Grundlagen des Satelliten-TV-Empfangs: Technik, Orbit & Verteilung

Vorteile des Satelliten-TV-Empfangs

Satelliten-TV-Empfangsanlagen bieten folgende Möglichkeiten:

• Empfang vieler Kanäle in verschiedenen Sprachen über einen einzigen TV-Receiver.
• Empfang von TV-Programmen und Kanälen auch in Gebieten, in denen der Empfang terrestrischer TV-Anlagen problematisch ist.
• Erfüllung der Nachfrage von Menschen, die im Ausland leben und Programme in ihrer Muttersprache sehen möchten.

Die Satelliten-Technologie

Die Geostationäre Umlaufbahn

Die Satelliten befinden sich in der geostationären äquatorialen Umlaufbahn. In dieser Bahn sind die Anziehungskraft der Erde und die Zentrifugalkraft der Erdrotation gleich. Die Satelliten bewegen sich von West nach Ost in einer Höhe von über 36.000 km über dem Äquator und mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Erdrotation. Dadurch scheinen sie immer an derselben Position zu stehen.

Der Satellit bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von etwa 11.000 km/h und umkreist die Erde einmal alle 24 Stunden. Da dies genau der Zeit entspricht, die die Erde für eine Drehung um ihre Achse benötigt, entsteht der Eindruck, dass der Satellit im Raum stationär ist.

Modularer Aufbau eines Satelliten

Ein Satellit besteht typischerweise aus folgenden Modulen:

• Antennenmodul
• Kommunikationsmodul (enthält den Transponder, ein elektronisches System, das die Frequenzkonversion des Uplinks zum Downlink durchführt)
• Energiemodul (Power Module)
• Servicemodul
• Antriebsmodul

Orbitalposition des Satelliten

Die Orbitalposition des Satelliten wird als der Winkel definiert, der am Erdmittelpunkt zwischen einem Bezugspunkt auf dem Äquator (dem Greenwich-Meridian) und dem Satelliten gebildet wird.

Frequenzen der Satellitenübertragung

Die von Satelliten genutzten Frequenzen sind Mikrowellen (elektromagnetische Wellen, deren Wellenlänge im Bereich von Metern bis Millimetern liegt und deren Ausbreitung durch das Innere von Metallrohren erfolgen kann).

In Europa wird der Downlink im Ku-Band genutzt (unterteilt in FSS-Unterband und FSS-Oberband). Um die Anzahl der Kanäle zu erweitern, wird die Polarisierung in der Signalübertragung genutzt. Diese kann sein:

• Linear (vertikal und horizontal)
• Zirkular (rechts oder links)

Die Kanäle im oberen Band liegen 29,5 MHz bis 39 MHz auseinander.

Versorgungsgebiet und Flächenleistung

Die Erdoberfläche wird durch die Emissionen einer Satelliten-TV-Sendung abgedeckt, wobei Bereiche mit konstanten Signalstärken unterschieden werden. Das Versorgungsgebiet (die Ausleuchtzone) wird durch die Konfiguration der Sendeantenne des Satelliten festgelegt. Die Größe des Versorgungsgebietes hängt von der Öffnung des Hochfrequenz-Signalstrahls auf dem Weg zur Erde ab.

Strahlbreite und Strahlform

Die Strahlbreite hängt von der Größe des Reflektors ab. Das Versorgungsgebiet, in das der Satellit sendet, wird durch die Antenne bestimmt, die den Hauptstrahl erzeugt. Satelliten können verschiedene Strahlformen nutzen:

• Global
• Hemisphärisch
• Zonal
• Zeitgesteuert

Äquivalente Isotrope Strahlungsleistung (EIRP/PIRE)

Die Äquivalente Isotrope Strahlungsleistung (EIRP/PIRE) drückt die Leistung aus, die der Satellit abstrahlt, angegeben in dB bezogen auf 1 Watt (Peak-Wert). Dieser Wert ist in der Mitte der Ausleuchtzone am höchsten und nimmt ab, je weiter man sich davon entfernt. Die Größe der benötigten Empfangsantenne hängt direkt von der EIRP ab: Je höher die Sendeleistung des Satelliten, desto kleiner kann die Empfangsantenne sein.

Wichtige Empfangsparameter

Verstärkung (Gain) und Wirkungsgrad

Die Verstärkung (Gain) beschreibt, wie gut Signale erfasst und an den nächsten Punkt in der Empfangskette weitergeleitet werden.

Der Wirkungsgrad (Rendimiento) ist der Anteil der auf den Parabolspiegel auftreffenden Energie, der erfolgreich fokussiert wird. Soll ein Satellit mit schwächerem Signal empfangen werden, muss der Durchmesser der Antenne entsprechend größer gewählt werden.

Öffnungswinkel und Nebenkeulen

Der Öffnungswinkel bestimmt die Fähigkeit der Antenne, Signale in Bereichen zu empfangen, die weiter von der zentralen Achse der Antenne entfernt sind.

Die Nebenkeulen beschreiben die Empfangsfähigkeit der Antenne außerhalb des Hauptstrahls.

Dämpfung

Bei der Übertragung des Signals vom Satelliten zur Empfangsantenne treten Verluste oder Dämpfungen auf.

• Dämpfung im freien Raum: Verursacht durch den Abstand zwischen Satellit und Empfangsantenne.
• Atmosphärische Dämpfung: Verursacht durch atmosphärische Einflüsse wie Absorption, Meteore, Regen oder Stürme, deren Intensität die Dämpfung beeinflusst.

Richtcharakteristik und G/T-Wert

Die Antenne muss eine hohe Richtwirkung aufweisen. Die Hauptstrahlungskeule muss eng gebündelt sein; sie wird zur Messung der Antennenbreite verwendet.

Bei der Wahl des Satelliten sind der G/T-Wert (Gewinn im Verhältnis zur Rauschtemperatur) und die Anzahl der Satelliten, die idealerweise mit derselben Antenne empfangen werden sollen, entscheidend. Dies beeinflusst die Größe der Antenne und des Feeders. Auch der Öffnungswinkel und die Pegel der Nebenkeulen sind wichtig.

Verteilungssysteme für Satelliten-TV-Signale

Der Vertriebsweg-Prozessor (Kanalaufbereitung)

Der Vertriebsweg-Prozessor (oder Kanalaufbereiter) wandelt das ZF-Signal (Zwischenfrequenz) in ein VHF- oder UHF-Signal um und verteilt es als einzelnen Kanal über das bestehende terrestrische Netz. Er besteht aus einer Reihe von abstimmbaren Inneneinheiten, eine für jeden Kanal.

Aufgrund des im terrestrischen Fernsehen verwendeten Frequenzbereichs ist die Einführung einer sehr großen Anzahl von Kanälen nicht möglich. Dieses System wird typischerweise verwendet, wenn insgesamt 10 bis 12 Kanäle verteilt werden sollen.

Modelle der Kanalaufbereitung

Es gibt zwei Hauptmodelle für Modulatoren:

1. Doppelseitenband-Modulator (DSB): Hier muss ein Mindestabstand zwischen den umgewandelten Satellitenkanälen eingehalten werden, da die Kanalbandbreite größer ist als im terrestrischen TV.
2. Einseitenband-Modulator (BLV/VSB): Dieses System kann in benachbarte Kanäle umgewandelt werden, da es nur ein Seitenband verwendet und die Kanalbandbreite der von terrestrischen TV-Kanälen entspricht.

Grundlegende Verfahren der Kanalaufbereitung

HF-Schmalband (Einkanal-Verarbeitung)

Jeder abgestimmte ZF-Kanal wird zu einem TV-Kanal verarbeitet. Anschließend erfolgt die Mischung über Einkanal-Verstärker mit Auto-Misch-Eingang und -Ausgang.

HF-Breitband

Jeder abgestimmte ZF-Kanal wird zu einem TV-Kanal verarbeitet, der dann mit den anderen terrestrischen TV-Kanälen gemischt und in einem Leistungsverstärker verstärkt wird. Hierbei werden oft Koppler, Brücken und Ein-/Ausgänge verwendet, die unter Last geschlossen sind.

Vorteile und Nachteile des Prozessorsystems

Vorteile

• Das System kann in bestehenden kollektiven Anlagen genutzt werden.
• Es sind keine spezifischen Vertriebsnetze für Satelliten-TV-Kanäle erforderlich.
• Die Satelliten-TV-Kanäle erreichen die Endgeräte der Nutzer direkt über dasselbe Verteilungsnetz wie die terrestrischen TV-Kanäle.

Nachteile

• Die Kosten steigen stark mit der Anzahl der empfangenen Kanäle, auch wenn sie von allen Nutzern gemeinsam getragen werden.

Komponenten des Vertriebskanal-Prozessors

ZF-Verteiler (Splitter FI)

Verteilt das Signal an die abstimmbaren Innenmodule. Für jeden zu verteilenden Kanal wird ein Verteiler installiert. Sie sind als aktive (mit integriertem Breitband-Verstärker) oder passive Komponenten erhältlich.

Innenmodule (Kanalaufbereiter)

Diese Einheiten dienen dazu, das vom ZF-Verteiler bereitgestellte Signal für einen bestimmten Kanal zu demodulieren, zu verarbeiten und zu modulieren. Sie extrahieren die gewünschten Video- und Audioinformationen aus dem Kanalblock, der vom LNB-Konverter bereitgestellt wird.

Die Ausgänge der Innenmodule liefern die Audio- und Videosignale sowie das modulierte Signal für den gewünschten VHF-/UHF-Kanal. Sie bestehen typischerweise aus drei Sektionen mit Selektoren zur Wahl des Eingangskanals, des Tonträgers und des Ausgangskanals.

Stromversorgung

Liefert die notwendige Energie für den Betrieb der Innenmodule. Die Gesamtleistung ist begrenzt und darf nicht überschritten werden. Der Verbrauch der internen Einheiten muss berücksichtigt werden.

Verstärkereinheiten

Stellen sicher, dass die von den Innenmodulen gelieferten Signale, die auf einem VHF- oder UHF-Kanal liegen, auf gleichem Pegel sind. Für jeden zu empfangenden Kanal ist eine Einkanal-Verstärkereinheit erforderlich.