In der Satellitenübertragungstechnik sind die gesendeten Informationen auf sogenannten Empfangsebenen verteilt. Dies ist auch der Grund weshalb für die Verteilung des Satellitenfernsehen in der Regel eine sogenannte Sternstruktur nötig. Deshalb geht dieser Artikel näher auf die Übertragung und Verarbeitung der Satellitensignale ein. Folgende Fragen soll dieser Artikel unter anderem klären:

  • Wozu dient der LNB?
  • Weshalb werden zwei Frequenzbänder für die Übertragungstechnik genutzt?
  • Warum werden die Satellitensignale unterschiedlich polarisiert?
  • Was sind Empfangsebenen (ZF-Ebenen) und wodurch zeichnen sich diese aus?
  • Was versteht man unter Frequenzband und Polarisation?
  • Wozu dienen Multischalter?

Die Aufgabe des LNB

Weshalb schickt eigentlich der Telekommunikationssatellit die Satellitensignale nicht direkt zum Receiver, sondern zunächst zum LNB (siehe Artikel Satellitenanlage: Grundlagen zur Installation)?

Der LNB ist deshalb nötig, weil die vom Satelliten ausgestrahlten Signale im Hochfrequenzbereich zwischen 10,70 GHz und 12,75 GHz liegen. Erst durch eine solch hohe Frequenz lassen sich die Satellitensignale weitestgehend ohne Energieverlust durch die Erdatmosphäre hindurch übertragen. Für die anschließende Übertragung der Signale über ein Koaxialkabel ist diese hohe Frequenz hingegen völlig ungeeignet. Dabei gilt: Je höher die Frequenz, desto stärker die Dämpfung. Die Signale erfahren bei hohen Frequenzen also eine zu starke Dämpfung. Anschließend würde kaum noch ein brauchbares Signal am Receiver ankommen.

Für eine möglichst verlustfreie Kabelübertragung ist es deshalb nötig, die vom Satelliten genutzte Frequenz (Transponderfrequenz) auf eine geringere Zwischenfrequenz (ZF) zu reduzieren. Genau hierfür dient der LNB. Trotz verringerter Frequenz lassen sich aber Leitungsverluste (Dämpfung genannt) nie ganz vermeiden. Deshalb wird das Signal durch den LNB zusätzlich noch verstärkt. Dies gewährleistet, dass man trotz Dämpfungen relativ weite Strecken mit dem Koaxialkabel überbrücken kann. Die für die Verstärkung notwendige Spannungsversorgung kommt direkt vom Sat-Receiver. Der LNB benötigt also keine externe/separate Spannungsversorgung, sodass am Aufstellungsort der Schüssel auch keine Steckdose vorhanden sein muss.

Der LNB (Low Noise Block) dient dem rauscharmen Umsetzen der Satellitensignale in niedrigere Frequenzbereiche sowie dem Verstärken der Signale!

Hoch- und Tiefband der Satellitenübertragung

Wie soeben erläutert, verringert der LNB die hohe Frequenz des Satellitensignals bevor es in das Koaxialkabel gelangt, um Dämpfungen so gering wie möglich zu halten.

Hierzu folgendes Beispiel: Die Frequenz eines Satellitensignals beträgt bspw. 12,75 GHz. Dies entspricht der oberen Grenze der Übertragung. Der LNB reduziert diese Frequenz um 10,60 GHz. Somit schickt der LNB das Satellitensignal nun mit nur noch 2,15 GHz (2150 MHz) durch das Koaxialkabel.

Nun betrachten wir ein Satellitensignal mit einer geringeren Frequenz von bspw. 11,0 GHz. Der LNB setze diese Signale wieder um denselben Wert von 10,60 GHz herab. Man käme dann auf eine Übertragungsfrequenz von nur noch 0,4 GHz (400 MHz). Im Hinblick auf die Dämpfung wäre eine solch geringe Frequenz ideal. Das Problem ist nur, dass der Frequenzbereich zwischen 47 MHz und 862 MHz bereits vom Kabelfernsehen genutzt wird (und auch von DVB-T2).

Damit es nicht zu Signalüberschneidungen kommt, ist deshalb für das Satellitenfernsehen erst der Frequenzbereich ab 950 MHz bis 2150 MHz vorgesehen. Satellitensignale, dessen Frequenzen geringer als 11,70 GHz sind, werden deshalb vom LNB nicht mehr um 10,60 GHz heruntergeregelt sondern nur noch um 9,75 GHz. Satellitensignale lassen sich somit in zwei Frequenzbänder einteilen, innerhalb deren der LNB unterschiedliche “Herabregelfrequenzen” nutzt. Das sogenannte Unterband oder Hochband (low band) mit Frequenzen zwischen 10,70 GHz und 11,70 GHz und das Oberband bzw. Hochband (high band) im Frequenzbereich zwischen 11,70 GHz und 12,75 GHz.

Für die untere Grenzfrequenz der Satellitensignale von 10,70 GHz erhält man auf diese Weise eine minimale Übertragungsfrequenz im Koaxialkabel von 950 MHz (=10,70 GHz – 9,75 GHz). Man vermeidet durch das Umschalten der “Herabregelfrequenz” im Tiefband somit Konflikte mit der Signalübertragung des Kabelfernsehens bzw. des terrestrischen Fernsehens. Die “Herabregelfrequenzen” des LNBs von 10,6 GHz bzw. 9,75 GHz werden auch als lokale Oszillatorfrequenzen (LOF) bezeichnet.

Polarisation der Satellitensignale

Grundsätzlich ist man natürlich daran interessiert, so viele Informationen wie möglich mit einem Satelliten übertragen zu können. Vereinfacht ausgedrückt nutzt dabei jeder Sender einen bestimmten Frequenzbereich innerhalb dessen die Bild- und Tonsignale untergebracht sind. Damit es nicht zu Überschneidungen zwischen den einzelnen Sendern kommt, muss man zwischen diesen Übertragungsfrequenzen (Transponderfrequenzen genannt) etwas “Platz” lassen. Innerhalb des gesamten Sendebereichs zwischen 10,70 GHz und 12,75 GHz haben somit nur eine bestimmte Anzahl an Sender Platz.

Um dennoch die Anzahl der Sendemöglichkeiten zu erhöhen, nutzt man deshalb unterschiedliche Schwingungsrichtungen der Satellitenstrahlung. Die elektromagnetischen Wellen der Satellitensignale werden dabei in unterschiedliche Richtungen zum Schwingen gebracht. Nämlich vertikal und horizontal. Man spricht in diesem Zusammenhang auch von Polarisation. Bei horizontaler Polarisation schwingen die elektromagnetischen Wellen in einer horizontalen Ebene (“parallel zur Erdoberfläche”) und bei einer vertikalen Polarisation entsprechend vertikal (“senkrecht zur Erdoberfläche”).

Vertikal und horizontal polarisierte Wellen (Empfangsebenen)
Abbildung: Vertikal und horizontal polarisierte Wellen

Der Vorteil von solch rechtwinklig zueinanderstehender Wellen ist, dass diese sich nicht gegenseitig beeinflussen. Auf diese Weise kann man bei einer bestimmten Frequenz also zwei Sender bzw. zwei Informationen gleichzeitig übertragen. Durch Nutzung der unterschiedlichen Polarisationen hat man die Anzahl der Sendemöglichkeiten quasi verdoppelt.

Als Polarisation bezeichnet man die Schwingungsrichtung bzw. Schwingungsebene der elektromagnetischen Strahlung!

Animation: Vertikal und horizontal polarisierte Wellen

Skew-Winkel

Für den Empfang der unterschiedlich polarisierten Wellen hat der LNB im Prinzip zwei Antennen verbaut. Eine vertikal angeordnete Antenne für die vertikal polarisierten Wellen und eine horizontale Antenne für die horizontal polarisierten Wellen. Es ist deshalb wichtig, den LNB richtig auszurichten, damit jede Antenne die korrekte Polarisation empfängt.

Je nach Standort und Satellit muss der LNB hierfür etwas gedreht werden. Denn aufgrund der Kugelform der Erde, strahlen die Wellen je nach Standort etwas “verdreht” auf die Satellitenschüssel ein. Um genau diesen Winkel muss der LNB dann gedreht werden. Ein solcher Verdrehwinkel des LNBs wird auch als Skew-Winkel bezeichnet. Im Artikel Satellitenschüssel richtig ausrichten und einstellen erfahren Sie mehr darüber.

Kommunikation des Satelliten mit dem LNB: Die Empfangsebenen (ZF-Ebenen)

Gemäß den unterschiedlichen Frequenzbändern (low band und high band) und den unterschiedlichen Polarisationen (vertikal und horizontal), lassen sich die Satellitensignale somit auf insgesamt vier Ebenen aufteilen (siehe Abbildung unten). Innerhalb dieser Ebenen wird jeweils Information übertragen. Man bezeichnet diese Ebenen deshalb auch als Informationsebenen bzw. Empfangsebenen (oder ZF-Ebenen).

Übersicht über die vier Empfangsebenen (ZF-Ebenen)
Abbildung: Übersicht über die vier Empfangsebenen (ZF-Ebenen)

Im übertragenen Sinne kann man sich dies Informationsebenen wie die menschliche Kommunikation vorstellen. Neben der akustischen Übermittlung von Information über Sprache, können wir auch per Gestik Informationen übertragen. Zudem können wir Information über Berührung übermitteln. Auch eine Informationsübertragung über Geruch findet bei uns statt. Man denke an den morgendlichen Kaffee-Duft, der signalisiert, dass es nun Zeit wird wach zu werden. Man hat also auf diese Weise vier Ebenen zur Verfügung, um Informationen zu übertragen.

Auswahl der Empfangsebenen über den Receiver

Jeder Fernsehsender nutzt zur Übertragung der Bild- und Toninformation eine bestimmte Empfangsebene. Der Sender ARD HD überträgt seine Signale zum Beispiel im low band (11493 MHz) mit horizontaler Polarisierung. Das ZDF info HD hingegen sendet zwar ebenfalls im low band (11347 Mhz), dafür ist das Signal aber vertikal polarisiert. Diese Informationen erhalten Sie in der Regel bei eingeschaltetem Sender über das Menü Ihres Receivers. Beachten Sie, dass im digitalen Zeitalter durchaus mehrere Sender gleichzeitig auf derselben Transponderfrequenz senden können.

Angezeigte Transponderinformationen im Menü des Receivers
Abbildung: Angezeigte Transponderinformationen im Menü des Receivers

Möchte man am TV-Gerät einen bestimmten Sender schauen, dann muss der LNB zunächst wissen auf welcher Informationsebene sich die Bildsignale befinden. Denn schließlich muss dieser wissen ob er den Sender auf der “vertikalen” oder “horizontalen” Antenne empfangen muss. Zudem muss dem LNB die korrekte LOF mitgeteilt werden, um das Signal mit der richtigen Frequenz herabzuregeln.

Hierfür schickt der Receiver elektrische Steuersignale zum LNB, die die Information beinhaltet welches Frequenzband und welche Polarisation angesprochen werden soll. Diese Ansteuerung erfolgt zum einen über die Spannung. Bei einer Spannung kleiner 14 V (in der Praxis meist 13 V) wird die vertikale Polarisation angesprochen. Bei Steuerspannungen von 18 V wird hingegen die horizontale Polarisationsebene angesteuert. Ohne weiteres Signal wird bei diesen Spannungen stets das untere Frequenzband ausgewählt. Das Ansprechen des oberen Frequenzbandes erfolgt über ein moduliertes Signal mit 22 kHz, das der Spannung zusätzlich “auferlegt” wird. Die unter Abbildung zeigt die vier Empfangsebenen (LV, HV, LH und HH) mit dem entsprechenden Steuersignal des Receivers.

Steuersignal des Receivers Frequenzband PolarisationAbkürzung
14 V / 0 kHzlow band (L)vertikal (V)LV
14 V / 22 kHzhigh band (H)vertikal (V)HV
18 V / 0 kHzlow band (L)horizontal (H)LH
18 V / 22 kHzhigh band (H) horizontal (H)HH

Man kann sich das 22-kHz-Signal letztlich wie ein “musikalischer Ton” vorstellen, der durch das Koaxialkabel gesendet wird. Theoretisch könnte man diesen Ton auch “hörbar” machen, indem man das Koaxialkabel an einen Lautsprecher anschließt. Jedoch ist die Frequenz des Steuertons für das menschliche Gehör etwas zu hoch, um es wahrzunehmen (das menschliche Ohr kann nur Frequenzen bis etwa 18 kHz wahrnehmen). Eine Fledermaus bspw. könnte den 22-kHz-Ton aber hören.

Ein anschauliches Beispiel zur Polarisation

Die Informationsübertragung innerhalb verschiedener Frequenzbereiche werden die meisten wahrscheinlich noch anschaulich nachvollziehen können. Schwieriger sieht es jedoch mit dem Begriff der Polarisation aus. Dabei hat wahrscheinlich jeder schon einmal genau solch eine unterschiedliche Informationsübertragung per Polarisation erlebt. Zumindest diejenigen, die schon einmal im IMAX-Kino einen 3D-Film gesehen haben. Dabei werden die Bilder von der Leinwand mit unterschiedlicher Polarisation ausgestrahlt. Auch manche Fernseher und Heimkinosysteme nutzen diese Technik.

Entstehung des 3-dimensionalen Eindrucks beim Fernsehen durch unterschiedlich polarisierte Bilder
Abbildung: Entstehung des 3-dimensionalen Eindrucks beim Fernsehen durch unterschiedlich polarisierte Bilder

Die obere Abbildung zeigt hierzu schematisch den prinzipiellen Ablauf. Die Strahlung jenes Bildes das bspw. für das linke Auge vorgesehen ist, hat dabei eine bestimmte Polarisation (z.B. “vertikal”). Die Strahlung für das andere Auge ist genau entgegengesetzt polarisiert (z.B. “horizontal”). Beide Bildsignale gelangen gemeinsam zu den Augen – so wie auch die Satellitensignale zunächst gemeinsam an der Satellitenschüssel ankommen. Anschließend müssen die unterschiedlichen Bildinformationen getrennt werden, sodass das linke Auge auch nur jene Bildinformation bekommt das dafür bestimmt ist und das rechte Auge nur das dafür bestimmte Bild. Hierfür dienen Polarisationsfilter, die man in Form einer Brille trägt. Der Filter auf dem linken Auge lässt nur Signale mit bestimmter Polarisation durch, während der Filter auf dem rechten Auge nur die entgegengesetzt polarisierte Strahlung passieren lässt. Somit bekommt jedes Auge nur die Bildinformation die es auch bekommen soll.

Es handelt sich bei den beiden Bildinformationen um Bilder, die aus leicht unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommen wurden, so wie unser linkes Auge ebenfalls unter einem leicht anderen Winkel auf ein Objekt schaut als unser rechtes Auge. Auf diese Weise entsteht der 3D-Effekt. Ohne 3D-Brille würde jedes Auge beide Bildinformationen gleichzeitig bekommen und das Bild würde verschwommen aussehen. Im übertragenen Sinne ist der LNB sozusagen die 3D-Brille des Kinogängers.

Die Aufgabe des Multischalters (Multiswitch)

Anhand der speziellen Satellitenübertragung mit den unterschiedlichen Empfangsebenen wird deutlich, dass immer nur die Informationen einer bestimmten Empfangsebene durch ein Koaxialkabel übertragen werden können. Deshalb sind dann grundsätzlich alle an dieser Leitung angeschlossen Teilnehmer dazu gezwungen nur Programme zu sehen, die auf dieser Informationsebene liegen.

Integrierte Multischalter

Dass es aber auch anders geht, zeigen bspw. die Quad-LNBs, bei denen bis zu vier Teilnehmer unabhängig voneinander unterschiedliche Programme empfangen können. Hierfür sind in diesen LNB-Typen sogenannte Multischalter integriert. Dieser wird auch als Multiswitch bezeichnet. Der Multischalter verteilt die in den unterschiedlichen Frequenzbereichen und mit unterschiedlichen Polarisationen gesendeten Satellitensignale auf die einzelnen Ausgänge. Und dies unabhängig voneinander. Auf diese Weise können dann eben bis zu vier Teilnehmer gleichzeitig fernsehen und dabei unterschiedliche Programm genießen. Fakt bleibt aber: Jeder Receiver benötigt sein eigenes Koaxialkabel zum LNB bzw. zum Multiswitch (Ausnahme: Unicable-Lösung).

Dem Multischalter werden praktisch alle Empfangsebenen getrennt voneinander zugeführt und dieser entscheidet dann je nach angeschlossenen Receivern und gewünschten Programmen, wer welche Empfangsebene zur Verfügung gestellt bekommt.

Externe Multischalter

Ein Single-LNB, der lediglich für einen Receiver ausgelegt sind, hat hingegen keinen integrierten Multischalter. In einem solchen Fall fordert der Receiver ja immer nur eine Empfangsebene an. Der LNB muss somit keine unterschiedlichen Empfangsebenen gleichzeitig verteilen. Auch bei einem Twin-LNB ist in der Regel kein Multischalter integriert. Dies klingt zunächst widersprüchlich, da in diesem Fall doch zwei unterschiedliche Empfangsebenen gleichzeitig verteilt werden müssen. Der Grund hierfür ist aber, dass ein Twin-LNB praktisch zwei einzelnen Single-LNBs besteht. Diese beiden Single-LNBs empfangen die unterschiedliche Informationsebenen getrennt voneinander und leiten diese auch unabhängig voneinander an die beiden Ausgänge weiter.

Bei mehr als zwei Teilnehmern benötigen Sie aber immer einen Multischalter. Wie bereits erwähnt, ist dieser bei einem Quad-LNB bereits integriert. Es gibt auch LNBs, bei denen der Multischalter extern ausgelagert ist. Ein solcher LNB-Typ führt dem externen Multischalter alle vier Empfangsebenen getrennt zu. Solche Quattro-LNBs (nicht zu verwechseln mit Quad-LNBs!) mit separatem Multischalter bilden letztlich die zentrale Verteilungsstelle in Mehrteilnehmeranalagen. Auf eine solche Sternverteilung (SAT-ZF-Verteilung) wird im Artikel Satellitenanlage mit mehr als vier Teilnehmer näher eingegangen.

5/8 Multischalter (Multiswitch) für bis zu 8 Teilnehmer
Abbildung: 5/8 Multischalter (Multiswitch) für bis zu 8 Teilnehmer

Multischalter stellen bei mehr als zwei Teilnehmern das für den angeschlossen Receiver benötigte Frequenzband mit zugehöriger Polarisation zur Verfügung, d.h. die entsprechende Empfangsebene! Bei einem Quad-LNB ist dieser Multischalter bereits integriert; bei Quattro-LNBs werden externe Multischalter benötigt.