Anpassung der Betriebseinstellungen des NB-Transponders von QO-100

Seit der Betriebsaufnahme der Transponder in QO-100 waren die Benutzer sehr glücklich, wieder einen Satelliten zu haben, der 24 Stunden am Tag mit einem großen Teil der Welt Funkverbindungen ermöglicht. Für die AMSAT-DL stellte sich allerdings die Frage, ob schon alle möglichen Einstellungen für den Betrieb optimal sind. Es war von Anfang an auffällig, dass der vom Transponder abgestrahlte Rauschpegel sehr hoch war. Die AMSAT hat daher zunächst die Verstärkung des Transponders um 4dB reduzieren lassen und dann die Situation beobachtet und analysiert, mit folgendem Ergebnis:

Ergebnis

1. Der Rauschpegel war immer noch zu hoch und dadurch war die Dynamik und das damit das erzielbare S/N für die Benutzer stark vermindert. Gleichzeitig wurde der größte Teil der Transponderleistung als Rauschleistung abgestrahlt und stand somit den Benutzern nicht zur Verfügung.
2. Wegen der reduzierten Dynamik konnte auch der Bakenpegel nicht so hoch eingestellt werden, wie das erforderlich war.
3. Die AGC funktionierte nicht und konnte daher auch dynamisch die Situation nicht korrigieren.
4. Da sich die Benutzer weitgehend an die Empfehlung hielten, keine größere Uplink-Leistung zu verwenden, als dem Bakenpegel entsprach, konnte für SSB-Signale nur ca. 12dB S/N erzielt werden. Dieser Wert lag deutlich unter den Planungen, die 20dB oder mehr für die Benutzer vorhersagten.
5. Die Abschätzungen ergaben, dass durch die anderen Benutzer der Uplink-Frequenzen, vor allem WiFi, keine nennenswerte Erhöhung des Grundrauschens feststellbar war. Der Transponder ist somit sehr empfindlich.

Die Details der Zusammenhänge sind recht kompliziert; sie werden in einem Journalartikel demnächst genauer dargestellt.

Kurzfassung

Hier in Kurzfassung die Folgerungen aus der Analyse.

Die Verstärkung des Transponders und damit auch die Menge der abgestrahlten Rauschleistung ist ein wichtiger Parameter, der das Betriebsverhalten des Transponders bestimmt. Die Transponder in QO-100 haben daher die Möglichkeit, diesen Parameter per Kommando vom Boden aus einzustellen.

Grundsätzlich würde man die höchsten Rauschabstände für die Benutzer erzielen können, wenn man die Verstärkung so gering wählt, dass das Rauschen des Transponders am Boden gar nicht hörbar wäre. Dann braucht man aber recht hohe Uplink-Leistungen, was zumindest die QRP-Stationen sehr benachteiligen würde. Wenn man dagegen die Verstärkung sehr groß macht, sodass am Boden das Rauschen des Transponders fast alleinig den Rauschabstand bestimmt, kommt man zwar mit kleineren Sendeleistungen aus. Dafür ist aber der erzielbare Rauschabstand und auch die für die Benutzer neben dem Rauschen noch verfügbare Leistung im Transponder stark reduziert. Man braucht also einen Kompromiss zwischen diesen beiden Extremen.

Unsere Rechnungen zeigten, dass die Rauschleistung intern im Transponder so hoch war, dass das Rauschen den Transponder in die Sättigung aussteuerte. Durch Begrenzungseffekte und dem hohen Rauschpegel am Boden gingen dadurch den Benutzern fast 10 dB Dynamik verloren. Das war etwa der Zustand vor dem 12. März.

Die AMSAT-DL hatte daher veranlasst, dass die Verstärkung um weitere 6dB reduziert wurde. Und kurz darauf wurde auch der Bakenpegel in Bochum um 5dB erhöht, so dass sie wieder etwa mit der gleichen Leistung wie vorher abgestrahlt werden. Dadurch hat sich der der Rauschabstand der Baken deutlich erhöht. Für schwache Stationen hat sich dadurch der erzielbare Rauschabstand kaum geändert oder sogar geringfügig verbessert. Und Benutzer mit größerer Sendeleistung können nun entsprechend bessere Rauschabstände erzielen. Als Nebeneffekt hat sich die Signalqualität der übertragenen Signale hörbar verbessert.

Das Rauschen liegt jetzt ca. 12 dB unter dem PEP-Wert des Transponders. Das bedeutet, dass durch die abgestrahlte Rauschleistung nur noch ca. 1dB verloren geht. In einer 85cm Antenne am Boden wird jetzt das Rauschen durch den Transponder um ca. 4 dB erhöht. Dies ist also immer noch keine ernsthafte Beeinträchtigung schwacher Stationen. Auch bei kleineren Antennen bleibt dieser Verlust-Beitrag gering; bei 40cm Antennengröße mit 6dB weniger Antennengewinn entsteht erst 3-4 dB zusätzlicher Verlust. Diese ‘Reserve’ hilft auch den Stationen, die am Rande des Sichtbarkeitszone liegen, wie z.B. in PY, HS oder S6.

Allerdings sollten die Antennen am Boden jetzt korrekt ausgerichtet sein. Vorher war das Rauschen so stark, dass selbst grobe Fehler kaum den Empfang beeinträchtigten. Mit Antennen von 60cm oder größer sollte das Uplink-Rauschen zu einem 3dB Anstieg oder mehr führen (gegenüber 500 KHz neben dem Passband).

Leider ist der Variationsbereich der AGC-Einstellung im Transponder nicht groß genug, um die AGC bei der derzeitig geringen Belegung des Transponders nutzen zu können. Überhaupt zeigt die bisherige Betriebserfahrung, dass die meisten Benutzer durch ihre Uplink-Leistung im erzielbaren Rauschabstand limitiert sind. Der Transponder ist in der Lage, viel größere Signale zu verarbeiten, und wir sind derzeit weit davon entfernt, den Transponder so weit auszusteuern, dass die AGC benötigt würde oder gar die LEILA erforderlich wäre.

Das Ziel der AMSAT ist, mit der Wahl der Transponderparameter allen Benutzern die bestmögliche Leistung zu bieten. Mit den derzeitigen Betriebsparamteren dürften wir jetzt nahe am Optimum sein. Wenn die Belegung erheblich zunehmen sollte, werden aber vielleicht noch einmal kleine Anpassungen erforderlich.

von Karl Meinzer, DJ4ZC, 28.3. 2019