Moderní multimediální elektronika (U3V) Prezentace č. 5 Digitální satelitní přijímače pro standard DVB-S/S2 Prof. Ing. Václav Říčný, CSc. Ústav radioelektroniky, FEKT VUT v Brně
Digitáln lní satelitní přijímače pro standard DVB-S (DVB-S2) 1 Úvod Geostacionární satelity (družice) jsou umístěny na geostacionární dráze v rovině rovníku ve výšce cca 36 tisíc km. Doba oběhu satelitu je 24 hodin, takže pozorovateli na zemském povrchu se jeví ve stálé poloze. Na palubě je umístěna řada tzv. transpondérů (přijímač - vysílač). Ty přijmou TV signál, vysílány po vzestupné dráze ( tzv. up link) ze Země), převedou jej do příslušného kmitočtového pásma, zesílí a vysílají v sestupné dráze (tzv. down link) na příslušnou část zemského povrchu. V současné době význam analogového satelitního vysílání klesá a prosazuje se digitální vysílání ve standardu DVB-S (S2) Šířka kmitočtového pásma kanálu 36/72MHz umožňuje rychlost datového toku při modulaci QPSK až 280 Mbitů/s. Tomu odpovídá až 10 TV programů standardní kvality.
2 Kmitočtová pásma geostacionárního družicového (satelitního) vysílání Označení pásma Kmitočtový rozsah [GHz] Směr spoje Druh služby - Šířka pásma [MHz] Ku 10,90-11,70 z družice PDS 800 11,70-12,50 z družice RDS 800 12,50-12,75 z družice PDS 250 12,75-13,25 na družici PDS 500 13,75-14,30 na družici PDS 550 17,30-18,30 na družici PDS 1000 Ka 17,70-20,02 z družice PDS 2500 20,20-21,20 z družice pohyblivá 1000 22,50-23,00 z družice RDS 500 27,00-30,00 na družici PDS 3000 30,00-31,00 na družici pohyblivá 1000 Experiment 40,20-42,50 z (na) družici RDS 2300 Poznámka - PDS - pevná družicová služba původně družicová komunikace mezi pevnými profesionálními pozemními stanicemi s výkonnými přijímacími anténami, RDS - rozhlasová družicová služba určená pro individuální příjem (větší výkony a menší počet transpondérů). Dnes se již, vlivem velké citlivosti drutelitních přijímačů, rozdíly mezi službami PDS a RDS smazávají.
Digitální satelitní vysílání ve standardu DVB-S se uskutečňuje ve formě a) volně přijímatelného vysílání FTA Free to Air, b) vysílání s podmíněným přístupem CA Conditional Acces (placená televize - - Pay TV. V tomto případě jsou data kódována (enkryptována). Enkryptovacích systému je řada a jsou vzájemně nekompatibilní (např. VideoGuard, Crypto- Works, Irdeto, BetaCrypt, CodiCrypt, Viaccess aj. Pro příjem různě enkryptovaných programů musí být přijímač vybaven odpovídajícími dekodéry (dekryptory) a přístupovými kartami, které jsou inicializovány po zaplacení příslušných poplatků provozovateli programu a oživují dekryptor v přijímači. Ukázka umístění kanálů transpondérů na satelitu ASTRA 3A (23,5 E) V kanálu F3 (šířka pásma 72 MHz) je vysílá např. český transpondér CS Link. Je umístěn na satelitu Astra 3A (28,2 E - kmitočet 12,525 GHz. Ve standardu DVB-S vysílá digitální televizní programy ČT1, ČT2, ČT24, PRIMA, Galaxie sport, CS Film, Top TV a 7 digitálních stereo rozhlasových programů. Televizní programy jsou
enkryptovány (kromě ČT24) systémem Cryptoworks. Rozmístění starších satelitů nad střední Evropou (stav 1997). V posledních létech přibyla řada satelitů např. ASTRY 2A, 2B, 2D, Eurobird 1 na posici 28,2 E, ASTRY 1G,H, 2C na posi- Ci 19,2 E a řada dalších. Tyto satelity mívají na palubě 15 až 35 transpondérů s výkonem více jak 80 W. Podrobné údaje lze získat na Internetu - např. http://www.parabola.cz Ukázka vyzařovacího diagramu satelitu ASTRA 2A na zemském povrchu s vyznačením průměrů přijímacích antén kvalitní příjem
Např. z posice 28,2 E, kde jsou umístěny satelity ASTRA 2A, 2B, 2D, Eurobird 1 je vysíláno celkem 620 digitálních televizních programů v kmitočtovém pásmu Ku (10,7 12,7 GHz). Z toho je 372 kódovaných (VideoGuard - VDG, CryptoWorks CRW a 248 je vysíláno volně (FTA). Ukázka výpisu parametrů malé části digitálních transpondérů satelitů ASTRA 2A, 2B, 2D, Astra 3A umístěných na posicich 28,2 E a 23,5 E Název průměr kmitočet program jazyk bit.rychl. kódový enkrypce paraboly [GHz]/ [Mbit/s.] poměr [cm] polarizace Sky Welcome 80 12,382/H mozaika anglicky 27500 2/3 VDG Sky Box Office 51 80 12,382/H filmy PPV anglicky 27500 2/3 VDG Sky Box Office 60 80 12,382/H filmy PPV anglicky 27500 2/3 VDG Sky Box Office 61 80 12,382/H filmy PPV anglicky 27500 2/3 VDG Prima Televize 70 12,525/V zábava česky 27500 3/4 CRW ČT 1 70 12,525/V všeobecný česky 27500 3/4 CRW ČT 2 70 12,525/V všeobecný česky 27500 3/4 CRW ČT 24 70 12,525/V zprávy česky 27500 3/4 CRW ČT 4Sport 70 12,525/V sport česky 27500 3/4 CRW Galaxie sport 70 12,525/V sport česky 27500 3/4 CRW CS Film 70 12,525/V filmy česky 27500 3/4 CRW
3 Struktura (digitálního) satelitního přijímače Kromě vlastního družicového přijímače (tzv. vnitřní jednotky) jsou ostatní bloky stejné pro analogové i digitální televizní vysílání z geostacionárních satelitů. Jeho základní funkční bloky tvoří 3.1 směrová anténa nejčastější provedení a) parabolická, b) ofsetová - výřez paraboly (nejpoužívanější), c) Cassegrain (s hyperboloidním odrážečem), d) planární (matice propojených dipólů) aj.
Principy směrových antén pro družicový příjem Rotační parabola Ofsetová anténa Planární anténa
3.2 Vstupní jednotka LNB, LNC (Low Noise Block, Convertor) je umístěna v ohnisku antény. Uskutečňuje se v ní nízkošumové zesílení a směšování signálu pro příjem ve dvou kmitočtových subpásmech Ku. Přepínání se děje elektricky z vnitřní jednotky pomocí střídavého signálu 22 khz (aktivace spíná horní pásmo). 3.3 Polarizér je součástí vstupní jednotky. Uskutečňuje rozdělení (výběr) přijímaného signálu podle polarizace vektoru E elektrické složky vysílané elektromagnetické vlny (provedení mechanické nebo magnetické). Je rovněž ovládán elektricky z vnitřní jednotky. Změna polarizace (H V horizontální nebo vertikální) se uskutečňuje změnou napájecího napětí LNB (17 V pro horizontální a 13 V pro vertikální polarizaci). 3.4 Vnitřní jednotka vlastní družicový přijímač. Části 3.1 až 3.3 jsou stejné pro analogové i digitální přijímače. Struktura vnitřních jednotek je již odlišná. Ve vnitřní jednotce digitálního přijímače se uskutečtečňuje 2. směšování (výběr programu), zesílení, digitální demodulace QPSK, dekomprese MPEG 2 a případně enkrypce (dekódování) signálu televize s podmíněným přístupem CA (Conditional Acces). Tyto přijímače jsou proto složitější a dražší než analogové.
3.5 Vnitřní jednotka satelitního přijímače pro příjem vysílání DVB-S2 umožňuje přijímat signály vysílané ve zlepšeném digitálním standardu DVB-S2, který doplňuje a rozšiřuje standard DVB-S o další modulační metody kromě modulace QPSK a komprese MPEG-2 umožňuje také modulace 8 PSK, 16 APSK, 32 APSK a využití kompresního algoritmu MPEG-4 AVC aj. Je určen především pro HDTV vysílání, distribuci digitálních televizních signálů k pozemním vysílačům, distribuce typu point-to-point (např. přenos zpravodajských příspěvků z terénu) pomocí satelitních spojů. Vsoučasné době již na několika transpondérech probíhá zkušební satelitní vysílání televize s vysokým rozlišením HDTV (nikoliv Full HDTV) ve standardu DVB-S2 např. z několika transpondérů na satelitech konsorcia ASTRA (Astra 3A na 23,5 E, ASTRA 1D (19,2 E) aj. Zlepšený standard DVB-S2 umožňuje kromě modulace QPSK i spektrálně účinnější modulaci 8 PSK a účinnější kompresi MPEG 4 AVC. Příjem signálů DVB-S i DVB-S2 vyžaduje speciální satelitní přijímač vybavený demodulátorem obou modulací (DVB-S i DVB-S2) a dekodéry MPEG-2 i MPEG-4 AVC. Tyto přijímače tak umožňují i příjem původního vysílání DVB-S, ale jsou výrazně dražší.
Poznámka K příjmu satelitního televizního vysílání lze použit rovněž stolnípočítač PC nebo notebook vybavený PC kartou pro příjem ve standardu DVB-S s odpovídajícím programovým vybavením. Karta plnohodnotně nahrazuje vnitřní jednotku digitálního satelitního přijímače. Obraz je reprodukován buď na monitoru počítače, nebo na obrazovce či zobrazovači televizoru, se kterým je počítač propojen (pokud je vybaven video výstupem).
4 Příjem signálů z více družic lze uskutečňovat několika způsoby 4.1 přepínáním signálů ze dvou (více) antén, 4.2 přepínáním signálů ze dvou i více LNB (vstupních jednotek) umístěných na stejné anténě (multifeed). Nevýhodou je menší zisk antény ve srovnání s kolmo a ve středu umístěným LNB a tedy i nižší citlivost přijímače Multifeed pro 2 LNB Multifeed pro 5 LNB
4.3 natáčením antény s jedním vícepásmovým LNB pomocí tzv. rotátoru (posicionéru) dálkově ovládaného z vnitřní jednotky po koaxiálním kabelu digitálními povely řídicího systému DiSEqC (Digital Stellite Equipment Control). Rotátor s jedním motorem Při směrování antény na jinou družici je nutno změnit azimut α i elevační úhel EL. To by vyžadovalo dva dálkově ovládané pohony. Zjednodušení konstrukce a pohonů lze dosáhnout odklonem osy natáčení antény o úhel deklinace v tzv. polárním závěsu (polarmount). Při natáčení antény pouze v horizontálním směru (ve směru azimutu) se mění současně i elevační úhel osy antény a sleduje tak přibližně orbitální dráhu družice tzv. polární dráhu. Odchylka od ideální polární dráhy stoupá zvětšuje se zeměpisnou šířkou polohy antény přijímače. Motor rotátoru Digipower SG 2100 Odklon osy otáčení o deklinaci C V obrázku platí EL + B = 90º tedy Rotátor s lineárním motorem EL + A + C = 90º
5 Propojení satelitního přijímače s televizorem se uskutečňuje - nejčastěji v základním kmitočtovém pásmu spojením AV výstupu (video) satelitního přijímače s AV vstupem televizoru (konektory SCART, RCS-Cinch, S-video), - ve vf. (RF) kmit. pásmu spojením vf. analogového výstupu satelitního přijímače, který je obvykle nastavitelný na 30. až 40. kanál) s anténním vstupem televizoru. Je to méně kvalitní propojení pro starší televizory, které nemají žádné AV vstupy, - digitálním AV propojením. Digitální satelitní přijímače s vestavěným hard diskem mohou mít kromě analogového AV výstupu i digitální seriové rozhraní USB pro propojeni s PC. V některých přijímačích lze k propojení digitálního audio-signálu použít rozhraní S/P DIF (Sony/Philips Digital Interface).
Poznámka Digitální satelitní přijímače pro příjem HDTV (standard DVB-S2)s odpovídajícím dekodérem MPEG-4 AVC umožňují propojení s HDTV zobrazovači kvalitnějším digitálním rozhraním DVI (Digital Video Interface) nebo HDMI (High Definition Multimedia Interface) s možností přenosu digitálních dat až do rychlosti 5 Gbitů/s. 6 Satelitní příjem pro více účastníků Výběr programu (kanálu) se uskutečňuje ve vnitřní jednotce. Pro skupinový satelitní příjem (více účastníky) s možností nezávislého výběru programu je nutné, aby každý měl svou vnitřní jednotku. V případě více účastníků se užívá více jedkanálových vnitřních jednotek pro několik vybraných satelitních kanálů z jednoho nebo i více satelitů. Pro nezávislé přepínání signálů z více antén (přepínání polarizace a kmitočtového pásma) jsou užívány elektronicky řízené vícevstupové anténní přepínače (tzv. multiswitche) řízené z vnitřních jednotek signály povelového systému DiSEqC. Signály z kanálových jednotek jsou amplitudově modulovány a vloženy na nosné kmitočty neobsazených kanálů domovní společné antény (obvykle na tzv. S-kanály).
Další a podrobnější informace najdete např. [1] BRADÁČ, J.: Televizní satelitní příjem v ČSSR. Nakladatelství CRIS a UNILINE, Praha 1991 [2] BRADÁČ, J.: Satelitní technika populárně. Nakladatelství GRADA, Praha 1994 [3] Internetové stránky: http://www.satcodx.com, http://parabola.cz [4] KRIEBEL,H.: Satelliten-Radio/TV-Empfang. Franzis-Verlag GmbH, Munchen, 1991