Kabelnetzbetreiber oder Satellitenbetreiber strahlen ihr Programmangebot schon lange nicht mehr analog, sondern nur noch digital aus. Der dabei benutzte Standard nennt sich Digital Video Broadcast, kurz DVB. Wir erläutern Ihnen hierzu die wichtigsten Zusammenhänge und möchten unter andrem auf folgende Fragen eingehen.

  • Was versteht man unter einem Frequenzband?
  • Wie sind die Frequenzbänder eingeteilt?
  • Welchen Vorteil und welchen Nachteil bieten Frequenzbänder mit geringeren Frequenzen im Vergleich zu Bändern mit höheren Frequenzen?
  • Was ist ein Transponder bzw. eine Transponderfrequenz?
  • Was bedeutet DVB?
  • Wodurch wird die Übertragung von 4k-Inhalten erst möglich?

Einteilung der Frequenzbänder (Frequenzbereiche)

Für die Telekommunikation hat man das nutzbare elektromagnetische Spektrum je nach Frequenz in unterschiedliche Bereiche eingeteilt. Diese Frequenzbereiche werden auch als Frequenzbänder oder kurz als Bänder bezeichnet. Die Aufteilung ist letztlich ein einziges Wirrwarr, da verschiedene Organisationen die Frequenzbereiche trotz identischer Bezeichnungen anders definieren.

Die untere Abbildung zeigt die Einteilung der Frequenzbereiche zum einen nach der ITU (Internationale Fernmeldeunion) (ITU) und zum anderen gemäß der NATO (North Atlantic Treaty Organization), sowie nach der IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers). Zudem sind die Frequenzen gemäß den typischen Bändern wie sie im Bereich Radio/Fernsehen genutzt werden, angegeben (Quelle: Wikipedia ).

Einteilung der Frequenzbereiche für die Telekommunikation nach unterschiedlichen Definitionen
Abbildung: Einteilung der Frequenzbereiche für die Telekommunikation nach unterschiedlichen Definitionen

Beachten Sie, dass je nach genutztem Standard, sich trotz identischer Bezeichnung, andere Frequenzbereiche ergeben. So erstreckt sich das UHF-Band gemäß der Definition der ITU von 300 MHz bis 3 GHz. Das IEEE definiert das UHF-Band jedoch nur von 300 MHz bis 1 GHz. Auch das K-Band ist gemäß der NATO anders definiert als von der IEEE. Zudem unterteilt das IEEE das K-Band in ein unteres K-Band (Ku) zwischen 12 GHz und 18 GHz, und in ein oberes K-band (Ka) zwischen 27 GHz und 40 GHz. Obwohl das IEEE ein internationaler Verband ist, steht der Buchstabe K tatsächlich für das deutsche Wort “Kurz”. Der eigentlich im Index stehende Buchstabe “u” wiederum steht für das englische Wort “under” (zu Deutsch: “unter”). Ku meint gemäß dem IEEE somit das untere Kurzband. Ka meint hingegen das obere Kurzband (“a” für above, zu Deutsch: oben).

Frequenzbänder für das Satellitenfernsehen

Die Telekommunikationssatelliten für das Fernsehen in Europa nutzen typischerweise das Ku-Band, dessen Frequenz zwischen 12 GHz und 18 GHz liegt (tatsächlich ragen die genutzten Übertragungsfrequenzen des Satellitenfernsehens also auch in das X-Band hinein). Andere Länder wie bspw. Amerika nutzen andere Bänder. z.B. das C-Band. Je nachdem welches Band für die Übertragung der Satellitensignale genutzt wird, benötigen Sie auch andere LNBs, welche die Übertragungsfrequenzen um den richtigen Wert verringern.

Möchten Sie mit ihrer Schüssel bspw. Signale von außereuropäischen Satelliten im C-Band empfangen, dann benötigen Sie speziell für das C-Band ausgelegte LNBs. Beachten Sie jedoch, dass für das C-Band meist deutliche größere Schüsseln erforderlich sind, da die geringeren Frequenzen im C-Band sich nicht so stark bündeln lassen. Dies müssen Sie durch eine größere Schüssel kompensieren. Vorteil der weniger starken Bündelung ist jedoch, dass die Satellitenschüssel nicht so exakt ausgerichtet werden muss als dies im Ku-Band der Fall ist.

Transponder: Die Einnahmequelle der Satellitenbetreiber

Rundfunkveranstalter, müssen letztlich ihre TV-Inhalte irgendwie zum Kunden bringen. Beim Kabelfernsehen zahlen die Sender den Kabelnetzbetreiber hierfür Geld, damit diese ihre Sender ausstrahlen. Beim Satellitenfernsehen funktioniert dies im Prinzip genauso. Die Rundfunkveranstalter zahlen den Satellitenbetreibern Geld, damit sie den Satelliten als Sendeanlage nutzen dürfen. Die Rundfunkveranstalter schicken hierzu ihre Inhalte über spezielle Antennen auf einer Bodenstation zum Satelliten hoch. Ein solches Hochsenden der Inhalte wird als als Uplink bezeichnet. Der Satellit strahlt diese Inhalte dann in Richtung der Satellitenschüsseln aus. Dieses Heruntersenden der Daten vom Satellit zu den Satellitenschüsseln wird auch als Downlink bezeichnet.

Als Uplink bezeichnet man das Senden von Daten zu einem Satelliten und als Downlink das Senden der Daten von einem Satelliten.

Aus Sicht der Satellitenbetreiber wäre ziemlich unwirtschaftlich für jeden Rundfunkveranstalter einen eigenen Satelliten ins All zu schicken. Deshalb hat ein Telekommunikationssatellit in der Regel viele kleine Sendeeinheiten. Ein Rundfunkveranstalter mietet sich vom Satellitenbetreiber letztlich eine solche Sendeeinheit gegen teures Geld. Diese Sendeeinheit wird auch als Transponder bezeichnet. Per Uplink sendet der Rundfunkveranstalter dann Daten zum Transponder hoch und dieser strahlt sie anschließend per Downlink wieder in Richtung Erde ab. Die Astra-Satelliten auf der Position 19,2 Ost haben über 100 solcher Transponder.

Würde nun aber jeder Transponder mit derselben Frequenz seine Inhalte senden, dann könnten die verschiedenen Sender nicht mehr auseinander gehalten werden. Damit es kein solches Durcheinander an Signalen gibt, arbeitet jeder Transponder innerhalb einer gewissen Bandbreite (typischerweise 36 MHz für das Ku-Band) mit seiner eigenen Frequenz, die sogenannte Transponderfrequenz.

In vergangenen Zeiten des Analogfernsehens ordnete man tatsächlich jedem Transponder nur ein bestimmter Sender zu. Im digitalen Zeitalter hat sich dies jedoch geändert, sodass mehrere Sender gleichzeitig über einen Transponder bzw. eine Transponderfrequenz gesendet werden können. Die Sender teilen sich praktisch die Bandbreite des Transponders untereinander auf, was umgerechnet einer Bitrate von ungefähr 40 MBit/s pro Transponder entspricht.

Als Transponder bezeichnet man eine Empfänger-Sende-Einheit, die Daten empfängt und mit einer bestimmten Frequenz wieder abstrahlt, die sog. Transponderfrequenz.

Egal ob analog oder digital: elektrische Signale als Informationsträger

Jede Art der modernen Telekommunikation nutzt elektrische Signale (d.h. elektrische Spannungen), um damit Informationen zu übertragen. Bei Satellitenfernsehen, Kabelfernsehen und Antennenfernsehen (terrestrischem Fernsehen) ist dies nicht anders. Früher hat man die elektrische Spannung hierzu kontinuierlich verändert um Informationen zu erzeugen, wobei vereinfacht ausgedrückt jeder Spannungswert eine bestimmte Bild- oder Toninformation darstellt. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Analogsignalen bzw. analogem Fernsehen. Ein Nachteil von solchen analogen Informationen ist unter anderem, dass sich diese durch Störeinflüsse sehr leicht verfälschen. Die Spannung wird dann größer oder kleiner und erzeugt andere Informationen.

Heutzutage nutzt man deshalb digitale Signale, wobei diese letztlich weiterhin durch elektrische Spannungen erzeugt werden. Die elektrischen Spannungen werden dabei aber nicht mehr kontinuierlich interpretiert, sondern ist in diskrete Bereiche unterteilt. Jeder Bereich steht salopp für eine andere Information. Somit verfälschen Störeinflüsse innerhalb gewisser Grenzen den Informationsgehalt nicht.

Der weitaus größere Vorteil der Digitalisierung ist aber, dass man mittels spezieller Algorithmen die übertragenen Inhalte komprimieren kann, ohne die eigentliche Information wahrnehmbar zu verfälschen. Man kann somit denselben Informationsgehalt mit deutlich weniger Aufwand senden als im analogen Fall. Umgekehrt bedeutet dies, dass die zur Verfügung stehende Bandbreite eines Transponders mit mehr Sendern belegt werden kann. Die Satellitenbetreiber verdienen mit einem Transponder somit deutlich mehr Geld. Erst solche Kompressionsmethoden machen die Übertragung von HD- und 4k- oder auch 8k-Inhalten wirtschaftlich überhaupt möglich! Später mehr zu diesem Thema.

Analogabschaltung

Bereits seit dem Jahre 2012 strahlen die Satelliten keine analogen Signale mehr aus (sog. Analogabschaltung). Das Satellitenfernsehen ist somit bereits seit Jahren vollständig digitalisiert. Das terrestrische Fernsehen setzt sogar schon seit dem Jahre 2009 nur noch auf digitale Übertragungstechniken. Auch das Kabelfernsehen blieb von der Analogabschaltung bzw. Digitalisierung nicht verschont. Die letzten Kabelnetzbetreiber schalteten das analoge Signal im Jahre 2019 ab und speisen ihre Sender nur noch digital ins Kabelnetz ein.

An dieser Stelle möchten wir auf ein häufig anzutreffendes Missverständnis näher eingehen, was die Begriffe “digital” und “analog” betrifft. Es ist dabei wichtig zu verstehen, dass sowohl beim analogen als auch beim digitalen Fernsehen das Signal an sich dasselbe ist, nämlich eine zeitlich veränderliche elektrische Spannung. Lediglich die Erzeugungs- und Interpretationstechniken dieser veränderlichen Spannung ist in beiden Fällen unterschiedlich.

Die Begriffe digital und analog beziehen sich also vielmehr auf die Erzeugungs- und Interpretationstechniken des elektrischen Signals als auf die Übertragungstechnik an sich. Demzufolge werden Informationen dem eigentlichen Sinne nach nicht digital übertragen, sondern nur digital interpretiert. Solche Begrifflichkeiten mögen vielleicht Haarspalterei sein; wir gehen aber deshalb darauf ein, weil tatsächlich immer noch manche Hersteller mit “digital-tauglichen Koaxialkabeln” werben. Dies suggeriert als bräuchte man für Digitalfernsehen spezielle digitale Koaxialkabel. Dem ist aber nicht so, denn es sind vom Wesen her dieselben elektrischen Signale, nur die Interpretation ist anders.

Deshalb musste auch kein Endkunde seine alten Koaxialkabel beim Umstieg von Analog- auf Digitalfernsehen durch “digital-taugliche” Kabel ersetzen. Von Seiten der Kunden mussten nur die analogen Endgeräte (TV bzw. Receiver) durch digitale Endgeräte ersetzt werden, um die elektrischen Signale als digitale Informationseinheiten (“Datenpakete”) interpretieren zu können.

Digital Video Broadcast (DVB): Der Übertragungsstandard

Im Zuge der Digitalisierung mussten sich die Endgeräte-Hersteller und die Telekommunikationsfirmen auf eine gemeinsame “digitale Sprache” verständigen. Damit ist sichergestellt, dass die Telekommunikationsfirmen wissen, wie sie die elektrischen Signale senden müssen und die Endgeräte-Hersteller wissen, wie sie diese Signale zu interpretieren haben. Der Standard auf den man sich gemeinsam festgelegt hat, nennt sich Digital Video Broadcasting, kurz: DVB (zu deutsch: Digitale Video-Übertragung).

Natürlich hat das Satellitenfernsehen ganz andere Anforderungen an die Technik als Kabelfernsehen oder Antennenfernsehen (terrestrisches Fernsehen). Deshalb gibt es unter diesem DVB-Standard verschiedene Untergruppen. Für das Satellitenfernsehen nennt sich der Standard DVB-S und fürs Kabelfernsehen DVB-C (engl. Cable für “Kabel”) und für das terrestrische Fernsehen DVB-T. Darüber hinaus existieren noch die Bezeichnungen DVB-S2 und DVB-T2; dies sind aber nur Erweiterungen des DVB-Standards. Sie erlauben bspw. leistungsfähigere Kompressionsmethoden, um auch 4k-Inhalt wirtschaftlich übertragen zu können.

Datenkompression (Datenkomprimierung)

Wie bereits erwähnt, zeigt sich der große Vorteil der Digitalisierung in der Möglichkeit die Informationen vor dem Senden zu komprimieren. Somit können bei gleichbleibender Datenmenge mehr Informationen (d.h. mehrere Sender oder hochauflösendere Sender) auf einmal übertragen werden, was für die Kabelnetzbetreiber bzw. Satellitenbetreiber natürlich deutlich wirtschaftlicher ist. Für eine solche Datenkompression wurden spezielle Algorithmen entwickelt. Für die digitalen Sender in Standard-Qualität (SD-TV) wird die Videokodierung nach dem MPEG-2 Standard mit dem Videocodec H.262 durchgeführt.

Nach der Kodierung beim Kabelnetzbetreiber oder Satellitenbetreiber und der anschließenden Übertragung zum Empfangsgerät, müssen die digitalen Daten wieder dekomprimiert werden. Dies erfordert spezielle Hard- und Software des Empfangsgerätes (Receiver oder TV). Genau dies war der Grund weshalb mache Kunde, die noch analoge Endgeräte besaßen, diese durch digitale ersetzten mussten. Denn nur diese sind in der Lage die komprimierten Daten wieder zu dekomprimieren. An dieser Stelle sein nochmals ausdrücklich erwähnt: Das Koaxialkabel hat mit der Digitalisierung überhaupt nichts zu tun!

HD-Inhalte haben durch ihre rund doppelt so hohe Auflösung, eine ca. vierfach höhere Bildinformation (“Pixel”). Damit aber HD-Inhalte nicht die vierfachen Datenmengen benötigen, entwickelte man leistungsfähigere Kompressionsmethoden. Die komplexeren Algorithmen stellen natürlich auch höheren Anforderungen an die Hard- und Software, denn diese müssen schließlich die Kompression bzw. Dekompression durchführen. Die Entwicklung neuer Algorithmen geht also nicht von heute auf morgen.

Das Ergebnis für die Kompression von HD-Inhalten war schließlich das Containerformat MPEG-4 mit dem weiterentwickelten H.264 Videocodec (und ist es auch immer noch). Dieser Videocodec ist wesentlich leistungsfähiger als der bei SD-Inhalten zum Zuge kommende H.262 Codec; bei entsprechend erhöhtem Rechenaufwand natürlich. Dies bedeutet aber, dass HD-Inhalte im Vergleich zu SD-Inhalten eine unwesentlich höhere Datenmenge erfordern!

Einen ähnlichen Entwicklungssprung in der Kompressionstechnik machte man mit der Weiterentwicklung des H.264 Codecs. Das Ergebnis ist der Nachfolge-Codec H.265, auch bekannt unter dem Namen HEVC (High Efficiency Video Coding). Dieser Codec ist in der Lage Inhalte so stark zu komprimieren, dass sie auf einen Transponder passen.

Alle genannten Codecs arbeiten letztlich immer nach demselben Prinzip. Stark vereinfacht, wird dabei nicht jedes Bild einzeln gesendet, sondern nur Veränderungen, die sich von Bild zu Bild ergeben. Dies ist auch davon abhängig, wie schnell sich Objekte im Bild bewegen. Denn sich schnell bewegende Objekte müssen für die menschliche Wahrnehmung nicht so detailreich dargestellt werden wie statische Objekte. Man kann also bei schnell bewegten Bildern deutliche stärkere Qualitätseinbußen tolerieren, ohne dass dies tatsächlich wahrgenommen wird.