Diesen Einfluss haben die Übertragungsparameter auf die zum Empfang nötige Signalstärke
Haben Sie sich schon einmal gefragt, warum manche Transponder leicht und andere nur bei ungleich höherer Signalstärke empfangbar sind? Im folgenden Artikel haben wir die Empfangsstärken der verschiedenen Datenaufkommen, die SD, HD und 4K aufbringen unters
Wir sind der Sache dabei ganz genau auf den Grund gegangen. Wobei sich herausstellte, dass es sich um ein überaus komplexes Thema handelt.
Im Zeichen des Fortschritts
Die für digitales Satellitenfernsehen genutzten Standards DVB-S und DVB-S2 sind äußerst flexibel. Sie setzen sich aus einer Reihe von frei wählbaren Übertragungsparametern zusammen, die darüber entscheiden, wie viele Programme in einem Multiplex übertragen werden können und wie leicht sie zu empfangen sind.
Über einzelne Satelliten-Transponder sollen immer größere Datenmengen übertragen werden. Man denke nur beim Fernsehen an SD, HD und UHD. Die Übertragungskapazität eines Transponders wird einerseits von dessen Bandbreite in MHz bestimmt. Viel mehr aber noch von den zum Einsatz gelangenden Übertragungsparametern. Sie legen nicht nur fest, wie viel an Daten aller Art übertragen werden können, sondern auch die Robustheit des Signals. Was wiederum direkten Einfluss auf die für den Empfang erforderliche Mindestsignalstärke und in Folge auch auf den Schüssel-Durchmesser hat.
Warum neue Standards?
Vergleichen wir zunächst das Datenaufkommen eines in SD, HD und 4K vorliegenden TV-Programms unter der Voraussetzung, dass stets derselbe Übertragungsstandard verwendet werden würde. Ein HD-Bild würde für das vierfache Datenaufkommen im Vergleich zu SD sorgen. Ein 4K-Signal würde für den 16-fachen Datentrafik sorgen als SD. Gäbe es nur DVB-S mit MPEG-2-Komprimierung, würden auf einen Astra-Transponder demnach etwa acht SD-Programme oder bis zu zwei in HD und ein halbes in 4K übertragen werden können. Womit man mit der alten Technik keine UHD-Programme ausstrahlen könnte. Abgesehen davon, kostet Bandbreite Geld. Je mehr Programme sich auf einem Transponder unterbringen lassen, umso preiswerter wird die Satellitenübertragung für jeden einzelnen Sender.
Variable Datenrate
Die zur Verfügung stehende Nutzdatenrate pro Transponder ist nicht fest vorgegeben, sondern variiert beträchtlich aufgrund der verwendeten Übertragungsparameter. Bei DVB-S und QPSK-Modulation mit einem Fehlerschutz von 1/2 genügen bereits rund 1,8 bis 1,9dB über Grundrauschen, um das Signal einwandfrei zu empfangen. Was zum Beispiel den Einsatz sehr klei-
ner Empfangsantennen erlaubt. Weiter sorgt ein sehr robustes Signal für hohe Schlechtwetterreserven. Allerdings werden diese Vorteile durch eine nur geringe übertragbare Datenrate teuer erkauft. Eine schlechtere FEC sorgt zwar für mehr Übertragungskapazität, erfordert aber auch für eine höhere Mindestsignalstärke beim Empfang.
So werden etwa für DVB-S bei QPSK-Modulation und dem geringsten Fehlerschutz von 7/8 bereits an die 6,6dB für eine ungestörte Wiedergabe benötigt.
Mit DVB-S2 und 8PSK-Modulation finden auf einem Transponder grundsätzlich höhere Datenraten Platz. Wie viel, hängt aber auch hier von der verwendeten FEC ab. Bei einer FEC von ¾ werden mindestens 8,2 dB über Grundrauschen benötigt.
Konstellationsdiagramm
Das Konstellationsdiagramm zeigt uns den Aufbau der verschiedenen Modulationsarten. Hinter den Namen 8PSK, 16 APSK und 32 APSK steckt die Anzahl der Träger, über die die zu übertragenden Daten transportiert werden. Das tut es übrigens auch bei QPSK, was für Quadraturphasenumtastung steht, was den Hinweis auf „4“gibt. Gelegentlich wird QPSK auch 4PSK genannt. Die Träger sind in bestimmten Winkeln zueinander angeordnet. Ihre Anzahl bestimmt darüber, wie viele Daten parallel übertragen werden können. Bei QPSK können 2 Bit pro Zeiteinheit parallel übertragen werden. Bei 8PSK sind es 3 Bit, bei 16 APSK 4 und bei 32 APSK 5 Bit.
Modulation und Datenrate
Die von den über Satellit ausgestrahlten Signalen belegte Bandbreite ist variabel. Hier informiert die verwendete Symbolrate darüber, ob es sich um ein schmalbandiges Signal für vielleicht ein bis zwei TV-Programme handelt, oder ob in ihm ein ganzes Paket an Kanälen untergebracht ist. Während niedrige vierstellige Symbolraten auf schmalbandige Träger mit geringem Datenvolumen hinweisen, sind fünfstellige Werte wie etwa 27500 oder 30000MSym/s eindeutige Zeichen für Pakete mit vielen Kanälen und entsprechend hoher Gesamtdatenrate.Im Wesentlichen bestimmen die Übertragungsart, also etwa DVB-S oder -S2, die Modulation und FEC über das Datenvolumen. Aus der von einem Datenstrom belegten Bandbreite in MHz und der über sie ausgestrahlten Bitrate lässt sich die Bitrate pro MHz Bandbreite ermitteln. Sie liefert eine gute Vergleichsbasis und zeigt, anschaulich den Zugewinn an Übertragungskapazität bei Nutzung modernerer, aber auch schwieriger zu empfangender Übertragungstechniken. Während es DVB-S mit QPSK-Modulation und einer FEC von 1/2 gerade einmal auf ein Datenvolumen von 0,683MBit/s pro MHz bringt, können mit meist für HD genutzte Parameter, wie DVB-S2 in 8PSK und einer FEC von 3/4 mit 1,857 MBit/s pro MHz bereits etwa dreimal so viel an Daten übertragen werden. Mit 16 APSK lässt sich der Datendurchsatz auf etwa 2,2 bis knapp 3 MBit/s pro MHz weiter steigern.
Den größten Datendurchsatz schafft 32 APSK mit 3,1 bis etwas über 4MBit/s pro MHz. Womit sich die APSK-Modulationen ganz besonders zur Übertragung sehr hoher Datenvolumen anbieten.
Geringe Abweichungen möglich
Bei der Ermittlung der Bitraten pro MHz sind wir trotz exakt gleicher Übertragungsparameter gelegentlich auf geringe Abweichungen gestoßen. So muss etwa der Datendurchsatz pro MHz bei DVB-S2 mit 8PSK und einer FEC von 3/4 nicht immer 1,857 MBit/s pro MHz sein. Gelegentlich liegt der Wert auch nur bei 1,783 MBit/s pro MHz. Was einer Abweichung von rund 4 Prozent gleichkommt. Dafür kann nur ein weiterer Übertragungsparameter verantwortlich zeichnen, der für
den Empfang nicht maßgeblich ist und so auch von den von uns bekannten Receivern und Analysesoftwares nicht angeführt wird.
Empfangbarkeit
Schon alle DXer haben auf schwierigen Satellitenpositionen, wie 26 Grad Ost oder 7 Grad West, die Erfahrung gemacht, dass sie in SD ausgestrahlte Programme relativ problemlos empfangen können, während sie sich bei HD-Kanälen die Zähne ausbeißen. Die Ursache liegt bei den verwendeten Übertragungsparametern und den daraus resultierenden Mindestsignalstärken. Bei den weit verbreiteten SD-Parametern DVB-S in QPSK und einer FEC von 2/3 oder 3/4, genügen etwa 4,5 bis 5dB für ungestörten Bildempfang. Für DVB-S2 in 8PSK mit einer FEC von 2/3 braucht es jedoch mindestens an die 6,4dB über Grundrauschen, damit erste Bildfetzen in HD überhaupt erst sichtbar werden. Fließende Wiedergabe ist überhaupt erst ab etwa 6,7 dB gewährleistet. Womit Signalstärken benötigt werden, die etwa von DX-Anlagen von etwa 90 cm Durchmesser oft nicht mehr zu erreichen sind.
APSK-Modi
Besonders schwierig sind in APSK ausgestrahlte TV-Signale zu sehen. Abgesehen davon, dass es überhaupt erst eine Handvoll von Receivern gibt, die sich zumindest auf 16 APSK verstehen, gibt es in 16 und 32 APSK auch noch keine für die Allgemeinheit bestimmte Ausstrahlungen. Am besten lassen sich in 16 und 32 APSK modulierte Signale gegenwärtig mit hochwertigen PC-Receivern, wie der TBS 5927, empfangen. Mit ihr ist auch einwandfreie Bildwiedergabe bei 16 APSK-Ausstrahlungen gewährleistet. Chancen dazu bestehen zum Beispiel auf Astra 3B auf 23,5 Grad Ost, wo der Modus immer wieder für Überspielungen genutzt wird.
Die große Herausforderung bei 16 APSK liegt in den hohen benötigten Signalstärken. Je nach eingesetztem Fehlerschutz können für einen Empfang deutlich über 9dB erforderlich sein. Signalstärken, die man bei Überspielungen mit Durchmessern bis 90cm oft nicht erreicht. Da sie ja nicht für die Öffentlichkeit bestimmt sind, machen sich die Techniker in den SNG-Wägen gerne einen Spaß daraus, mit der mindestmöglichen Sendeleistung zu übertragen. Sie wissen schließlich, wie wenig es braucht, um von den großen Antennen der Sendeanstalten noch zuverlässig empfangen werden zu können. Was für eine 2,4 m Schüssel noch mehr als reichlich Power ist, kann für 90 cm meist schon hoffnungslos zu wenig sein. Noch extremer gestaltet sich der Empfang von 32 APSK. Sie benötigen noch deutlich mehr an Power. Da müssen nicht einmal 13 dB für einen Log genügen. Selbst Fachleute sehen die hohen Mindestsignalstärken bei den APSK-Modi kritisch. Da sie für guten Empfang relativ große Antennen erfordern, empfehlen sie, diese Modi nur bei Schönwetter, also wolkenlosem Himmel, zu nutzen.
Mindestsignalstärken
Welche Datenmengen auf den einzelnen Satellitenfrequenzen übertragen werden können, ist für uns DXer nur von sekundärem Interesse. Entscheidend für uns sind die erforderlichen Mindestsignalstärken, die wir für den Empfang der verschiedenen Parameter-Kombinationen benötigen. Sie erlauben es uns einzuschätzen, welche Chancen wir mit dem vorhandenen Equipment haben. In einer aufwändigen Versuchsreihe haben wir zu möglichst vielen Modulations- und Fehlerschutz-Varianten die benötigte Mindestsignalstärke mit einem PC-Receiver TBS 5927 und der Analysesoftware EBS Pro ermittelt. Zur Verringerung der Signalstärken haben wir den LNB im Brennpunkt der Antenne in kleinen Schritten verdreht. Durch die damit einhergehende Polarisationsveränderung ließ sich die Signalstärke in etwa 0,1- bis 0,2-dB-Schritten reduzieren. Womit relativ genaue Aussagen möglich wurden. Zumindest bei den häufigen Modulationsarten QPSK und 8PSK. Richtig schwierig wurde es bei der Bewertung der 16 APSK-Modi. Einmal, weil es dafür bereits sehr hohe Signalstärken braucht, die mit 90 cm Durchmesser nicht immer erreicht werden, weiter, weil sie meist für Datenübertragungen genutzt werden. Videoüberspielungen in 16 APSK sind noch vergleichsweise selten. So mussten wir etwa auf 0,8 Grad West mehrfach die Erfahrung machen, dass wir zwar 16 APSK-Signale loggen konnten und uns unsere Messungen eine Signalqualität von 100 Prozent attestierten. Von einwandfreier Bildwiedergabe war jedoch nicht annähernd zu sprechen. Trotzdem wir bis zu 17 dB über Grundrauschen erreichten, blieb es beim Pixelmatsch. Womit wir, je nach verwendetem Fehlerschutz bei 16 APSK mindestens mehr als 15 bis 17dB für einwandfreie Wiedergabe benötigt hätten. Im krassen Gegensatz dazu konnten wir dieselben Signale laut Messkurve auf bis zu 7,1 bis 10dB über Grundrauschen reduzieren, bevor der Empfang zusammenbrach. Weiter zeigte unser Empfangsequipment bei der Auswertung in APSK-Signalen immer wieder Schwächen, indem sie mal als 16-, dann wieder als 32-APSK oder gar mal als 8PSK mit variablen FEC-Parametern identifiziert wurden. Was letztlich auch ein Zeichen dafür ist, wie exotisch APSK-Modulationen noch für heute bereits erhältliche Receiver sind. All das hat es uns entsprechend schwer gemacht, zu den Signalstärken verbindliche Aussagen treffen zu können. Deshalb wollen wir sie nur als Richtwerte verstanden wissen.
Signalstärken im Detail
Die von uns ermittelten dB-Werte zeigen, bis zu welchem Mindestsignal gerade noch unbeeinträchtigter Empfang möglich ist. Zum Loggen eines Transponders braucht es allerdings um rund 0,2 bis 0,3 dB mehr. Ausstrahlungen in DVB-S mit QPSK-Modulation ist am einfachsten zu empfangen. Mit dem besten Fehlerschutz von 1/2 braucht es rund 2,0dB für perfekte Wiedergabe. Selbst bei der geringsten Fehlerkorrektur von 7/8, finden wir mit etwa 6,2dB das Auslangen. In QPSK ausgestrahltes DVB-S2 zeigt sich ähnlich gutmütig wie DVB-S. Es könnte sogar einen Tick leichter zu empfangen sein. Für DVB-S2 in QPSK mit einer FEC von 1/2 stand uns leider nur ein Datenkanal zur Verfügung. Dieser konnte laut PC-Receiver bis 0,5 dB über Grundrauschen geloggt werden. Was wir jedoch anzweifeln. Wahrscheinlich liegt der echte Mindestwert etwas über 1,5dB. DVB-S2 mit 8PSK-Modulation gilt als etwas anspruchsvoller. Was wir bereits vom Empfang von HD-Transpondern aus der Praxis kennen. 8PSK wird auf mehreren DX-Satelliten aber auch für SD genutzt. Für 8PSK haben wir mit der von uns gefundenen besten FEC von 3/5 mindestens 5,7dB über Grundrauschen benötigt. Für das weit verbreitete DVB-S2 in 8PSK mit einer FEC von 2/3 braucht es jedenfalls 6,4dB. Wobei dies bereits als unterster Gerade-noch-Grenzwert zu verstehen ist. bei noch geringerer FEC steigt die erforderliche Mindestsignalstärke rasch an. Bei 5/6 liegt sie bereits bei 9,3 dB. Was für kleine Campingschüsseln bereits eine echte Herausforderung sein kann. Bei einer FEC von 9/10 würden bereits 11,0 dB benötigt werden. Kaum brauchbare Werte konnten wir bei den 16-APSK-Modi ermitteln. Hätten wir uns alleine an den mit
EBS Pro ermittelten Signalstärken orientiert, hätten wir etwa bei einer FEC von 2/3 ab 7,1dB über Grundrauschen das Auslangen gefunden. Allerdings Stand uns für die Analyse nur ein Datenkanal zur Verfügung. Bei 16 APSK mit einer FEC von 8/9 stand uns zwar ein Videosignal zur Verfügung. Allerdings bekamen wir kaum mehr als einzelne Bildfragmente zu sehen. Was eine zu geringe Signalstärke vermuten ließ. Allerdings attestierte uns EBS Pro mit bis zu 17 dB über Grundrauschen längst ein perfektes Signal. Hätten wir uns alleine darauf konzentriert, hätten wir das Signal auf bis rund 13 dB reduzieren können. Da war das Bild aber schon längst nur mehr schwarz. Was aber auch daran gelegen haben könnte, dass unsere Software mit den Übertragungsparametern Probleme hatte. Richtig giftig wird es, wenn man sich an 32 APSK heranwagt. Egal, ob es mit einer noch gutmütigen FEC von ¾ oder mit 9/10 ausgestrahlt wird, giftig sind diese Signale allemal. Oft genug empfängt man eine 32 APSK-Frequenz und freut sich zunächst über die hohe Signalstärke, irgendwo zwischen 10 und 12 dB. Der Freude folgt aber schnell die Ernüchterung. Denn unter 13,5 dB tut sich unseren Erfahrungen nach, bei 32 APSK gar nichts. Zumindest haben wir mehrfach diese Erfahrung bei 32 APSK mit einer FEC von 3/4 gemacht. 32 APSK-Ausstrahlungen mit geringerer FEC waren zumindest während unserer Testphase nicht aufzufinden. Sie sollen bei einer FEC von 9/10 mindestens 16,3dB über Grundrauschen benötigen. Andere Quellen berichten von bis zu über 17,5 dB.