DVB-S

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

DVB via Satellit

Die Ausstrahlung von DVB per Satellit (z. B. Astra, Eutelsat) ist die meistgenutzte DVB-Variante. Hier werden dank der großen Bandbreite 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 jeweils rund 200 Programme unverschlüsselt. 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.

Kosten

DVB-S kann gegenüber DVB-C ohne laufende Kosten für den Zuschauer angeboten werden (von PayTV 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 Digitalreceivers notwendig (siehe auch IDTV).

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

Viele Frequenzen ermöglichen viele Programme

DVB-S ist anderen DVB-Standards wie DVB-C oder DVB-T im Bereich der Programmauswahl weit überlegen, da für den Direktempfang ein großer Frequenzbereich zur Verfügung steht (10,7 – 12,75 GHz, Ku-Band). Pro Satellit werden zudem zwei Polarisationsebenen genutzt (meist horizontal und vertikal, seltener links- und rechtsdrehend). Deshalb kann dieser Frequenzbereich doppelt genutzt werden. Jeder einzelne Satellit (bzw. jede Sat-Position mit mehreren Satelliten) kann somit etwa 4 GHz Bandbreite mit einem individuellen Programmangebot belegen (zum Vergleich: Bandbreite Kabel ca. 0,8 GHz, Bandbreite Terrestrik 0,5 GHz mit Einschränkungen).

Legt man allerdings die unterschiedlichen digitalen Modulationsarten bei Satellit (QPSK) und bei Kabel (QAM) und die dadurch benötigten deutlich unterschiedlichen Bandbreiten pro identischem Programmangebot je Transponder/Kanal zugrunde, relativiert sich vorherige Aussage:

• 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 ist bei dieser Berechnung nicht berücksichtigt, dass es sich bei der Bandbreite des DVB-S um momentan benutzte Frequenzen handelt. Eine Erweiterung ist jederzeit technisch machbar und bedeutet, z. B. bei Erweiterung durch das Ka-Band, eine mehr als Verdoppelung der nutzbaren Bandbreite, was dann 250 digitalen QPSK-Transpondern entspricht.

Frequenzbänder

Kaum genutzt wird in Deutschland das ältere C-Band (3,5–4,2 GHz). 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 und 22,5–23 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 SR 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 liegt der Anteil aufgrund des besseren Korrekturverfahrens bei typisch nur 1/10.

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, 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 sog. 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 evt. 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.

Unicable

Die Wahl eines zu empfangenden Transponders erfolgt bei einer Unicable- Verteilung durch DiSEqC-Steuersignale die zwischen Innenleiter und Außenschirm des Koaxialkabels als Überlagerung der Fernspeisespannung an das LNB, an den Unicable Multischalter übertragen werden.

Anstatt einem kompletten ZF-Band (950–2150 MHz = 1,2 GHz) stellt der im Unicable LNB oder Unicable-Multischalter enthaltener 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 insbesonderes für eine Nachrüstung von bestehenden Etagenwohnungen mit Satellitenfernsehen. Ein bestehendes Koaxialkabel in die Wohnung mit in Serie geschaltenen Antennendosen kann weiterverwendet werden, mehrere DVB-S Empfänger können lediglich nach einem Antennendosentausch in der Wohnung betrieben werden. Im Treppenhaus ist bei Unicable jedenfalls eine Neuverkabelung notwendig (Kathrein System mit Unicable Multischalter).

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 zusätzliche Transponder anderer Satellitenebenen werden durch Frequenzumsetzer in das Basis ZF-Band einkopiert ein solches 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 vereinfacht in einer beliebig strukturierten Antennenanlage in ausgedehnten Wohnanlagen über ein einziges Koaxiakabel (Keine Neuverkabelung notwendig) verteilt werden.

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

• zur Weiterverteilung durch Multischalter:
  • Quattro LNB zum Direktanschluss am Multischalter für Low-Band und High-Band

Sollen mehrere Receiver über einen modernen Multischalter an eine Satellitenantenne angeschlossen werden, wird dieser spezielle Quattro-LNB mit vier Ausgängen für beide Polarisationsebenen und für die zwei Frequenzbereiche benötigt. Der Multischalter, verteilt diese vier Signalgruppen dann auf die einzelnen Receiver und kann je nach Bauform auch als DiSEqC-Umschalter für mehrere LNBs (Satellitenpositionen) verwendet werden.

DVB-S2

Datei:KNCone TV Station DVBS2 PLUS pci card front 0595 by HDTVTotalDOTcom.jpg

Eine der ersten DVB-S2-TV-Karten.

DVB-S2 ist eine Weiterentwicklung des DVB-S-Standards. DVB-S2 steigert die Datenrate um bis zu 30 % durch die Verwendung verbesserter Kodierungs-, Modulations- und Fehlerkorrekturverfahren. 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 Modulation 8PSK, 16APSK oder 32APSK. Die Anpassung (ACM) erfolgt optional durch Rückmeldung der Empfangsqualität durch den Empfänger.

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

Der Einsatz besserer Bilddatenreduktionsalgorithmen (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 bandbreiteneffizienteres 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), die im DVB-S2-Modus senden. Diese können aber im Moment nur von wenigen empfangen werden, da nach wie vor wenige DVB-S2-fähige Receiver und TV-Karten auf dem Markt bzw. im Umlauf sind; die Zahl der Empfangsgeräte ist aber seit der Markteinführung des Standards etwa im Herbst 2005 im Wachsen begriffen.

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 dem gleichen 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).

Das IP-Protokoll ist für Satellitenübertragungen nicht optimiert. Die Netzwerkprotokolle Unidirectional Lightweight Encapsulation (ULE) oder Generic Stream Encapsulation (GSE) können es kapseln und dadurch die Größe der Daten-Header verkleinern. Höhere Prokolle wie TCP arbeiten ineffizient -- lange Rückmeldungszeiten bei geringer Störung durch Übersprechen -- und erfordern besondere Maßnahmen wie den Einsatz von Performance Enhancement Proxy-Servern.

Kritik an DVB-S

Da digitale Signale einfach verschlüsselt werden können, befürchten Kritiker zu einem späteren Zeitpunkt eine nachträgliche Einführung von kostenpflichtigen Angeboten.

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

Nachdem eine Bandbreitenteilung bei analogen Sat TV Sendern sehr eingeschränkt möglich ist, können wegen der Datenkompression im gleichen Frequenzbereich einige digitale Sender verbreitet werden. 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.

Die oft bemängelten Artefakte bzw. Klötzchenbildung sind typisch für die Verwendung beschränkter Datenraten und Auflösungen bei der Übertragung. Hier bessern sich die Verhältnisse aber nach und nach, Sender schätzen heute die Bedeutung des digitalen Fernsehempfangs höher ein als zur Anfangszeit Ende der 1990er Jahre. Die meisten Hauptsender (ARD ZDF ORF) senden heute per DVB-S mit MPEG2 Bandbreiten von 7–8 MBit/s (vergl. DVB-T mit 2–2,5 MBit/s).

Siehe auch

• Digitales Fernsehen
• Digitaler Rundfunk
• Digitalradio alle Übertragungsverfahren für digitalen Hörfunk
• Liste der geostationären Satelliten

Weblinks

• Lyngsat Frequenzübersicht aller Satelliten weltweit, ASTRA 1F bis 1L
• Satco-DX Frequenzübersicht aller Satelliten weltweit
• Europäische Satelliten Kurzübersicht