Technik des Satelliten-Empfangs

Fernseh-, Radio- und Datenübertragungen erfolgen beim Satellitenempfang über sogenannte Transponder. Ein Transponder entspricht einem Übertragungskanal zwischen der Sendeeinrichtung und der Empfängerseite. Der Uplink, also die Signalübertragung von der Sendeeinrichtung zum Satelliten, erfolgt in der Regel im Frequenzbereich zwischen 13 und 16 GHz. Die Downlink-Frequenzen erstrecken sich, abhängig vom Satelliten und dessen Einsatzbereich zwischen 1 und 60 GHz. In Europa werden für den Empfang von Satelliten meist die Frequenzbereiche im KU-Band genutzt, welches z.B. bei ASTRA und EUTELSAT Hot Bird den Frequenzbereich von 10.70 - 12.75 GHz umfasst. Dieser Frequenzbereich lässt sich über am Satelliten steuerbare Antennen auf bestimmte Empfangszielgebiete ausrichten. Man spricht dabei von den Spot-Beams. In anderen, meist südlicheren Ländern wird in der Regel das C-Band und das S-Band im Frequenzbereich von 3.00 - 5.80 GHz für die Übertragungen über Satellit genutzt. Vorteil beim C-Band sind die riesigen Ausleuchtzonen, die häufig Global-Beams genannt werden. Über Global-Beams können die Ausstrahlungen mehrere Kontinente gleichzeitig versorgen. Nachteil dieses Bandes sind aber die zumeist notwendigen, großen Antennendurchmesser, um eine optimale Qualität beim Empfang zu gewährleisten. 

Die nebenstehende Tabelle zeigt
 die verschiedenen Bänder und ihre zugehörigen Downlink-Frequenzbereiche.

Um Übertragungen via Satellit durchführen zu können, muss zunächst definiert werden, wie viel Bandbreite für das zu sendende Signal benötigt wird. Dies ist abhängig davon, welche Art von Signal übertragen werden soll und nach welchen Spezifikationen der Satellit ausgelegt wurde. Die Transponderbandbreiten reichen je nach Satellit zwischen 26 und 72 MHz. Bei ASTRA wird als Übertragungsbandbreite für analoge Fernsehprogramme 26 MHz eingesetzt. Neben dieser für TV-Signale zur Verfügung stehenden Bandbreite bietet ein analoger ASTRA-Transponder bis zu 6 analoge oder 12 digitale Tonunterträger, die für Radioausstrahlungen oder Datendienste genutzt werden können. Der Fernsehbegleitton wird ebenfalls über einen dieser Unterträger bei Mono-Ton oder zwei Unterträgern bei Stereo-Ton ausgestrahlt. Die Bandbreite für die analogen Unterträger beträgt 130 kHz. Bei ASTRA werden diese Tonunterträger vielfach für die Ausstrahlung von digitalen Hörfunkprogrammen im ADR-Verfahren genutzt. Dabei kommt eine Datenrate von 192 kBit/s zum Einsatz, was nahezu der Qualität und dem Klang einer CD entspricht.

Um die Bandbreite beim Satellitenempfang zu verdoppeln, werden die Signale vom Satellitenbetreiber sowohl horizontal als auch vertikal polarisiert ausgestrahlt. Die LNB´s (Empfangsköpfe an der Satellitenanlage) sind so ausgelegt, dass sie die horizontale und vertikale Ebene mittels zwei im 90º Winkel zueinander angeordneten Antennen empfangen können. Die horizontale Ebene wird dabei vom Receiver aus durch ein Spannung in Höhe von 18V gesteuert, die vertikale Ebene durch eine 14V Spannung. Es gibt auch Ausnahmefälle, wo die Polarisation zirkular ausgesendet wird; hier werden aber ebenfalls zwei Ebenen übertragen, indem rechts- und linkszirkulare Ausstrahlungen stattfinden.

Die Satellitensignale werden im LNB empfangen und dort in die erste Satelliten-Zwischenfrequenz umgewandelt. Diese erstreckt sich bei KU-Band LNBs im Bereich 950 - 2150 MHz. Da die Ausstrahlungen aber im Bereich von 10.70 bis 12.75 GHz (also Low-Band und High-Band) stattfinden und damit das LNB den kompletten Empfangbereich abdecken kann, muss dieses über zwei Lokaloszillatorfrequenzen für die Satelliten-Zwischenfrequenzumwandlung verfügen. In der Regel haben diese sogenannten Universal-LNBs die Oszillatorfrequenzen 9.75 GHz für das Low-Band und 10.60 GHz für das High-Band. Die Umschaltung zwischen den beiden Bereichen erfolgt vom Satelliten-Receiver mit Hilfe des 22kHz-Signals.

Auch beim Digital-Empfang ist die Transponder-Bandbreite von maßgebender Bedeutung. Die ASTRA Satelliten 1E - 1H bieten dafür Bandbreiten mit 26 MHz und 33 MHz. Die Übertragung der Digitalsignale nach dem MPEG-2-Standard macht es möglich, dass unterschiedliche Datenraten eingesetzt werden können, die die Bild- und Tonqualität der Signale beeinflussen. Für die Bildqualität ist neben dem Kontrastumfang und der Farbsättigung auch das Transponderrauschen von maßgebender Bedeutung. Dieses Rauschen tritt aufgrund von Störungen innerhalb der Übertragungsstrecke auf, die wegen der geostationären Positionierung der Satelliten bei 35.800 km über der Erdoberfläche nahezu 76.000 km Länge beträgt. Ausstrahlungen von TV- und Hörfunksignalen, aber auch von Datendiensten unterliegen somit bestimmten Faktoren, die zwar nicht zwingend vorgeschrieben werden, aber im Ermessen des jeweiligen Veranstalters liegen. Digital-Ausstrahlungen auf den ASTRA-Satelliten nutzen Datenraten zwischen 3.5 und 5 MBit/s. Damit ist ein störungsfreies Bild ohne ´Klötzchenbildung´ gewährleistet. Die Datenrate der jeweiligen Übertragung ist verstärkt abhängig vom Inhalt des jeweiligen Programmes. So benötigt z.B. eine Fußball-Live-Übertragung wesentlich mehr Informationen, da schnelle Kamerabewegungen eingesetzt werden, als beispielsweise eine Nachrichten-Sendung, wo der Sprecher das einzige ist, was sich bewegt. Ähnlich verhält es sich mit der Übertragung eines Action-Filmes im Vergleich mit einer Dokumentation. Aufgrund der MPEG-2-Kompression können auch Datenübertragungen in Form von Internet erfolgen. Bei einer Datenrate von 64 kBit/s (ISDN-Geschwindigkeit) stehen so 590 Datenkanäle auf einem Transponder zur Verfügung. Wird die Datenrate auf 2.4 kBit/s verringert, können gleichzeitig 15.800 Kanäle zur Verfügung gestellt werden.

Bei digitalen Übertragungen kann der Programm-Veranstalter die Symbolrate und die FEC (Fehlerkorrektur) frei wählen. Üblicherweise wird in Europa auf ASTRA und EUTELSAT Hot Bird mit Symbolraten von 22.0 und 27.5 MSymb/s gesendet. Da das digitale Signal allerdings anfällig auf Bitfehler reagiert, werden diverse Korrekturbits hinzugefügt, was unter FEC (Forward Error Correction) allgemein verstanden wird. Auf den ASTRA-Satelliten steht eine Brutto-Datenrate in Höhe von 44 MBit/s bzw. 55 MBit/s zur Verfügung. Dies entspricht der doppelten Anzahl der digitalen Symbolrate in Bit. Anders ausgedrückt könnte man sagen, dass einem Symbol gleich zwei Bits entsprechen. Wird die frei wählbare Fehlerkorrektur davon abgerechnet, erhält man den Wert 3/4, was also einem Wert von 3 Verbreitungsbits zu 4 Schutzbits entspricht. Bei den ASTRA-Satelliten im 1E- und 1H-Band kommt man so auf eine Netto-Datenrate von 38 MBit/s. Bei den Satelliten der ASTRA-Flotte im 1C-, 1F, 1G und 2C-Band ist eine FEC von 5/6 üblich, was einer Netto-Datenrate von 34 MBit/s entspricht.

Die nebenstehende Tabelle zeigt die Netto-Datenrate von digitalen Satellitenübertragungen. Sie ergibt sich aus Symbolrate und FEC.

Einen Sonderfall bieten bei EUTELSAT die in der Fachsprache genannten SCPC-Träger. Hier wird, anders als bei den von ASTRA und EUTELSAT Hot Bird gewohnten, reinen Digital-Transpondern ein digitales Signal mit geringer Datenrate auf einem schmalbandigen Transponder übertragen. Der Empfang dieses Signals, das meist als Zuführung für Kabelnetze oder für reguläre Ausstrahlungen innerhalb anderer Programmpakete dient, ist aufgrund seiner geringen Fehlerkorrektur wesentlich anfälliger gegen Störungen und erfordert vom Empfangsgerät eine ausreichende Unterdrückung zu benachbarten Transpondern. Außerdem ist aufgrund geringerer Sendeleistung unter Umständen eine größere Antenne zum optimalen Empfang notwendig. Die führenden Digital-Receiver-Hersteller haben sich allerdings schon auf diese Art des Empfangs eingestellt, so dass neuere Geräte den SCPC-Empfang vollständig unterstützen.

Ein entscheidender Punkt der Empfangsqualität und des störungsfreien Empfangs von TV-, Radio- und Datensignalen über Satellit ist die genaue Justierung der Satellitenantenne. Es sollte dem Fachmann überlassen werden, Satellitenantennen ordnungsgemäß zu installieren. Er verfügt über die notwendigen Messinstrumente zur optimalen Justierung von Elevation und Azimut und kann gewährleisten, dass die Anlage VdE-gerecht geerdet und installiert wurde. Auch ein ausreichender Abstand zu Richtfunkstrecken, Bäumen oder anderen störenden Einflüssen ist dadurch gewährleistet. Nur die vom Fachmann installierte Antenne kann ungetrübten Fernsehspaß bieten und jederzeit aufgerüstet bzw. erweitert werden.