Signalverlauf beim Senden und Empfangen

Bevor das zu sendende Sprachsignal als elektromagnetische Welle an den Satelliten übertragen, bzw. das als elektromagnetische Welle empfangene Signal über die Lautsprecher ausgegeben werden kann, bedarf es einer Aufbereitung des Signals durch entsprechende Komponenten.

Das zu sendende Sprachsignal wird zunächst von dem Mikrofon mithilfe einer Membran erfasst, die sich aufgrund des Schalldrucks in Schwingung versetzt wird. Diese Schwingung wird mithilfe einer Spule in ein elektrisches Signal gewandelt. Hörbare Schallwellen liegen in einem Frequenzbereich von etwa 16 – 20000 Hz und gehören somit zur Niederfrequenz. Das vom Funkgerät ausgegebene Signal liegt somit in analoger niederfrequenter Form vor, das durch die Soundkarte mithilfe von Abtastung unter Einhaltung des Abtasttheorems digitalisiert und als digitales NF-Signal an den Laptop geschickt wird.

Für den QO-100 ist eine Uplink-Frequenz von 2,4 GHz angegeben. Das bedeutet, dass das zu sendende Sprachsignal auf diese Frequenz angehoben werden muss, um von dem Satelliten empfangen werden zu können. Das wird durch die auf dem Laptop installierte Software SDR Console V3 und dem Adalm Pluto realisiert. Das niederfrequente Sprachsignal wird auf ein hochfrequentes 2,4-GHz-Trägersignal moduliert. Typischerweise wird dafür die analoge Modulationsart „single sideband“ (SSB) genutzt, welche eine Sonderform der Amplitudenmodulation (AM) darstellt. Bei diesem Verfahren wird zusätzlich zur Amplitudenmodulation der Träger unterdrückt und ein Seitenband herausgefiltert. Der Vorteil liegt in einer verringerten Bandbreite und effizienteren Leistung, da bei der AM etwa die Hälfte der Energie im Träger liegt. Für Frequenzen oberhalb von 10 MHz wird das obere Seitenband (USB) genutzt. Das Signal wird als hochfrequentes digitales Signal über eine USB- oder Ethernet-Verbindung an das Software Defined Radio (SDR) „Adalm Pluto“ übertragen. Das Signal wird im SDR-Modul zusätzlich durch digitale Filter aufbereitet, sodass störende Signalanteile herausgefiltert werden und für die weitere Übertragung die bestmögliche Qualität besitzt. Unerwünschte Signalanteile entstehen unter anderem bei der Modulation im Mischvorgang. Nach der Filterung wird das Signal durch einen D/A-Wandler in eine analoge Größe gewandelt.

Das modulierte Signal liegt an der TX-Buchse des Adalm Pluto als analoges hochfrequentes 2,4-GHz-Signal an. Für eine Frequenz von 2,4 GHz ist die Ausgangsleistung des SDR auf etwa 0,3 µW - 2 mW spezifiziert. Die Ausgangsleistung ist abhängig vom Drive-Level in der SDR Console. Damit das Signal vom QO-100 deutlich empfangen werden kann, sollte dessen Leistung etwa 10 W betragen. Da das von der Antenne ausgesendete Signal noch der Dämpfung durch den Übertragungsweg unterliegt, wird dieses innerhalb der Sende- und Empfangsstation auf 20 W angehoben. Das wird mithilfe von zwei Verstärkern realisiert. Der erste Verstärker „CN-0417“ von Analog Devices kann die Leistung des Signals um bis zu 20 dB verstärken. Damit wird eine Signalleistung von bis zu 63 mW (ca. 18 dBm) am Ausgang des Verstärkers erreicht.

Der zweite Verstärker „SG Lab V3“ kann eine maximale Verstärkung von 30 dB erzielen. Die maximale Ausgangsleistung beträgt 20 W für eine Signalfrequenz von 2,4 GHz. Nach der Aufbereitung wird das Signal über die Wendelantenne als hochfrequentes analoges SSB-moduliertes Signal mit einer Leistung von 20 W abgekoppelt und kann von der Nutzlast QO-100 empfangen werden.

Auf der Empfangsseite wird das hochfrequente, analog vorliegende, vom Satelliten gesendete Signal zunächst vom LNB eingekoppelt. Für den QO-100 ist eine Downlink Frequenz von 10,489 GHz angegeben. Dieses Signal wird vom LNB durch Mischung mit der Lokaloszillatorfrequenz auf eine tiefere Frequenz, der sogenannten Zwischenfrequenz, von 739 MHz gewandelt und verstärkt. Das ist nötig, damit das Signal verlustarm über ein Koaxialkabel zum Adalm Pluto weitergeleitet und dort auch eingespeist werden kann. Der Adalm Pluto besitzt laut Spezifikation einen Regel-Frequenzbereich von 325 MHz - 3,8 GHz.

Im Adalm Pluto wird das analoge Signal zunächst durch einen A/D-Wandler in eine digitale Größe gewandelt und anschließend mit digitalen Filtern verarbeitet. Das digital gefilterte Signal wird über eine USB- oder Ethernet-Verbindung an den Laptop weitergeleitet. Die Demodulation des SSB-modulierten Signales erfolgt mithilfe des Adalm Pluto und der SDR-Console V3, um die niederfrequente Information aus dem Signal zu gewinnen. Das gewonnene niederfrequente Signal wird anschließend von der Soundkarte in ein analoges Signal umgewandelt und über die Lautsprecher ausgegeben.