DVB-S2


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DVB-S (Digital Video Broadcasting – Satellite, zu deutsch Digitaler Fernseh-Rundfunk per Satellit) ist die Variante von DVB zur Übertragung per Satellit.

Inhaltsverzeichnis

DVB via Satellit

Die Ausstrahlung von DVB per Satellit (z. B. Astra, Eutelsat) ist die meistgenutzte DVB-Variante. Hier werden dank der großen Datenübertragungsrate die meisten Fernseh- und Hörfunkprogramme sowie Zusatzdienste übertragen. Als Beispiel werden alleine über die Astra-Satelliten mehr als 1500 Radio- und TV-Programme übertragen, davon sind knapp 300 TV-Programme und etwa 170 Radio-Sender unverschlüsselt.[1] Im Gegensatz zu DVB-C und DVB-T benötigt DVB-S keine Zusatzinfrastruktur (Kabelnetze, terrestrische Senderketten) und bietet somit auch in abgelegenen Gebieten Fernseh- und Rundfunkempfang. Es gibt Satellitenantennen, die durch automatische Nachführung der Antenne den Empfang in Flugzeugen, auf Schiffen oder sogar in Bussen während der Fahrt ermöglichen. Daher trifft die Bezeichnung „Überallfernsehen“ eher auf DVB-S als auf DVB-T zu. DVB-S dient teilweise sogar als Datenlieferant für die Kabelnetze (Analog und Digital) bzw. DVB-T.

Geräte und Kosten

DVB-S kann gegenüber DVB-C ohne laufende Kosten für den Zuschauer angeboten werden (von Pay-TV natürlich abgesehen), da der Satellitenbetrieb von den Sendeanstalten bezahlt wird. Da heute nur wenige Fernseher das DVB-S-Signal direkt empfangen können, ist in der Regel jedoch der Einsatz eines zusätzlichen Analog- oder Digitalreceivers notwendig, für letzteren ist ein Universal-LNB sowie ein Digitalband tauglicher Multischalter notwendig, da ältere Analogreceiver nur das Low-Band empfangen. Dies ist jedoch auch beim digitalen Kabelempfang (DVB-C) der Fall.

Ein wichtiger Vorteil von DVB-S besteht darin, dass auf einem Transponder im Gegensatz zur analogen Verbreitung mehrere Programme abgestrahlt werden können (MCPC). Das stellt für die Programmanbieter einen Kostenvorteil dar, da die Miete eines Satelliten-Transponders recht kostenintensiv ist. Die Anzahl der gleichzeitig über einen Transponder abgestrahlten Programme hängt von der Datenrate ab, die den jeweiligen Programmen zugeordnet wird.

Viele Frequenzen und mehrere Satellitenpositionen ermöglichen viele Programme

Theoretisch ist DVB-S DVB-C im Bereich der Programmzahl nur beim Empfang mehrerer Satellitenpositionen überlegen. Zwar ist die nutzbare HF-Bandbreite auch pro Satellitenposition im Ku-Band mit 4 GHz deutlich größer als in Kabelnetzen bei DVB-C (0,8 GHz), allerdings relativiert sich der Wert, wenn man den geringeren Signal-Rausch-Abstand (DVB-S arbeitet mit QPSK) von Kabel bei DVB-C (meist mit QAM) berücksichtigt.

Der direkte Vergleich sieht so aus:

  • je Satellit: 4 GHz/40 MHz = 100 digitale QPSK-Transponder (4 GHz = Satellitenkapazität, 40 MHz = Bandbreite pro Transponder inkl. Zwischenraum)
  • Kabel: ca. 800 MHz/8 MHz = 100 digitale QAM-Kanäle (800 MHz = Kabelkapazität, 8 MHz = Kabelkanalbandbreite)

Allerdings kann man zur weiteren Steigerung der Programmanzahl bei DVB-S mehrere Satellitenpositionen zum Empfang nutzen und so die Programmzahl über die Begrenzung der Bandbreite einer Satellitenposition im Ku-Band erhöhen. Beim Kabelempfang müsste man, um den gleichen Effekt zu erreichen, zwischen verschiedenen Kabelnetzen umschalten. In der Praxis ist daher das Programmangebot über Satellit (z.B. ASTRA) um ein Vielfaches höher als das eines Kabelnetzbetreibers.

Bei dieser Berechnung ist nicht berücksichtigt, dass es sich bei der Bandbreite des DVB-S nur um momentan benutzte Frequenzen im Ku-Band handelt. Eine Erweiterung durch andere Frequenzbänder ist jederzeit technisch machbar und bedeutet, z. B. bei Erweiterung durch das Ka-Band, mehr als eine Verdoppelung der nutzbaren Bandbreite einer Satellitenposition, was dann 250 digitalen QPSK-Transpondern entspricht. Auch wäre theoretisch zur weiteren Angebotssteigerung noch die Nutzung des C-Bandes möglich. Jedoch ist das wegen des benötigten großen Antennendurchmessers unwahrscheinlich.

DVB-T dagegen hat mit maximal 0,5 GHz eine geringere nutzbare Bandbreite. Die HF-Bandbreite ist deutlich geringer, auch der mögliche Gleichwellenbetrieb behebt nicht das Problem, dass nur max. 15 Prozent der Frequenzen benutzt werden können. Weiter reduziert die Bandbreite die meist nur mögliche Modulation (16QAM auch 64QAM) sowie das Guardintervall. Alle Effekte zusammen betrachtet ergeben, dass DVB-T etwa 5 Prozent der Datenrate von DVB-C erlaubt. Alternative Topologien sind nur mit hohem Aufwand möglich.

Frequenzbänder

Neben dem in Europa üblichen Ku-Band wird in Amerika, Asien und Afrika auch das ältere C-Band (3,4–4,2 GHz) genutzt. Dieses zeichnet sich durch eine wesentlich geringere Störanfälligkeit bei Regen aus. Für den Empfang der meisten Satelliten sind hier Spiegeldurchmesser ab 2 m nötig. Dieses Band bietet nur wenige zusätzliche, dafür aber einige sehr exotische Programme.

Künftig könnte das Ka-Band (17,7–21,2 GHz) zusätzliche Multimedia- oder Programmangebote liefern.

Übertragungsart

DVB-S enthält Optimierungen für die satelliten-spezifischen Eigenschaften (z. B. fehlende Reflexionen, eher schlechtes Signal-Rausch-Verhältnis) bei der Übertragung von digitalen Daten. Genutzt wird QPSK-Modulation. Bei MCPC (= Multiple Channel per Carrier)-Signalen werden sehr hohe Symbolraten größer 10.000 MSym/s benutzt, bei SCPC (= Single Channel per Carrier)-Signalen niedrige Symbolraten kleiner 10.000 MSym/s. Da durch die Übertragungsart über Satellit im Gegensatz zu digitalen Kabelsignalen (DVB-C) ein äußerer Fehlerschutz (FEC) nötig wird, ergeben sich im Datenstrom hohe Fehlerkorrektur-Anteile von typisch 1/2 bis 1/8 der Gesamtdatenrate. Bei DVB-S2 ist aufgrund des besseren Korrekturverfahrens der benötigte Fehlerkorrekturanteil kleiner.

Technische Umsetzung

Grundsätzlich erfolgt die Umsetzung der Signale im steuerbaren Aktivteil der Antenne (LNB). Da ein Koaxialkabel bei den hohen Satellitenfrequenzen im SHF-Bereich eine sehr hohe Dämpfung aufweist, konvertiert der LNB die Signale auf die tieferen SAT-ZF-Frequenzen (950–2150 MHz).

Satblock-Verteilung

Die Wahl der Polarisationsebene erfolgt bei der Satblock-Verteilung durch Änderung der Höhe der Fernspeisespannung, die zwischen Innenleiter und Außenschirm des Koaxialkabels anliegt. 14 V signalisieren hier vertikal, 18 V horizontal. Unter Verwendung von durchgängig DiSEqC-Protokoll fähiger Technik reduzieren moderne DVB-S Receiver eine LNB Versorgungsspannung auf energiesparende 12 Volt,[2] eine Wahl der Polarisationsebene erfolgt dann ausschließlich durch DiSEqC-Befehle.

Der komplette Sat-Frequenzbereich (10,7–12,75 GHz = 2 GHz) passt nun nicht in das ZF-Band (950–2150 MHz = 1,2 GHz). Deshalb wird er in zwei Bereiche unterteilt, das Low-Band mit 10,7–11,75 GHz und das High-Band mit 11,75–12,75 GHz. Die LNBs älterer Satellitenanlagen konvertieren häufig nur das Low-Band. Dieses ist meistens mit analogen Signalen belegt. Digitale Signale sind dagegen hauptsächlich im (neueren) High-Band bis 12,75 GHz zu finden.

Deshalb benötigen digitaltaugliche Anlagen einen neueren sogenannten Universal-LNB, der wahlweise das obere oder das untere Band in das SAT-ZF-Frequenzband umsetzt. Die Wahl des Empfangsfrequenzbands bei einem solchen LNB, an dem direkt ein Receiver angeschlossen werden kann, erfolgt über ein weiteres Schaltkriterium, ein aufmoduliertes 22-kHz-Tonfrequenzsignal. Wird dieses Signal vom Receiver ausgegeben, schaltet der LNB ins High-Band, fehlt es, fällt er ins Low-Band zurück.

Die Bezeichnung „digitaltauglich“ für den LNB ist dabei eigentlich irreführend, da jeder LNB analoge wie digitale Signale in die entsprechenden Frequenzen umsetzt. Sie rührt daher, dass auf dem älteren Low-Band hauptsächlich Analogsignale zu finden sind, während das später hinzugekommene High-Band vorzugsweise mit digitalen Programmen belegt ist.

Im Zuge der Verdrängung analoger Kanäle zugunsten digitaler Sendetechniken können zunehmend auch im Low-Band digitale Sendungen empfangen werden. Der Begriff „digitaltauglich“ für einen LNB besagt also nur, dass dieser auch die Frequenzen/Kanäle des High-Bandes umsetzen kann und hat mit einer eventuell analogen oder digitalen Elektronik im LNB nichts zu tun.

Somit benutzt jeder neue LNB im Ku-Band vier verschiedene Empfangsebenen (zwei Frequenzbänder auf zwei Polarisationsebenen). Auf das Koaxialkabel wird vom DVB-S-Receiver durch Steuersignale immer eine der vier Ebenen geschaltet.

Sollen sogar mehrere Satelliten mit mehreren LNBs empfangen werden, sind Receiver mit sog. DiSEqC-Protokoll und entsprechende DiSEqC-Umschalter erforderlich.

  • Drehbare Satellitenantennen: Eine drehbare, stationäre Satellitenantenne kann bei freier Sicht nach Süden in Mitteleuropa ca. 30 verschiedene Satellitenpositionen mit TV-Programmen abfahren. Auf diese Weise vervielfacht sich die theoretisch nutzbare Bandbreite auf mehr als 100 GHz. Spezielle Antennenrotoren sind ab ca. 40 € erhältlich, die Installation erfordert etwas Geschick. Drehbare Anlagen mit 1 m Spiegelgröße empfangen derzeit in Mitteleuropa mehr als 6.000 Radio- und TV-Programme, von denen knapp die Hälfte frei empfangbar ist. Eine Alternative sind Multifeed-Lösungen, bei denen mehrere LNB in verschiedenen Brennpunkten der Satellitenantenne fest positioniert werden (pro Satellit ein LNB). Eine Steuerung von Multifeed sowie Drehanlagen erfolgt heute über das DiSEqC-Protokoll.

Einkabel DiSEqC (Cenelec EN50594)

Die Wahl eines zu empfangenden Transponders erfolgt bei einer Einkabel-Verteilung durch DiSEqC-Steuersignale, die über das Koaxialkabel an das Diseqc-LNB oder den -Multischalter übertragen werden. Einkabelgeräte nach Cenelec EN50594 werden oft nach dem Markenname Unicable der FTA Communications SARL benannt.

Anstatt eines kompletten ZF-Bands (950–2150 MHz = 1,2 GHz) stellt der im Einkabel-LNB oder -Multischalter enthaltene Channel-Router nur den zum Empfang gewünschten Transponder bereit. So können an einem Koaxialkabel mehrere DVB-S-Receiver betrieben werden, was eine einfache Verkabelung in Strang-Topographie (Serienschaltung der Antennendosen) ermöglicht. Unicable ermöglicht einen uneingeschränkten Programmumfang und eignet sich insbesondere für eine Nachrüstung von bestehenden Etagenwohnungen mit Satellitenfernsehen. Ein bestehendes Koaxialkabel mit in Serie geschalteten Antennendosen kann weiterverwendet werden, lediglich die Antennensteckdosen in der Wohnung müssen ausgetauscht werden.

Einkabelsystem

Ein Einkabelsystem beschränkt den Empfang bewusst auf ein einziges ZF-Band (950–2150 MHz = 1,2 GHz). Eine Vorauswahl wählt meist als Basisfrequenzband das Astra High-Band mit 11,75–12,75 GHz Horizontal, dieses ermöglicht bereits den Empfang von ca. 300 deutschsprachigen Radio- und TV-Programmen. Weitere Transponder anderer Empfangsebenen werden durch Frequenzumsetzer in dieses Band einkopiert, das ist aber wegen der Konzentration der deutschsprachigen Sat-Programme auf Astra Horizontal High optional. Nachdem ein zur Verfügung stehendes Frequenzband im Frequenzumfang beschränkt ist, muss wie im Kabelfernsehen eine Selektion der zum Empfang gewünschten Programme erfolgen. Ein entstehendes HF-Signal kann anschließend ohne Fernspeisung und Steuersignale in einer beliebig strukturierten Antennenanlage in ausgedehnten Wohnanlagen über ein einziges Koaxialkabel (keine Neuverkabelung notwendig) verteilt werden.

Einspeisung ins Hausnetzwerk

Um das Satellitenfernsehen in das Hausnetzwerk einzuspeisen, speist ein Streaming-Server die Informationen als DVB-IPTV ein.

LNB-Typen

Die LNBs können nach den folgenden Kriterien unterschieden werden:

  • nach Frequenzbereich:
    • Low-Band-tauglich
    • Low-Band/High-Band-tauglich (Universal-LNB)
  • nach Bauform:
    • Standard-Ausführung für eine Satellitenposition
    • Monoblock zum Empfang von 2 benachbarten Satellitenpositionen mit einer geeigneten Antenne
  • nach Anzahl der Teilnehmer:
    • Single-LNB zum Direktanschluss von 1 Receiver
    • Twin-LNB zum Direktanschluss von 2 Receivern
    • Quad-LNB zum Direktanschluss von 4 Receivern
    • Octo-LNB zum Direktanschluss von 8 Receivern

Sollen mehrere Receiver über einen Multischalter an eine Satellitenantenne angeschlossen werden, wird dieser spezielle Quattro-LNB mit vier Ausgängen für beide Polarisationsebenen (Vertikal/Horizontal) und die beiden Frequenzbereiche (Low- und Hi-Band) benötigt. Er verteilt diese vier Signalebenen dann auf die einzelnen Receiver. Er kann auch als DiSEqC-Umschalter zum Empfang mehrerer LNBs (Satellitenpositionen) ausgeführt sein.

DVB-S2

Eine der ersten DVB-S2-TV-Karten.

DVB-S2 ist eine Weiterentwicklung des DVB-S-Standards. Durch Verwendung verbesserter Kodierungs-, Modulations- und Fehlerkorrekturverfahren wird die Datenrate um bis zu 30 % gesteigert. Im März 2005 ratifizierte ETSI den DVB-S2-Standard unter der Nummer EN 302 307.

Anstelle von 4PSK (QPSK) bei DVB-S verwendet DVB-S2 optional die Modulationsarten 8PSK, 16APSK oder 32APSK. Die Anpassung (ACM) erfolgt optional durch Rückmeldung der Empfangsqualität durch Referenzempfänger. So kann bei schlechter Empfangslage die Modulation verändert werden, um einen Empfangsabbruch zu vermeiden.

Bei gleicher Bitfehlerhäufigkeit (BER) erfordert 8PSK einen höheren Träger-Rauschabstand (CNR) von etwa 3 dB, was aber durch den effizienteren Fehlerkorrektur-Code LDPC teilweise ausgeglichen wird. Unter anderem deshalb wird auch eine höhere Netto-Datenrate gegenüber DVB-S erzielt.

Der Einsatz besserer Algorithmen zur Bilddaten-Reduktion (z. B. H.264 (MPEG-4 AVC) statt H.262 (MPEG-2)) und besserer Auflösung (HDTV) ist nicht notwendigerweise an DVB-S2 gekoppelt. Da aber für neuere Formate ohnehin neue Endgeräte mit anderen Demodulatoren und Decodern benötigt werden, wechseln die meisten Anbieter auch auf ein bandbreiten-effizienteres und damit für sie kostengünstigeres (aber deutlich rechenintensiveres) Kompressionsverfahren, wenn z. B. ein neuer HDTV-Sender ausgestrahlt werden soll.

Es gibt bereits mehrere Transponder auf verschiedenen Satelliten (vorwiegend Astra und Hotbird), die im DVB-S2-Modus senden.

Aufgrund der gewählten Phasenlage für die bei DVB-S2 neu hinzugekommenen Modulationsarten ist auch das Mischen von DVB-S- und DVB-S2-Signalisierung auf einem Transponder möglich. Dadurch kann ein Sender beispielsweise für ältere DVB-S-Receiver auf einem Transponder eine Anzahl von Kanälen in SDTV anbieten, ein DVB-S2-Empfänger, der auf demselben Transponder empfängt, kann aber zusätzlich einen oder zwei Sender dekodieren, die als überlagerte 8PSK-Modulation in DVB-S2 auf dem 4PSK-Signal des DVB-S liegen (siehe auch Simulcast).

Kritik an DVB-S

Da digitale Signale einfach verschlüsselt werden können, befürchten Kritiker zu einem späteren Zeitpunkt eine nachträgliche Einführung kostenpflichtiger Angebote.

Ebenfalls sehen sie die Möglichkeiten des freien Zuganges und die Nutzung der Medien durch den Einsatz digitaler Verfahren und des dabei möglichen digitalen Rechtemanagements (DRM) durch Smartcards, HDCP u. Ä. erheblich eingeschränkt.

Nachdem sich die Bandbreite von analogen Sat-TV-Sendern nur sehr begrenzt teilen lässt, erlaubt es die digitale Datenkompression, mehrere digitale Sender im selben Frequenzbereich zu verbreiten. Daher sind die analogen Satellitenkanäle, anders als bei der Einführung von DVB-T, nicht aus Bandbreitengründen von der Schließung bedroht, sondern es entscheiden vor allem wirtschaftliche Erwägungen auf Seiten der Sender (und z. T. auch auf Seiten der Satellitenbetreiber) darüber, ob und wann analoge Satellitenkanäle eingestellt werden.

Siehe auch

Quellen

  1. Liste der digitalen TV-Programme über Astra
  2. Seite 8 „Die Speisespannung beträgt dann jederzeit innerhalb der ganzen Anlage nur noch 12 Volt“: http://www.cosy.sbg.ac.at/~amayer/files/Eutelsat%20DiSeqC.pdf

Weblinks


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