Übertragungsparameter der Satelliten

Die "International Telecommunication Union (ITU)" veranstaltet in regelmäßigen zeitlichen Abständen die "World Administrative Radio Conference (WARC)", auf der u.a. Übertragungsparameter wie
x3.gif (121 Byte) Orbitposition,
Frequenzen,
Polarisation,
x1.gif (121 Byte) Footprints,
Sendeleistungen und
xgdown.gif (845 Byte) Kanalzuweisungen festgelegt werden.

Satellitenkurs der Technikerschule Erlangen


Polarisation

Frequenzbänder

Satellitenübertragung findet wie die terrestrische Übertragung mit elektromagnetischen Wellen statt, nur in einem wesentlich höheren Frequenzbereich. Dabei unterscheiden sich die verwendeten Frequenzen je nach Art des Satellitendienstes und nach der Richtung:
Up- und Downlink-Frequenzen
    Erde >> Satellit
(Uplink)
Satellit >> Erde
(Downlink)
Mobilfunkdienste
(Mobile Satellite Service (MSS)
L-Band 1,6 GHz 1,5 GHz
Feste Funkdienste
(Fixed Satellite Service FSS)
S-Band 2 GHz 2 GHz
C-Band 6 GHz 4 GHz
Ku-Band 14 GHz 11/12 GHz
K-Band 18 GHz 12 GHz
Ka-Band 30 GHz 20 GHz
Bei Mobilfunkdiensten MSS (z.B. Inmarsat) findet die Funkverbindung zwischen den mobilen Teilnehmern und den Satelliten im L-Band statt, die Verbindung des Satelliten zur Erdfunkstelle (=FSS) im C-Band.

 

Frequenzbereiche für TV- und Rundfunkprogramme

In Amerika, Afrika und Asien findet TV-Übertragung über Satelliten teilweise im C-Band von 3,7 bis 4,2 GHz statt. Das erfordert große Empfangsschüsseln bis 3m Durchmesser.
Der überwiegende Teil der TV- und Rundfunkprogramme, v.a. in Europa, werden jedoch im Ku-Band mit 13 bis 14 GHz von der Erdfunkstelle zum Satellit abgestrahlt (uplink) und mit 11 bis 12 GHz wieder zur Erde transportiert (downlink). Dabei werden insgesamt 4 Frequenzbänder unterschieden:
Low-Band (11-GHz-Bereich) High-Band (12-GHz-Bereich)
Ku-1 Ku-2 DBS Ku-3
10,7 bis 10,95 GHz 10.95 bis 11,7 GHz 11,7 bis 12,45 GHz 12,45 bis 12,75 GHz
 

x3.gif (121 Byte) Astra hat auf seiner Position 19,2°Ost 4 Satelliten stationiert,
die im 11-GHz-Bereich 4x16=64 analoge TV-Kanäle und eine Vielzahl von Tonrundfunkanälen senden (Astra 1A, 1B, 1C, 1D). Die Kanalbandbreite beträgt jeweils 27MHz.

Auf der selben Position befinden sich 3 weitere Satelliten (Astra 1E, 1F, 1G), die im 12-GHz-Bereich mit insgesamt 56 Transpondern bis zu 10 TV-Programme oder Rundfunkprogramme je Transponder in digitaler Form senden.
Frequenzplan Astra1 auf 19,2°Ost
Frequenzplan Astra2 auf 28,2°Ost
 

Eutelsat hat auf seiner Position 13°Ost 5 Satelliten (Eutelsat II-F1, Hot Bird 1, 2, 3, 4), davon senden Eutelsat II-F1, Hot Bird 1 und Hot Bird 4 im wesentlichen im 11-GHz-Bereich und im 12-GHz-Bereich finden sich die Kanäle von Hot Bird 2 und 3 und noch einzelne Kanäle von Eutelsat II-F1 und Hot Bird 4. Die einzelnen Transponder haben unterschiedliche Bandbreiten 33 / 36 / 47 / 50 oder 72 MHz. Für analoge TV-Übertragung wird eine Bandbreite von 36 MHz je Kanal zur Verfügung gestellt

Frequenzplan Eutelsat auf 13°Ost

 

Übertragungsverfahren: analog / digital

Fernseh- und Rundfunksignale werden heute sowohl in analoger Weise wie auch in digitaler Form gesendet. Die Ausstrahlung von TV-Signalen in analoger Form erfolgt in der jeweiligen Landesnorm: also NTSC in USA und Japan, SECAM in Frankreich, PAL und PALplus in Deutschland und in den meisten anderen europäischen und überseeischen Ländern. Fernsehsignale wurden in Europa bis 1996 ausschließlich in analoger Weise übertragen, erst seitdem auch in zunehmender Weise in digitaler Form nach dem DVB-Standard (Digital Video Broadcasting) in verschiedenen Varianten. Der technische Vorteil der digitalen Übertragung gegenüber der analogen ist v.a. darin zu sehen, dass über einen Transponder statt einem analogen TV-Kanal ca. 10 digitale TV-Programme abgestrahlt werden können.
Digitale Audio-Signale (DAB: Digital Audio Broadcasting) sind schon seit 1989 zu empfangen. Im wesentlichen gab es dabei 2 Verfahren:
Über DFS Kopernikus wurde das Digitale Satelliten Radio (DSR) abgestrahlt, bevor 1998 der Betrieb eingestellt wurde.
Über Astra-Digital-Radio (ADR) kann man heute eine Vielzahl von Radioprogrammen empfangen. Gegenüber DSR arbeitet ADR mit dem Datenkompressionsverfahren MPEG Audio Layer 2, was weniger Bandbreitebedarf und damit eine wesentlich bessere Frequenzökonomie bedeutet. ADR wird nicht nur gesendet über die "digitalen" Satelliten Astra 1e, 1f und 1g, sondern auch in den Tonunterträgern der "analogen" Satelliten Astra 1a, 1b, 1c und 1d.
Sendeleistungen

Polarisation

Grundsätzlich werden die Signale in Form von elektromagnetischen Wellen abgestrahlt. Elektromagnetische Wellen haben eine elektrische und eine magnetische Feldstärkekomponente, die aufeinander senkrecht stehen. Die Polarisationsebene der Welle wird dabei über die elektrische Feldstärkerichtung definiert.
em-vert-.gif (2177 Byte)Horizontale Polarisation liegt demnach vor, wenn die elektrische Feldstärke waagrecht liegt und die magnetische Feldstärke senkrecht. Dagegen handelt es sich um vertikale Polarisation, wenn die elektrische Komponente senkrecht und die magnetische Komponente waagrecht sich befindet.
Durch Abstrahlung von Signalen in beiden Polarisationsebenen, lässt sich die Anzahl der Kanäle pro Satellit verdoppeln.

Aufgabe 3

 

Kanalzuweisung:

Im Low- (11GHz) und im High-Bereich (12GHz) können je nach verwendeter Bandbreite eine unterschiedliche Anzahl von Transpondern arbeiten. Im analogen Bereich wird von jedem Transponder 1 TV-Kanal und bis zu 12 (Astra), bzw. 8 Tonunterträger (Eutelsat) übertragen . Als Beispiel dient der Frequenzplan des Satelliten Astra 1A. Oberhalb der Frequenzachse werden die horizontal und unterhalb der Achse die vertikal abgestrahlten Kanäle gezeichnet:

Frequenzplan Astra 1A

 

Nachstehend abgebildet ist der vollständige Frequenzplan der Eutelsat-Position 13°Ost, der durch einen Doppelklick in ausreichender Größe und aktualisiert dargestellt wird:

xdeu.gif (837 Byte)  Durch Klicken erhalten Sie eine aktuelle und vergrößerte Darstellung

Aufgabe 4

 

Die Empfangsanlage auf der Erde kann dann in einem Frequenzbereich 2 Kanäle empfangen, wobei die Auswahl durch entsprechende Ausrichtung des Dipols im Empfangsteil der Satellitenantenne (Feedhorn, LNC) erfolgt.
dipol-h.gif (1594 Byte)dipol-v.gif (1662 Byte)Zum Empfang horizontal polarisierter Wellen muss der Dipol im Hohlleiter bei der Sende- wie auch bei der Empfangsantenne horizontal liegen, bei vertikal polarisierten Wellen entsprechend gedreht.
Zirkular polarisierte Wellen sind dadurch ausgezeichnet, dass sich ihre Polarisationsebene permanent dreht. Die Welle bewegt sich schraubenförmig durch den Raum. Je nach Drehrichtung unterscheidet man rechts- von linksdrehenden zirkular polarisierten Wellen.
pol-rz.gif (1930 Byte)pol-lz.gif (1925 Byte)
Der Ende der 80er Jahre in den Orbit geschossene TV-SAT, der als "Direct Broadcasting Satellite" mit hoher Sendeleistung für Direktempfang ausgestattet war, sollte seine Signale zirkular polarisiert senden. Einige wenige Satelliten senden noch zirkular polarisiert, z.B. Sirius, Thor, Gorizont oder teilweise Hispasat, jedoch spielen diese für den Empfang in Mitteleuropa keine Rolle.

Antennenleistung

Die Sendeleistung eines Transponders eines Medium-Power-Satelliten ist mit 50 bis 100W nicht allzu groß. Es ist deshalb notwendig, mit guten Richtantennen den Strahl (Beam) so zu bündeln, dass nur der Teil der Oberfläche davon beleuchtet wird, für den die Sendung vorgesehen ist. Eine Maßgabe dafür ist der Antennengewinn: das ist das Verhältnis der in Hauptstrahlrichtung abgegebenen Sendeleistung der Antenne zur in der gleichen Richtung abgegebenen Leistung eines einfachen Faltdipols, der eine gleichmäßige Rundumcharakteristik aufweisen würde.
Interessant ist nun nicht mehr die tatsächliche Antennenleistung, sondern nur noch die Leistung, die in die Hauptrichtung gestrahlt wird. Ein Faltdipol, der rundum diese erhöhte Leistung abgeben würde, müsste demnach eine wesentlich höhere Gesamtleistung erbringen. Diese äquivalente Strahlungsleistung EIRP (Effective Isotropic Radiated Power) gibt also die vergleichbare Sendeleistung eines fiktiven Faltdipols am Satelliten an und wird als relativer Pegel in dBW angegeben.
Low-Power-Satelliten haben eine EIRP von 32 - 40 dBW,
Medium-Power-Satelliten strahlen mit einer EIRP von 49 - 52 dBW ab
und High-Power-Satelliten mit ca. 60W.
Aufgabe 2

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Fachschule für Techniker der Stadt Erlangen
Letzte Änderung: Montag, 26. April 1999