 Ijking kruiskoppelaar. Er is gemeten: P~
=
~
- 36,7 dB
De boven beschreven opstelling biedt 2 duidelijke voordelen boven de eerdere opstelling: 1.Ret uitgezonden vermogen kan tot op 0,1 dB nauwkeurig gemeten worden. 2.Ret aantal semi-rigid kab~ls (welke zeer kwetsbaar /:{~) en OSM/golfpijp overgangen is verminderd. 4.4 De translatorloop
Voorbereiding van de eigenlijke communicatieexperimenten via de OTS geschiedt via de zogenaamde translatorloop [26]. Deze schakel tussen zend- en ontvang- systeem is getekend in fig.4.8 •
'Pul.VeR
dB
o--t-t+----\ lOp,. D ~ 9,6dB
rA.O
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 TWT wordt uitgestuurd. Nauwkeurige vermogensmetingen geschieden echter m.b.v. de HP powermeter na de "powerload" in de translatorloop. Bet door de TWT uitgestuurde vermogen ~w~ bedraagt:
&wF (
P~
29,6 + 1,6 ) dBW
met Pgem : het m.b.v. de HP powermeter gemeten vermogen in dBW, waarbij voor de verliezen in de OSM kabel, overgangen OSM/Pband golfpijp en kruiskoppelaar 1,6 dB in rekening is gebracht (gemeten waarde) • 4.5 De
driemeter antenne.
4.5.1 Inle:f.ding
In het antenne park van de vakgroep Telecommunicatie is een antenne met een diameter van 3 meter aanwezig. Zijaanzicht en achteraanzicht van deze antenne zijn getekend in fig.4.9 en fig.4.10 •
"'~ola.r
.
'""-ax IS
Y'
\
/
~~( \
,
'{/f-----/'
/
Ie
----L-. -----
l__
---n-o-r-r-h--__
~
1 _ -_
-
_-_l_s_o_u_r_h
_....._ -_ -
Fig.4.9 Zijaanzicht drie meter antenne [29] .
_
THE VAKGROEP-EC
71
view A-A
posihon ~=OO -
•
Aand B-f3=25
0
Fig.4.10 Achteraanzicht drie meter antenne [29]. De besturing van deze antenne geschiedt door een besturings eenheid, die een tweetal stappenmotoren bekrachtigt. Deze stappenmotoren zijn in de antenneconstructie opgenomen in (zie fig.4.2) de assen AD en BC. Deze motoren kunnen de lengten AD en BC in lengte 20 em laten varieren. Hierdoor is de antenne te richten. De lengten AD en BC staan onderling niet loodrecht op elkaar. Derhalve zijn azimuth en elevatie niet onafhankelijk te varieren. Voor het regelbereik van de antenne wordt dan gevonden [30], dat de elevatie door de motoren maximaal 10 graden gevarieerd kan worden, en azimuth maximaal 20 graden. Dit wordt geillustreerd in figuur 4.11 • Hierin wordt AD de leadscrew lengte west (LW) en BC de leadscrew lengte east (LE) genoemd.
THE VAKGROEP-EC
72
B =-4,0
o
(le,lW)= (20000,0)
leadwest .-#.
.." ._.~_..-
.
.:..
(le,lw)=(O,O) .. '26 .- ··i····_· .I ..'.
168 '.'
170
172
174
176
. . -!
178
180
182
184
186
188 azimuth
Fig.4.11 Het regelbereik van de antenne. Zoals blijkt uit fig.4.10 is de antenne in A en B bevestigd op een metalen ring. Aangezien het regelbereik van de hoofdbundel van de antenne gering is, kan de antenne een offset hoek B worden gegeven. B is dan de hoek die de projeetie van de antenne as op een horizontaal vlak maakt met de noord-zuid riehting. Indien dus de azimuth en elevatie waarden niet binnen het regelbereik van de antenne liggen, moet deze offset hoek B zodanig gewijzigd worden dat dit wei mogelijk wordt. Op de besturingseenheid worden de leadserew lengten east en west weergegeven met twee getallen tussen 0 en 20.000. Ret verband tussen 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. beide leadserew lengten, l.s.east en l.s.west geldt: 80
< l.s.east <
100 em
80
< l.s.west <
100 em
Voor
de
THE VAKGROEP-EC
73
4.5.2 Ijking
Voor de uit te voeren experimenten is het nodig de antenne te richten op de OTS. Oak moest ontvangst van de signalen van de ECS I, (European Communication Satellite) mogelijk zijn. In tabel 4.3 zijn azimuth en elevatie van beide satellieten gegeven, zoals zij door het grondstation in Eindhoven worden gezien. OTS ELEVATIE AZIMUTH Tabel 4.3
31,0 0,4
ECS
(In graden)
31,0 5,7
OTS en ECS coordinaten [27] [31].
Zoals blijkt uit fig.4.11 zouden beiden satellieten te ontvangen moeten z1Jn in een stand met B=O graden. Dit bleek echter niet het geval, hetgeen betekent dat de positie waarin de antenne op de metalen ring bevestigt is niet overeen komt met B=O graden. Ontvangst van de OTS bleek niet mogelijk, de ECS daarentegen weI gevonden, echter bij andere leadscrewlengten dan werd verwacht. Met de bekende coordinaten van de ECS en de gevonden leadscrewlengten kan de waarde van de offset hoek B bepaald worden met behulp van de formules uit appendix 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 binnen het regelbereik van de motoren vallen en dat voor beiden de grootst mogelijke sturing mogelijk is. We stellen dat het punt halverwege tussen de ECS en de OTS wordt afgebeeld op het midden van het regelbereik van de antennesturing,ofwel elevatie azimuth
(31,0 )---------(90 em) ( 3,0 )---------(90 em)
LW LE
Indien de leadscrew lengten 90 em bedragen, dan geeft de display de besturing eenheid [29]: X
10.000
Y
10.000
van
THE VAKGROEP-EC
74
met behulp van deze gegevens kan B worden (appendix C) wordt voor B gevonden:
bepaald.
Na
rekenwerk
B = -2,9!0,1 graden De antenne dient dus over een hoekhB verplaatst te worden. Er derhalve gevonden:
wordt
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):
X
Y
OTS
ECS
8000 13000
13000 7000
Tabel 4.4 Voorspelde displaywaarden voor ECS en OTS. Nadat de antenne met behulp van de Centrale Technische Dienst van de TH verzet was, werden voor de werkelijke waarden gevonden (zie tabel 4.5): OTS X
Y
9000 13150
ECS 15100 7500
Tabel 4.5 Werkelijke display waarden voor de ECS en OTS. De afwijkingen tussen de voorspelde waarden en de werkelijke waarden zijn het gevolg geweest van het niet nauwkeurig bepalen van de juiste afstand op de bevestigingsring waar de antenne op bevestigd moest worden, zodanig dat ~ B = 4,8 graden. De maximale fopt welke optreedt in de X waarde van de ECS is evenredig met een poin~gfout van 0,55 graden van de antenne (200 stappen = 0,05 graden ). M.b.v. de waarden uit 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 functies F en G te kennen.
de
volgende
75
THE VAKGROEP-EC azimuth elevatie
F ( LE = G ( LE
LW ) LW )
Ook de inverse functies R en K willen we weten: leadscrew east = R ( azimuth,elevatie ) leadscrew west = K ( azimuth,elevatie ) Om niet iedere keer met de hand (zakrekenmachine) de berekeningen uit appendix C te hoeven verrichten, is een rekenpropgramma voor de RP9825 calculator geschreven. Dit programma, inclusief beschrijving is terug te vinden in appendix B. Met behulp van dit rekenprogramma kunnen de displaywaarden X en Y worden berekend voor het meten van het 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 ECS is namelijk 7 dB sterker dan dat van de OTS. Bovendien is de frequentie 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~nfhi
c,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· Bn met la, 'I?log G = 80 dB lO~log(Nf)
= 4,4 dB
lO"log(k) = -228.6 dBW/Rz/K
THE VAKGROEP-EC
76
To
=
293 K
Bn voigt
=
100 Hz
N
= -99,6
dBW
In de praktijk blijkt nog te meten te zijn tot -90 dBW. Bij het bepalen 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 en Y voor de leadscrew lengten bepaald. Deze zijn gegeven in tabel 4.5 C::; ,:l ~~ C i d P T:: ['1 :12 I t"UTH
.
ELE\.'RT I E
~***~**~~******* 31 ~:t 5 '" 10:... 0(1 ..,.~
172. 1 ~1 172. 20 172. 172. 172. 172. , 72. 172.
3 ~:1 4r1
5 ~:1 6fj 7' '3
8(1 172.';(1 173. 00 ~ 7 :::: 1171 173. 20 I
173.31) 173. 4 ~) 17:3. '51) 17'3. 6(1
1 7:3 • 7(1
173. 30 '-'tot- '~O
17'-' .l.
I
17.f:. iClC 174. 1(1 174. 2(1 174. 30 174. 4a 174. :5 :) 174. 6(1 174. 7 (1 174.80 174. 90_ 175. '.3 ~:' 175. 10 175. 20 175. 30 i75.4(1 175.
~':1
175.6:) 175. 70 175. 80 175. 90 176.01) 1 ( t· 1 (1 I
1 ft·. 2(1
Tabel 4.6
·· ·
31 05 31 .05 05 ~, " :31 ~) 5 31 ~35 ':. t
:31
(15
31 .05 31 ~3 5 31 .05 31 05 :~: 1 .05
·
::; 1 €15
31 .1215 :31 05 31 • €15 31 05 31 05 :;: 1 (15 31 05 31 .05 31 (15 :' 1 -' " 05 :31 • ~) 5 :31 05 31 C15 31 ~) 5 31 ~3 5 31 05
· ·
B-, ~35
:3 1 0::. 31 ~:15 :31 ~3 5 31. ~3 5 31 05 31 1)5 31 ~:::15 31 .£15 31 ~)5 '31 05 31 ~:i 5 31 ~~15 ,~: 1 ~3 5
· ·
LE'ii..'
EA:3T
=~. C:. ~ i ~E:::
COOF.~[1
T
. "*"** .~*-f* ******** . 17122
5:~:64
17'021 16'320 16:320 16721 16622 16523 16425 16328 162:31 16135 160:39 15943 15:349 15754 1566e1 15567
15474 15382 152'30 1519'; 15108 15017 14926 14838 14749 14661 14573 14H:5 1439g 14312 14226 14140 14~}55
13971 13887
13803 1372-) 13':,::: 7'
1:3550
13473
5457 555~:1
5644 57:;:::: '58:3:3
5n:::
e ~)2:3
61 18 6214 631 1 &407 65134 6601 &699 6797 6895 6'394 709:3 7192 7292 7391 7492 7592 769:3
77'H
78'3t.
7'398 8 P)~)
8203 8306 8413'3 8512 8616 '3720 8:325 '3 '?:3 13
9035 '~ 1 4~) 9246
13:~:'32
',352 '1458
t :;::;: 1 1
'?565
I
r'~ATr::r-~
LC.HU
RZlt'1!.JTH ELE'"nn I E
EAST
****************
174. 26 174. 26 174.26 174. 26 174. 26 174. ? -'='' 174. 26 174. 26 174. 26 174. 2;':, 174.26 174. 26 174.26 174. 26 174. 26 174. 26 174. 26 174. 26 174.26 174. 26 174. 26 174. 26 174. 26 174. 26 174. 26 174.26 174.26 174. 26 174. 26 f-174. 26 174. 26 174.26 174.26 174. 26 174. 26 174. 26 174. 21::, 174. 26
:36:::4
931 1 '3623
9'3:34 1024~
1055:5 10:::64 11 173 11481 117:38 12094 123'3'; 127134 1 :30~38 13312 1%14 13916 14217 14518 14818 151 17
I
·· ·
32. 50
:32.6-0
32.70
455€.
4762 4%9 ::51 76 :538:3 ~590
.,.
~",~ (.' I
1541~
I
:32. P) 32. 20 :32. 30 :32. 413
3313 3520 3727 39:;:5 4142 4349
8'398
I
---._._-
~EST
+***************
2', . lH) 2'3. 1» 2'~ 2 ~3 2'3. 30 2', • 4~)
29. 50 2', 60 2'3. 7(1 2', • 80 29. 90 30. 00 :30. 10 30.20 30.313 30.40 30. 513 :30. 613 :30. 70 313. 80 30. 90 31 13~ 31 10 31 20 31 .30 31 .40 31. 50 31 .60 31 .70 31 8~) 31.90-32.013
:> C;<: t:. ~
--
15713 1601e1 16306 1'6;':,132 16897 17191 17485
""
-17776 IS07e1 18362 18652 18943 19232 19521 1 '~:31 '.3
,,
6003 6211) 6417 062:;: 683.) 7e37 724:3 7450 7656 7863 8136'3 8276 8482 8689 8895 91132 ';308 9514 9721 9927 10133 1e1340 113546 10752 1 el95~:
Leadscrew displaywaarden X en Y als functie van azimuth en elevatie.
Het gemeten vermogen bij de diverse waarden van azimuth en
constante
THE VAKGROEP-EC
77
eleva tie en elevatie bij constante azimuth zijn gegeven in tabel 4.7 en tabel 4.8 en grafisch weergegeven in fig.4.13 en fig.4.14. In fig.4.14 konden de zijlus maxima niet gemeten worden vanwege het beperkte regelbereik van de antenne. ()
Elevatie = 31 '105 Azimuth
174,3 174,2 174,1 174, 173,9 173,8 173,7 173,6 173,5 173,4 173,3 173,2 173,1 173,0 172,9 172,8 172,7 172,6 172,5 172,4 172,3 172,2
°
Ontvangen vermogen( dBm)
-31,7 -31 ,2 -31,6 -31,8 -3',0 -34,7 -37,4 -40,0 -44,9 -53,5 -57,4 -51 ,1 -50,0 -48,6 -48,7 -~8,7
-50,6 -51 ,0 -53,5 -55,8 -57,7 -59,0
Azimuth
Ontvangen vermogen(dBm)
174.4 174,5 174,6 174,7 174,8 174,9 175, 175,1 175,2 175,3 175,4 175,5 175,6 175,7 175,8 175,9 176,0 17~, 1 176,2 176,3 176,4
-32,4 -34,1 -35,6 -38,1 -41 ,5 -46,7 -54,0 -54,4 -52,0 -50,6 -49,6 -50,2 -51,2 -50,4 -51 ,8 -52,6 -53,2 -54,2 -55,3 -57,6 -59,3
°
tabel 4.7 Ontvangen vermogen als functie van azimuth.
78
THE VAKGROEP-EC
Azimuth =174,26:1 Elevatie Ontvangen vermogen (dBm) -30,8 31 , 31 ,1 -30,8 31 ,2 -31 ,8 31 ,3 -33,8 31 ,4 -35,9 31 ,5 -39,4 31 ,6 -44,6 31 ,7 -50,8 31 ,8 -54,3 31 ,9 -54,2 32,0 -54,8 32,1 -57,0 32,2 -59,3 32,3 -59,2 32,4 -59,0 32,5 -57,5 32,6 -56,5 32,7 -54,2
°
Elevatie
°
31 , 30,9 30,8 30,7 30,6 30,5 30,4 30,3 30,2 30,1 30,0 29,9 29,8 29,7 29,6 29,5 29,4 29,3 29,2 29,1 29,0
Ontvangen vermogen(dBm) -30,3 -30,7 -32,2 -34,6 -38,0 -42,0 -47,6 -47,6 -46,2 -46,4 -49,0 -52,0 -54,0 -55,2 -55,0 -57,0 -58,2 -56,7 -54,8 -53,4 -53,5
Tabel 4.8 Ontvangen vermogen als functie van elevatie.
THE VAKGROEP-EC
dB
..
1-+
LL-'-I I I..... I
I --1 - .... -
79
I
I
I
J-l. l I ti
I ' I I I I '
I' fiC-T- .,-
i
.·r: ,.L-+-' .. !
T
I I
-l.I ~r.
'I j
i I :
!
!--.!1 I. I i
I
I
I
,I
+~.- _
l I
. !_ ;
I
Fig.4.13 Stralingsdiagram in azimuth richting van de 3 meter antenne.
I
29
30
31
32
33
elevatie
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 in azimuth richting ca. 18 dB onderdrukt zijn. Bet stralingsdiagram in eleva tie richting is niet geheel symmetrisch. Een oorzaak kan zijn een 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 m.b.v. de opstelling zoals gegeven in fig.4.1S •
5.A, !:J , ~
Wn
~ I!r·HdB ~
9; 25dB
t><
-
[>80q:
wordt
bepaald
Spe.ctllUIIl RYlAL~2eR
1
5~ (It he.-
SIzeR ..
Fig.4.1S Maximale antenneW1nst
meetopstell~ng.
Gebruik is gemaakt van de zogenaamde "Standaard Gain" antenne waarvan de gain nauwkeurig bekend is. Er geldt: Gsg = 22,7 dB Op grond van: Ga
= q
hoorn,
een
1
(71D/).) [32]
met
D de diameter van de antenne in m de golflengte in m de 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 ECS is dan het dynamisch bereik van het systeem nog maar 4,7 d~. Dit blijkt te weinig om met de standaard gain hoorn het signaal te kunnen terugvinden. nerhalve is voor deze meting gebruik gemaakt van een veel sterker signaal dat op het moment van de meting aanwezig was in een van de ECS transponders. Voor de maximale antenne winst van de drie meter antenne werd gevonden: Ga ~ 48,2 + 0,6 dB
THE VAKGROEP-EC
81
waarbij de onnauwkeurigheid bepaald wordt door: Spectrumanalyzer Standaard gain hoorn Signaalfluctuatie baken
0,1 dB 0,1 dB 0,4 dB 0,6 dB
4.6 ontvangsysteem hoogfrequent gedeelte.
De ontvanger, zoals die gebruikt is, is getekend in fig.4.16
LNA
-11J.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 de ontvangst van zowel de A2 (bovenmenging) als de A4 transponder (ondermenging). Aangezien de local oscillator een uitgangsvermogen van slechts 2 mW levert, en de mixer ca. 5-10 mW nodig heeft, is achter de local oscillator een versterker geplaatst van ca. 5 dB. De richting isolator aan de ingang van de ontvanger zorgt ervoor dat de Low Noise Amplifier (LNA) altijd aanpassing ziet, ongeacht het golfpijpcircuit dat zich ervoor bevindt. De demping van deze isolator in voorwaartse richting bedraagt ca. 0,3 dB, in terugwaartse richting is 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 G van de gehele ontvanger. Weglating van deze DC blocks betekent dat de ruisfactor F toeneemt en de gain G afneemt \zie tabel 4.10). Na deze DC blocks is het "image rejection" filter geplaatst. Zonder dit filter zouden op de midden frequentie van 70 MHz de A2 en de A4 transponderbanden over elkaar heen vallen. Na de mixer is een 80 dB versterker geplaatst met een bandbreedte van ca. 15 MHz en een centrale frequentie van 70 MHz. De kwaliteit van een grootheid G/T met:
grondstation
wordt
gekarakteriseerd
door
de
THE VAKGROEP-EC
met
82 T = (Nf - l)To + Ta Nf ruisfactor van de ontvanger To 293 K Ta = antenne temp. in K
De ruisfactor van de ontvanger is gemeten m.b.v. de opstelling gegeven is in fig.4.17 •
zoals
r-l
-
0
O'icillO
s(Ooi'T
L
' ' ELl
/0· lool1/1z
Nr:meAtt2.
L
5O/..iD
srfi Til
nO/'je
I--
onlvll~ell
SouRce
~I
t----
[X
I---
! ciS
Fig.4.17 Meetopstelling voor het bepalen van de ruisfactor. Aangezien de ruisfactormeter een ingang heeft voor 30 MHz dient het 70 MHz signaal van de ontvanger extern te worden gemengd met 100 MHz. De oscilloscoop dient ter controle van de meting. Bet beeld dat de oscilloscoop dient te geven is getekend in fig.4.18 •
Fig.4.18 Beeld oscilloscoop. De uitgang van de ruisfactormeter dient zodanig te worden ingesteld dat de afstand A A' maximaal wordt. Voor verschillende configuraties van de ontvanger is de ruisfactor bij70 MHz gemeten. De resultaten zijn gegeven in tabel 4.10. Ook is de ruisfactor bepaald van een golfpijpmixer waarin het signaal direct naar 70 MHz wordt gemengd zonder LNA en zonder image rejection filter. Ook dit resultaat is gegeven in tabel 4.9 •
THE VAKGROEP-EC
83
CONF IGURATIE
EZB
l. DCbl./FET/DCbl./ MIX./AMPL. 2.ISOL./DCbl./FET/DCbl./ MIX./AMPL. 3. ISOL./DCbl./FET/DCbl./FILT./MIX./AMP /MIX./AMP. 4.ISOL./DCbl./ 5. ISOL./DCbl./FET/ FI1T. /MIX. / AMP
6. GOLF PUP MIXER / AMPL.
DZB (dB'
6.6 7.0 6.4 10.4 8.9
4.5 4.8 3.8 7.8 6.5
7.8
5.5
Tabel 4.9 Ruisfactor bij verschillende configuraties van de ontvanger. Voor de configuratie 3 en 5 z1Jn de enkelzijband waarden gemeten. voor de overige configuraties de dubbelzijbandwaarden. Omrekening van DZB naar EZB en v.v.geschiedt volgens (33]: F E2 8
= 2
FD2B -
1
De LNA is opgebouwd rond de HFET-2201 [34]. Ret schema van de LNA gegeven in fig.4.19 •
is
g~ PdB Y.r:= It, Lfr/B
01/
+I'J.. Ii
Fig.4.19 De Low Noise Amplifier [LNA]. De LNA moet afgeregeld wordeq in onbelaste toestand met potentiometer PI 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 design zijn de beide DC blocks in stripline ontwerp in de LNA opgenomen. In de gebruikte ontvanger zijn deze extern toegevoegd met als nadeel extra verliezen in de twee extra OSM overgangen. Hierdoor treedt voor de LNA een extra verlies van ca. 1,5 dB Ope Omdat de ontvanger gebruikt dient te worden in combinatie met zowel de 8 meter antenne als de drie meter antenne, zijn aIle onderdelen van de ontvanger,zoals gegeven in fig.4.16, op een compacte W1Jze samen gebouwd zodat de ontvanger eenvoudig te vervoeren is. Als bodemplaat, waarop de isolator, DC blocks, LNA, het image rejection filter, de mixer, de 80 dB versterker, en de extra versterker voor de local oscillator werden bevestigd, dient de deksel van de local oscillator. Ook de aansluitingen van de voedingen zijn zodanig uitgevoerd 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 getekend in fig.4.20 [35].
P
Pi
F
()
L
~A
IF
I
TFU
0
S
0
T
C 0
D
e(
C.
-C5,
m 0 V rn0 d~ e F e 0 D.
H
D
M 0 D
O
D
-
@-c )-O{:>-1@ MONITOR
Tx Rll
? ct
t
[0 ~
I
Fig.4.20 De SCPC unit [35].
THE VAKGROEP-EC
85
De SCPC unit bestaat uit drie gedeelten. In het bovenste gedeelte bevindt zich de gezamenlijke apparatuur, de "Timing and Frequency Unit" (TFU), de piloot generator, de "Automatic Gain Control and Frequency Control Unit" (AGC/ AFC unit) en de middenfrequent versterker (IF AMPL.) en de "Upconverter" en de "Downconverter". In het midde~ste gedeelte van de SCPC unit bevinden zich de kanaal units. Hierin zijn twee Differentially Encoded QPSK (DE-QPSK) units en een "Companded FM" unit geplaatst. Een DE-QPSK unit bestaat uit een coder/decoder kaart, een modulator kaart en een demodulator kaart. Evenzo bestaat de FM unit uit een "Voice Frequency Unit"(VF), een modulator en een demodulatorkaart. Rechts in dit gedeelte van de SCPC unit bevindt zich de "Shelf Distributor", een kaart die de signalen van de diverse kanalen combineert, verbindt met de IF versterker en het van de IF versterker ontvangen signaal weer distribueert over de verschillende kanalen. Bet onderste gedeelte van de SCPC unit is een monitor paneel. De laagfrequent signal en (3003400 Hz) kunnen hier bekeken worden op een oscilloscoop of hoorbaar gemaakt worden via de in het paneel uitgevoerde luidspreker. Ook zijn de IF uitgang naar de upconverter en de IF ingang van de downconverter aangebracht, te gebruiken wanneer de up- en downconverter niet in de unit zijn ondergebracht. Een blokschema van de complete SCPC unit is gegeven in fig.4.21 • De onderdelen in dit blokschema worden kort besproken in de volgende paragrafen.
86
THE VAKGROEP-EC
TFlJ IF
CODER
r'OJU:.A TOft
::AAR
CO?\'[ERTER
TFli
rFU
,-
":;':CODER
I---
D~7'10:)~LAr:iJ:~
I--
-
I SYII\,lI'l
---
TIn},:~
~'r-{E~~
l
V AN
DO'w'N IF
--
AM?LIFI2R
C OlIVERTER
-
v
-
r'I'Fc
"---
M,D
VENe y
AFC LOOP
U~lT
.' ~
TtU
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 TFU is de systeem referentie oscillator van 5 MHz. Hiervan wordt afgeleid de frequentie van 180 kHz, nodig voor de synthesizers in in VCU's, een klokfrequentie van 32 kHz voor de codec's. Een frequentie van 47,01 MHz, voor de modulatoren en demodulatoren wordt geleverd door een tweede oscillator.
THE VAKGROEP-EC
87
r-
---
-- --
I
FREIl QUARO I 2880 kHz
I
I I 1
I 1
I I
SlitH!
"-
\
OVEOI1EO
CRYSTAL
I
~
1
I I I
1
I l_12V._._._ D o
1eo
'Hr
Jl
'Hr
5
HHr
H
~ 12~
Fig.4.22
HHr
I
-I
ALUM"
[OUTPUI VOLT LOOP lOCI ~
12 V
-- -- ~
De 'IFU [35].
4.7.3 Piloot en AFC/AGC Unit.
Ret is gebruikelijk bij SCPC verkeer dat door het master station (zie hoofdstuk twee) een piloot signaal wordt meegezonden. In de ontvang stations wordt dan tesamen met de SCPC kanalen deze piloot ontvangen en gebruikt om oscillator drift van de in de transmissieweg opgenomen oscillatoren te compenseren. Wordt de piloot gebruikt om de local oscillator van de downconverter bij te regelen, dan spreekt men van achterwaartse regeling. Echter, de gebruikte SCPC apparatuur is ontwikkeld voor communicatie in de 4 - 6 GRz band, zodat de bijbehorende up en down converters niet kunnen worden gebruikt voor experimenten in de 11 14 GHz band. Derhalve wordt de piloot gebruikt voor sturing op de eerste mengtrap van de demodulator. Dit heet voorwaartse regeling. In fig.4.23 is het blokschema gegeven van de piloot generator. Aangezien deze oorspronkelijk niet aanwezig was (een piloot behoeft immers aIleen door het master station te worden gezonden), is de piloot generator gerealiseerd m.b.v. een synthesizer.
THE VAKGROEP-EC
88
Ell SUPPR.
,...--------1
FAilURE
DETECTOR
r-------I CIRCUITS
1-------1 1-----ouIPur
CHU.El .UMBER. ClOCl • STROBE I AOOllESS I.PUT
II. PA SYSYEMS I
II. OA SYSTEMS I
Fig.4.23 Synthesizer [35]. Aan ontvangzijde is de AFC/AGC unit fig. 4.24 •
gerealiseerd
_L... __ .
I I
I
(
-
--
~ ~
gegeven
demo/).
- -
-
-
-
[>
PhAse
de+edOIe
-
X
't1.olllfllz
I
I,
I I
-
I I
I I
I I
I
I
in
_
t> I-~
zoals
1/5",'t02)11/h.
\
VC.O_
LPf
'( /l Fe
!..-_ _---L
------------------
L 00 P
I -.1
Fig.4.24 Voorwaartse regeling AFC loop op demodulator. De op deze wijze gerealiseerde AFC loop regelt de oscillatordrift tot max. 50 kHz bij. Dit wordt aangegeven op het display van de AFC/AGC unit. De automatic gain control werkt in op de IF amplifier en heeft een 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 •
i-------_·_·l 52-a8MHl
~I
. I UP COJWERTOR <-15 dSm/CR
- 48d9mfCil
I
r - . _ . _ - - - _ . --.----: ~~~ )--1-"'-'+--""-::;-'
I
52-IBM",
t-_-< ...",OO,:,:W'""C""O"",VE",i=TOA I
>-50dBoICi
llV:::[]---; I MO'. II
L
_
_
o
~ALAAM
.!!... IF. AMPm IE i. J
_
-11' 0 .'l V et
o
SEARCH
AFC IAGC
u"r
C·: __ ....:..... j -
Fig. 4.25 IF Amplifier [35]. Gekoppeld aan de IF amplifier is de automatic gain control. 14 dB aan variatie 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 in de SCPC apparatuur aanwezig is.
90
THE VAKGROEP-EC
YCU Fl"l MQDULATOR
_
=..J
'_._-_.-..;",." --_·-1 v.
1'0
O~I~YI
,
l~OO~.
"~g~"
;~d.
._-
- - -_.
'H:
-'I
It
L
,~gwl
\l-U .... '
I
IL
__ __ ._---.
I
-_.~
VCU Vf UNIT
I.l0
~;;;--'-------L.
L-='''_. __._
Fig.4.26 VCU Unit [35]. In de VCU wordt het basisband telefonie signaal (300-3400 Hz) omgezet in een "Digitally Controlled Delta Modulated" data stroom [20] van 32 kbits/s en vervolgens 4 fasen DE- PSK gemoduleerd. In de codec wordt spraak omgezet naar een data stroom van "O"en en "l"en. waarbij een "1" een toename en een "0" een afname van het signaal niveau betekent. Op vier op een volgende gelijke bits wordt companding toegepast [20]. In de modulator wordt de 32 kbit/s data stroom gesplitst in twee data stromen van 16 kbit/s. differentieel gecodeerd en 4 fasen gemoduleerd. de gemoduleerde draaggolf wordt vervolgens gemengd naar een hogere frequentie in de IF band (52-88 MHz). Deze bandbreedte is gelijk aan de transponderbandbreedte van de Intelsat IV. Dit mengen gebeurt m.b.v. een synthesizer waardoor een kanaal binnen deze band gekozen kan worden. In de demodulator wordt het IF signaal in 2 mengtrappen geconverteerd naar een lagere frequentie (450 kHz) voor demodulatie. Draaggolf terugwinning en data demodulatie gebeurt m.b.v. een "dubbele costas loop". "clock recovery" wordt gerealiseerd door een bit synchronizer met digitale lus. "Squelch" op het front paneel geeft de aanwezigheid van gedemoduleerde data aan [35].
H_11l
~o
'la_PhOIWIIP
'tl!COIlUOl
THE VAKGROEP-EC
91
4.7.6 VCU FM Unit.
In fig.4.27 is het blokschema gegeven van de FM unit.
r-- --- -
,
-
, r------------------------------, , ,, ,' ,, ,
- - - - - - - - - - - - - ---,
,I ~~o\.·;~~MI+
:t-
AT.:
,
,
,
IF OtJIP\J1 52 -88 "'Hz
~------,--- :~yl:6(~:rROl
L - - - - - t - - - - - - - - - - - r - - :rDl~:~~Hl ---''- sur"
1--
DISULE VQ:l---i------;----j--+--;--i---'f------j---'
REF
~~~~rl.PUl ---'------'------j--+--c----'----,f-------'--+----'
r ----- ------- - -- - -- -- --- ------ ----i
'IF QUTPUT
300· )400 HI
I
lIAr...
I
JlLIIi
, I , ,
E-W'RE
.-
,,
I
, I
,
, ,
f----'---""'-'--';'----i-....+-l
,
I
L-__-+__--',_
, , I ,
I I
I
I IL
I
'leu
tDD(C
--.JI
I
'leu
DEMODULAtOR
J
~------------------------------------~
Fig.4.27 FM unit [35]. 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 de modulator wordt het signaal gemengd naar een IF frequentie in de 52 88 MHz band, afhankelijk van het te kiezen kanaal. In de demodulator wordt het IF signaal twee keer gemengd naar een lag ere 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 units ondergebracht met steeds links de codec of VF kaart, in het midden de modulator en rechts de demodulator (zie fig.4.28). De BNC connector op het front van de modulator kan gebruikt worden om m.b.v. de spectrum analyzer het gemoduleerde signaal te bekijken (70 MHz). De
~~I~;~QNHI
surH.IU
THE VAKGROEP-EC
92
BNC connector op het front van de demodulator kan gebruikt worden am het signaal te bekijken voordat het gedemoduleerd wordt (450 kHz). Deze BNC aansluiting dient ook gebruikt te worden voor de C/N metingen. Op de BNC connectoren van de IF unit kunnen aile signalen die verzonden en ontvangen worden bekeken worden (70 MHz). In het onderste gedeelte van de SCPC unit bevindt zich de uitgang "Ix" naar de upconverter. De sterkte van de signalen is ca. -15 dBm. Indien wenselijk kan deze verminderd worden d.m.v. de bovenste variabele verzwakker op het front van de IF unit. Deze verzwakker is instelbaar van 0 tot 10 dB met stapgroottes van 0,1 dB. Ret signaal van de downconverter dient te worden aangesloten op de BNC connector "Rx lt in het onderste gedeelte. De signaal sterkte dient ca. -50 dBm te bedragen. Is dit signaal sterker dan dient de onderste verzwakker op het front van de IF unit Rx zodanig te worden opgedraaid dat op de 450 kHz connector van de demodulator 100 mV wordt gemeten m.b.v. een hoogohmige r.m.s. voltmeter. Hierbij dient de modulatie afwezig te zijn. Dit kan gebeuren door de codec kaart uit de SCPC unit te verwijderen. In het middenste gedeelte van de SCPC unit bevindt zich ruimte voor vier kanalen, zie fig.4.28.
C 0 0
e
D
tTl 0
e-
P.
0
rn D
<..
(
yYJ
O
0
D
e
c.
D
e F m 0
F H t1 0
0
0
d
V
F
M D
e.
M 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 een aansluiting voor een telefoontoestel aangebracht. Deze kunnen aan de voorzijde van de SCPC unit worden afgeschakeld resp. ingeschakeld door verwijdering resp. terugplaatsing van overbruggingscontacten. Deze contacten bevinden zich op de voorzijde van de codec's en VF kaarten. De telefoon toestellen zijn hierop verbonden met "line". Op "monitor" op de codecs of VF kaarten kan het laagfrequente spraaksignaal beluisterd worden door deze door te verbinden met de in het onderste paneel aanwezige luidspreker. Hiertoe is een bijbehorend kabel aanwezig. Ret SCPC systeem bevat enlge hysterese. Indien door extra ingestelde verzwakking de piloot uit "lock" valt, dienen de verzwakkers teruggedraaid te worden totdat de piloot ontvanger weer in "lock" komt. Daarna kunnen de verzwakkers weer opgedraaid worden tot net niet die waarde waarbij de piloot uit lock viele Voor BER metingen dienen de modulator en demodulator in een kanaal van SCPC unit op dezelfde frequentie te zijn afgestemd. De frequentie kan worden ingesteld door de modulator en de demodulator uit het rek te halen en de zijplaat te verwijderen. M.b.v. de dan zichtbare dipschakelaars kan de frequentie worden ingesteld. Bij BER metingen
THE VAKGROEP-EC
93
wordt de codec in de extender geplaatst. Bij een demonstatie met de telefoons dient de frequentie van de modulator ui t kanaal 1 overeen te komen met die van de demodulator van kanaal 3, evenzo de frequentie van de modulator ui t kanaal 3 met de demodulator uit kanaal 1. 4.8 Microgolf filters
In verband met het voortzetten van de experimenten op de A2 en A4 transponder van de OTS zijn de microgolf filters aan zend en ontvang zijde vervangen. 4.8.1 Het image rejection filter. Een bruikbaar ontvangfilter voor de A2 transponder is gerealiseerd door een bestaand filter te verstemmen. In tabel 4.10 zijn de centrale frequentie en de 3 dB bandbreedte gegeven. Ook is de demping in 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 transponder van de OTS. De amplitudo en de fase karakteristiek van dit filter z1Jn gegeven in fig.4.29 en 4.30. Het afregelen van dit filter is gedaan m.b.v. een opstelling op de vakgroep EC, zoals omschreven is in [25]. Afregelen van een bestaandt filter voor de A4 transponder van de OTS bleek niet mogelijk. Dit f1lter was weliswaar op de juiste frequentie te verstemmen, doch de bandbreedte bleek veel te groot (ca.500 MHz). Verschuiving van deze veel te grote doorlaatband opdat de A2 transponder daar buiten zou vall en bleek niet mogelijk.
THE VAKGROEP-EC
.,,
94
dB (!)
':';:',' .-
,I' dB
o
• t
o
1
i "
10 --r
"
-I I
T
..
!
2
.L., I
3
4
11,46
11
f
,48
11
,50
11
,51
11
,53
11
,55
11
in GHz
Fig.4.29 Amplitudo karakteristiek ontvangfilter voor de A2 transponder van de OTS.
,56
THE VAKGROEP-EC
95
30 !"
:!
!
-i-+-;---+.,--f"-l-="'"""'+'-'-~+I
11• ,488
I
11 ,496
11,512
I
11 ,520
Fig.4.30 Fase karakteristiek ontvangfilter voor de A2 transponder van de OTS. 4.8.2 Zendfilters.
Voor de zendzijde van het systeem zijn een drietal nieuwe filters ontworpen. Twee filters zijn ontworpen voor zend experimenten in de A2 transponder van de OTS en dienen achter de upconverter en achter de TWT geplaatst te worden. Een derde filter is ontworpen voor ontvangst van de A2 en A4 transponder van de OTS. Dit filter dient direct achter de up converter geplaatst te worden. In tabel 4.11 zijn de ontwerp specificaties gegeven.
11 ,528
THE VAKGROEP-EC
96
EENHEID CENTRALE FREQUENTIE 3 dB BANDBREEDTE Rll1PEL IN BAND DEMPING BIJ FREQUENTIE
A2 FILTER GHz MHz dB dB GHz
14,172 25 0,1 40 14,242
A2+A4 FILTER 14,243 180 0,1 40 13,018
Tabel 4.11 Specificaties voor de zendfilters. Voor het filter voor de A2 tranponder is een verzwakking van 40 dB gespecificeerd [36] aan het begin van de A4 transponder van de OTS. Voor het filter, dat beide transponders omvat (A2 en A4), is een vezwakking van 40 dB gespecificeerd bij 13 GHz [36]. Bij deze frequentie ligt nl. de spiegelfrequentie van de laatste mengtrap van de upconverter, indien de communicatie experimenten plaatsvinden in de A2 transponder (Bij communicatieexperimenten in de A4 transponder ligt de spiegelfrequentie lager). De gerealiseerde filters zijn van het "inductive post" type, en zijn bepaald m.b.v. het programma "c filter" [37]. (Ontwerpen van dit type filter zijn in de afdelingswerkplaats nl. het snelst te realiseren, in tegenstelling tot irisfilters. Amplitudo en fase karakteristieken van deze filters zijn gegeven in de fig.4.31 tm.4.37. Of schoon twee filters werden gerealiseerd voor de A2 transponder (een voor achter de upconverter en een voor achter de TWT), bleek er slechts een af te regelen (dit i.v.m. een constructiefout in de werkplaats). De filters zijn afgeregeld m.b.v.de opstelling op de vakgroep ET zoals is omschreven in [25].
THE VAKGROEP-EC
I
I
97
I
d1:l ' . • I '.! ~-~~.'
o
j.,
ii
I :1
I
:: .. !' ... i
I
.
!
"--r-I
:
j
. I 1--'- I
i
it
i:
..
, .f l :.. " T'
' ", t .:,. T
..
-J~" .... :,.:, .' ; " i l
H::).
iii
:T.T • I
.. ....
i
1,1
I -;
:1'•. ',.;"'~I' ~.;
.,
I
14 ~ 15
14,.16
... t
:A2 transponder
I
14.,18
14 ~ 17
in GHz
f
Fig.4.31 Amplitudo karakteristiek zendfilter voor de A2 transponder van de OTS.
I
14~08
A2
14,16
14,24 f
in GHz
Fig.4.32 Amplitudo karakteristiek zendfilter voor de A2 transponder van de OTS.
t' 14.20
98
THE VAKGROEP-EC
I J ~+.-l·11 ) • · 1 · . . . . ...;..":\:;. 'iT· ! . !-e-r-+-----i~+ ·1.: .,::);.:.! . - '. i i i
...l i
i
.. i ,.'
.. ,~ :,;: ::,:;::F~:';':~
.._..
_e
•••••
l
.:
.•1
.!
ili·
"': ,;~~:;r~ . ~. "::?~~"±::7=' .,;; :;:;,-:'~,,:::::::Ii: :.:~:::.:: ':~ ::'S.J::, '::, ~:: 'f: ••;.•: :::: :':t::.
._...
• ••.
Fig.4.33 Fase karakteristiek zendfilter voor de A2 transponder van de OTS.
99
THE VAKGROEP-EC
d:9
o :1
j
%.. I
i
i
!
I·
i
i ! I
!
!
i I
I
9 ..i
I
1 I
.:. :1....
I!
i
.
iT
II
I
:
!
I
1
i
I'..,. A2 • I
14,16
14~00
·1
I·
f
fA4
14,24
:'C··.I·
I·
transpon~er
14 ,~2
14,40
in GHz
Fig.4.34 Amplitudo karakteristiek zendfilter voor de A2 en A4 transponder van de OT8.
20 30 40
;J:1lu}fllitJIT~ltElii~A~2~~.ilWrlalnislp'ol
13~94
1¢,06
14,18 f
14,30
14,42
in GHz
Fig.4.45 Amplitudo karakteristiek zendfilter voor de A2 en A4 transponder van de OTS.
14,54
THE VAKGROEP-EC
100 ':::."', ,,;; .co
1 , .' I i
-+
L I
,'--r-f--i
i
I \
j.
.l : i
~
'_+
i
I:
,-t I . i i i i
,~'f~:
.: ....' !~g:,,: :::i~2: :.i:i':::. ;.~t::.?o:
. "I •
, \ .
i
::::r::
:i:t:;.; ;~ :i: .,~ .'':Tg:::t='' :: ,-,::,: ':: :::::.~ c•• ~~ ~:: ~:: ?::.::..=: :0. :i:,,§ i.,!·· i:. 1:"..7 :"±",=:EJ=:.:' ::::::.:.£:>,>o:=::i ,,~=: .c:': ~ 'i:. :§§:
I I
i
l'
1\ I ~
... .
.
iT.'"''.,.'''''''
I" ' !...
>1 •. " , ! .
i
!'
',il
.. ,
··1··, t-.~-++ ~!_~_.~_I_l; L.;- -!-. Ix .1+--1--1- ....:--+-,,1_·_ " , 'I '-[i i.' .. I ..
t-t"-'-t-
I
i i i
I \
I
'
Fig.4.36 Fase karakteristiek zendfilter voor de A2 en A4 transponder van de OTS. Uit deze grafieken moet worden geconcludeerd dat niet voldaan is de 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.
aan
Ook is de demping in de doorlaatband nogal groot (4.dB) In verband met de slechte eigenschappen van beide filters zijn deze niet in het systeem opgenomen. In plaats daarvan is een tijdelijk geleend filter van PTI in de opstelling gehandhaafd. Dit filter is direct achter de upconverter geplaatst. De amplitudo karakteristiek van dit filter is gegeven in fig. 4.37 en 4.38.
101
THE VAKGROEP-EC
j 'I. I!!
..i~f':-,:'}~ ole;.;, :i:iJ~.,,,: :~:',j~ ,j(~_ . "til" 1~/,"',
~;:=J~~~h~~ ~~t~.:~~~': ~,.!!:.::
INit,
.\ ,
.•
.. -"'f --....-.
_."l~-
\ Fig.4.37 Amplituda karakteristiek PTI filter.
THE VAKGROEP-EC
102
o
Lu .060
'&0
/4./00
(111
/Go
~o
-
'~D
//1.
'\'
~
\.0
".-..
'160
l Iot.'~"
~~
..."
:
lit I .',( J1tII,.
Ie + ~ hY'I1T.
....~~
it·~~
Fig. 4. 38 Amplituda karakteristiek PTI filter. Een verklaring voor het niet aan de specificaties voldoen van beide filters is de volgende: In het programma "c fil ter" wordt voor de susceptantie van een inductieve post in een golfpijp een benadering gebruikt die geldig is zolang voldaan is aan (zie fig.4.39)[37]: Df A
met
< 0,15
D de diameter van de posten A de'breedte van de golfpijp
---...,
THE VAKGROEP-EC
103
~"--
~
~ ~ ~ 1f-/4- -
A ---------J'I_
Fig.4.39 Doorsnede microgolffilter met een centrale post. Aan deze voorwaarde wordt voor beide filters niet voldaan. Een type filter waar bovengenoemd probleem niet optreedt is een filter met drie parallele posten. Dit is getekend in fig.4.40
.::r----------------------"'T ~ z ~
f
1
}
~7
11
% 'I
~ 1'1
...
r7,
~
~16-~ ~ I.
'I
'-t
~ 0
~..'~ ~
~ '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 type ontwerp. De gewijzigde procedures in "c filter", (p design, en element) zijn gegeven als ook de eraan toegevoegde procedure "3post". In fig.4.41 is een ontwerp gegeven van een ontvangfilter voor de A4 transponder van de OTS, dat gerealiseerd is m.b.v. 3 parallele posts.
THE VAKGROEP-EC
104
n u
SIDEVIEW Fig.4.41 antwerp ontvangfilter voor de A4 transponder van de OTS met 3 parallele posts. 4.9. Linkbudgetberekeningen voor SCPC experimenten.
4.9.1 Inleiding
Voor het uitvoeren van de SCPC experimenten via de Orbital Test Satellite (OTS), is het opstellen van een zogenaamd "linkbudget" noodzakelijk. Deze zijn berekend voor de volgende twee situaties: 1.Zenden en ontvangen op een 8 meter antenne. 2.Zenden op een 8 meter antenne en ontvangen op een 3 meter antenne. In de tabellen 4.12, 4.13 en 4.14 zijn deze linkbudget berekeningen gegeven. Tabel 4.12 geeft de berekening voor de uplink berekening. Deze is voor beide bovenvermelde situaties gelijk gehouden. Dit was mogelijk omdat tijdens de communicatie experimenten via de OTS, de vakgroep Telecommunicatie de enige gebruiker van de transponder was,
THE VAKGROEP-EC
105
en er zodoende geen eisen ten aanzien van de input backoff (in verband met intermodulatie) golden. Tabel 4.13 geeft de downlink berekening voor situatie 1, tabel 4.14 geeft de downlink berekening voor situatie 2. 4.9.2 Uplink berekening.
De berekening voor het uplinkbudget voor beide situaties in tabel 4.12
Latitude earth station Longitude earth station Longitud~ satellite Elevation angle Azimuth angle Dist. earth station-satellite Uplink frequency Uplink wavelength Diameter transmit antenne EARTH STATION 1. HPA max. power 2.Output backoff 3.Feeder and filter loss 4.Antenna peak gain 5.Pointing loss 6.EIRP PROPAGATION 7.Free space loss 8.Atmosferic attenuation 9.Propagation loss 10. (eff.apert.isotr.rad.r' 11. Power flux density SATELLITE 12.Antenne peak gain 13.Gain loss at edge 14. Pre LNA loss 15. Received power 16.System noise temp. 17. Uplink C/ T 18.Boltzmann constant 19. Uplink C/No 20.Repeater noise bandwith 21. Repeater C/N 22.Backoff(gainstep setting)
51.27 5.30 5.00 31. 06 0.38 38514 14.1725 21.17 8.00 11. 76 0.00 0.76 60.40 0.50 70.90 207.18 0.30 207.48 44.48 -92.10 29.20 0.60 0.00 -107.98 27.-80 --135.78 -228.60 92.82 76.02 16.44 0.00
Tabel 4.12 Uplinkbudget.
is
deg.min. deg.min. deg.min. deg .min. deg.min. km
GHz mm m dBW dB dB dB dB dBW dB dB dB dB/m2 dB/m2 dB dB dB dBW dBK dBW/K dBW/Hz/K dBHz dBHz dB dB
gegeven
106
THE VAKGROEP-EC
ad 3. Vo1gens Z1Jn specificaties bedraagt het maximaa1 uitgestuurde vermogen van de zendbuis (TWT) 11,76 dBW (=15 Watt). In de praktijk b1ijkt dat maxima1e vermogen dat de be1ichter van de antenne wordt ingestuurd 11,00 dBW bedraagt. Ret ver1ies van 0,76 dB wordt als feeder and filter loss gegeven. ad 5. In [25] wordt voor pointing loss een waarde van 0,2 dB in rekening gebracht. Vanwege vermindering van het aanta1 station keeping manoeuvres en dus minder accurate positionering van de OTS is deze waarde hoger gekozen. Er is een waarde veronderste1t van 0,5 dB. ad 8. Indien de verbinding voor 80% van de tijd gewaarborgt dient te zijn, kan voor de atmosferische verzwakking een waarde van 0,3 dB gekozen worden [38]. Voor kortstondige communicatie experimenten, zoals die in de vakgroep te1ecommunicatie worden gedaan is dit een zinvo11ere waarde dan een waarde van 2,4 dB waarbij de verbinding voor 99.9% van de tijd gewaarborgd is. ad 12, 16, 20. Dit zijn de waarden voor de A2 transponder van de OTS, zoa1s gegeven in $4.2 • ad 22. Voor de communicatie experimenten is een gainstep 15 (=0 dB verzwakking) ingeste1d.
4.9.3 Downlink berekening situatie 1.
--------
---------~
--------
Ret 1inkbudget voor de downlink is gegeven in tabe1 4.13. naa1 wordt ontvangen op de 8 meter antenne.
Ret
sig-
THE VAKGROEP-EC
Downlink frequency Downlink wavelength Diameter receive antenna Bitrate SATELLITE 1. HPA max power 2.Output backoff 3.Number of carriers 4.Modulation loss 5.Post TWTA loss 6.Antenna peak gain 7.Gain loss at edge 8. Pointing loss 9.EIRP 10.TWT Carrier intermodulation PROPAGATION 11.Free space loss 12.Atmosferic attenuation 13.Propagation loss 14.(eff apert. iso.rad.r' 15.Power flux density EARTH STATION 16.Antenna peak gain 17.Pointing loss 18.Received power 19.Pre LNA loss 20.System noise temp. 21. G/T 22.Downlink CiT 23. Uplink C/ T 24.TWT carrier intermodulation 25. Overall C/ T 26.Boltzmann constant 27.Overall C/No 28. Bi trate 29. Eb/No DEMODULATION 30.Bit error rate target 31.Eb/No theoretical 32.Modem degradation 33.Distortions and Interferences 34.Eb/No practical 35.Margin
107
11. 510 GHz 26.06 !DIn 8.00 m 0.032 Mb/s 10.90 2.00 0.00 0.00 0.00 29.80 0.60 0.00 38.10 0.00
dBW dB dB dB dB dB dB dB dB dBW/K
205.38 0.30 205.68 42.67 -124.91
dB dB dB dB/m2 dB/m2
58.65 0.50 -108.93 0.00 32.00 25.17 -140.93 -135.78 0.00 -142.05 228.60 86.55 45.05 41.50
dB dB dB dB dBK dB/K dBW/K dBW/K dBW/K dBW/K dBW/Hz/K dBHz dBHz dB
-40.00 8.40 -2.20 0.00 10.60 30.90
dB dB dB dB dB dB
Tabel 4.13 Downlink berekening situatie 1.
THE VAKGROEP-EC
ad 2. De output backoff. zoals hier gegeven
108
is
bepaald
m.b.v.
figuur
4.3. ad 20. Dit is de systeem ruistemperatuur van de ontvanger. Deze waarde is gemeten (zie tabel 4.9). De antenne ruis temperatuur is verwaarloosd (De invloed daarvan op de totale systeem ruistemperatuur is in dit geval namelijk gering. omdat de ruisfactor van de ontvanger nogal hoog is. namelijk 6.4 dB). ad 32. Dit is het verschil tussen de theoretische bit error rate kromme en de praktisch gemeten kromme (IF loop). zoals gegeven is in [35] • Beschouwing van tabel 4.11 en 4.12 leert practisch volledig wordt bepaald door de dempingen in de uplink zullen nauwelijks ontvangen vermogen. (in figuur 4.3 is de lineair als functie van de input backoff).
dat de "C/T Overall" downlink. Atmosferische merkbaar zijn op het output backoff nl. niet
4.9.4 Downlink berekening situatie 2.
De berekening van het linkbudget voor de downlink wanneer het signaal wordt ontvangen op de 3 meter antenne is gegeven in tabel 4.14
THE VAKGROEP-EC
Downlink frequency Downlink wavelength Diameter receive antenna Bitrate SATELLITE 1. HPA max power 2.Output backoff 3.Numbers of carriers 4.Modulation loss S.Post TWTA loss 6.Antenna peak gain 7.Gain loss at edge 8. Pointing loss 9.EIRP 10.TWT carrier intermodulation PROPAGATION 11.Free space loss 12.Atmosferic attenuation 13.Propagation loss -I 14.(eff.apert.iso.rad.) 15. Power flux density EARTH STATION 16.Antenna peak gain 17.Pointing loss 18. Received power 19.Pre LNA loss 20.System noise temp. 21. G/T 22.Downlink CiT 23. Uplink C/ T 24.TWT carrier intermodulatio 25. Overall C/ T 26.Boltzmann constant 27.Overall C/No 28. Bitrate 29. Eb/No DEMODULATION 30.Bit error rate target 31.Eb/No theoretical 32.Modem degradation 33.Distortions and interferences 34.Eb/No practical 3S.Margin
109
11.510 26.06 3.00 0.032 10.90 2.00 0.00 0.00 0.00 29.80 0.60 0.00 38.10 0.00
GHz mm m
Mb/s
dBW dB dB dB dB dB dB dB dB dB
205.38 0.30 205.68 42.67 -124.91
dB dB dB dB/m2 dB/m2
48.20 0.20 -119.58 0.00 32.00 13.20 -151. 58 -135.18 0.00 -151.68 -228.60 76.92 45.05 31.87
dB dB dBW dB dBK dB/K dBW/K dBW/K dB dBW/K dBW/Hz/K dBHz dBHz dB
-40.00 8.40 2.20 0.00 10.60 21.27
dB dB dB dB dB dB
Tabel 4.14 Downlink berekening situatie 2.
THE VAKGROEP-EC
110
ad 16. Oit is de gemeten waarde van de max.antenne winst. ad 17. Aangezien de drie meter antenne een bred ere bundel bezit is hier een pointing loss van 0,2 dB gehandhaafd. ad 20. Ook hier wordt de invloed van de antennetemperatuur verwaarloosd. Uit tabel 4.14 blijkt duidelijk dat ook hier de CINo practisch volledig wordt bepaald door de downlink. (overigens is een dergelijke instelling in de praktijk niet gebruikelijk).
THE VAKGROEP-EC
111
5 TRANSMISSIE EXPERIMENTEN
5.1 Voorbereidende experimenten.
Voordat op de vakgroep Telecommunicatie communicatie pI aat svind en , worden de volgende metingen verricht.
experimenten
1. Bet richten van de antenne op de satelliet (pointen). 2. Doormeten van de amplitudo karakteristiek upconverter.
van
de
!WT
en
de
Ret richten van de 8 meter antenne geschiedt op het TM baken van de OTS, dat continu wordt geschreven op een 8 kanaals chart recorder. Bet richten van de 3 meter antenne gebeurt met de opstelling zoals weergegeven in fig.5.l.
~IX~~80JB
Spec,murn RnAL~'1U
j s~n
tht-
S/z.eR.
f.
II,50531-1t
_. _ _ ->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 signaalvermogen ongeveer maximaal is. Nauwkeurig richten geschiedt daarna door de antenne zodaning te verzetten dat het TM baken 1 dB zwakker wordt ontvangen. Daarna wordt de antenne door het maximim gedraaid totdat dezelfde waarde is bereikt. Bet maximum wordt nu gevonden door het midden tussen deze waarden te kiezen. Dit gebeurt zowel met de leadscrew west als east motoren. Deze motoren staan, ruimtelijk gezien niet orthogonaal op elkaar. Bet gevolg is dat de antenne een roll bezit. De polarisatie richting dient ook te worden ingesteld. Dit kan het beste gebeuren door de belichter van de antenne zodanig te verdraaien dat loodrecht op de polarisatie richting van het TM baken (horizontaal) de signaal sterkte wordt geminimaliseerd. Fig.5.2 geeft het TM baken zOals dat is gebruikt voor het richten van de antenne.
THE VAKGROEP-EC
112
Fig.5.2 TM baken van de OTS. De instelling van de spectrumanalyzer is gegeven in tabel 5.1 RESOLUTION BANDWITH VIDEO BANDWITH SWEEPTIME ATTENUATION REF. LEVEL CENTRE FREQ. SPAN SCALE
30 100 10 10 -50 69.987412 200 1
HZ
HZ SEC dB dBm MHz Hz dB/DIV.
Tabel 5.1 Instelling spectrumanalyzer, behorende bij fig.5.2 Doormeten van de amplitudo karakteristiek van de upconverter dient te geschieden m.b.v. een 70 MHz signaal. Hiervoor kan de piloot van de SCPC unit gebruikt worden. Deze meting geschiedt m.b.v. de opstelling zoals gegeven in fig.5.3 •
-....~0
-l----+".......
"'~'p~l
I
spedll.t.ll'1 AnAL~2tR
r-------'
Fig.5.3 Opstelling doormeten upconverter.
THE VAKGROEP-EC
113
De resultaten zijn gegeven in tabel 5.2 en grafisch weergegeven in fig.5.4. Duidelijk is dat de amplitudo van de upconverter lineair blijft zolang het vermogen van de piloot beneden de -11 dBm blijft. Ret maximale uitgangsvermogen dat de upconverter kan leveren bedraagt ca. +3,4 dBm. In fig. 5. 4 is het "1 dB suppresion point" aangegeven.
Piloot
Verzwakkers
uitgangsvermogen upeonverter
(70r-rnz)
in dBm
in dBm
in dB
+2,3
2
+3,5
+1,4
+3,4
-0,7
4 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 +2
------- - --- -------
o -2
-4 -6 -8 -10 -12
I
I -14
I
-16
I I
-18 • r
-22
I
l, -1!
I
-14
-10
,
-6
I
I
I
I
-2
+2
Fig.5.4 Amplitudo karakteristiek upconverter. Ret meten van de karakteristiek van de upconverter + !WT dient te geschieden volgens de opstelling, zoals die is getekend in fig.5.5.
{WT +-+++---+
Fig.5.5 Meetopstelling amplitudo karakteristiek upconverter + !WT. De resultaten zijn gegeven in tabel 5.3 en grafisch weergegeven in fig.5.6. Ook hier is het "1 dB suppresion point" gegeven. Bet uitgangsvermogen van de !WT zoals gegeven in tabel 5.3 is het gemeten vermogen na de "powerload" (zie fig.5.5) waarbij is opgeteld 32,2 dB, zijnde de demping van deze belasting en de verliezen in de
dBm
THE VAKGROEP-EC
115
kruiskoppelaar met overgangen naar OSM kabel (1,6 dB). De amplitudo karakteristiek van het zendsysteem is lineair zolang het vermogen van de piloot beneden de -16 dBm blijft Ret maximale vermogen aan de uitgang bedraagt + 41,0 dBm.
Piloot (7
° ]Vlliz)
in dBm
Verzwakkers
Ui tgangsvermogen
TWT 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
116
dBm
41 40 39
38
37 36 35 34 33 32
31 30
-26
-22
Fig..
_18
-14
-10
-6
-2
o
+2
Amplitudo karakteristiek zendsysteem.
5.2 Amplitudo karakteristiek via de OTS.
Ret van de OTS ontvangen vermogen is gemeten als functie van uitgezonden vermogen. Dit is gedaan voor twee configuraties:
het
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 ontvanger aangeslotenop de 3 meter antenne. Dit is weergegeven in fig.5.] •
dBm
117
THE VAKGROEP-EC
T-----I
I
specJ~ul'Yl
AnAL~2e.R
-\
I
on+VAV1<j e R
L/
L.tlf fL~. '-1./6
An
I rr--------- ---- ----I I I
I I
I
I
J
SCP(
I
I
II
I
I
I I I I
2 01 DS UI-t
j
S h.~«l
fl~ ~.4
i
I
I
8mA
I
I I
L
_
spe,c.w.. u vn Af1Al~H«
J
Ot1+IJAn~e.R
w.t f (~
i U.ll.A~ lll. L _ _ _ _ _ _ _{ ~(1 f-.J
'2
1
_______ lJ I I
"?mde R I I Fl ntell (12
5./
_
_ _ _ ..J
Fig.5.7 De twee configuraties. Meetresultaten zijn gegeven in tabel 5.4 en grafisch weergegeven in fig.5.8. Uit fig.5.8 blijkt dat t bij ontvangst via de 3 meter antenne t het ontvangen vermogen 6 dB minder is dan via de 8 meter antenne t en niet zoals werd verwacht 19 dB minder (vanwege 12 dB minder antennewinst en 7 dB extra kabelverliezen). Dit is het gevolg van het feit dat de amplitudo overdrachten met verschillende ontvangers zijn gemeten.
1 .8
THE VAKGROEP-EC
Situatie 1
Si tuatie 2
Uitgezonden
Ontvangen
Uitgezonden
Ontvangen
vermogen
vermogen
vermogen
vermogen
in dBm
in dBm
in dBm
in dBm
+41,0 +40,0 +38,5 +36,6 +36,2 +~5,5
+34,7 +33,5 +31,5 +29,9 +28,1 +26,4
-27,3 -27,8 -28,7 -29,9 -30,2 -30,6 -31,2 -32,2 -33,7 -35,2 -37,0 -38,8
+41,0 +40,9 +40,3 +39,7 +38,6 +37,4 +35,9 +34,1 +32,2 +30,1
-31,6 -31,6 -32,0 -32,5 -33,2 -34,2 -35,3 -36,7 -38,7 -40,4
Tabel 5.4 Amplitudo karakteristiek via de OTS voor beide configuraties.
THE VAKGROEP-EC
119
1
iBm
.21 Configura tie 1 •
-28
I
·30
\
I I
Configuratie
·32
36
38
40 ~1
26
28
30
32
34
36
38
40
41 dBm
-----_._-------~--------~-------
Fig.s.8 Amplitudo karakteristiek via de OTS voor beide configuraties. 5.3 Spectra.
De diverse spectra, zoals die in deze paragraaf besproken worden, zijn allen gemeten met de ontvanger zoals gegeven in $4.6, In fig.s.93 is het spectrum getekend zonder draaggolf, zoals dat werd ontvangen via de 8 meter antenne. Wat opvalt zijn de spectrale storingen. Bet is niet bekend waar die vandaan komen. Ret in bandbreedte beperkt zijn van de IF versterker ( 3 dB bandbreedte is
THE VAKGROEP-EC
120
circa 15 MHz) is in fig.S.9 zichtbaar • .
dllm
f--~
:~.~-:~_.~
-10 ~::
.:.:- f-.
---+ _.-
t
:! i I
...':. I ..
-+-.---~.
_ ..
-t'- ...:::: .. ' '-
.,..---' --~
-70
-80
TO
r
76
82
85
1a 11II••
tii.
Fig.S.9 Spectrum zonder draaggolf ontvangen via de 8 meter antenne. Het spectrum zonder draaggolf, zoals dat werd ontvangen via de 3 meter antenne is gegeven in fig.S.IO. Omdat de antennewinst van de 3 meter antenne circa 12 dB lager is dan die van de 8 meter antenne en omdat geen van de spectrale storingen in fig.S.9 meer dan 12 dB boven de ruisvloer uitsteekt, zijn deze storingen niet zichtbaar in fig.S.IO. Derhalve kan geconcludeerd worden dat deze storingen worden ingestraald op de ontvanger via de 8 meter antenne of rechtstreeks, tengevolge van mogelijke storingen in de cabine achter de 8 meter antenne. De ruisbult t.g.v. de 80 dB versterker is hier lager. Dit is te wijten aan extra kabelverliezen (7dB). In tabel 5.5 is de bijbehorende ins telling van de spectrum analyzer gegeven.
THE VAKGROEP-EC
121
Fig.5.l0 Spectrum zonder draaggolf ontvangen via de 3 meter antenne RESOLUTUION BANDWITH VIDEO BANDWITH SWEEPTIME ATTENUATION 1UF. LEVEL CENTRE FREQ. SPAN SCALE
100 kHz 3kHz 30 sec 10 dB 0.0 dBm 70.1 MHz 30 MHz 10 dB/DIV
Tabel 5.5 Instelling spectrum analyzer behorende bij fig.5.l0 In fig.5.ll is het spectrum getekend met draaggolf. Als draaggolf is gebruikt de piloot van de SCPC unit. Fig.5.ll geeft het spectrum zoals ontvangen via de 8 meter antenne, fig.5.l2 zoals ontvangen via de 3- meter antenne. De bijbehorende spectrum analyzer instellingen zijn gegeven in tabel 5.6 en tabel 5.7 •
THE VAKGROEP-EC
122
Fig.5.11 Spectrum met draaggolf via de 8 meter antenne.
RESOLUTION BANDWITH VIDEO BANDWITH SWEEPTIME ATTENUATION REF. LEVEL
CENTRE FREQ. SPAN SCALE
100 KHz 3 KHz
300 10 0.0 70.1 30 10
msec.
dB dBm MHz MHz
dB/DIV.
Tabel 5.6 Instelling spectrum analyzer behorende bij fig.5.11 •
Fig.5.12 Spectrum met draaggolf, ontvangen via de 3 meter antenne.
THE VAKGROEP-EC
RESOLUTION BANDWITH VIDEO BANDWITH SWEEPTll1E ATTENUATION REF. LEVEL CENTRE FREQ. SPAN SCALE
123
100 3 300 10 0.0 70.1 30 10
KHz KHz msec. dB dBm MHz MHz dB/DIV.
Tabel 5.7 Spectrum analyzer instelling behorende bij fig.5.l2 • De instelling aan zendzijde is voor fig.5.ll en 5.12 identiek Ret verschil van 19 dB wordt veroorzaakt door een kleinere antenne winst van de 3 meter antenne en door extra kabel verliezen. Ret ruisvermogen 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 kabelverlies van 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, zoals dat is ontvangen via de 8 meter antenne, fig.5.l4 zoals ontvangen via de 3 meter antenne. Wat opvalt is dat het spectrum in het midden een minimum bevat, hetgeen bij een typisch QPSK spectrum niet het geval is. Ook zijn geen zijlobben waarneembaar. De oorzaak is dat de modulator in dit geval niet gemoduleerd is met een random data stroom, maar met een repeterende bitstroom "11111111" etc [20]. De zijlobben liggen onder de ruisvloer. De breedte van het spectrum bedraagt ca. 22 KHz, hetgeen overeenkomt met de opgegeven "channel spacing" (22,5 KHz).
THE VAKGROEP-EC
124
1
I
Bm
60
DE - O,PSK s pee trum Span 50 kHz
t~,- --;-l~-t-II ---I· ---i -----+-,
, 'I" ---+-----:--1------+-----+-----+-~--
65
Ii
I
i
I
I
--'------------+-- - -
I
'
I
I
I '
I -------t-f
70
-------1 t
--
75
80
85 -------...
----,. - - - - - -
-
~ -~t --:~ --:~:-1'--
~-r--
--
---=±==- --===-~=: -:=--;_-+-_-'--J........:.....-+_---'_ _#----_-'--_-+-_---'-_--'l_ _---'-_-+--_-'-_+_----'-_--' I
74,517
74,527
74,537
74,547
Fig.5.13 DE-QPSK spectrum (bij de data sequentie"l1111ll.."'), ontvangen via de 8 meter antenne.
74,557 HHz
125
THE VAKGROEP-EC
Fig.5.14 DE-QPSK spectrum (bij de data sequentie "11111111 ••• "), ontvangen via de 3 meter antenne.
RESOLUTION BANDWITH VIDEO BANDWITH SWEEPTIME ATTENUATION REF. LEVEL CENTRE FREQ. SPAN SCALE
300 30 15 10 -40 74.542 50 5
Hz Hz sec. dB dBm MHz KHz
dB/DIV
tabel 5.8 Spectrum analyzer instelling behorendebij fig.5.14. In fig.5.15 en 5.16 zijn de FM spectra gegeven, zoals die werden ontvangen via de 8 en 3 meter antenne. De draaggolf is gemoduleerd met een testtoon van 200 Hz. Uit deze figuren valt af te lezen wat fA en A is. De transmissiebandbreedte bedraagt 4 kHz. Met behulp van B = 2 M(!l)f [46] voIgt dan ~ = 8. Met behulp van f 6 = B f",,/ AWl [46] wordt dan gevonden met A~ 0,21: f~
= 7,8 kHz.
THE VAKGROEP-EC t
~m
;5
•.
i
'
t-=~ -~--T?SE
+t - - -
-
126
'!.I~.·.···'··~~'il·:· ,
;
I
: '
;
r::--r--- .,-
!
'
i'
I
c-'-_
-~~
-"-'-
,
-
.; - --- . , -
I-~
,
,
,
S=:R=- ~t-==~t ;-:. ~
f----.,..-l-~
t--
:-~
. __, .1--~- ~
.~__ I
•
I-
-FH spectrum j;:: Span 10 k.LJ.z L Kodulatietoon 200 Hz
TO
:R - :-:'-
= L~-'
-t- --
-~
-f----+ .. ,,-,-
-_~
'
T
"-'~
--'
.
75
t '_.
r
- .
-
~---
~
--------. j- _.. --
+-
--~-'-------1---, ..--l.
__ -_--L~
-i-
+-f- . . . . - -
,.-t-
L_
_~
!,
i'
-H-''t+'-+:' , • -.-I-
-+-+1'- c,-,-!-l
. ril-;--r+
t,
85
~I---'--+-
--;--,-t--
~-r--r-~' ,
,
q,-.,-
.,,
, 1-t-7-
i
,'""1
I
90 1.1 4 1.',,11 ilL.' III ~ ............... kJ 70,889
70,891
I-I .....I-N< LLI>-I-I
70,893
70,895
Fig.S.1S FM spectrum, ontvangen via de 8 meter antenne.
Fig.S.1S FM spectrum, ontvangen via de 3 meter antenne.
lill
LIt JI
i
70,897
r
THE VAKGROEP-EC
127
RESOLUTION BANDWITH VIDEOBANDWITH SWEEPTIME ATTENUATION REF. LEVEL CENTRE FREQ. SPAN SCALE
30 30 30 10 -40 70.89702 10 5
Hz Hz sec. dB dB MHz kHz dB/DIV.
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
rJ...
.0.
J.......I,:::-~ DE -QPS I<'
7oli!l.
""---~---t mo d.
DE-~k'
r:yn.<;.
voLt
de.m
me..1e.R
Fig.s.17 Opstelling BER meting. Voor een BER meting wordt in de SCPC unit de codec in de extenderkaart geplaatst. Deze extenderkaart bevat een zestal BNC connectoren, nodig voor het verrichten van een BER meting. Deze zijn: 1.Data transmit 2.Clock transmit 3.Data receive 4.Clock receive s. C/N in 6. C/N out Het signaal niveau is TTL. Er blijkt dat "Clock
Transmit"
hoogohmig
128
THE VAKGROEP-EG
dient te worden belast. Aangezien de datagenerator een ingangs impedantie van 50 ohm bezit, is in de opstelling een impedantie transformator opgenomen. Hiervoor is een "Keetley" versterker gebruikt, welke een hoogohmige ingangs impedantie heeft en een 50 ohm uitgangsimpedantie bezit. Deze versterker versterkt 1 keer. De G/No wordt gemeten m.b.v. een meetfilter dat in de extenderkaart aanwezig is. De centrale frequentie van dit filter bedraagt 70 KHz. Het blokschema is gegeven in fig.5.18.
1--------------, U"'IT UIOER IE51
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I
I I
:
I I
I I
I
IOIERlJ
I
METERTI
I
I
I
BERTE5!1·~
I
~
I 70 kHz
450kHz
1-
~~~ER
d
>U
I I
I
I I
OEM MOl.
TRUE
5HELF
I I
I
I
I
L
1-
~
Fig.5.18 Extenderkaart met meetfilter [35].
Van dit meetfilter is de bedraagt:
ruisbandbreedte Bn
=
Bn
precies
bekend.
Deze
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 380 KHz oscillator zodanig te verstemmen dat de r.m.s. voltmeter een maximale uitslag vertoond. De signaalspanning Vs wordt nu op de r.m.s. voltmeter afgelezen. Indien de local oscillator volledig wordt verstemd, wordt de ruisspanning Vn gemeten. Er geldt nu [35]:
en
Eb/No G/No
20 ( log Vs/Vn) - 10 20 ( log Vs/Vn) + 35
dB dB
(de "10" en "35" dB zijn hier de correctiefactoren voor resp. ruisbandbreedte van het meetfilter en de bitsnelheid van
de de
THE VAKGROEP-EC
129
datastroom). De volgende metingen zijn verricht: 1.BER meting 2. BER meting 3.BER meting 4.BERmeting
via via via via
IF loop SHF loop (translator loop) OTS, ontvangen op 8 meter antenne OTS, ontvangen op 3 meter antenne
Deze resultaten zijn gegeven in tabel 5.10 en grafisch weergegeven in fig.5.19. In fig.5.19 is ook de theoretische kromme voor DE-QPSK gegeven [35].
IF loop 3ER
SHF loop
1 ,0 10-<:: 2,4 10- 3 1 ,0 10- 3 1 ,1 10- 4 2,5 10- 5 6 2,3 102,0 10- 7
(dB)
BER
E1./N
6,5
4,2 10-)
7,8
8,3
6,8 H)~4 1 ,0 10- 4
9,4
E,jN,...
9,3 10,8
2,1 10- 5 1 ,0 10- 5 6 4,0 107 6,' 10-
11 ,5 12,5 14,3
1 o~e 11 ,6 12,0 12,5 14,3
O.T.S. loop via 8 meter antenne
O.T.S. loop
BER
E1,/N o
BER
8,4 10- 3 2,1 10- 3 4,2 10- 4
8,8
3,5 10- 4 4,2 10- 5
10,3 11 ,8 12,0 13,5
_t:;
1 ,8 10 ./ 1 ,2 10- 5
13,9 14,2
(dB)
(dB)
via 3 meter antenne 9,2 10- 3 3 5,9 102,3 10- 3 5,1 10- 4 4 2,9 103,8 10- 5 6 4,6 10-
Eb/N o (dB) 6,2 7,2 8,4 10,0 10,8 12,3 12,8
Tabel 5.10 BER versus Eb/No. Uit fig.5.19 valt op te merken dat er nauwelijks degradatie van de kromme optreedt wanneer via de SHF loop wordt gemeten. Bij kleinere foutenkansen treedt enig verschil Ope De degradatie van de foutenkanskromme, gemeten via de 8 meter antenne bedraagt ca. 2 dB, terwijl de foutenkanskromme, gemeten via de 3 meter antenne nauwlijks verschilt met die van de IF loop of translatorloop. De degradatie van de foutenkanskromme, opgenomen via de 8 meter antenne is waarschijnlijk veroorzaakt door de invloed die de piloot heeft via de AFC regeling op de demodulator. Ook blijkt de foutenkans afhankelijk
THE VAKGROEP-EC
130
te zijn van het toegevoerde signaalvermogen. bij constante C/No.
o-
t-
j
-11
,
,
.-
1- __
--r
I
-.
1"
t BER
5
6
7
8
9
10
11
Fig.5.19 BER versus Eb/No.
12
13
14
15
16
-
Eb/No
THE VAKGROEP-EG
131
5.5 Vermogensmetingen.
M.b.v. GINo metingen is het linkbudget te controleren. deze zijn gegeven in tabel 5.11 en tabel 5.12. Pt (dBm)
GINo gemeten (dBm)
12,2 14,2 18,2 21,8
GINo berekend (dBm)
GINo (db)
56,5 57,8 60,4 64,0
2,5 2,5 3,5 4,8
54,0 55,3 56,9 59,2
Tabel 5.11 linkbudget controle
Pt (dBm) GINo gemeten (dBm) 41,0
71,5
metingen
configuratie 1.
GINO berekend (dBm)
GINo (dB)
72,0
0,5
Tabel 5.12 linkbudget controle configuratie 2. Uit tabel 5.11 blijkt dat GINo gemeten minder is dan GINo berekend. Voorts blijkt het verschil toe te nemen bij een toename van het uitgezonden vermogen. Oorzaak is dat GINo is gemeten aan een ongemoduleerde draaggolf, terwijl ook nog een piloot werd uitgezonden. De geconstateerde verliezen zijn intermodulatie verliezen. De GINo meting op de 3 meter antenne is verricht aan de piloot. Bier was geen SGPG draaggolf aanwezig. Bier komt de berekende waarde redelijk goed overeen met de gemeten waarde. Bet verschil bedraagt slechts 0,5 dB. Een intermodulatie meting is verricht. Als twee gelijke draaggolven zijn gebruikt de piloot en een ongemoduleerde draaggolf. Er geldt: f(pil~
f
=
~psk)=
70,003 MHz 74,542 MHz
Het sterkste intermodulatie product binnen de 70 MHz versterker is gevonden bij: 2· f (pil;) - f (qpsk) = 65,464 MHz
band
Gemeten is de toename van het vermogen van het 1M product als functie van de toename van het signaal en pi~oot. Resultaten zijn gegeven in fig. 5. 20.
THE VAKGROEP-EC
132
-40
-42
-44
-46
-48
-50
-52 I
-35
I
t I l
I
-34 -33 -32 -31dB,.,-30 _ -29 -28
Fig.S.20 Vermogen TIM product als functie van vermogen signaal. Duidelijk uit fig.S.20 blijkt dat bij toename van de piloot en signaal het TIM vermogen sneller toeneemt. Tussen I en II wordt gevonden: P(im) / P (pil) = 3,4 dB/dB en tussen II en III Plim)/ P(pil)= 6,8 dB/dB intermodulatie producten ontstaan tengevolge van de Deze nietlineariteit van de zendbuizen in het grondstation en in de satelliet. Er dient voldoende backoff te worden ingesteld opdat de intermodulatie producten laag gehouden kunnen worden. Dit blijkt het geval wanneer geldt: P (pil),ontvangen < -32 dBm
THE VAKGROEP-EC
133
5.6 Stabiliteitsmetingen.
De frequentie stabiliteit van het systeem is gemeten. Oeze meting is verricht aan de piloot. Gemeten is de frequentie stabiliteit over een periode van 4 uur. Gemeten is de stabiliteit van 4 oscillatoren in serie. 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 faseruis spectrum van een ongemoduleerde draaggolf, gemeten op 70 MHz.
THE VAKGROEP-EC
134
USB NOISE MEASUREMENT 121 -1121 -2121 -3121 -4121 -5121
-6" N
-7121
I:
..... 0
-8"
D
'tl
-9"
!
-10G!J
-11" I---+---+-t--I-+--t----+---+--+-+----+--+--+--+-+---+--------t-+-H--.,-----+---t-t-t
-HI r---1---+-t-H--t--+-+-+-t---+--t--t-+t---t---+-t-H---+--~
-
,.
2-,
:i~l~,fl.,.-.· ';;';;,'-,..1 ---.;.....J.,.4-eJ.......L..l..1:gJ2;---2.L..--..I4-..L1I---L.l..JIlI~.----l.2--4.L..-...JlIL.......I8-1l1J..L.;4;---2l.---..l.----l----l-~----l..--If------f--L.J
Fig.5.22 Faseruis spectrum DE-QPSK unit. Uit fig.5.22 kan geconcludeerd worden dat bij een frequentie afwijking van 2 KHz vanaf de draaggolf de faseruis van de draaggolf in de thermische ruis verdwijnt. De C/No bedraagt 70 dB. Fig.5.23 en 5.24 geven het spectrum zoals het is ontvangen op de 8 meter antenne m.b.v. de ontvanger uit $4.6 en zoals die is ontvangen op de 3 meter antenne m.b.v. de ontvanger zoals gegeven in $5.1. In fig.5.23 zijn de spectra getekend zoals deze werden gemeten op 70 MHz (bovenste "trace") en op 450 kHz (onderste "trace"). Zichtbaar wordt dan de middenfrequent fil terbandbreedte B(if) : B(if) = 22 kHz.
THE VAKGROEP-EC
135
USB NOISE MEASUREMENT 0 -10
t
I
! I
-20 1\
-30
I
i
-4li!J
'
i
-50 -60 -70 ,
-90 i
-90
.~
I
, ~j:~l\)"
!
- 1 . ~-+--+-+-+-t--\----1r--+--+--+-+--r---t----t---t-t--r---r---t---t---t--'-;I...LI;iftT:i'I'!rI;I--;-, I
-Uta ..
',"
2
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 voor offset frequenties beneden de 2 kHz. De C/No in fig.5.23 en 5.24 bedraagt ca. 57 dB. Voor het ontvangen spectrum, zoals gegeven in beide figuren wordt nu de degradatie van de BER kromme bepaald t.g.v. cycle slipping. Dit wordt gedaan door voor het spectrum in fig.5.23 en 5.24 de constanten Cl tm C4 te bepalen (zie $3.4). Ret rekenprogramma uit appendix A is niet gebruikt daar de juiste waarden van Bl en B(if)op het moment van de meting niet voorhanden waren.
450 kHz I I
I , "'"
'··~i;:l~L \'
[I
l
THE VAKGROEP-EC
136 .~.,,_
.. ,....•
~
USB NOISE.\t§tE;~:S'·... :...•:
121
>;./." :.<1f:• "
.' ~
_'>~:'~f.~, ;_~J. ~
-1121
-21Z1
~~~~
.
',,~.~::;::·.'"r;:.-:'.:~;I~_ •
•
c.',,,,
-. ::., ~:.-'
.,'.,'
~: •
".:
"
; :': .. ,
:.!~
..
-3121
.c'
·40 ··5121 ··60
.,
··7121
v
I- -,-
I I l
•
Aut
I
1M11~ V!\ II. !" III" WlJ ~A. ~
¥V~
V
f
l' "
...._--
I
{l
'n
r-
"\I I\~I~
··8121 ··9121
_._- f-. -
- ---
'~M
I .. -11121 I r' . '-13121
I
··14121
--
-1121121 i'
--1211J
I...
I
f,-·..
-15121 1121
2
4
2
4
8
Sl1213
2
4
Fr.eC
8
Slill 4
4
8
S 1III 5
2
Hz
Fig.5.24 Faseruis spectrum op 70 MHz ontvangen via de 3 meter antenne. de bepaalde coefficienten uit $3.2 zijn gegeven in tabel 5.13. Fig.6.35 C1 C2 C3 C4 Bl Bif Bc4
0,00 4,99 0,00 1,5.10-5 180 20.10+3 800
Fig.6.36
dBrad. (2Hz) 0,00 dBrad.(2Hz) 3,55 dBrad 0,00 dBrad./(2Hz) 1,9.10-5 Hz 180 Hz 20.10+3 Hz 800
dBrad.(2Hz) dBrad. (2Hz) dBrad dBrad./(2Hz) Hz Hz Hz
Tabel 5.13 Constanten voor spectrum benadering volgens [25]. Met behulp van hoofdstuk drie wordt dan voor de fasejitter cycleslipkans Pe'5 gevonden (zie tabel 5.14):
1
~
en
de
4
8
Slllle
THE VAKGROEP-EC
Fig.5.23
137
t
Q'"q,-
= 9,0.10-2 rad/s
Pecs = 2,0.10-8
~--------------------------------------------------'l
Fig.5.24
~i
= 1,0.10-1 rad/s
Pecs
= 1,3.10-7
Tabel 5.14 Fasejitter en cycleslipkans van de spectra in fig.5.23 en fig.5.24 • Beschouwing van fig.5.19 leert dat deze resultaten niet correct zijn. Met name de cycleslipkans behorend bij het spectrum vam fig.5.23 zou in fig.5.19 al zichtbaar moeten zijn.
THE VAKGROEP-EC
138
6 TRANSMISSIE VAN TV SIGNALEN IN EEN HALVE TRANSPONDER BANDBREEDTE VIA DE INDONESISCHE
SATELLIET, DE PALAPA.
6.1 Inleiding.
Op verzoek van de "Indonesian National Institute of Aeronautics and Space", (LAPAN) is berekend of transmissie van TV beelden via de Palapa satelliet mogelijk is., indien slechts een halve transponder bandbreedte (18MHz) hiervoor beschikbaar is. Niet bekend is welke transmissie in de andere helft van de transponderband plaatsvindt. !wee mogelijkheden zijn gegeven in fig.6.1
1V l
1'1 kanA/lrL
-rVkanflllL
( q)
Fig.6.1 Twee mogelijke indelingen van een satelliet transponderband. Op grond van de indeling van fig.6.1 probleemstellingen worden geformuleerd:
kunnen
de
volgende
1. Beschouwd wordt de situatie uit fig.6.1a. Er worden twee TV kanalen in een transponder gesitueerd. Wat is in dit geval de minimale waarde voor de G/T verhouding, bij een gegeven EIRP van de 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 TV kanaal in een halve transponderband gesitueerd. De resterende bandbreedte wordt gebruikt voor SCPC telefonie plus eventueel enkele audio kanalen. Vragen die hierbij rijzen zijn: a) Wat is de minimale G/T verhouding van het ontvang grondstation bij gegeven EIRP van de satelliet voor een goede ontvangst 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 enkele gegevens van Palapa satelliet besproken, en aangeven wat onder
THE VAKGROEP-EC
139
"goede ontvangst" wordt verstaan. 6.2 De Palapa satelliet.
In fig.6.2 is een kaart van Indonesie gegeven met daarin geprojecteerd 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 \
'\ \
I
BANGKOK \
-----~~---
\
.'
Fig.6.2 Indonesie met contouren van gelijke EIRP [39]. De Palapa satelliet is uitgerust met een spotbeam bedraagt de EIRP:
antenne.
Derhalve
EIRP max = 33 dBW Vergelijk deze waarde met de EIRP van de satellieten van Intelsat. In het geval een spotbeam antenne wordt gebruikt wordt daar ook gevonden: 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 van TV signalen wordt technisch en juridisch onderscheid gemaakt tussen directe ontvangst en ontvangst via een distributiecentrum.
n-? , ~-, - ~
,..C
I'I I
II
'"
-
-_
'I
(a)
Fig.6.3 Directe ontvangst en ontvangst via een distributiecentrum. Wanneer het TV transmissie naar een relatief groot en dunbevolkt gebied betreft, zullen de ontvangstations uit fig.6.3a de voorkeur genieten. Wanneer zich in het gebied grote bevolkingscentra bevinden, is ontvangst via een distributiecentrum te prefereren. Wanneer het TV signaal niet de volledige bandbreedte van de transponder in beslag neemt, kan in die transponder ook nog SCPC telefonie plaatsvinden. Ret distributiecentrum kan in dat geval ook fungeren als eindcentrale. Afhankelijk of het ontvangen TV signaal wel of niet gedistribueerd wordt, worden eisen gesteld voor een ruisvrij beeld. Deze zijn gegeven in fig.6.4 en gelden voor een 625 lijnen systeem met een videobandbreedte van 5 MHz [40].
THE VAKGROEP-EC
141
DIRECTE ONTVANGST VEREISTE VIDEO SIGNAAL RUIS VERHOUDING
43 - 49 dB
ONTVANGST VIA DISTRIBUTIECENTRUM 50 dB
Fig.6.4 Eisen voor de videosignaal/ruis verhouding. In het navolgende zal steeds een videosignaal/ruis verhouding van 50 dB worden verondersteld. Ten aanzien van de TV modulatie is nog verondersteld dat FM modulatie wordt toegepast met een video bandbreedte van 5 MHz. De geluidsdraaggolf wordt verondersteld te zijn "gesubmultiplexed" met het videosignaal. 6.4 Twee TV kanalen in een transponder.
Voor deze situatie geeft Intelsat een oplossing [40]. aangetoond wordt dat in het geval een spotbeam antenne wordt gebruikt t er 2 TV kanalen in een transponder van 36 MHz geplaatst kunnen worden. Dit wordt getoond in fig.6.5 en 6.6.
142
THE VAKGROEP-EC
65 , - , - - - , - - -....- , - - -....-
....-
....-
--r--r--r-...,...---r--.,
....
FRED MODULATION
60
GAIN STEP = 1 (-77.5 dBW/m 2)
ALL AVAILABLE POWER PER TRANSPONDER IS ALLOCATED TO ONE TV CHANNEL MIN C/N ASSUMED = 126 dB
GAIN SETTING • 4 1-67.0 dBW/m 2 j
55 GAIN STEp· 1 1-77.5 dBW/m 2 j
iii ~
o 50 «>= a:
w
Vl
a
'f
45
~ I
"\rwo
'\
..J
« z
">
< ;;40
...
FRED MODULATION TV CHANNELS PER SPOT-BEAM TRANSPONDER
MIN C/N ASSUMED = 12.6 dB
35 NOTE IT IS ASSUMED THAT ALL OF THE TRANSPONDER POWER AND BANDWIDTH IS ALLOCATED FOR TRANSMITTING THE TV SIGNAL. THE AUDIO CHANNELS ARE SU8MULTlPLEXED WITH THE VIDEO SIGNAL.
30
I
REDUCED FULL 36 MHz BANDWIDTH UTILIZED UTILIZED I
I
25 L..._-'-_...I...._...I.....L-...I....-...I....-...I....-...I....-...I....-...J...-...J...--'---'----'------'
16
1B
~
n
~
~
n
~
n
~
~
~
40
EARTH STATION G/T (dBrKI
Fig.6.S TV signaal ruis verhouding versus G/T (Voor Intelsat standaardgrondstation B geldt: G/T = 31,7 dB/K)[40].
143
THE VAKGROEP-EC
'" '"\Z'A7'''~~'''" CASE 1:
CARR!E!L JIAR!E
\ .. 16MHz . , l-l6MHZ" •. I.r.p./CARRIER = 29.7 dBW BOIN = 0.6 dB GAIN STEP = NO.4
1/1
2 TV CHAN/TRANSPONOER ICiTlo = -134.0dBW/K ICiTlT = (CiTI u + ICiTlo = -'34.5 dBW/K (C/N) 16 MHz
= 22 dB
G/T =31.7dB/K
Fig.6.6 Transponder indeling [40]. Ten aanzien van bovenstaande figuren 6.5 en 6.6 valt te concluderen dat wil een videosignaal ruisverhouding van 50 dB gehaald worden, een G/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 een ontvangerruis 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 de transponder aanwezig is plus SCPC telefonie kanalen plus eventueel enkele audio kanalen. Aangezien in deze situatie vele draaggolven in de transponder aanwezig zullen zijn, zullen, indien onvoldoende "input backoff" in de satelliet wordt gehanteerd, vele storende intermodulatie producten optreden. Deze producten zijn ongewenst. In die situatie zijn de volgende aspecten van belang: I.Ret frequentieplan van de transponder. (Waar kanalen in de transponderband gesitueerd ?)
zijn
de
diverse
2. De vermogensinstelling. (Welke "input backoff" in de satelliet wordt gekozen en hoe wordt dit vermogen verdeeld over de TV, radio en SCPC kanalen ?) 3. Intermodulatie producten zullen optreden, zowel binnen als buiten de transponderband. (Welke restricties zijn hieraan
THE VAKGROEP-EC
144
verbonden ten aanzien van de ingestelde maximale aantal SCPC draaggolven ?)
"input
backoff"
en
het
Als voorbeeld voor een oplossing op deze 3 vragen wordt ingegaan op het Soedanese satelliet telecommunicatie netwerk [41]. Soedan huurt een transponder van Intelsat. 6.5.1 Frequentieplan van de transponder.
Van het "Sudosat" systeem is het frequentieplan gegeven in fig.6.7
TV CARRIER, 9 MHz
200 SCPC, 25 MHz - 34 MHz BANDWIDTH OF 36 kHz, ON 45 kHz CENTERS
o
1
2
3
4
5
8
7
8
2 PROGRAM CHANNELS BANDWIDTH OF 240 kHr EACH AT 35.750 AND 35.250 MHz . ~
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 ~ SATELLITE TRANSPONDER BANDWIDTH IN MHz
Fig.6.7 Frequentieplan Sudosat systeem [41]. De strategie in dit frequentieplan is om de sterkste draaggolven zover mogelijk uit elkaar te plaatsen. De onderste 17,5 MHz van de 36 MHz brede transponderband bevat het TV signaal. In het midden van de transponder bevindt zich een piloot, die gebruikt wordt om frequentiedrift van de oscillatoren weg te regelen. De band van 18 25 MHz is een "guard" band die niet gebruikt wordt voor SCPC telefonie, vanwege de intermodulatieproducten tussen de SCPC kanalen en de andere draaggolven die in de transponder aanwezig zijn. In de band van 25 - 34 MHz zijn 200 SCPC kanalen gesitueerd, ieder 36 kHz breed met een "guard" band van 9 kHz. 6.5.2 Vermogensinstelling
Ret Sudosat systeem is ontworpen voor ontvanggrondstations met een G/T verhouding van 32,1 dB!K. Beschouw nu een verbinding, zoals is getekend in fig.6.8
THE VAKGROEP-EC
145
TO RECEIVE!\
Fig.6.8 Satelliet verbinding De draaggolf signaalruisverhoudingen) uitgerekend zijn:
welke
dienen
Signaal ruis verhouding uplink: C/Nup = S/N1 Signaal ruis verhouding downlink: C/Ndo = G(S+N1)/N2 Signaal intermodulatie verhouding: C/IM = G(S+N1)/IM Voor de totale signaal ruis verhouding wordt dan gevonden: CN = GS / ( GN1 + IM + N2) met: S: Ret signaalvermogen N1: Ruisvermogen in de uplink N2: Ruisvermogen in de downlink G: Versterking van de satelliet 1M: Vermogen in intermodulatie producten
te
worden (6.1)
(6.2)
(6.3)
(6.4)
De totale C/No als functie van de input backoff van de satelliet is getekend in fig.6.9. Hierin zijn duidelijk de drie afzonderlijke signaal ruis verhoudingen zichtbaar. -
THE VAKGROEP-EC
146
A
f8+4,
'D II
.
.. 7t
_ _........._ _
, . L . . . . . ~
.10
_It
.,.
.,,,
.It
-tI
-,
~ . . . . . . . . . . ,
-f
...
-I
dl
I
Fig.6.9 C/No verSUs input backoff [42]. Uit fig.6.9 blijkt dat er bij een bepaalde input backoff een maximum bestaat voor C/No. Dit maximum is overigens afhankelijk van de G/T ratio van de ontvang grondstations. Voor de C/No down geldt nl.: EIRP max - L - OBO + G/T -10log k dB
C/No down Met
(6.5)
L = Vrije ruimte demping + atmosferische demping in dB OBO Output Backoff van de satelliet in dB k = Constante van Boltzmann Hieruit blijkt duidelijk dat C/No down afneemt, indien Het maximum in fig.6.9 verschuift dan naar rechts. Ten aanzien van de onderlinge volgende veronderstelt [41]:
vermogensverhoudingen
G/T afneemt. wordt
het
1. Ret vermogen van een audio kanaal is 10 maal groter dan dat van een SCPC kanaal, vanwege grotere bandbreedte en hogere eisen ten aanzien van de signaalruisverhouding [41]. 2. Ingevoerd wordt de vermogensverhoudingsfactor f volgens:
f
= 10 log(
TCp/(2.RCP + N. SCP) dB
met 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 er gemiddeld 80 SCPC kanalen gelijktijdig uitzenden. Wordt een marge genomen van 20, dan kan geldt voor de kans dat er meer dan 100 SCPC kanalen gelijktijdig uitzenden:
THE VAKGROEP-EC
147
100
~)'OO = ~I.(yr) (P)
'P
;1)\00
<
n
~)
(1-
'lOO I
md
r = D,tf
vcl~.j.: (6.7)
0,00 \
Deze kans is voldoende klein, zodat voor N gekozen wordt: N
= 100
Voor het "Sudosat" systeem is voor de TV, radio en de SCPC draagolven de totale signaal ruisvrhouding als functie van de satelliet "input backoff" bepaald met ~ als parameter. Deze zijn gegeven in de figuren 6.10 tm 6.12. De G/T verhouding hier veronderstelt is 32,1 dB/K. Met deze grafieken is een optimale instelling bepaald.Als criteria golden [41]: 1. Geen enkele drempeleffect)
C/NR
<
9
dB
(Dit
2. Bet vermogen van de intermodulatie transponderband vallen zijn kleiner specificeren waarde:
in
verband
met
~
...
12
FM
producten die buiten de dan een door Intelsat te
!II 13l-~-+--:'-+-----::M74-~~-+---:"--r-~----i
~
het
1----L-----\--+-t~H4____j_-~+-----:-___r_---:-1
~
§ 11 l---l---"",W-~+-'-:"'-I-:+. ,-t--+--t---cJ i
+----+---t--. r.~.-L,,;,,--L_..I-.....L.;"';"~~....;.;..J~~-:-"""-7---' • • 4 2 TOTAL SATELLITE INPUT IlACKOFF. dB
Fig.6.10 C/NR als functie van de input backoff en! [41].
THE VAKGROEP-EC
148
14r--~~"'T"""~~""""~-~----::::oo""!"'::::==;
I
'j ---, ::-p • ...
1 ---+----~L--+----::;....~::::::~~ 131-
..
III..i z ~
:z: u
!
12
'" ~
1-~--hL-~=---~-+~~:::::t::::=~
...
illl----¥-------"7"t------1:::o....,:::::.---+--4-~ ;;
'"t
~
i'
~ 10 .......--:*-----!-7"'+---71-""'--<-----1----"1
~~ :
Utl------r't---r--+----+-""'---t-------j
I ___ -.:_,_---L
IC----.-l
. ..:__
:....,
I
r-...l'0~--~~1~......~1-......~4-..~~Z. TOTAL SATELUTE INPUT lIACKOFF."
Fig. 6.11 C/NR als functie van input backoff en
'
;
I
p.5dB:'·
--;I I ~ I' ..... 12 ~---:- _. " 'V I' i i 1./,'; I.L I-----;..:..--I--!-.".£-+---+-_+: I' • I dB. :-r--.! 1':"'~'''T:I~ i
11
[;¥l." V1'
----:- .•.• ,.-
: ,
"
, --,
~
I
I::'
.'
--
1"!
i
"p·7dB-1----
j' 'f~".
y "" ~~I 'i' ---Vl----v· ':IJ ,', .1 . / ., J :.V· -('v~ -- ~~; f·~~
p. IdB
I --7'1-'" .;)'/ ,/1 I!
~'i-- V
I
I
l_p.• ~ y,., II/:-:V' I i /
7
/
I
/
VL
V:
~;'Q
dB
-l.-t----!-!--+__'-t--t I
i
I
i
,
,
.\
I
f----+--+-+--t-T--J 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] •
149
THE VAKGROEP-EC ,
opt. = 7 dB
De bij deze fig.6.13
waarden
behorende
linkberekeningen
Parameter
Units
Television Video
IF Bandwidth Transmitter Power Transmitter Losses Antenna Gain EIRP Tracking Loss Free Space Loss (6225 MHz) Beam Edge G/T Geographical Gain Uplink CNR Transponder C!IM Beam Edge EIRP Output Backoff Geographical Gain Free Spoce Loss (4000 MHz) Tracking Loss Receive G/T Downlink CNR Composite CNR
kHz dBW dB dB dBW dB dB
17,500 30.6 5.8 55.5 80.3 0.5 199.8
dB dB dB .dB dBW dB dB dB
-18.6 1.4 19.0 >50.0 22.0 2.4 1.4 196.0
dB dB/I< dB dB
0.5 32.1 12.8 11.8
Progrom Channel
zijn
gegeven
in
Telephone Channel (SCPC)
240 12.8
36 2.8
62.5
52.5
19.8 47.0
18.0 36.0
22.1
32.1
11.7 11.0
9.9 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 vvor de input backoff en p blijven geldig voor de Palapa satelliet indien de C/No down curve niet veschuift. (De transponder indeling van het Sudosat systeem wordt in zijn geheel overgenomen). De curve C/No down zal niet verschuiven indien de G/T ratio's 11 dB lager zijn dan die in het Sudosat systeem, aangezien de EIRP's 11 dB hoger zijn. (01 33 dBW i.p.v. 22 dBW). Dit blijkt duidelijk uit 6.5. Derhalve is de systeem beschouwing van het Sudosat systeem ook geldig voor het Indonesische geval. Voor de G/T ratio's van- de grondstations wordt gevonden: G/T = 21,1 dB/K Wat de uplink betreft: Oak de ontvang-antenne van de Palapa satelliet heeft 11 dB meer winst, zodat het ontvangen vermogen'in de satelliet (en dus de input backoff) gelijk blijft (De versterking G van de Palapa is gelijk aan die van Intelsat). Een G/T ratio van 21,1 dB/K komt overeen met een antenne van ca. 4,5 meter en een ontvanger ruistemperatuur 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 intermodulatie vermogen buiten de transponderband een beperking voor het maximaal te gebruiken aantal SCPC kanalen. [41] geeft een berekening van het vermogen in de derde orde intermodulatieproducten buiten de transponderband en komt m.b.v. een door Intelsat gegeven specificatie tot een beperking van het maximaal aantal te gebruiken kanalen N. (Er blijkt: N = 147). Wanneer het voorafgaande in beschouwing word t genomen, kan een antwoord worden gegeven op de in &6.1 gegeven probleemstelling. korte Gezien de aard van deze vr1J complexe materie en het tijdsbestek dat nog aanwezig was, wordt alleen aangegeven hoe het probleem opgelost kan worden. 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 worden voor lagere G/T verhoudingen. Hieruit kan analoog aan [41] de optimale waarde voor I en de "input backoff" bepaald worden. Dit gaat goed totdat voor een van de drie signalen de C/NR beneden de FM drempelwaarde komt. Wanneer dit het geval is voor de SCPC kanalen kan deze C/NR nog verhoogt worden door een kleinere kanaal bandbreedte te kiezen, voor zover de signaal ruis verhouding van het gedemoduleerde signaal 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 producten buiten de band.
vermogen
van
de
intermodulatie
Indien de laatste beperking geldt, kan b.v. een TWT in de satelliet die meer vermogen kan leveren (indien aanwezig) worden ingezet. In dat geval kan meer "output backoff" wo rd en- ingesteid waardoor het intermodulatievermogen ook lager zal zijn. Dan kunnen meer kanalen worden gebruikt. In dat geval zal de bandbreedte of vermogens beperking gaan gelden. De instelling is optimaal te noemen indien de drie genoemde beperkingen tegelijk gaan gelden. In het Sudosat systeem is het de beperking van het intermodulatievermogen dat het aantal SCPC kanalen beperkt. Concluderend kan gesteld worden dat het Sudosat systeem voor de Palapa satelliet geldig is voor grondstations met een G/T ratio van 21,1 dB/K.
THE VAKGROEP-EC
151
7. CONCLUSIES EN AANBEVELINGEN.
From chapter 1 (" Social impact of telecommunications for developing countries") and chapter 2 ("Technical choice of telecommunications for developing countries", the following conclusions can be drawn and recommendations made: Conclusions.
1. In 1980 more than half of the population of the world rural areas of low and middle income developing countries.
lived
in
2. The life expectancy of low income countries wa.s significantly lower than in the industrialized countries (50 versus 73.5 years). 3. The adult litteracy rate in low income low from 1950-1980 (1.3%).
developing
countries
4. Until 1960 the idea of giving development aid was closely to the idea of changing the Third World into a First World. 5. During the last ten years the countries have increased greatly.
foreign
debts
of
was
related
developing
6. Of the capital, flowing to developing countries, much more money is used for the purchase of weapons than for goods in any other sector. 7. According to the developing countries there is no realistic prospect of bridging the gap between the industrialized countries and the developing countries if dealings between them are conducted from the 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 developing countries to develop themselves.
the
10. It is questionable whether transfer of technology, executed by multinational corporations, will give the offset in the development as is desired by the developing countries. 11. The number of telephones, radio and television sets in developing countries is significant lower than in the industrialized world. 12. Economic activity, expressed in GNP/capita is linked with the variables of infrastructure, and thus with telecommunications. A
THE VAKGROEP-EC higher level of economic activity is accompanied by a telecommunications network.
152 more
expanded
13. A relation exists between the level of education, life expectancy at birth and telecommunications. A decrease of the level of illiteracy is accompanied by a more expanded telecommunications network. An increase of life expectancy is accompanied by a more expanded telecommunications network too. 14. A relation exists between the percentage of inhabitants, living in urban areas and the level of economic activity. A higher level of the percentage of urban population is accompanied by higher level of economic activity. 15. On the subject of revenues of telecommunications there is a disparity of views between the development banks and the developing countries. In contrast to development banks, the developing countries find that the non-financial revenues which can be earned by telecommunications, should also be taken into account when making investment calculations. 16. In a rural area a subscriber density of 1 per 50 kms can be expected when people live scattered. In the case of isolated settlements a maximum of 1000 subscribers can be expected. 17. Seen from an economical standpoint, telephone exchanges with less than 30 subscribers are not atractive. 18. For trunking purposes of a light to a moderate amount of traffic over relative long distances, the open wire carrier system may be the most cost effective system. When reliability is at stake, the open wire carrier system is clearly not the best solution. 19. Cable systems may be used for subscriber lines for distances up to 25 km. The carrier cable systems are not very suited for rural areas because of their large capacity and assumed terrain roughness. For trunking purposes, connecting suburban exchanges over short distances, these systems are not suited. 20. HF radio systems may be suitable for a few. isolated subscribers in a large area. Half-wave dipole antennas may be the most cost effective antennas because of easy installation and maintenance. 21. VHF/UHF radiosystems may be suited for a light to moderate amount of traffic. If necessary the capacity can be enlarged by introducing cellular systems (frequency re-use). The maximum distance that can be covered by these systems is circa 50 km., depending on the hight of the antennas. 22. Terrestrial SHF radiosystems are not suited for application in rural areas in so far as they are used for trunking of a large amount of 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 rural communications when the area to be covered is rough, inaccesible or thinly populated. Recommendations. 1. The kind of technology to be transferred, should be choosen by the developing countries. Their policy should be to make these foreign technologies "home" technologies as soon as possible.
2. Economic activity should be stimulated, but not the migration to urban areas. Therefore, in order to stop this migration from rural areas and to start a remigration to increase the agricultural production, the rural infrastructure, including telecommunications, should be expanded. Naar aanleiding van de hoofdstukken 3 tm conclusies en aanbevelingen worden gemaakt:
6
kunnen
de
volgende
Conclusies. het 1. Aangetoond is dat bij een gegeven lusbandbreedte van draaggolfterugwinningscircuit in de DE-QPSK demodulator, de degradatie van de foutenkanskromme toeneemt tengevolge van faseruis, wanneer de bitsnelheid afneemt.
2. Een criterium is afgeleid waaraan het spectrum van het aan demodulator aangeboden signaal moet voldoen, wil de kans cycleslipping beneden een te specificeren waarde blijven.
de op
3. Een computerprogramma is geschreven voor de HP9825 om, uit een gemeten faseruisspectrum, de fasejitter en de kans op cycleslipping te bepalen. 4. Door een wijziging in het microgolfcircuit achter de 8 meter antenne kan het uitgezonden vermogen tot op 0,1 dB nauwkeurig worden gemeten. 5. De 3 meter antenne is geschikt gemaakt voor richting op zowel OTS als de ECS I, door de antenne op zijn statief te verplaatsen.
de
6. Een computerprogramma voor de HP9825 is geschreven voor de gecompliceerde besturing van de 3 meter antenne. Dit programma berekent azimuth en elevatie als functie van de leadscrew lengten, de
THE VAKGROEP-EC
154
leadscrewlengten als functie van azimuth en elevatie alsook de hoek die de antenne as maakt met de noord-zuid richting als functie van azimuth t elevatie en de leadscrew lengten •• 7. Ret stralingsdiagram van de driemeter antenne is gemeten. De zijlusmaxima liggen 18 dB onder het maximum van de hoofdlus. Ret stralingsdiagram is niet symmetrisch. De antennewinst in de hoofdrichting is gemeten en bedraagt, volgens verwachting t circa 48 dB. 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 de ontvangerketen 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 zijn microgolffilters ontworpen en gerealiseerd. Van deze filters zijn amplitudo- en fase-karakteristieken gemeten. Als gevolg van te dikke posts in de zendfilters zijn de rimpel en de breedte van de doorlaatband groter dan de gestelde specificaties. Ret computerprogramma "C filter", met behulp waarvan deze filters zijn uitgerekend t is derhalve uitgebreid met een ontwerp van een filter met 3 posts. Een 3 post filter is ontworpen. 10. Bij volledige uitsturing van de !WT bij SCPC experimenten via de OTS wordt de C/No practisch volledig bepaald door de downlink. (Dit is 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 faseruisspectrum en de frequentiedrift. Spectrale storingen, welke bij ontvangst via de 8 meter antenne worden waargenomen, worden niet waargenomen bij ontvangst via de 3 meter antenne. 12. De foutenkanskromme, gemeten via de IF loop, translator loop en de 3 meter antenne komen nagenoeg met elkaar overeen. De degradatie van de foutenkanskromme ten opzichte van de theoretische kromme bedraagt circa 2 dB. 13. De C/No t welke is berekend voor de ontvangst op de 3 meter antenne komt goed overeen met de gemeten C/No (het verschil bedraagt 0,5 dB). wanneer 14. Vanwege het ontstaan van intermodulatieproducten, meerdere draaggolven worden uitgezonden, dient voldoende output backoff gehanteerd te worden. Indien het op de 8 meter antenne ontvangen signaalvermogen kleiner is dan -32 dBm t zijn op de spectrumanalyzer geen intermodulatieproducten waarneembaar. 15. De uit het faseruisspectrum berekende kans op cycleslipping
komt
THE VAKGROEP-EC
155
niet overeen met de gemeten bitfoutenkans kromme. 16. Wanneer van een transponder van de Indonesische satelliet de Palapa (36 MHz breed) 2 TV signalen worden uitgezonden, is ontvangst van een videosignaal/ruis verhouding van 50 dB mogelijk bij een G/T verhouding van 31,7 dB/K. 17. Indien in een transponder naast 1 TV kanaal, SCPC kanalen en audio kanalen zijn gesitueerd, kan bij het gebruik van grondstations met een G/T van 21,1 dB/K, de vermogensinstelling en het frequentieplan van het Soedanese systeem worden.overgenomen. Aanbevelingen.
1. De constructie van de 3 meter antenne dient zodanig gewijzigd te worden dat het polarisatievlak van de belichter onafhankelijk wordt van de leadscrew lengten. 2. De kwaliteit van de ontvanger dient verbeterd te worden door de LNA te vervangen door een LNA met een lagere ruisfactor Nf en een hogere versterking G. 3. De bitfoutenkanskromme, van de DE-QPSK modem van de SCPC, gemeten via de achtmeter antenne, dient opnieuw te worden gemeten. Oak dient te worden nagegaan waarom de gevonden waarde van de cycleslipkans niet overeenkomt met de gemeten bi~foutenkanskromme. 4. Voor de Palapa satelliet dient het frequentieplan en de vermogensinstelling in de transponder te worden bepaald zoals is aangegeven. Indien oplossing van dit, hypothetisch veronderstelde, probleem van enige practische waarde wil zijn, dient contact te worden opgenomen met LAPAN en geinformeerd te worden naar hun werkelijke plannen. 5. Een nadere beschouwing van intermodulatie in het algemeen is aanbevelenswaardig. Aspecten van studie kunnen zijn ~e bepaling van het intermodulatievermogen als functie van de niet lrneariteit van de TWTs en de samenstelling van een optimaal frequentieplan opdat derde orde intermodulatieproducten niet binnen te specificeren frequentiebanden vallen. 6. Ret vervaardigen van een afstudeerverslag tekstverwerkend systeem verdient aanbeveling.
met
behulp
van
een
, o
THE VAKGROEP-EC
156
8 LITERATUUR
[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 1980 ProLir.T.M.Schuringa, "Telecommunication as a means of human 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 on 7-10-82 at Eindhoven. W.E.Lunz, The New Economic Order and Pacific Telecommunications development, Pacific Telecommunications Conference proc., Honolulu Hawai 1980. Dr.A.Butros, "The importance of specialized proffesional training for developing countries", P.I.I. 25 years in electronic education, symposium on 7-10-82 at Eindhoven. W.Riehe, Internationale Kreditmarkte-functionieren sie noch 1, Siemens Zeitschrift, Heft 1 jan. 1983. Prof.dr.B.J.Olufeaba, PII a Nigerian view, P.I.I. 25 years in electronic education, symposium on 7-10-82 at Eindhoven. M.Jussawalla, Transfer of technology and its impact on Economic development, Telecommunication Policy (GB), vl.4 no.4 dec.1980. M.Jussawalla, The economics for development, Pacific Telecommunications Conference proc., Honolulu, Hawai 1980. Rama Sintra, The challenge of telecommunications in developing countries, Pacific Telecommunications Conference proc.,Honolulu Hawai 1980. L.J.Carter, Appropiate Technology and Rural Communications in Papua New Guinea, Pacific Telecommunication Conference proc., Honolulu Hawai 1980. E.Witte, Signale des Weltkommunications Jahres 1983, Siemens Zeitschrift 57 (1983), Heft 1. W.G.G.Wolter, Telecommunication Basis fur die Infrastructuur in Entwicklungslandern, Siemens Zeitschrift 54 (1980), Heft3. Mr.H.Gaientaan, "Communicatie en ont=wikkelingssamenwerking", symposium on Third World Communications on 17-2-83 at Den Haag R.J.Saunders, Financing of telecommunication, Third World Telecommunication Conference proc., Geneva 1979. PTT, Telecommunicatie in Nederland, een beknopt overzicht van organisatie, cijfers en techniek, uitgave van PTT Telecommunicatie 1982. Rural Communications, CCITT, ITU, Geneva 1979. Transmission Systems, Part 1 en 2, The economical and Technical aspects of the choice of transmission systems GAS3 manual edition 1976. Ing.F.v.d.Berg, Modulatiemethoden in Single Channel Per Carrier apparatuur voor grondstations, tijdschrift
THE VAKGROEP-EC
[21 ] [22]
[23] [24] [25 ]
[26 ] [27] [ 28] [29]
[30] [31 ] [32] [33 ] [34] [35 ] [36 ] [37] [38] [39]
[40]
157
van het NERG deel 45 no 5/6 1980. J.Nagelhout, een 8.448 QPSK Mbit modem, afstudeerverslag vakgroep telecommunicatie Technische Hogeschool Eindhoven. C.R.Wolfson, The effects of cycleslips and fasejitter on the probability of bit error in supressed carrier phase shift keyed communications, proc. of IEEE South 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 on PSK demodulation, Comsat Technical Review, vol.6 no.1 1976. P.J.M. Kerstens, Digital Satellite Communications with the B transponder of the Orbital Test Satellite, afstudeerverslag vakgroep Telecommunicatie, Technische Hogeschool Eindhoven. L.Versteegh, Microgolf communicatiekanaal via de OTS, afstudeerverslag vakgroep Telecommunicatie, Technische Hogeschool Eindhoven. ESA, Report on In orbit measurements OTS, ESA/JCB/(80), vol.1, 2, 3, jan. 1980. J.Herrmann, Modificatie upconverter, toekomstig stage verslag, vakgroep Telecommunicatie, Technische Hogeschool Eindhoven. G.A.M.Goltstein, Het volgen van geostationaire satellieten m.b.v. een bijzonder antenne statief, afstudeerverslag vakgroep Telecommunicatie, Technische Hogeschool Eindhoven. J.Dijk, E.J.Maanders, J.M.J.Oostvogels, An antenne mount for tracking of geostationary satellites, TH Report 77-E-74, May 1977. . J. Pritchard, Eutelsat Paris, Privat Communications J.Dijk, E. Maanders, Antennes en propagatie I, collegedictaat vakgroep telecommunicatie, Technische Hogeschool Eindhoven. Kraus, Radio Astronomy, Me Graw Hill 1966. Hewlett Packard Application Note 973, 5953-4415(2/80), Philips Telecommunicatie Industrie, Satellite communications earth station equipment, data sheets van het RS 100 en RS 200 systeem. A. v.d.Vorst, Technische Hogeschool Eindhoven, Privat communications. 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.3 H.Beursgens, Systeem beschouwing van een satelliet communicatieverbinding voor een SCPC systeem en metingen aan een 7 GHz ontvanger, stageverslag vakgroep Telecommucatie Technische Hogeschool Eindhoven. J.Dicks, Domestic and/or regional services through Intelsat IV
THE VAKGROEP-EC
[41]
[42] [43] [44] [45] [46] [47]
satellites, Comsat technical review vol.4 no.1 1974 Dr.W.p.Osborne, R.L.Smith, H.J.Stapor, Sudosat the national domestic satellite communications system for the government of the democratic republic of the Sudan, Eascon conf. 1977. L.J.W. van Loon, Satelliet als communicatiemiddel, Tijdschrift van het NERG, deel 45 no.5/6 1980. Marcuvitz, Waveguide handbook, New York Mc Grawhill 1951. Matthei, Young and Jones, Microwave filters, impedance no.5/6 G.Craven, L.Lewin, Design of microwave filters with quarter wave couplings, IRE maart 1956. A.Bruce Carlson, communication systems, an introduction in electrical communication, McGraw-Hill Kogakusha, ltd. Ret eenvoudig gebruik van het programma SERVICE/DOCUMENT, RC informatie AG-59 , Technische Hogeschool Eindhoven, Rekencentrum.
158
THE VAKGROEP-EC
159
APPENDIX A: NUMERIEKE INTEGRATIE VAN EEN GEMETEN FASERUISSPECTRUM
In [25] is een programma voor de HP9825 calculator gegeven waarmee van signaalbronnen het faseruisspectrum kan worden gemeten en wordt "geplot". Bet programma meet 477 waarden in de frequentieband van de signaalbron tot 1 MHz daarboven. Deze waarden worden geplaatst in het array G. Aan dit programma is onderstaand programma toegevoegd. Uitgerekend wordt: (A. 1)
Dit wordt numeriek benaderd door:
'
(Jt1~ L S~(LJ)II-H(w)I~U(BIF)4lJ) U(8IF)~ [ 0
w~').llB,,:; W7 1nB,!=
(A.2) De waarden voor Sf{lV) staan in een matrix G[ 1 ;477}. II - H ('0)I~ wordt voor [.~ 0.707 berekend volgens [21]. Deze waarden worden in het array Y[I;477] geplaatst. De functie U(Bif,w) is berekend en de waarden zijn geplaatst in de matrix 0[1;477]. Deze matrix bevat alleen nullen en enen. De eigenlijke numerieke integratie (sommatie) gebeurt m.b.v. de matrix Z[I;477]. 411
(A.2) wordt:
(];;'L.
0/
1. L
w-
S(N)-
YU.J)
()
(tV)!llJ
I
In het programma wordt dit: For N=476 by -1 to 1 Z[N] : = w. G[N] • Y[N] • 0 [N] + Z[N+l ] Next N Z[I]:= 2.Z[I]
(A.3)
1
De berekende waarde voor ~ is terug te vinden in Z[ I]. De waarden G[N] zijn de waarden per Hz bandbreedte. Aangezien de onderlinge afstand tussen de samples niet constant is, is het algorithme uit (A.3) in het programma meerdere malen terug te vinden met verschillende waarden voor w. M.b.v. Z[I] wordt tenslotte de kans op cycleslipping berekend volgens: f'\ -71 L )..J _ Il f) 3:2 (J(L 2
ec.s -
-""" f..t
T
De listing van dit programma is hier gegeven.
(A.4)
160
THE VAKGROEP-EC
.:.
;.'-
,-.;.~
H'
1 '3 ;:;: 1 9 :3 ~
f
(1'1
t
; fIt. 2 "F h Ij, :::. E'
F:: ( t
Hoi:::e " 200: i'='t"t
"CG.lcul
"1 1 4
:-'
2: 46: F) r- t :: E; lot F L !~ t;, Hz"
J 2 2 2: n E' >:: \. [t·j
II
f'~
;2~4?~
;22:3: for- h=;::9 to 3 3 by -1 ~~ 2 4 : 1 ,/ ( 1. +;:;. 1 1 1 4 t r: l r. - :~; ) .~.. ( E..... r t·j :~: 0 - 7 7 :':i:: ) l 4 :: .~~ \' [H
II
=,. ~
F' L L
of
IIK:=.J. ? ~J 7
F=:(t
:I
1
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;
E'nt lIIF E: lJ. n d 1.1.1 i d t h = II , ::< ;
2~j4:
;:.::.····2..,::< :2 (1 5 :
:> t n ·'t· 6 (I t~ >:; = t n l t=; f G [4 7 7 J + G C4 7 E· = ) . . . 2 (>::-1;.nlt:! . . . 1~:i0~~1-tZ [ 4 ? ? J ; 4 7 7 -t r'~
i f"
~':'
*
if 119~:i(1<::< !J.nd >< <: 1 O~:1~:1~~1~~1 ~ int I: 15~:i4l:·lo·:-e. ::::<)42:3 ) ~ r'~
J 226: f" (: r t'i=38 t i: 1 b'/ - 1 227; 1.····(l+::~~J.14t. 1
nl (~.. :~~) 7-:- l'E;./ (1[;* + 2 0:: :: l"f ) .;.. ''( [[.j ]
[.j
2 2 :3; f C~· t·~ = 4 7 6 t 0 .3 4 1 ~>./ - 1 2::;~:1:
=1I~;2*>:;
24'?-:
f:'t"t
"
"
2: 5 1: F== r t ;I.j itt e r ::; 2 = ~ Z [ 1 J ~ t" G. d ;. 'i" 2 ., 252: if ZCIJ
II
II
6~:i~;~=~+G Ct'iJ'~
2~;:16:
2(17: if 1~3~:1~::1~(1<>:: o.nd t, <1. :':10~:il::;l:;O; int I: 15~~i;flo';1 (;:'::)-
1 J .-t Z [f'~ J ;231= nE·::<'t. Z :~~ 2: f C f'
t·~ r'~
= :;: 4 C
*** .~ *'* *" ,~, * "* :2 5 13:
42:;:) -='['1
t 2~:i'?-:
l"*or1J
:.2 1 ~:::; : 211:
n E' >:: ~ I fc( 1=477
~~
1 :~i:
.: 1 4 : {C
- : ::
~
t (, ,.
6
I
:.
t'"i E' >:: t,.
f c:
;2 :~: 5: t0 2 :3 6 :
131 ~:i
t C
'":"1 :~
\' un
1 IS~ ~~1 - 1
~,~ :=
,HH
b!' lOCi .~ Ci [t·r] "* . . := CI + 1 J.:! : U;
I
7' t: 1'31 b/ -1 1 ,/ ( : + S:r 1 1 1 4 ._.. ~~ J ~, ( E: ,/ I: t·~ 7.:~. ~ :,~!·r ~~ - 2 :; i. 7 ~. (; "! ·r· 4 :~ .:,.' i = !; ".::'r'~ "r C ( t·~ = :::: .,:j. c~ t·~ = 4
for-
l :::. ': 16 ~ 12 1 7 ~ t::: 1:31 L'/ 21;::: 1 . . . (1+~:;~ 1:. n '1' .- .:: ) ~; (E., "
2~
E'
for
=: :3 13 ~
:
-
1
= j'~
J
,.-
:~; ~:-f .~ ~: ::.-
~
~,
;
"'!
J
r
-:' f"~
r
'"'7 ~,l '.:...:':.-:.. :
, ..;..
'*
Fig.A.1 Programmalisting
.2 t; ~:i
1 ,/ [;
:
-se
nt
U
(I
t
~"l E'
;l
,
E";
i f
II
t- E'
~~I E' (!.
r
i n F:= I)
[: = 1 ;
"i
f;'1 1==1
t
THE VAKGROEP-EC
161
APPENDIX B:COMPUTERPROGRAMMA VOOR DE BESTURING VAN DE 3 METER ANTENNE.
Bl. Mogelijkheden van het programma
I.Ret programma kan de waarden van azimuth en elevatie als functie van de leadscrew east en leadscrew west stappen berekenen. 2.De waarden van de leadscrew east en leadscrew west 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. In feite zijn 1 en 2 elkaars inverse berekeningen. Wanneer de hoek B bepaald moet worden, moeten zowel azimuth en elevatie als leadscrew east en leadscrew west stappen bekend zijn. In dat geval worden de berekeningen 1 en 2 gedeeltelijk uitgevoerd. Schematisch is dit weergegeven in fig.Bl.
1 ..IJ. .eM" 1..",.4}~1
(I) (3)
B Invotun
('I.)
(I) ( 1){))
(1m)
T L(3)
aA,imulf,
.dtiJoM
~ Fig.Bl Mogelijkheden van het programma In fig.Bl corresponderen de nummers met de hierboven gegeven mogelijkheden van het programma. Een volledige flow chart van het programma is gegeven in fig. B2. .Een listing van het programma is ook gegeven (fig.B3). Vanaf regel 175 is commentaar in het programma gegeven. Dit commentaar geeft aan hoe de variabelen in het programma overeenkomen 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
162 B
= -4.0
graden.
Ret programma is niet beveiligd tegen onzinnige invoer. Vanwege het beperkte regelbereik van de antenne kunnen de waarden van de leadscrew lengten east en west niet berekend worden. indien de ingevoerde waarden van azimuth en eleva tie niet binnen het het regelbereik van de antenne liggen. De inverse berekening is altijd mogelijk. Verstandig is het derhalve deze berekeing eerst uit te voeren om te controleren wat het regelbereik van de antenne is. B3. Controle van de rekennauwkeurigheid.
Ret programma is gecontroleerd door azimuth en elevatie uit te rekenen indien voor de leadscrew east en west stappen 10000.10000 werd ingevoerd. De gevonden waarden van azimuth en elevatie werden in de inverse berekening ingevoerd. Voor leadscrew east en west stappen werd gevonden: l.s. east = l.s.west = 9996
THE VAKGROEP-EC
164 ,-
.
Programma listing.
I
T L'
~ l
1'1
r "
..:';
..;l
P ;." t
: :; c: F,: E,; 1000 :::: 2: F: (t
I..••
~::
L·1:
(
.,
0, i t ;2 ~::i [1 ~~i f f·~ t ; f >:: d Z~ 52-:.-P; 13~::i~R;
3: 4: 5:
....
i.IJ
:::; 4:
,>:: [:30]
8: E' n t ,: i .j k E' n '7. 1 . . . (1" , A .,: i f A = 0 ; e' t"lt b E' 1:. O. = E: ; .j i"'; ;::: II
Ij::.p I.) CI 1 '::t E' n {,'I 1"'1
1
d la'
F:I
1~IIJ.i\.
12 :
ij ::. F-'
dE'
nu
t
" b E'
t ("
r- (:1 .:::
r c!.
36:
1.
65:
1"'1
I;. t, : 67: 6 ::: :
l:::i-:.-U f ::: (
~~ 1~i:
t',l
2~=n)O
d ::. p "u it':; >: d r l-lkt in be·tiJ." 17: l,d(l.it 2~:::1~:::1~ 1.:::: t?nt "iJ.zir'11.Jt..h = ;:< [ 1 '3 J 1 '3: ~~' n r. ., E" 1 E' I,) O. t i
t G. b
n
E'
1
u
"~·~ilt ("j
I..
i:=
t
l,Jo'lt 2Ci[1~) ij ;:. F-' .. E' n t? 1 E'
f~'
nt
"
1 6' G. I~~ ::. c. ~ ;:< C2 ]
E'I.:,i
1.•,1 E" ::.
t
~:' t·: t l~t G. ;.
"1 t :: II
2: 2:
,j
23:
j(I"F=1
fl'l F==
=.
I.) I),
4 1:
n
~:1; i.:.!(t
..1-1 E'
i t Ent
2 ~:1 ~Z1 (\
1",1 (i.
r'1
1";
= A [ 1, J b'/ R [3J
:J ~.
:~. E' G.
d
-+ ;:-: [ 1 J f"l-:t->:;[ZJ
71:
1 Cn)e'.:;.:'·': [1 J ; l l::;:,:: [2J ... 1000"';::: C2J ; c~ G. ::. n ( ;:.:; [ 1 J ./ ~ 2
'*
66 4 :3: ~~' n t O. (dE' 1. 1::;'
:::. t :J, r
~.
a
11
E' G. ::. t.
=.,
*
*
;2 0. ::. r I ( >:; [? J . . . (2*F:) ) 7;;1~ [4J 7 4 ~ i:-t. c.::. ( (4 c c::=. ( ;:< '7 :::; :
:~~':' ~·G.:;;'~"::
n t " E i n d !.:) G..::.
r d e' 1 :=. A [23
~
'*
7' 5 :
15, C::, ( r. 1 - C Q:':. ( ::.:; [4J)) ..... ::fJ*::.ln f>:;
[4J J ) ) '1 t: 4? ~
~U
::< t.
'1
7' 6: + ;:<
l,'l (i.
i t
d ::. F:'
:2 C1 ~:1 (1 ,. C
.,.:~:;
[6J
[5 J J ) + ~:' i n ( ;;':; [6 J
'J, c::· ( ::;, i n ( ;:< [~.
n -::I ::' -'.) e E"
t-·
c c:::.
I::! ;. C r
~ ;:.:; [
f511
i)
II
E' :J.
1~f5~O~
ff"lt
Gl::::· functi
,
2 1: E' i.l,!
(i::,!==,
4 4:
1 to:
2 ~:::1:
I2I-*A;i,"',F>
II
1".lG.it 2000 d::.F-' "iJ.nt·!S'nne o p h e' t. ::. t iJ. tiE' f P
II
1J
1'5 [1 116
'7":":
'4 '3 :
ott.
I:::' l::·'
n t ":;:. t G ~:, .; r ="':1[3J
0
;:< Ct.
~ ~.
~
::< [6 J ) :1 ~ ;:< C7 J 5(1-n,:::.n (::. i n ( ) + :.=:. ~. n f ;:< [:.+ J )
.. .,. ':... : ,,'
~
~
p [t.: J
~
1 1J .
~.'
:=.
~-
=., . . ~
-; T. .,
+ ~
2 = i-,
~
*" *" :~, * '* f
16,1~H~f'1
4 t1:
2(1~)ID
~:J;J.it
tt
:= "
r.:.4 :
iJ.t.i'::
13: 14:
15:
,. of
6::<~
3::;: 3 '?:
.. b e' F-' ,:\ '" 1 (j dE' po::.iti:: 0. !"""!
:
l~;:~~:
E' E'
G.
11:
I.)
p 1"-
~:7:
,
"he·t
l~):
~
E:
31O-*F dif"! AC6J~E:[EIJ
II
:II
E ::: T
;f::-::d 2
17-*E~O-*U
6: 7:
-l
EAST
t ~.~
; .7-:""
:."~
I
: -:' I,.:'
~'
THE VAKGROEP-EC
8 4: IJ. t n ( 1 . . . [ 1 .2 J ! r. I), (;
'*
i t"
165
r:
:=. t n
::
:< [ 1 1 J
i. (':
A ~:;. 1 ; ..i ~ ;': f~'
-
~ E: [ 1 J liS: S(·t
62 ::: 6:.
;;< [ 1 4 J + B --7;:'-; [ 1 4
]
i'l
c:
i
L
.-, ,
~
J
116:
ent
1 1 7:
E'
.:' .:'
,
r.:...::... ..:
-121 ;::; [ 1 ~ J 8 :::: t n ( ::. ::: ~~. ( ;< [ 1 4
I'.
J
)*t!J.n(::~;[13J:i),"*
nt
:J, :J. r~ (j :;.
E'
or:=
t
i). f~
1 E· !) O. 'r.. i
t
;:.l
E· :::
"~E:[4]
1 4 6: iJ. c:=· r ::. i n I: >:; [2 2 J - 8 ) "*:=. 1 n ( >:; C;2 1 J ))~~<[15J
1 1 :::: E' n ~. .. E' i n d 1:,\ ~J. IJ. r" d ;;;' E' 1 e !.) 0. t 1 e =
>::[16J
II
>:: [16J + 1 80 4 ;:.:: [16] '3~3: :"; e16J -'3,;:1+
P..,.;:.:;C16J 51 1: O. c;:· ( .::. c s· ( ::<. [ 1 6 ] )*:=.in:;:·:;C15J)).;. ::.:: [ 1 7 J 32: IJ.~·n(l.""(=.ln(::-:: ClEo)) *'\.'J.n C:< [15] ))).,;:<[18J
51:3: 19 ] ~3 J '=II:". .' ,_I •
18~:1-::";
[1 :::J
~::<
[
F::rt
1f
Uf1' ~:i
; .j 1"'1 F='
124= :::;:
F:'rt "*******
*' '* * 'f:lr-t * *'* * .. '*
Sl7: 3:=;:
of
II
125:
U
]
1 4 ',: lJ. I:.:: (C;)::· I: ;:.:; [ 1 6] +P-'3~:1'''''E) *;a, i n ( : -: [l:iJ :; ) ·t;:':: en 15(1: 130-1~',tn(l,/ (::·in (;::: [16] +F'-
2*F~'f.~,inr1l5*
151:
:J,C::' r.:I 251~:: 751~:,O:=~
"
F:1rt. COO RDI [.! Fi T E [.! 1 2 to: P r- t " "
'!)~~':;[16J
14:::: if ;:';;[21J>:3~1 ; ;:.;; [ 1 6] + 1 8 ~~1 ..,. ;:-;; [ 1 6
H ELE"/ATIE" l~Jl: F::rt
..
?J)
*::.in r::-:: [:::J +
30)
J ) ) ) -i>::-:;
*
"****** * '* '* ** *'* '!i:' *.....,
~:::<,f6.2 16.Z~
F·..:,-U
13t1~
t'/it
[4J
1 5 2:
2 c. :;;' n ( ;:< [4 J "."
15:::~:
;J.e:=.
>:; [23J
1:2'3:
(
'c. =- n ( 2 .... r ::: *:: i r, : ;:':; [
l<
rOOF:
F:'rt.··
i.,.in
prt.
"******
II
3'3: F:'rt .. " 1 [1 (1: F:I r r. .. A: I :'1 UT
184:
,E,[::] 11 '3: E' r"it "::. (. IJ. r.o '" r' 01:1 t 't E' (,:;: tOo • ) ;:: " ~ E: [6 J 1 2 0: f I) ( t·1 :: E: C1 J to 8[2J \:)./ 8[:3J 1 2 1: t' 0 r r'1= E: [4 ] tc E[Sj t::\' 8[6J '-, • if I.I*~J;·.!!';P 1 .....::.::.
I:
i: l-j:,O:=, (
:J ) ,/ (f3'~'
;:. i n ( ;:.: [2 3 J " :; 1~f6112:~
.::
,
:1 .;.
::< [
'_I.J
:;: >:: ~ f 6 • 2 • I.,) r- t 1 Eo. 1 , [.j ; r',
131: 1 :3 2 : 13::::: 1:;:4:
U-l';'U n E' >:: t r1ne>::t t·j
..1 ,
1
"""!"..i
;:HU
;:-:; [1 '3J ; >:: [20]
'106: 1 0 7':
n E::: t
1 ~) ::::
d s· f';1
nE·>::t
t 0 8 [2 J 1:3 6 : f 0 ( teE: [5 J
r'1
r'; "~)
'.:) ;J, i
'i.,
'.:'
EJ [::: ]
= E [4 J b ./ E: [6 J
i 1t
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) 1 E' r! .::; r,. e n 0. l::: of U (i tir:' !·.·:G.n
1 1 1:
~>:
r'~
~'1:-
~
-:" 1
.L (
J
..l
«
[2 '5 J:;- C;:'" J[ . . =- ' :
1 5::::
r:... i.:. '-' ':' i ,; r
-
'I
- .. ..,
:). ,:.:.;'
,
L. 1. '
"
':1"
t
"
.... ' ••'
,"t
!"" '-I .,
L. '::"'"
....;.
'.'
.~:
.{ .:::::. :
THE VAKGROEP-EC
:161:
1
100>J*(18~=;-·
=' [3 J
::: [ 4 J ) .,+-;:< [2 J
-
162 :
• ,
r-
r.:;-,
..
....
1. '.•:":
~
,'..' r-"""':'
"
164:
Pt"t
165:
F::!~t
"
.,
1 ;:; 1:
"t
1 J ; I:::' h i
II
LEA 0 ~:; eRE ~,1 " 166: F::l-;:' .. 167= F:'rt " EA::;T
>:: [ 1 1 ~:: J ;
hI;:;' t 'J. :~: :~.:, :~; .:=-: ,:':; [
10
"******
G. ::+ =;:':;
[ 15 j
;
II
:
,. F:: h i 4 = >:; ( 16 J [17J; r.:: h i =;:.: [ 1 ci J ; A2: I t1U T H= ;;.\ [ 1 '3 J ; EL E ') AT I E=)'\ [20J " : 1 a:3 : ., t }.j :E:' t G. t:1 ::: >:~ [2 1 J ; P '-J i f'1::: >:; [2 Z] ; k'J,=i:; [23J; F-'=>; [24 J ; 'l. :::<::: [;2 5 J ; r::: ;::: [2 6 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) 1 E' ~; i) i .~. d E' r). r-' P E' l"'l d i >::
1::: 2 : ;
thr3-tiJ=;;~
l
16'3:
F+U
170:
f~"'lt
2,f~.~],
6>::~f5.~:::1
171: ;:':; [1J
172: 173=
1 74: 175:
bJrt 16.2, ~ >:; [Z] U-l~U
n",'::
F:: ~.. Ci '; r G. (r't 1',', G. Z 1 .j n de \,)!J.rirJ.t:el':;n 'J. 1::;. '.. . 0 1 -; t ,'" ~ d .:;' f ini';:'~'rd;":
17 6 :
F :: t"i G. F ''3E"'\. I~\ 11 ,=·n ',.iO (d1: E' E' n n i E' l.~ t.l.! ~. t-: E' lJ. d i n .~ .~ E" .~ ~. I.,.! E' n " : 177= "A~=l bij i j k 1 n '3 ~ Ct,;-j d E' (' ::. 17:::: i n .~
II
"::-:;[lJ=G.fl"z (I. S t d i ::. r:: 1 IJ. E' n l~' IJ. d E' o. ::. t
0.
n ":
E· ~. ~~
"h E' ~ I...'
E'
r ::.
1:::'3: 113~:::1:
.f. 5t,'?~
:
Fig.B3 Programma listing.
en::! E'nc!
:}
f :;:, t u d
1 !J. ':;:
P • A " r'1 • H s· (
E'
1 E' n .~ r. E' f' : 17'3: "::
!.)
1 ;:: 5 :
fl'!
!J.
I) (i.
n
r,::,
:a
01
THE VAKGROEP-EC
167
APPENDIX C: FORMULES GEBRUIKT IN HET PROGRAMMA VAN APPENDIX B
De berekening van azimuth en elevatie als funetie van de leadserew lengten is uitgebreid behandeld in [29] en [30]. Een afleiding voor de leadserew lengte east wanneer azimuth en elevatie gegeven zijn. is in [29] niet gegegeven. Deze afleiding is hier weI gegeven. De hieronder gegeven nummers bij de formules geven de stappen van de afleiding aan. Derhalve kan het resultaat met een zakrekenmaehine worden nagerekend. Bepaling van de leadscrew
east en west stappen als funetie van
azimuth en elevatie. Bij de berekening is gegeven: p = 52 graden e = 17 graden r = 132 em.
Ook de offsethoek B wordt bekend verondersteld.
Sia-o
,
~:;: }O 0 ~ dLvali£ r~ -'jJo o - ~
~/'
:1-
Me CdJ
"
fJ3n: 3
it
5
~~."
:JI
1:-"':"
tVZc/~ ( t4J
r/)n-.
tl)
1- ~ tl)
tJ/UCd>(( ¢fJ cA~ I-:J()o-f)/l~ ~,J
rJm
::
a-uc~1(f /l~ f{n f goa -f) y'~ &~n
&~
-=
CV1 Ctb"J (
rjJ't
:
fll,41
f<
tJ
M{(f))
/,7~ (rjJ..,. -~)
Am tJm
) 7. c
2
tVUftvn (~{fh1 /3) 1t#7 {j~)f'f:llv'D f?;",' goO I &H1 ') jot)
{O
((,;"J(fy ff- 50':.t) /)m &,,))
;
~A/
)
:a
30 -Il)tccal (/Jv'n( ¢'1ip- Jov.. £.),JdwI &'7
168
THE VAKGROEP-EC
~ ~ ')1. /fin (1f7. M.c~(/fy ,3/'t~(CV7(>'~@r 51/'1 ),'1 !Q)/ r 30°) ))))
6
1. /) we"'! 'j~ (100 - ~)
= ') evuA':11
-,.
k
~
B,:;"
g
,4» /J~
loB
~
/1
¢
/7.
/3~:z
I3
A -=
7
tZ/UCbJ (
(~/2t,)
k )I tfil S;",. k ) . ( /-1' C~ k')
(1- C(;:)
8, . r;tJj 3,
/lit. % 8,(,0:> k -
, 1 (/ 0,,-'
on? E,
-
atte{an (~/B) t1/UCOJ (
fUt.(, CCJ
(
/i4)
1Jr;It'f B
3 ~~ ~-:l.
"
1-
"1) -
f
I)
~
~ _
)'1
'2 -t
/7;""
e1h)
Bepaling van azimuth en elevatie als functie van de leadscrew
--------
---
------- --
-------- ---
east en west stappen. Met p, e, r en B zoals gegeven.
-------
--- --
---------
169
THE VAKGROEP-EC
i
."t:;r / 00 - (L.
A :: A
/71"1';»11) /100 0
.-1. .,iI@!
('..,i. A. /Ob>1 41'fP1J1) / / tJ0 ~ tVUS~ (L/; tJ
1(/ 0
:6
-
(/
i<., :;. tl/U':Jh, (A/A?') (( ~ ~ A - I)
g 2.'
a/&,C ern
BI
evuan (( I
:#
CD? k
-
I3)
) /fIi'/)j". k )
'/ ,. IVZCCCl)(/Jin(B, r8~)/)ml3, ~AI" ;;0:.1· Cl/t.C 5h-t (/)H,
~ ~ Jo
0_
(8")(8, f~) ~Bi)
8, . /);;.. k//J;'" 7) - 30
0
(-30" ~ ~t 30)
CPN
/ yO o~ 1 i 6'0 )
?
&-
CO/)( -
.. ~ ~ I" -?w. rf /Jh-t r1) rf3 • a/U,it:M1 ( t,4? I yam &) 6:~
&y .. f3
t3
fv " 10
t9~
:-
;t7sII
&"., ;: In
/2
~y
€ f}O 0 -
tVtcCd?
~
r
f'
:s
-;
f
(C4:, fr,-
4;;" ~ )
Iv
(ow. ~)
r.VtC eci(/1hJ
&~
f3
i- 1)0t:. Pto" 30~) azccO"J (/lm fJ", 4';' t9ffl) ,.,.
+
fir ." ~a" (~f1,t /3
Ie.;
r/~
&,."
of
&3"· &y
rj3i1" f'f -('100.-r) t'l ~ t:l/z(. C(/) I~f~ /1;" O-:=Jn) ep:3
WUCO { ('1"'"
rAn
~.M'::
/YO'-l -
.vi lJa/u:.
50
;;r
0 -
r~ &3;, J
1 &
4J)
(j~ ~
{' 00
Q;
i /'pO
Q
qOO
&_ 7 'loo
THE VAKGROEP-EC
170
APPENDIX D: MODIFICATIE
"c
FILTER".
Op het (zeer uitgebreide) programma "e filter" wordt hier niet in detail ingegaan. Zie hiervoor [37]. Alleen de voor de modificatie relevante zaken worden hier besproken. M.b.v. het programma "c filter" worden microgolffilters ontworpen. De filterwerking wordt verkregen door het plaatsen van obstakels in een golfpijp. Veel gebruikte obstakels zijn irissen en posts. Deze obstakels in een golfpijp kunnen worden beschouwd als susceptanties en inductanties. !Wee obstakels op een afstand 1 vormen zo een filtersectie (cavity). Bij het ontwerpen van microgolffilters kan gekozen worden tussen direct en indirect gekoppelde filters, zie fig.Dl.
I I
DiRed
Ind IRe.d
Fig.D1 Direct en indirect gekoppelde filters. In het programma "c filter" worden direct gekoppelde filters ontworpen. Voor obstakels kan gekozen worden uit symmetrische, assymmetrische irissen en centraal geplaatste posts. Ret programma "e filter" bepaalt uit de invoergegevens de zogenaamde koppelfactor K. M.b.v. deze koppelfactor worden de diameters en de onderlinge afstanden van de posts bepaald. Voor cent.raal geplaatste posts (zie fig.D2) kunnen twee equivalente circuits gegeven worden. In Fig.D2 is het equivalente circuit gegeven volgens [43]. Voor B geldt: B
(D.l)
THE VAKGROEP-EC
171
0
'U
I
[t] ()
=
0
Fig.D2 equivalente circuit van post in golfpijp volgens [43]. Volgens [37] is een bet ere benadering (zie fig. D3):
v
-1 Xb
-d }h
o
XCI.
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 van de posts is verdisconteerd (Xb) [44]. In bet model in fig.D2 is een oneindig dunne post verondersteld. In het programma "c filter" wordt het model volgens fig.D3 gehanteerd. Voor Xa en Xb uit fig.D3 geldt:
~. ~~(U;)/(\ t ~(7~1/(5A f 3/Lf) X... _
20
Xb =
120
~ [S,-(!i):%(l!J)Z_Z(71d}~(S -15o[1)2)1J
:L.A~
IM
2.>'
7..>./
~
tl,
(D.3)
Met So en S2 zoals gegeven in [43] Deze waarden hangen met de koppelfactor samen volgens [44]:
THE VAKGROEP-EC
k" Zo met
¥:;
172
lJan ~
f
Ian -
I
-4; /
(D.4)
!Qn-t(J. J;; f ~)- lan/~) Zo
(D.S)
ZO
20
(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 een diameter 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 gaat op, zolang geldt: D/A < 0,15 Wanneer D/A > 0,15 ,wordt voorgesteld [43] de centrale post vervangen door 3 parallele posten, zoals getekend in fig.D4.
~
te
... D
~
I-~-t
Fig.D4 3 parallele posten in een golfpijp. In [45] is het equivalente netwerk afgeleid. getekend in fig.D2. Echter nu geldt:
Dit
is
hetzelfde
als
(D.7)
Ret verschil tussen 1 post en 3 posten is dat Om een bepaalde waarde van de susceptantie B te halen, bij 3 posten veel kleinere diameters nodig 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)
THE VAKGROEP-Ee
173 ·__ ·_-t""
·-r····t'···h
_..:-.:.L:-=...:.: :...:._
40 '.CCC
c::-c~::--,::c::
.- '-:t:~::
~·:t-· -:~:t
30
: .. =:::.-:.
-B
.~
=~
:e:: .:~:
==- .:=-
20
~.=:.-=?==:.
::.c.c:-=:
::1'=-"",:-,· ~-=~::=
.:,..c -::'~= :=:=? .-
t:::=='==t:=~_ ~-~
F~::i
-:'~~: ',':" :.. :=::....
f---.
-
~
-
1 a r--='~ tn:~:=.: .h-" '=' f--=g I----c .
-__
.'~
-
.- "
t;I:::. 3~=
0,05
0,1
0,15 D/A
Fig.Ds B=f(D/A) bij 1 post
0,05
--=:-"
p,
~
--t--=
0,1 0,15..J/A
Fig.D6 B=f(D/A) bij drie posten
Omdat de diameters van de posten in het geval er 3 posten worden geplaatst 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 voIgt geimplementeerd: In de procedure "p design" wordt gevraagd of men een "single post", dan weI "3 post" filter wenst te realiseren. Indien voor een "Single post" filter wordt gekozen en de diameter van de post zo groot wordt dat niet meer geldt D/A < 0,15, dan wordt alsnog de mogelijkheid geboden over te stappen op een "3 post" filter ontwerp. Indat geval wordt in "p design" niet meer de subroutine "post" maar de subroutine "3 post" aangeroepen. Ret equivalente netwerk model van "3 post" is in "e filter" geimplementeerd door te stellen:
(D.8) In "e filter" is "p design" gemodificeerd, en er is een procedure "3 post" aan toegevoegd. Ook de tekenprocedure "element" is aangepast om het gerealiseerde 3 post filter te kunnen tekenen. Een listing van deze gewijzigde programma onderdelen is hieronder gegeven.
THE VAKGROEP-EC
7 ~:::15 :
1==:
I.
d It' :E. i
.~
:
7 0 ::: : Pt·t
d E' ::. i 7~:1'?:
P t~
'I
t
II C rWl f i 1 t E"
~:=. ~..
t: "/ :.. H
;
- -
1 (.
i t' ":::: .~
rl
II
f 1 ~ 1 ~3 ; f:'o::.t c f -=3 1. 4
"J'
::
i f 3 ; c ], 1 5 ~ D ( 1J 7' :3 6 : i f c· 1 1 ~ 3
7 :3 5:
fl·::; 1
t; G t ~ ~::! C
~
:=. t '
''/ [ 1 J
r ~- 1
~c~s:.'
7' :::: 7 :
;
i f f 1 ':;:i 1 1
:_' ,
~.
"':'" ..t
::'
'.'
r ...,
,•.
.:. '. :... L 1.
,I
::....
f-.' -.
7"
J
r 1 ';I 1 -::: ;
;.- ::;:.
4:
j-::
c:' .=: _;.=:
= 1.
~
+
C5
t " :
1-"
-7 ::'
r 1
1:
D +. 1 n J:
7' 6 7 ~
5~D[lJ ~"/[lJ:!
-:' ;, q;
~
1. ':;
-+ D
1:10 ,/
'fi' ..... [I ) .,. p
4
~:::1~\1; t1~Z;
" CF i 1 r. E' (" t" iJ n n i n f':Jo::r.:"';'-C:f. 710: fOt- 1=1 to 14 711: 21+1.;.---1 712: [(J.J-4d7)';'-
715:
7 :::; 3:
174
:=.i"R
.~
71:3: 714:
n E' >:: t,.
he!) "
r: " :
:2; f 1 t :3 ; ::. f":;I 1 ,~: ; ;:. f ':::1 1 4 707: if nc;t l·::tl :3 ; p t" t. l':S I r'~ C).." E 7~::)6
7 :3 1:
76~j~
7'3'3: if riot f1'~1 :;:;e11 'F:'o::.t~ (t-l 6 ~ [! (t·!+ 1 J ~ ',/ [I'H 1J )
if
7'40: Co 1 1
~:3
f1:::13; ;:: 0 :.:;. t ~ ( t- 1
if
fl'~11;
\,+l/F:-l/.j.;.-\' Z+F.:-.J+2r17.····
lJ) 7'41:
~~1e
a
7 7 0:
7' 1 7: F:' r t E: u t" t E' i..J (r r ~. h " , .. f i 1 t >:. t; ::.r.-c '1
t
W
"
71:::: c.1SP C$,l 7'1';.t: if nClt fl'=31 ::;:; e l l ' f:/,:,::.t ~ (t'l ::;:,O(lJ,"/[1J) __ 72~:::1: i f f 1'~13; .-
ell '3 ;'IO::t~ (to :3,[1(1] ,V[lJ) 721: if fl'~11; if not fl'~l ::;:;ell 'r.'c::t.~ (r1 4 , 0 ctH 1 J ! 'i [IH
7'22:
p
4 - Z 5 + 1 1 ./ 11
::.
771: DA~ro2 772: A/~·~ [0] *·rrifOD ..· ··(1+.5fF:'6+.7'5) ( i'f*p2 ...··~·j) 1'2) .;.-p7
nE·::
for
r
1 2 /' ~. 1 7 - ( Z - . 0 ~:::1 1 '? 4 6 ( 1 ~ ;- 1 7" J ./ ( 1 7 ~ p
77:;:: 742: t·l 743:
F::4-~::;+2'{+
::a 32 t"17~r.'5
~.~
[OJ 7 7 4:
F=:6-Zj=:;5*
~ ~.J./
)i'2'~U -nO
* F:' ;;;: ..... 2 ./ I
-7
.J
Ci./[(C[IJ*
C[I-IJ)-tT 744: ,:j::.P [$ ~ I 745: if nct +'1,::;1
::;:; e 11
o [IJ
~
F:'o::.t
~
~
f 1";
IJ )
I,/[
746: i f fl'~13:' l.;.-Hiell ~:3 pc>::.r 'fT,[ICIJ ,'/rTJ) 747: if fl?l 74';": not
d::,p " .. fl-=,14;-:_
? 75 :
1. j=:: 5 .... ;:< .6 25 >:; ;:.:; - Z ;:< ::< U 1.. 1 :1 A,.... Z ..... :I
1
~. "":' j
':' .:' ,_1._1
._: J.
1] )
72:3: if fl'~13; ell '3 po::t~ (r1 4 ~ D [t·~ + 1 J ~ \:! [r'~ + 1J ) 7 2 4 ; i f f 1 .; 1 1 ;
E C I·J I T H 3F'CS iDE:::; I Cit-·''':.
C./ f I:
E~
[IJ
f
7' 0 7
t 0
G. t
n r ::~ F:: ;:~
·1
-::.
F:'
D:> :; :;. :5 ; :::. F...:
:3
~
i +.
~ I':;'
c::
2-rr)~L[I]~;1'i
':;, ,-..= t
'
.:
,
:'
'T
" r
"D i t", I
i- ~,
r:·' 0
i'i i',; ~~~:::
72:3: if fl'3t·~;; ell ' :~: Pc::· t. ' .' T , D [ 1 J ~ \/ [ 1. J )
[::
~
;::' (
I
I!
'-' !-'~
•
( \:1 [ I J + \:! [ I + 1 =\ ? 53
8[I'~~lJJ~T
Co .[
.~
ji
.:.=2 to
:3 ;
13 ;
k!
(~. ~.
T 2 6:
, c C! tJ T I ,.J' ::. f'~
. -
1 0 [!
[
. .
:::
(i.
IJ
'r.,
.. :
~
-r-···..:._..'.' "
*
776: G.b:=. r t ;J.n r.= 5 ( Ci. t n ( ~l 7' :1 + !J. t n ( 2r.-::: J ) ) ) "~r-"? 777: if 0<.(10 3; .::: t (I 7:::5 77::: : if 0>.5'
"7C::1 !
>:; ;
f:' ..:. .~
1::1
1 ,~.
'1
THE VAKGROEP-EC
175
'-
f:: (
T
"
[=::
1
.-~
'I
:_' =.
i::: ;:; " ,~ f:'
(1 t1i)!2'+i!T2:: ) ,/ 12=:;3-t[1 O-;.U;,ji"IP ,~, ,;, ~:1 ::: ;3 i iff
J.16·:~~
1 -3 1 :3 ;
'::F! . . . 4-=.U 1~:)'j~3~
if fl'==,14;;:;A . . . 4.,.U 10'31: iplt r:12.····2~ U, 1 1~~1'32: fc( .J=l t.::: ':1 ti 1. ~:::1 13:3: 1" ,j . 2 ~:i -t F:; :3 ; 1~jI34:
iplt.
p2(cc
::. (P::') -CO':: (p.:.}))
;2 ~ r:: 2 ( ::. i
n ( j=:::;: J -
=.in l: p4) : . . . 2~Z :
r! r;'
1~3:?-t:~
1+'
1
:.-~.~ ~
.J fl·=:t13
~.
rl·~l~~;r-.:·t
O(
1 (i '=.t 7 : 1[1:3::::
1 i t"; ~. 2, 1 iplt O~-
~:::1 , 1 1 1 [1 fi ; ~ .':' .: 2+2 J.;::.
~3
~:;
A./
F:r
2-
:::A"?-l , .. ~ .1.
1 1 C ::+" :::A./:~:;
1. 1 (; 5
~
~
r '" -:
~1
i i
f:. :. '~.
~i"-
11~:i6=
:;4~:~~'
1:
-:
.-.-. F::
~J
7~
1111
F-' ., :.
;;
.
2, 2
";"
~-
,"-'
.:
,t
'.'
J
Ii
:::
A·····
., -
D*~~F::2;
,
1~
l
