Conferencia Mercaham 2017

Dentro del ámbito del Mercaham 2017, Joaquím EA3ANS y yo Antoni EA3CNO, hemos dado una conferencia sobre TV Digital Amateur en Banda Estrecha, adjunto el link donde se puede visualizar la grabación de la conferencia:

youtube.com/watch?v=TfEwdfdVd4o&feature=share

En ella hemos repasado el pasado y presente de la TVA y explicado las pruebas que estamos realizado en RB-DATV, Televisión Digital de Radio aficionados en Banda Estrecha.

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Ventaja RB-TV sobre DATV.

Después de haber realizado una serie de enlaces en RB-TV y ver cómo se comporta la señal, quise comprobar si existe ventaja a nivel de potencia transmitiendo con SR bajos.

Las señales por encima de 1 MS/s se consideran DATV o (Normales), y debajo de 1 MS/s RB-TV o (Reduced Bandwidth Televisión)

La prueba ha consistido en ver la diferencia entre una señal de RB-TV utilizando un SR de 500 KS/s sobre otra de DATV con un SR de 4 MS/s.

Para que las señales no sufran distorsión por culpa de obstáculos y reflexiones, la prueba la he realizado entre dos QTH’s que tienen visión “casi” directa, están situados a bastante distancia y utilizan antenas muy directivas. La imagen corresponde a la situación y características de las dos estaciones.

Distancia

Como referencia he utilizado un transmisor de DATV en la frecuencia de 1244 MHz, una potencia de 1,5 W y un SR=4 MS/s. Con esta potencia, el valor de VBER (Viterbi Bit Error Ratio) recibido es 0%.

Al insertar un atenuador de 3 dB entre el transmisor y la antena el valor de VBER aumenta al 25%, y se aprecian cortes de enlace. Por lo que consideramos que este es el umbral del enlace, y corresponde a una potencia transmitida de 0,75 W.

Con un transmisor de RB-TV, en la frecuencia de 1242 MHz y con un SR=500 KS/s, insertando atenuadores entre el transmisor y la antena, he obtenido las medidas que se reflejan en la tabla:

Potencia TX

Nivel RX (Relativo) MER

VBER

1 W

-69 dBm 21 dB 0

500 mW

-72 dBm 13 dB

0

250 mW

-76 dBm 10 dB

0

125 mW

-78 dBm 6,5 dB

4%

 50 mW

-81 dBm

3,5 dB

27% (Cortes de enlace)

Observamos con este transmisor el valor de VBER del 27%, corresponde a una potencia transmitida de 50 mW. La diferencia con el transmisor de DATV es de 11,7 dB una ventaja considerable!

El ruido de fondo de la estación receptora es de -88 dBm, observo que con 10 dB de S/N (relación señal / ruido) aún se mantiene el enlace con pocos errores, VBER = 4%

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Amplificador para DATV en 23 cm.

En una anterior entrada, comentaba la dificultad de amplificar con baja intermodulación (IMD) una señal modulada en QPSK. Después de varias pruebas con resultados mediocres, he montado un amplificador con el módulo RA18H1213G de Mitsubishi. Este módulo utiliza tecnología MOS-FET y tiene tres pasos de amplificación. El amplificador necesita un refrigerador grande, en este caso he utilizado uno con unas medidas de 100 x 100 x 40 mm. En las imágenes se observan algunos detalles del mecanizado.

La primera medida que he realizado, ha sido comprobar el ancho de banda del módulo, su máxima amplificación está alrededor de 1275 MHz, y en los extremos de banda cae entre 6 y 8 dB. Por lo tanto el nivel de potencia de excitación, dependerá de la frecuencia de trabajo. En la imagen se observa la curva de respuesta en frecuencia.

IMG_A

Al no tener el módulo una respuesta plana, he realizado las medidas en dos puntos, 1240 MHz y 1270 MHz, utilizando este banco de prueba:

Test_modulo

La potencia máxima de salida es de 35 W. Lo he probado durante un corto periodo de tiempo, para evitar sobrecalentamiento en el módulo.

El fabricante especifica una ganancia de 23 dB, pero según las medidas que he realizado es muy superior. Para determinar la potencia de salida y la IMD con una señal modulada en QPSK, he medido el punto de compresión de 1dB.

1240 MHz
Comp. 1dB 20 W
Aliment. +13,10 V
Consumo 7,27 A
Ganancia 36,5 dB.
1270 MHz
Comp. 1dB 18 W
Aliment. +13,16 V
Consumo 6,97 A
Ganancia 44,2 dB.

Para una IMD baja, reduciendo la potencia al 25%, la salida del amplificador es de 5 W.

He conectado el excitador (1242 MHz), intercalando diversos atenuadores en la entrada del amplificador, con ello he podido medir el nivel de IMD para distintos niveles de potencia de salida. El resultado se puede observar en las imágenes, B, C y D.

Una potencia de salida de 4 W con una IMD de 47 dBc (decibelios respecto a portadora), permiten inyectar más nivel a la entrada del amplificador para obtener mayor potencia de salida, sin que se incremente en exceso la IMD.

La Img-D corresponde a una potencia de salida de 12 W, con un nivel de IMD de 40 dBc, este nivel se considera aceptable para la banda de 23 cm. La velocidad de símbolo en todas las medidas ha sido de 500 KS/s. Con este SR el espectro ocupado es de 1,65 MHz a -60 dBc.

Para tener el amplificador en funcionamiento continuo, he montado sobre el refrigerador un ventilador de 12V DC. El conjunto ha estado funcionando durante varias horas con 12 W de potencia de salida, sin observar excesivo calentamiento del refrigerador.

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LUSAT-OSCAR 19

El satélite LO-19 lanzado el 22/01/1990 (hace 27 años), actualmente tiene activo el transmisor de la baliza sin modulación, solo se recibe una portadora continua.

Hoy a las 11:51 GMT, he recibido la señal del satélite en la frecuencia de 437.125 MHz +/- doppler. Al ser una portadora continua permite la comprobación de toda la estación, orientación de antenas, corrección del doppler y ganancia de la antena + preamplificador.

La señal es muy fuerte y estable, prácticamente en todo el pase entre S-8 y S-9. En esta pasada la máxima elevación ha sido de 40º.

LO-19

En la imágen se aprecia el nivel de la señal con una altura del satélite de 780 km y a una distancia de 1150 km.

He de comprobar si el satélite transmite solo cuando está iluminado, o si por el contrario, aún funcionan sus baterías y también transmite cuando está en eclipse.

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Amplificación, DATV en DVB-S

Después del primer enlace en DATV, pude ver que el nivel de potencia necesaria para cubrir una zona más amplia desde mi QTH, se sitúa entre 5 y 10W. Para lo cual, he realizado una serie de medidas con el fin de determinar que potencia máxima puede entregar un amplificador con una señal QPSK.

La elección de un amplificador de potencia para DATV, debido a una característica llamada re-crecimiento espectral, es muy crítica. Es vital que los amplificadores no sean sobrecargados cuando se usan en DATV.

La potencia máxima que se puede obtener de un amplificador con una señal QPSK, es alrededor de un 25% de la potencia medida en el punto de compresión de 1 dB, (P -1dB). Si la potencia de salida es superior a este 25%, la intermodulación generada por el propio amplificador incrementará notablemente el ancho de banda ocupado por la señal.

Compresión_1dB

Este gráfico determina el punto de compresión (P -1dB), del amplificador que utilizo en el transmisor para DVB-S DATV descrito en una anterior entrada.

En las siguientes imágenes se puede observar el incremento de la intermodulación al aumentar la potencia de salida.

Ancho_banda_0.2W

Este amplificador tiene su punto de compresión de (P -1dB) a 800 mW. La imagen corresponde al 25% de la potencia máxima 200 mW. Los productos de intermodulación están a -50 dB respecto a la portadora. La señal moduladora QPSK, tiene un SR de 500KS/s, y ocupa una ancho de banda de 1MHz a – 50 dB.

Ancho_Banda_0.8W

El mismo amplificador con una potencia de salida de 800 mW, se puede observar el aumento de la intermodulación, que ha subido a -22 dB respecto a la portadora. Ahora, el ancho de banda ocupado a -50 dB es de 3 MHz.

También he probado otro amplificador con un híbrido M57762 de Mitsubishi.

Este híbrido, en FM puede dar una potencia  de salida entre 18 y 20 W, pero con esta potencia está trabajando en saturación. Midiendo su punto de compresión (P -1dB), la potencia de salida se reduce a 10 W. Si queremos amplificar una señal modulada en QPSK con este híbrido la potencia de salida máxima será de 2,5 W.

mdeLa imagen corresponde al amplificador con el híbrido M57762, la potencia de salida es de 2W, con 50 mW a la entrada.

Los productos de intermodulación que en el excitador están a -50dB, a la salida de este amplificador han subido a –35dB. Además también ha aumentado considerablemente el ancho de banda ocupado.

Con todas estas medidas realizadas, he de ver como puedo conseguir en DVB-S DATV, una potencia de salida superior a 5W con baja intermodulación.

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Test enlace DATV

Con el transmisor de DVB-S para DATV, he realizado mi primer contacto con EA3ANS. La distancia entre nuestras estaciones es de 4 km, pero el trayecto está fuertemente obstruido cerca de mi ubicación. Orientando mi antena he encontrado un punto a 45º, donde se refleja mi señal.

Cuando una señal llega por reflexión cabe esperar alguna distorsión, más acusada cuando mayor sea el ancho de banda utilizado.

En este caso la señal transmitida ha sido en la banda de 23 cm (1242 MHz), con una señal modulada en QPSK de 500 KS/s. Al ocupar un ancho de banda de 675 KHz, la distorsión es mínima.

Link

En la imagen puede verse la trayectoria del enlace.

EA3ANS ha utilizado para la recepción un sintonizador MiniTiouner y un  PC con el programa Minitioune. Este programa envía desde la estación receptora la señal a Internet, y permite nuestra propia monitorización a través de TiouneMonitor, este monitor está en la Web de VivaDatv.

La señal que se visualiza en tiempo real, permite poder orientar la antena y ver con que calidad recibe nuestra señal el corresponsal.

En esta prueba, mi potencia de transmisión fue de 1W (+30 dBm), y el nivel recibido por EA3ANS de -60 dBm.

El link de TiouneMonitor es:

http://www.vivadatv.org/tutioune.php?what=map

En la imagen se puede ver la recepción de mi señal, a través de TiouneMonitor.

Test_DATV

Al desconectar el transmisor el nivel de potencia recibida bajó a -79 dBm (ruido de fondo), lo que indica una relación señal/ruido en RF de 19 dB.

Al pasar a transmitir con 0,2 W el nivel fue de -67 dBm, la señal se recibía con muchos errores, que ocasionaban cortes en la recepción de la imagen.

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DATV (Digital Amateur TeleVisión)

En esta entrada, se describe el montaje de un transmisor para DATV que funciona en la banda de 23 cm (1240-1300 MHz). Próximamente publicaré más información sobre esta modalidad, y detallaré los resultados de las pruebas que se realicen.

El sistema de DATV posibilita la transmisión de señales de vídeo, con un ancho de banda muy inferior al utilizado por la  TVA-AM ó TVA-FM  analógicas.

Una de las normas adoptadas por la DATV es la DVB-S (Digital Video Broadcasting by Satellite), es la que se utiliza para la transmisión de televisión vía satélite.

Se ha diseñado este transmisor para poder probar señales de DATV con norma DVB-S y distintos SR (Symbol Rate), de esta forma se podrá ver que SR se adapta mejor a cada transmisión.

En la imágen se pueden observar los diferentes módulos que componen el transmisor.

Transmisor

La codificación de la señal de vídeo,  MPEG-2 o MPEG-4 (H264) se realiza con una Raspberry Pi. En este transmisor se utiliza la placa B+, a la que hay que instalar el software rpidatv-1.3.1 de F5OEO . Una de las fuentes de vídeo, es la propia cámara de la Raspberry, pero también se puede utilizar como señal de mira, una imagen fija en .jpg previamente grabada en la tarjeta µSD.

La señal I y Q generada por la Raspberry se inyecta a un modulador QPSK, el diseño es de G4KLB. Este modulador dispone de 5 filtros de Nyquist, seleccionados mediante jumpers, lo cual ofrece la posibilidad de poder utilizar 5 SR’s. Al modulador también se le inyecta la señal de un oscilador local que determina la frecuencia de salida, en este caso utilizo el sintetizador ADF4351 descrito en este blog. La potencia de salida del modulador es de aproximadamente 0 dBm, para obtener más potencia es necesario incorporar un amplificador.

Utilizo un amplificador diseñado por EA3UM que tiene una ganancia de 32 dB, en este caso, la ganancia es excesiva para obtener una señal de salida con bajo nivel de intermodulación. Para reducir la ganancia, he insertado un atenuador de 10 dB. entre el modulador y el amplificador, la potencia que se obtiene a la salida es de 200 mW y la intermodulación se sitúa alrededor de –50 dB.

Todos los módulos se alimentan a +5V, para hacer compatible este transmisor con la alimentación de la mayoría de equipos, he incorporado un conversor DC/DC de 12 a 5 V.

En las siguientes imágenes puede verse el diagrama de bloques y una fotografía tomada desde otra perspectiva para poder observar con mas detalle el montaje.

El transmisor se encaja en una RETEXBOX de aluminio, a la cual se le han realizado unos taladros en la tapa para su ventilación.

La cámara está montada en otra caja, y se conecta al transmisor mediante un cable HDMI. Se utilizan en ambos extremos adaptadores de cable plano a HDMI.

davEl transmisor se controla desde un PC mediante un programa terminal. La comunicación con el transmisor, se realiza a través de un micromódulo WIFI insertado en uno de los conectores USB de la Raspberry.

Las primeras pruebas de este transmisor, han sido con un SR de 500 KS/s, este SR solo ocupa un ancho de banda de 675 KHz.

El control de la señal transmitida, lo he realizado con el sintonizador de DATV y el software Minitioune. En la imágen se observa un MER de 25 dB, y en el diagrama de constelación aparecen las cuatro fases perfectamente definidas y centradas. Los resultados pueden verse en la imágen.

Test_TX_DATV

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