Odbiór telewizji satelitarnej TV-SAT

Telewizja satelitarna od wielu lat jest jednym z głównych źródeł programów telewizyjnych. Istnieje równolegle do klasycznego, naziemnego odbioru radia i telewizji. Cechą charakterystyczną satelitarnego sposobu rozpowszechniania programów telewizyjnych jest możliwość pokrycia sygnałem ogromnych obszarów za pomocą jednego tylko nadajnika. Ponadto taki sposób emisji stwarza możliwość dotarcia z sygnałem do miejsc, na których budowa sieci nadajników naziemnych jest nieopłacalna bądź wręcz niemożliwa. W najprostszym przypadku odbiór telewizji satelitarnej jest realizowany za pomocą anteny TV-SAT z konwerterem i odbiornika satelitarnego podłączonego do telewizora.

Do odbioru satelitarnego jest przeznaczony zakres SHF od 3GHz do 30GHz. Dzięki dużej szerokości pasma jest możliwa duża ilość kanałów transmisyjnych. W ostatnich latach telewizja satelitarna rozwijała się burzliwie dzięki rozwojowi mikrofalowej techniki antenowa. Jej początki sięgają techniki linii radiowych i techniki radarowej, zaś strona naukowo-teoretyczna mikrofalowej techniki antenowej opanowała już chyba wszystkie zagadnienia podstawowe. Obecnie główny nacisk jest skierowany na aspekty technologiczne, w szczególności na technologię półprzewodnikową elementów elektronicznych.

Rodzaje satelitów

Już od połowy lat czterdziestych ubiegłego wieku istniały pierwsze propozycje zastosowania satelitów - jako stacji przekaźnikowych - do przesyłania informacji przy "połączeniu wzrokowym" między anteną nadawczą i odbiorczą. Do tego celu satelity nadają się doskonale. Składają się one z urządzenia odbiorczego i nadawczego (tzw. transponder). Sygnał jest doprowadzany do urządzenia odbiorczego satelity z naziemnej stacji radiowej w zakresie częstotliwości łącza nadającego do góry (up-link). Przy transmisjach radiodyfuzyjnych naziemna stacja radiowa otrzymuje sygnał ze studia. W satelicie sygnał jest odbierany, przekształcany, wzmacniany i za pomocą urządzenia nadawczego nadawany do określonego obszaru Ziemi (łącze do dołu, ang. down-link). Początkowo w transmisjach satelitarnych stosowano technikę analogową, obecnie ze względu na korzyści - jakie ze sobą niesie - cyfrową.

Bezpośrednie nadawanie sygnałów drogą radiową za pomocą satelitów okazało się bardzo korzystne, w szczególności przy wykorzystaniu tzw. satelitów geostacjonarnych (synchronicznych). Ten sposób emisji stwarza możliwość pokrycia sygnałem wielkich obszarów za pomocą jednego tylko nadajnika. Ponadto telewizja satelitarna dostarcza sygnał do obszarów, gdzie dotarcie w sposób tradycyjny byłoby niemożliwe lub ekonomicznie nieuzasadnione.

Satelity geostacjonarne znajdujące się nad równikiem Ziemi w odległości 35634km nad jej powierzchnią, tzn. na orbicie z promieniem około 42000km, lecą z prędkością około 11000km/h z zachodu na wschód. Przy tych warunkach prędkość kątowa satelitów jest równa prędkości obrotowej Ziemi. Taki satelita wydaje się - z punktu widzenia obserwatora znajdującego się na powierzchni Ziemi - "być nieruchomym" nad równikiem. Odbiorcze anteny satelitarne na Ziemi nie muszą więc ciągle nadążać (być naprowadzane) za takim nadajnikiem. Są one montowane na stałe i tylko raz dokładnie ukierunkowywane. Wyjątkiem są tutaj bardzo duże i silnie ogniskujące anteny z dużym zyskiem, które muszą być naprowadzane z powodu nieuniknionych małych wahań parametrów orbity satelity.

Istnieje tylko jedna geostacjonarna orbita satelitarna nad równikiem, na której muszą być umieszczone wszystkie satelity nadające programy telewizyjne i radiowe. Istnieją tutaj jednak międzynarodowe porozumienia. Każdemu nadawcy jest przydzielona odpowiednia pozycja, która odpowiada określonemu miejscu nad długością kątową Ziemi. Ponadto na każdej pozycji orbitalnej można umieścić kilka satelitów telekomunikacyjnych. Wraz z dalszym rozwojem techniki telekomunikacyjnej gęstość obłożenia orbity geostacjonarnej będzie coraz większa. Satelity mogą nadawać na jednakowych częstotliwościach, zatem nie mogą być stosowane anteny bardzo małe (z małym ogniskowaniem), choćby nawet ich wielkość wystarczała do uzyskania wystarczającego poziomu sygnału. Należy ponadto pamiętać, że anteny satelitarne z większym zyskiem i większą kierunkowością zapewniają lepszy odbiór TV w trudnych warunkach atmosferycznych.

Tabela 1. Wykaz częstotliwości satelitarnych up-link i down-link
Zakres [GHz] Up-link [GHz] Down-link [GHz]
30/20 27,0-31-0 17,7-21,2
14/11 12,7-13,25
14,0-14,8
17,3-18,1
10,7-12,75
8/7 7,9-8,4 7,25-7,75
6/4 5,85-7,075 3,4-4,2
4,5-4,8

W tabeli 1. dokonano przeglądu istotnych obecnie zakresów częstotliwości stosowanych w technice satelitarnej. Przedstawiono w niej zakresy częstotliwości stosowanych przy przesyłaniu sygnałów w kierunku ziemia-satelita (up-link) oraz w kierunku satelita-ziemia (down-link).

Od kilku lat telewizja satelitarna TV-SAT opiera się wyłącznie na technice cyfrowej. Satelitarna telewizja cyfrowa DVB-S (Digital Video Broadcasting - Satellite) wykorzystuje technikę przesyłania jednego kanału na jednej nośnej SCPC (Single Channel Per Carrier) oraz technikę przesyłania wielu kanałów na jednej nośnej MCPC (Multiple Channel Per Carrier). Do kompresji sygnałów audio-wideo stosuje się standard MPEG-2, MPEG-4 część 2 oraz H.264/MPEG-4 AVC.

Ostatnio coraz częściej nadawcy wykorzystują DVB-S2, który jest rozwinięciem DVB-S i w 2005 roku został uznany za jeden ze standardów nadawania. W Polsce jest wykorzystywany przez platformy cyfrowe. DVB-S2 umożliwia odbiór programów w wysokiej rozdzielczości przy zastosowaniu kompresji MPEG-4.

Obecnie na orbicie geostacjonarnej znajduje się wiele satelitów, które nadają różnorodne programy telewizyjne i radiowe do określonych obszarów ziemi. Same satelity, ich parametry i obłożenie programowe podlegają częstym i ciągłym zmianom. Aktualne stany można uzyskać z odpowiednich czasopism fachowych oraz aktualnych materiałów renomowanych producentów anten.

Odbiór telewizji satelitarnej TV-SAT

W przeciwieństwie do naziemnej techniki odbiorczej, przy projektowaniu której za podstawę muszą służyć ciągle odpowiednie pomiary na miejscu odbioru, przy odbiorze satelitarnym instalacja telewizyjna może być dokładnie zaprojektowana w sposób czysto obliczeniowy. I jest to stosunkowo proste. Z mocy nadawczej względnie gęstości strumienia mocy odbieranego satelity można określić dla zadanej jakości odbioru (C/N - stosunek nośna / szum) niezbędną średnicę anteny i współczynnik szumów instalacji odbiorczej. Omawianie tych zagadnień przekracza jednak ramy niniejszego opracowania. W codziennej praktyce najczęściej wystarczy doświadczenie instalatora lub obserwacja wielkości anteny u sąsiada.

Odpowiedni dobór wielkości anteny satelitarnej zapewnia bardzo dobrą jakość i stabilność odbioru. Jeżeli średnicę anteny zredukuje się z 0,9m do 0,6m, wówczas jej zysk zmniejsza się o co najmniej 3dB. To zaś oznacza, że w przypadku małej rezerwy należy się liczyć z chwilowym pogarszaniem się odbioru powodowanym przez niekorzystne warunki atmosferyczne. Mogą to być silne opady deszczu lub gradu oraz bardzo silne zachmurzenie. Przez stosunkowo duże odcinki czasu odbiór satelitarny będzie jednak dobry. Gęstość strumienia mocy zmienia się także w zależności od regionu; we wschodnich regionach Polski potrzebne są większe anteny satelitarne.

Prawidłowo zaplanowana instalacja satelitarna, właściwie dobrane elementy, to warunek konieczny, aby satelitarna telewizja cyfrowa mogła być odbierana bez zakłóceń. Zasadniczo odbiorcza instalacja telewizyjna TV-SAT dzieli się na trzy istotne grupy:
- odbiorcza antena satelitarna (przede wszystkim antena paraboliczna w różnych modyfikacjach, w tym offsetowa i rzadziej centralna),
- jednostka zewnętrzna (konwerter w różnych wykonaniach i części dodatkowe),
- jednostka wewnętrzna (tuner satelitarny, urządzenia stacji czołowej, wielofunkcyjny odbiornik TV).

Antena odbiorcza TV-SAT musi mieć wymagany zysk i wystarczającą kierunkowość, aby instalacja telewizyjna pracowała prawidłowo. Konwerter (jednostka zewnętrzna) przemienia odbierany zakres częstotliwości SHF względnie wiele zakresów częściowych na pierwszą częstotliwość pośrednią od 950 do 2150MHz, która jest przesyłana za pomocą jednego lub kilku kabli do jednostki wewnętrznej. Najpierw w głowicy odbiornika dokonuje się wyboru kanału z częstotliwości pośredniej (selektor kanałów), a następnie przeprowadza się demodulację sygnału. Na wyjściu otrzymuje się pasmo podstawowe (zakres częstotliwości wizyjnych, system PAL, fonia, dane). Tradycyjne pasmo podstawowe np. w systemie kolorowym PAL jest doprowadzane albo łącznie (sygnał composite), albo ze składowymi (R, G, B, Y, U, V, fonia, czasami dane) do telewizora poprzez złącza audio/video, SCART. Czasami sygnał za pomocą modulatora jest przenoszony w konwencjonalnym standardzie na dowolny niezajęty kanał (najczęściej od 30 do 40).

W antenowych instalacjach zbiorowych (AIZ) sygnały TV-SAT mogą być rozprowadzane do abonentów za pomocą multiswitchów (tzw. instalacje satelitarne sąsiedzkie). Do odbioru sygnałów TV-SAT jest przeznaczona wtedy jedna antena satelitarna ze specjalnym konwerterem typu Quattro. Sygnały z konwertera są doprowadzane do wejść multiswitcha, który służy do przełączania doprowadzonych do poszczególnych wejść sygnałów satelitarnych z różnych zakresów i polaryzacji oraz przesyłania ich do wielu tunerów TV-SAT. Dzięki takiemu rozwiązaniu wybór programów jest przeprowadzany niezależnie dla każdego odbiornika. W instalacji multiswitchowej każdy odbiornik TV-SAT pracuje, jakby był podłączony do własnej anteny satelitarnej. Instalacja multiswitchowa umożliwia również odbiór sygnałów z kilku satelitów i ich przesyłanie do wszystkich abonentów.

W większych antenowych instalacjach zbiorowych oraz w sieciach telewizji kablowej stosuje się obróbkę sygnałów satelitarnych. Sygnały po odebraniu są demodulowane i następnie modulowane zgodnie ze standardem sieci, w której pracują. Mogą to być sygnały DVB-T w antenowych instalacjach zbiorowych lub DVB-C w sieciach telewizji kablowej.

Antena satelitarna TV-SAT

To antena satelitarna jest tym pierwszym elementem warunkującym jakość otrzymywanego na końcu obrazu telewizyjnego. Wielkość reflektora anteny TV-SAT, jej ognisko i ukształtowanie promiennika w konwerterze muszą być dobrze dobrane w celu optymalnego wspólnego funkcjonowania. Jeżeli ogniskowanie promiennika jest za duże dla danej wielkości reflektora, wówczas właściwie jest oświetlana tylko odpowiednio mała część reflektora i zysk całkowity anteny jest za mały (gorszy współczynnik wykorzystania powierzchni). Jeżeli jednak ogniskowanie promiennika jest stosunkowo małe (duży kąt otwarcia charakterystyki pierwotnej), wówczas znaczne części energii pierwotnej są wypromieniowywane poza krawędzią reflektora (overspill) i znikają z kierunku promieniowania głównego - skutkiem jest zbyt mały zysk. Zysk całkowity anteny parabolicznej wynika z sumy zysku powierzchni (uwzględnienie współczynnika skuteczności powierzchni) i zysku promiennika.

Przy antenach parabolicznych promiennik konwertera LNB (Low Noise Box) jest umieszczany w ognisku anteny. LNB jest mocowany mechanicznie za pomocą wsporników. Przy centralnym umieszczeniu konwertera występuje częściowe zasłanianie powierzchni reflektora. Udział procentowy cienia pochodzącego z konwertera staje się odpowiednio większy przy mniejszych średnicach anten. Dlatego też zasilanie centralne jest stosowane w praktyce tylko przy stosunkowo dużych antenach parabolicznych, przy których cień konwertera jest procentowo nieznaczny i możliwy do pominięcia.

Antena satelitarna paraboliczna zasilana centralnie
Antena satelitarna paraboliczna Televes
zasilana centralnie

Wady te są całkowicie wyeliminowane przy stosunkowo małych czaszach dzięki zasilaniu offsetowemu. Przy tym reflektor czaszy jest kształtowany jako odpowiedni wycinek paraboli, zaś LNB jest umieszczany całkowicie poza drogą promieni padających na reflektor. Współczynnik skuteczności anteny zmniejsza się jednak przy antenach offsetowych, ponieważ powierzchnia apertury jest mniejsza niż powierzchnia geometryczna. Jednak zalety zasilania offsetowego przeważają, w szczególności gdy chodzi o małe anteny satelitarne.

Antena satelitarna paraboliczna offsetowa
Antena satelitarna paraboliczna Televes offsetowa

Mniejsze oświetlenie na krawędziach reflektora oznacza zwiększenie tłumienia listków bocznych, z drugiej strony również wyraźny spadek zysku i przez to pogorszenie przeciętnej kierunkowości anteny. W praktyce odbioru satelitarnego można przyjąć, że anteny paraboliczne są optymalnymi typami anten (dotyczy to zarówno anten zasilanych centralnie, jak i offsetowo). Widać to zresztą w praktyce. Przy antenach parabolicznych należy podkreślić również to, że reflektor sam w sobie nie jest zależny od częstotliwości i polaryzacji odbieranych sygnałów TV-SAT. Te parametry są określane wyłącznie przez promiennik i elementy elektroniczne.

Dla wszystkich rodzajów anten parabolicznych nie istnieją elektryczne najwyższe granice zysku i kierunkowości (w przeciwieństwie do wszystkich innych typów anten). Granica tych właściwości jest określona wyłącznie przez wielkość anteny i zatem przez konieczne koszty. Główną właściwością przy satelitarnych antenach odbiorczych obok wymaganego zysku jest kierunkowość, która staje się coraz bardziej znacząca przy wielości odbieralnych satelitów i coraz bardziej zmniejszającym się odstępem pozycji orbitalnych. Tzn. anteny bezpieczne przyszłościowo muszą mieć minimalną kierunkowość (najlepiej jednak możliwie dużą), aby przy odbiorze wielu satelitów w jednakowym zakresie częstotliwości osiągać wymaganą selektywność określaną przez kierunkowość anteny.

Całkiem oczywistą zaletą przy odbiorze TV-SAT - w przeciwieństwie do odbioru naziemnego - jest to, że dzięki dużej kierunkowości anten odbiorczych nie istnieją żadne zakłócenia powodowane przez odbicia. Dzięki temu odbiór telewizji satelitarnej jest preferowany przez to coraz bardziej, o ile tylko pożądane programy mogą być osiągane przez satelity.

Każda satelitarna antena odbiorcza musi być dokładnie ukierunkowana na satelitę. Wymagane jest ustawienie kąta wzniesienia (elewacja) i ustawienie w płaszczyźnie poziomej (azymut). Mocowanie anteny musi umożliwiać takie ustawianie. W praktyce rozróżnia się tzw. zawieszenia azymut/elewacja i tzw. zawieszenia "polarmount".

Ustawianie azymutu i elewacji
Ustawianie azymutu i elewacji anteny TV-SAT
(rysunek zaczerpnięto z materiałów Televes)

Pierwszy rodzaj z służy do stałego ustawiania anteny na jednego satelitę, drugi rodzaj umożliwia odchylanie anteny do odbioru wielu względnie wszystkich dostępnych satelitów TV. Do zdalnego sterowania systemów "polarmount" jest jeszcze niezbędny siłownik antenowy w połączeniu z pozycjonerem. Pozycjonery występują jako samodzielne urządzenia, bądź też są częścią odbiorników satelitarnych. Pozycjonery umożliwiają automatyczne ukierunkowywanie anteny "polarmount" przy wywołaniu pożądanego programu (ponieważ wszystkie dane są zapamiętywane). W celu zapewnienia możliwości przesyłania sygnałów z kilku satelitów w antenowej instalacji zbiorowej (AIZ) i sieci telewizji kablowej należy zastosować odpowiednio kilka anten. Z reguły stosuje się wtedy oddzielną antenę dla każdego satelity.

W Polsce najbardziej popularne są dwie bliskie siebie pozycje geostacjonarne. Na 13oE nadaje Hot Bird, zaś na 19,2oE nadaje Astra. Przy czym na obu pozycjach orbitalnych pracuje po kilka satelitów. Dzięki niewielkiej odległości kątowej możliwy jest równoczesny odbiór programów z obu pozycji. Do tego celu przeznaczony jest specjalny sposób mocowania konwerterów tzw. "zez". Rozwiązanie to polega na umieszczeniu jednego konwertera w ognisku i drugiego w jego pobliżu tej samej anteny.

Mocowanie zez 7508 do 2. konwertera anten 800mm TELEVES
Mocowanie zez 7508 Televes
2. konwertera do anten 800mm

Często zamiast dwóch konwerterów jest stosowany konwerter typu monoblock. I chociaż to rozwiązanie jest przeznaczone tylko dla bliskich pozycji satelitarnych, to praktycznie wyeliminowało z odbioru domowego konieczność stosowania siłowników i pozycjonerów.

Układ multifeed
Odbiór TV-SAT z wielu satelitów w układzie multifeed

Produkowane są również specjalne anteny satelitarne wieloogniskowe przeznaczone do montowania wielu konwerterów (układ typu multifeed), dzięki którym możliwy jest odbiór telewizji z 3-4 satelitów. W zasadzie są to jednak rozwiązania przeznaczone do odbioru indywidualnego. W przypadku stacji czołowych przeznaczonych zarówno do antenowych instalacji indywidualnych, jak i telewizji kablowej stosuje się oddzielne anteny dla każdej pozycji satelitarnej.

Konwerter satelitarny LNB

Do jednostki zewnętrznej poza anteną należy jeszcze kompletny system zasilający (potocznie nazywany konwerterem), który służy do przetworzenia energii SHF z ogniska anteny parabolicznej w sygnał elektryczny, do jego wzmocnienia i odpowiedniej przemiany na częstotliwość pośrednią. W skład kompletnego konwertera LNB (Low Noise Box) wchodzi promiennik, przełącznik polaryzacyjny i konwerter LNC. Właściwy konwerter (LNC - Low Noise Converter) służy do elektronicznej przemiany częstotliwości mikrofalowych 10,70...12,75GHz na pierwszą p.cz. satelitarną 950...2150MHz. Ponadto konwerter wzmacnia sygnał oraz zapewnia możliwość przełączania sygnałów emitowanych w polaryzacji poziomej i pionowej oraz przełączania między pasmami Low Band (10,70...11,7GHz) i High Band (11,7...12,75GHz). LNC różnią się w zasadzie tylko pod względem współczynnika szumów i osiąganego współczynnika wzmocnienia.

Należy też zauważyć, iż podawane przez niektórych producentów wartości szumów rzędu 0,1dB graniczą raczej z magią niż odzwierciedlają rzeczywistość. Poza tym transmisja cyfrowa stawia przed konwerterem nieco inne wymagania. Dotyczą one przede wszystkim stabilności pracy oscylatora lokalnego (heterodyny). I to jest najważniejsze, a nie wyśrubowane współczynniki szumów, czy wzmocnienia.

Budowa konwertera satelitarnego

W skład LNB wchodzi również - oprócz konwertera elektronicznego LNC - promiennik. Kiedyś nieodłączną częścią konwertera był również przełącznik polaryzacyjny. Przełączniki polaryzacji nie są obecnie stosowane w praktyce, dlatego pominiemy ich omawianie. Należy wspomnieć jedynie, że na początku rozwoju techniki satelitarnej występowały przełączniki mechaniczne, później pojawiły się przełączniki magnetyczne. Od wielu lat dostępne są jedynie konwertery zintegrowane, stąd też niewielu pamięta o tych bardzo istotnych elementach.

Promienniki służą do zbierania energii skupianej w ognisku anteny odbiorczej i do przekształcania jej w falę rozchodzącą się w falowodzie. Ponieważ w praktyce chodzi o wszystkie możliwe polaryzacje (liniowa; pozioma i pionowa oraz kołowa; prawo- i lewoskrętna), ogólnie jest stosowany tutaj falowód kołowy. W najprostszym przypadku otwarty na końcu falowód kołowy może służyć jako promiennik. Ponadto praktycznie stosowane są promienniki stożkowe, rowkowane i wielokrotne współosiowe różnie wymiarowane. Promiennik w swoim wymiarowaniu musi być dopasowany do anteny parabolicznej lub innych rodzajów anten. W najprostszym przypadku promiennik może być przymocowany bezpośrednio do konwertera LNC.

Fotografia wnętrza konwertera satelitarnego
Wnętrze konwertera satelitarnego

Na powyższej fotografii przedstawiono wnętrze konwertera satelitarnego. Można tutaj zauważyć antenki służące do odbioru sygnałów mikrofalowych obu polaryzacji.

Schemat blokowy konwertera satelitarnego LNB
Schemat blokowy konwertera satelitarnego LNB

Na początku toru elektrycznego konwertera satelitarnego znajdują się wzmacniacze niskoszumowe LNA (Low Noise Amplifier). Wzmacniają one sygnał mikrofalowy obu polaryzacji uzyskiwany za pomocą antenek umieszczonych w promienniku. Po wstępnym wzmocnieniu sygnał jest kierowany do rozgałęźników. Z wyjść rozgałęźników sygnał jest doprowadzany do mieszaczy. Do każdego mieszacza jest również doprowadzany sygnał heterodyny. Częstotliwość tego sygnału wynosi w zależności od zakresu 9,75GHz (Low Band) lub 10,6GHz (High Band). Na wyjściu każdego mieszacza otrzymuje się sygnał częstotliwości pośredniej, który po selektywnym wzmocnieniu jest doprowadzany matrycy przełączającej. Przełącznik jest sterowany napięciem zasilającym 14/18V (odpowiednio polaryzacja pozioma H i polaryzacja pionowa V) i sygnałem 0/22kHz (odpowiednio Low Band i High Band). W ten sposób - w zależności od podanych sygnałów sterujących - otrzymujemy na wyjściu konwertera pożądany sygnał częstotliwości pośredniej IF TV-SAT.

Konwerter satelitarny SINGLE

Podstawowym typem jest konwerter pojedynczy SINGLE umożliwia odbiór TV-SAT na jednym tunerze. Obecnie stosuje się w zasadzie tylko konwertery pełnopasmowe (FULL-BAND, UNIVERSAL) przystosowane do odbioru sygnałów nadawanych w zakresach 10,70-11,70GHz i 11,70-12,75GHz. Najczęściej w sprzedaży występują konwertery z przełączaną częstotliwością heterodyny 9,75/10,60GHz. Przy takim konwerterze tunery satelitarne z głowicą pracującą w zakresie 950-2150MHz nie mają żadnych braków w odbiorze. Ponadto tuner TV-SAT powinien mieć możliwość przełączania pasm za pomocą sygnału 22kHz. Polaryzację przełącza się napięciem 14/18V służącym do zasilania konwertera.

Konwerter SINGLE 7475 Televes
Konwerter satelitarny
SINGLE 7475 Televes

Pełnozakresowy konwerter SINGLE może pracować w jednym z czterech następujących stanów:
a) polaryzacja pionowa, zakres dolny 10,7...11,75 GHz - napięcie 14V, sygnał 0kHz,
b) polaryzacja pionowa, zakres górny 11,75...12,75 GHz - napięcie 14V, sygnał 22kHz,
c) polaryzacja pozioma, zakres dolny 10,7...11,75 GHz - napięcie 18V, sygnał 0kHz,
d) polaryzacja pozioma, zakres górny 11,75...12,75 GHz - napięcie 18V, sygnał 22kHz.
Z tego względu pojedynczy konwerter typu SINGLE może współpracować z jednym tylko odbiornikiem, który steruje jego pracą.

Konwerter satelitarny MONOBLOCK

Swego rodzaju odmianą konwertera SINGLE jest konwerter MONOBLOCK. Są to w zasadzie 2 konwertery umieszczone we wspólnej obudowie razem z przełącznikiem DiSEqC. Ten typ konwertera służy do odbioru sygnałów z dwóch satelitów (Hot Bird i Astra) na jednym tunerze. Takie rozwiązanie eliminuje konieczność stosowania dwóch oddzielnych konwerterów pracujących w układzie "zeza". Wybór satelity oraz przełączanie zakresów częstotliwości i polaryzacji jest sterowane przez tuner satelitarny. Opisany powyżej konwerter Monoblock Single ma jedno wyjście.

Konwerter MONOBLOCK 7611 Televes
Konwerter satelitarny
Monoblock Single 7611 Televes

Dotychczasowe kryteria przełączania instalacji satelitarnej - 14/18V i 22kHz - bazują na sygnałach analogowych, które są po prostu doprowadzane z tunera do kabla współosiowego. Nowoczesne tunery satelitarne są przystosowane do pracy (sterowania) w systemie DiSEqC. Ta technologia wykorzystuje technikę cyfrową do sygnalizacji poleceń. Stąd też pochodzi nazwa Digital Satellite Equipment Control. Zasadę działania systemu DiSEqC przedstawiono na końcu opracowania.

Konwerter satelitarny TWIN

Dwa wyjścia ma konwerter TWIN. W zasadzie są to 2 niezależne konwertery w jednej obudowie. Ponieważ na każdym z wyjść można otrzymać sygnały obu polaryzacji, to dzięki takiemu konwerterowi można podłączyć do jednej anteny dwa tunery satelitarne (do każdego z wyjść 1 tuner). Takie rozwiązanie umożliwia niezależny odbiór programów TV-SAT.

Konwerter TWIN
Konwerter satelitarny
Twin 7478 Televes

Konwerter satelitarny MONOBLOCK TWIN

Należy podkreślić, że występuje również konwerter Monoblock Twin. Taki konwerter obsługuje dwa odbiorniki TV-SAT, doprowadzając do nich niezależnie sygnały z dwóch satelitów. Wybór satelitów oraz przełączanie zakresów częstotliwości i polaryzacji jest sterowane przez tunery satelitarne. Konwerter Monoblock Twin ma - analogicznie jak klasyczny Twin - dwa wyjścia.

Konwerter Monoblock Twin
Monoblock Twin LMTP-04H

Konwerter satelitarny QUATTRO

Konwerter QUATTRO ma 4 niezależne wyjścia: 10,7-11,7GHz z polaryzacją V, 10,7-11,7GHz z polaryzacją H, 11,7-12,7GHz z polaryzacją V i 11,7-12,75GHz z polaryzacją H i jest przeznaczony do instalacji satelitarnych sąsiedzkich z multiswitchami oraz do stacji czołowych antenowych instalacji zbiorowych AIZ i telewizji kablowej TVK.

Konwerter satelitarny quattro 747701 Televes
Konwerter satelitarny
quattro 747701 Televes

Na wyjściach konwerterów QUATTRO są stosowane następujące oznaczenia:
HH(Horizontal High - zakres częstotliwości 11,75 - 12,75GHz)- sterowanie 18V/22kHz,
HL(Horizontal Low - zakres częstotliwości 10,7 - 11,75GHz)- sterowanie 18V/0kHz,
VH(Vertical High - zakres częstotliwości 11,75 - 12,75GHz)- sterowanie 14V/22kHz,
VL (Vertical Low - zakres częstotliwości 10,7 - 11,75GHz)- sterowanie 14V/0kHz.

Sygnały telewizji satelitarnej z poszczególnych wyjść konwertera Quattro są doprowadzane do wejść multiswitcha. Może to być multiswitch o dowolnej ilości wyjść. W ten sposób za pomocą jednej anteny TV-SAT z konwerterem Quattro można bardzo łatwo doprowadzić sygnał nawet do kilkudziesięciu odbiorników. W przypadku zastosowania multiswitchów kaskadowych można w ten sposób zapewnić dobry odbiór TV-SAT nawet przez kilkaset odbiorników. (O multiswitchach piszemy w odrębnym artykule.)

Konwerter satelitarny QUAD

Konwerter QUAD z wbudowanym multiswitchem 4/4 jest przeznaczony do odbioru programów telewizji satelitarnej nadawanych z jednego satelity na czterech pracujących niezależnie tunerach. W sensie funkcjonalnym można go traktować jako cztery konwertery pełnozakresowe umieszczone w jednej obudowie i działające niezależnie od siebie.

Technologia QUAD w technice satelitarnej
Konwerter satelitarny quad AK54-XT2 MTI
Konwerter satelitarny
quad AK54-XT2 MTI
Sumator rtv-sat quad SWE 4-01 AXING
Sumator rtv-sat quad
SWE 4-01 AXING

W przypadku konieczności wprowadzenia sygnałów naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T do instalacji antenowej należy zastosować specjalny sumator RTV - QUAD. Na przykład sumator SWE4-01 Axing sumuje sygnały z wyjść konwertera Quad z sygnałem TV naziemnej i umożliwia przesłanie sygnału sumacyjnego do czterech gniazd RTV SAT. Sumator SWE4-01 Axing ma rozbudowaną filtrację na poszczególnych wejściach i dobrą separację pomiędzy wejściami SAT i RTV. Przy takim rozwiązaniu możliwe jest podłączenie czterech niezależnie pracujących tunerów satelitarnych i dostęp do sygnałów radia i naziemnej telewizji cyfrowej.

Konwerter satelitarny OCTO

Istnieje również konwerter OCTO z wbudowanym multiswitchem 4/8 przeznaczony do odbioru programów telewizji satelitarnej na ośmiu pracujących niezależnie tunerach. Można go traktować jako osiem konwerterów pełnozakresowych umieszczonych w jednej obudowie, które działają niezależnie od siebie.

Konwerter OCTO
Konwerter satelitarny Octo
IDLB-OCTL40 Inverto

Urządzenie eliminuje - co prawda - konieczność stosowania multiswitcha, ale niestety wymaga doprowadzenia ośmiu kabli na dach do anteny satelitarnej. No i pozostaje jeszcze problem wprowadzenia programów radiowych i programów naziemnej telewizji cyfrowej DVB-T do instalacji antenowej.

Odbiornik satelitarny

Konwencjonalne odbiorniki telewizyjne nie mogą obrabiać sygnałów pierwszej p.cz. TV-SAT, zatem niezbędne są specjalne urządzenia. Odbiornik satelitarny TV-SAT ma zasadniczo zadanie, aby z doprowadzonej pierwszej p.cz. dokonać wyboru kanału (tuner, selektor kanałów), spowodować niezbędną selekcję i wzmocnienie oraz zdemodulować sygnał satelitarny. W ten sposób otrzymuje się pasmo podstawowe. Na odpowiednich złączach odbiornika jest zwykle do dyspozycji sygnały audio i wideo. Sygnały te mogą być doprowadzane np. bezpośrednio do odbiornika TV. Na występującym wyjściu w.cz. jest do dyspozycji również remodulowany kompletny sygnał TV w kanale UHF zgodnym z normami telewizji naziemnej.

Schemat blokowy odbiornika satelitarnego
Schemat blokowy odbiornika satelitarnego

Sygnał jest demodulowany w części wejściowej, gdzie przeprowadzana jest również korekcja błędów. Następnie dane trafiają do demultipleksera strumienia transportowego. Demultiplekser rozdziela poszczególne programy, sygnały fonii i wizji oraz dane sterujące. Dalej sygnał audio jest demodulowany w dekoderze audio, przetwarzany do postaci analogowej w konwerterze cyfra/analog i przekazywany do wyjść audio oraz do modulatora UHF. Zawarte w pakietach audio sygnały synchronizujące zapewniają synchronizację wizji i fonii.

Informacje dotyczące obrazu są przetwarzane w innym dekoderze. Otrzymane dane służą do odtworzenia sygnału wizyjnego. Procesor wizyjny odtwarza sygnały CVBS, S-VHS oraz RGB, które są następnie doprowadzane do odpowiednich wyjść oraz do modulatora UHF.

Cyfrowa telewizja satelitarna niesie ze sobą wiele korzyści. Dzięki stosowanej w systemach cyfrowych kompresji sygnałów telewizyjnych jest możliwa transmisja programów z większą rozdzielczością lub transmisja większej ilości kanałów ze standardową rozdzielczością przy tej samej szerokości pasma. Cyfrowa kompresja obrazu i dźwięku stwarza możliwość przesyłania od 4 do 16 razy więcej programów telewizyjnych (przy systemach MPEG-2 oraz MPEG-4), niż w przypadku telewizji analogowej przy wykorzystaniu podobnego pasma. I to jest podstawowa przewaga, jaką ma telewizja cyfrowa nad analogową. Należy bowiem podkreślić, iż w telewizji analogowej również dałoby się przesyłać programy telewizyjne z wielką rozdzielczością. Jednak niezbędne do tego szerokości pasma byłyby nie do przyjęcia ze względów ekonomicznych. Do zalet technologii cyfrowej należy dodać jeszcze możliwość wprowadzenia wielu funkcji dodatkowych.

Najważniejszymi parametrami określającymi odbiór telewizji cyfrowej są:

  • SL (Signal Level) - poziom odbieranego sygnału.
  • SQ (Signal Quality) - jakość odbieranego sygnału; określa możliwości odbioru i jest wypadkową BER i sygnału użytecznego.
  • SR (Symbol Rate) - szybkość transmisji symboli w ciągu sekundy = 2*ilość bitów (jeden symbol to 2 bity).
  • FEC (Forward Error Correction) - korekcja błędów przy cyfrowych transmisjach; określa ilość bitów nadmiarowych w sygnale, których przeznaczeniem jest naprawa uszkodzonych danych powstałych w wyniku zakłóceń.
  • BER (Bit Error Rate) - bitowa stopa błędów transmisji, która określa prawdopodobieństwo wystąpienia przekłamania w strumieniu przesyłanych informacji. Wskaźnik BER jest obliczany jako stosunek liczby bitów przekłamanych po stronie odbiorczej do całkowitej liczby bitów wysłanych.

Do najczęściej spotykanych odbiorników satelitarnej telewizji cyfrowej należy zaliczyć:

  • odbiorniki satelitarne FTA umożliwiające tylko odbiór kanałów niekodowanych,
  • odbiorniki z wbudowanym modułem dostępu warunkowego umożliwiające odbiór kanałów kodowanych tylko w ściśle określonych systemach kodowania,
  • odbiorniki satelitarne CI (Common Interface) umożliwiające podłączenie zewnętrznego modułu dostępu warunkowego przeznaczonego do rozkodowywania konkretnych systemów,
  • odbiorniki dedykowane do konkretnych platform cyfrowych działające najczęściej tylko z kartą platformy (wyjęcie karty powoduje natychmiastową blokadę odbiornika);
  • odbiorniki z wbudowanym dyskiem twardym umożliwiające nagrywanie programów.

Tuner satelitarny OPTICUM X80 RF
Tuner satelitarny OPTICUM X80 RF

Odbiorniki satelitarne CI - ang. Common Interface są wyposażone w złącze umożliwiające podłączenie modułów dekodujących. Takie rozwiązanie umożliwia rozszerzanie odbiornika o możliwość pracy z różnych systemach kodowania. Zatem odbiornik w 2 złączami CI zapewnia podłączenie do niego 2 modułów umożliwiających odbiór 2 różnych kodowanych platform telewizji cyfrowej. Kupując taki tuner mamy urządzenie uniwersalne, które można rozbudować. Nie należy o tym zapominać już przy zakupie tunera satelitarnego, gdyż później nie da się już zamontować takiego złącza. A w zasadzie każdy system kodowania platform telewizji cyfrowej jest dostępny w postaci modułu. Należy oczywiście pamiętać, iż do prawidłowej pracy należy jeszcze do każdego modułu włożyć aktywną kartę abonamentową. W zasadzie wszystkie odbiorniki telewizji satelitarnej z modułami dostępu warunkowego umożliwiają odbiór programów niekodowanych FTA.

Kabel koncentryczny do instalacji TV-SAT

Dobór kabla do instalacji satelitarnej jest determinowany przede wszystkim tłumieniem w zakresie częstotliwości pracy. Ponieważ są to wielkie częstotliwości, to i wymagania dotyczące kabla są niemałe. Stąd też instalacje satelitarne wymagają stosowania przewodów koncentrycznych o żyle środkowej 1,13mm. Takie przewody mają wartości tłumienia między 25dB/100m przy częstotliwości 1750MHz i około 28dB/100m przy 2150MHz. Dielektryk w porządnych kablach jest obecnie wykonywany metodą spieniania fizycznego poprzez wstrzykiwanie azotu do polietylenu pod wysokim ciśnieniem. Chociaż kable koncentryczne ze spienionym dielektrykiem są odporne na wilgoć, to jednak na zewnątrz należy stosować kable specjalnie do tego przeznaczone.

Do instalacji zewnętrznej są przeważnie zalecane powłoki zewnętrzne uodpornione na promieniowanie ultrafioletowe. Jeżeli kable będą układane w ziemi, to wskazane jest również, aby były to kable żelowane.

Kabel koncentryczny zewnętrzny SAT-1,15 Digital
Kabel koncentryczny zewnętrzny SAT-1,15 Digital

Przykładem takiego kabla jest SAT-1,15 Digital z ekranowaniem typu triset zapewniającym bardzo wysoki współczynnik ekranowania. Powłoka tego kabla jest wykonana z czarnego polietylenu odpornego na promieniowanie ultrafioletowe i na czynniki atmosferyczne. Wypełnienie ośrodka kabla specjalnym żelem zabezpiecza przed ewentualną penetracją wody. Wykonany metodą spienienia fizycznego dielektryk zapewnia dodatkową odporność na wilgoć. Kabel koncentryczny SAT-1,15 Digital może być układany bezpośrednio w ziemi, w kanalizacji kablowej lub na zewnątrz budynków.

Jeżeli kabel współosiowy z wtykiem są podłączone na wolnym powietrzu, to należy zastosować specjalne środki uszczelniające. Przy obudowach odpornych na warunki atmosferyczne obejmujących wszystkie elementy montażowe takie dodatkowe środki nie są konieczne.

W przypadku instalacji wewnętrznej można zastosować już kable tańsze. Wśród nich można znaleźć kable typu triset i tri-shield różniące się budową ekranu i wynikającym stąd współczynnikiem ekranowania.

Kable koncentryczne do instalacji TV-SAT wewnątrz budynków
Kabel koncentryczny CTF-113 Digital typu triset
Kabel koncentryczny CTF-113 Digital typu triset
Kabel koncentryczny CTF-100 Tri-Shield
Kabel koncentryczny CTF-113 Tri-Shield

W kablu CTF-113 Digital typu triset ekran jest wykonany z dwustronnej folii Al/Pet/Al przyklejonej do dielektryka oraz z oplotu o gęstości 90%. Z kolei w kablu CTF-113 Tri-shield ekran jest wykonany z folii Al/Pet przyklejonej do dielektryka, z oplotu o gęstości 80% oraz dodatkowej folii Al/Pet przyklejonej do powłoki zewnętrznej. Dzięki dodatkowej folii kabel tri-shield ma lepszą skuteczność ekranowania. Dzięki temu może być z powodzeniem stosowany nawet w rozbudowanych instalacjach multiswitchowych.

Cyfrowa technika DiSEqC

Nowoczesne systemy satelitarne mają coraz częściej znacznie szersze możliwości sterowania poszczególnymi elementami, niż produkowane na początku techniki satelitarnej. Oprócz standardowego już przełączania polaryzacji napięciem 14/18V i pasma częstotliwości sygnałem 22kHz stosuje się sterowanie cyfrowe. Przesyłanie poleceń DiSEqC jest realizowane za pomocą kluczowania sygnału 22kHz. Sygnał 22kHz jest nakładany na napięcie zasilania konwertera. Technika DiSEqC działa według zasady Single-Master / Multi-Slave. Jedynym szefem (Master) w systemie jest odbiornik. Wszystkie inne elementy urządzenia, jak konwertery lub przełączniki wielokrotne (multiswitche) są poddanymi (Slaves). Tylko Master może wysyłać polecenia. Od poziomu 2.0 Slaves mogą również odpowiadać i potwierdzać otrzymane polecenia. Zbiór danych DiSEqC składa się z bajtu startowego (Header), bajtu adresowego i bajtu polecenia (Kommando). Dodatkowo może jeszcze występować bajt danych. Jedna sekwencja danych trwa około 54 milisekund.

* Bajt startowy określa, kto wysyła zbiór danych. To może być Master (polecenie) lub też w DiSEqC poziom 2.0 również Slave (odpowiedź).
* Za pomocą bajtu adresowego są powiadamiane bezpośrednio poszczególne elementy. Jeżeli wiele jednakowych elementów jest stosowanych w jednej instalacji antenowej, to istnieje wystarczająco adresów rezerwowych.
* W bajcie polecenia są przesyłane komendy sterujące (np. pasmo dolne, polaryzacja pozioma).
* Jeżeli jest niezbędne przesyłanie danych dodatkowych, wówczas nadaje się bajt danych.

Wewnątrz jednej instalacji elementy DiSEqC mogą być instalowane równolegle lub kaskadowo. Przy pracy równoległej wielu identycznych elementów (z jednakowym adresem DiSEqC) może na początku dojść do konfliktu, który rozwiązuje się przez odpowiednie przeprogramowanie odbiornika (Master). Ponieważ DiSEqC wysyła każde polecenie trzykrotnie raz za razem, to można podłączyć aż do trzech kaskadowanych elementów.
Elementy DiSEqC rozpoznaje się na pierwszy rzut oka po logo. Istnieje ono w zależności od poziomu w czterech różnych formach, przy czym wszystkie równoważnie mogą być stosowane obok siebie:
- standard (czarny napis),
- standard z dodatkowym tekstem: "Digital Satellite Equipment Control",
- inwersja (biały napis),
- inwersja z dodatkowym tekstem.

Aktualnie obowiązują następujące standardy DiSEqC:

  • DiSEqC 1.0 - sygnał cyfrowy umożliwiający przełączanie maksymalnie do 4 konwerterów,
  • DiSEqC 1.1 - sygnał cyfrowy umożliwiający przełączanie maksymalnie do 16 konwerterów,
  • DiSEqC 1.2 - sygnał cyfrowy umożliwiający przełączanie maksymalnie do 16 konwerterów i obsługę obrotnicy,
  • DiSEqC 2.0 - sygnał cyfrowy umożliwiający przełączanie maksymalnie do 16 konwerterów, obsługę obrotnicy oraz zwrotne potwierdzanie przełączenia.

Obecnie napięcie zasilania konwertera satelitarnego jest przełączane i wynosi 14/18V. Gdy zostaną zastosowane tylko elementy DiSEqC, napięcie zasilające wyniesie 12V, ponieważ przełączanie polaryzacji (pozioma / pionowa) również jest przejmowane przez DiSEqC. Kompatybilność w fazie wprowadzania polega na tym, że DiSEqC pracuje również z dotychczasowymi napięciami 14 i 18V. Dzięki sygnalizacji niezależnej od poziomu napięcia (bez przełączania 14/18V) znikną znane problemy progu przełączania spowodowane spadkami napięć na przewodach. Poza tym większość konwerterów pracuje z wewnętrznym napięciem zasilania wynoszącym 12V. Dotychczas 6V z 18V jest przetwarzane w ciepło. Również odbiorniki zyskują na tej zmianie. Zasilacz może być mniejszy i potrzebuje mniej energii.

Prostym przykładem zastosowania omawianej techniki jest przełącznik satelitarny DiSEqC v.2.0. Ma on 2 wejścia i 1 wyjście, dzięki czemu umożliwia podłączenie 2 konwerterów SINGLE do 1 odbiornika satelitarnego.

Przełącznik satelitarny DiSEqC 2.0 SPU 21-02 Axing
Przełącznik satelitarny DiSEqC 2.0 SPU 21-02 Axing

Technika DiSEqC 2.0 stwarza jednak więcej możliwości, niż tylko podłączenie dwóch konwerterów do jednego tunera. Na poniższym rysunku przedstawiono przełącznik DiSEgC 2.0 SPU 41-02 AXING, który umożliwia podłączenie czterech konwerterów SINGLE do 1 tunera tv-sat.

Przełącznik satelitarny DiSEqC 2.0 SPU 41-02 Axing
Przełącznik satelitarny DiSEqC 2.0 SPU 41-02 Axing

Oczywiście ten przełącznik satelitarny może być stosowany również w przypadku czterech konwerterów pracujących w systemie "multifeed" przy jednej antenie wieloogniskowej.

Autor: Aleksy Kordiukiewicz

Ofertę sprzętu do odbioru telewizji satelitarnej wraz z opisami, fotografiami i kartami katalogowymi można obejrzeć w naszym katalogu internetowym AVAL.