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DVB-S2

Was ist DVB-S2?

DVB-S2 (Digital Video Broadcasting – Satellite, Second Generation) ist der Nachfolger des digitalen Satellitenstandards DVB-S und wurde entwickelt, um die Übertragungskapazität von Satellitenverbindungen deutlich zu erhöhen. Der Standard wurde im Jahr 2005 vom europäischen Normungsinstitut ETSI verabschiedet und ist heute der wichtigste Übertragungsstandard für digitales Satellitenfernsehen, HDTV und UHD-Fernsehen.

Während DVB-S hauptsächlich für die Übertragung von Standard-Digitalfernsehen entwickelt wurde, berücksichtigt DVB-S2 die deutlich höheren Anforderungen moderner Fernsehtechnik. Dazu gehören HDTV, Ultra-HD (4K), professionelle Satellitenverbindungen, Internet über Satellit und datenintensive Rundfunkdienste.

Entwicklung von DVB-S zu DVB-S2

Der ursprüngliche Standard DVB-S wurde Mitte der 1990er Jahre eingeführt und ermöglichte erstmals eine effiziente digitale Übertragung von Fernseh- und Radioprogrammen über Satellit.

Bei DVB-S wird eine QPSK-Modulation (Quadrature Phase Shift Keying) verwendet. Durch die digitale Kompression konnten mehrere Fernseh- und Radioprogramme gemeinsam auf einem Satellitentransponder übertragen werden.

Mit steigenden Anforderungen durch HDTV und später UHD-Fernsehen stieß DVB-S jedoch zunehmend an technische Grenzen. DVB-S2 wurde deshalb entwickelt, um die verfügbare Satellitenbandbreite besser auszunutzen und deutlich höhere Datenraten zu ermöglichen.

Technische Verbesserungen von DVB-S2

DVB-S2 bietet gegenüber DVB-S eine Effizienzsteigerung von bis zu 30 Prozent. Möglich wird dies durch mehrere technische Verbesserungen:

• modernere Modulationsverfahren wie 8PSK, 16APSK und 32APSK
• leistungsfähige Fehlerkorrektur durch LDPC- und BCH-Codes
• flexible Anpassung an unterschiedliche Empfangsbedingungen
• höhere Datenraten bei gleicher Satellitenbandbreite
• Unterstützung verschiedener Datenströme innerhalb eines Transponders

Während DVB-S ausschließlich QPSK verwendet, kann DVB-S2 abhängig von der Signalqualität unterschiedliche Modulationsverfahren einsetzen. Bei sehr guten Empfangsbedingungen ermöglicht 8PSK oder 16APSK eine deutlich höhere Übertragungskapazität.

DVB-S2 und HDTV

Eine der wichtigsten Anwendungen von DVB-S2 ist die Übertragung von HDTV-Programmen.

Zusammen mit dem Videocodec MPEG-4 AVC / H.264 konnte die benötigte Datenrate für hochauflösendes Fernsehen erheblich reduziert werden. Während ein HDTV-Signal mit älteren MPEG-2-Verfahren ungefähr 20 bis 25 MBit/s benötigen konnte, reichen mit MPEG-4/H.264 häufig etwa 6 bis 10 MBit/s aus.

Dadurch konnten Fernsehsender mehrere HD-Programme auf einem einzigen Satellitentransponder übertragen. Dies war eine wichtige Voraussetzung für den Ausbau von HD-Angeboten über Satellit.

DVB-S2 und UHD (4K)

Heute ist DVB-S2 die Grundlage für die meisten Ultra-HD-Angebote über Satellit. In Verbindung mit modernen Videocodecs wie HEVC (H.265) können Programme in 4K-Auflösung mit HDR und erweitertem Farbraum übertragen werden.

Viele frei empfangbare UHD-Demokanäle sowie Pay-TV-Angebote nutzen DVB-S2, da der Standard ausreichend Reserven für zukünftige Fernsehtechnologien bietet.

Fehlerkorrektur durch LDPC-Codes

Eine der wichtigsten Neuerungen von DVB-S2 ist die besonders leistungsfähige Fehlerkorrektur. Zum Einsatz kommen:

• LDPC (Low Density Parity Check)
• BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquenghem-Code)

Diese Verfahren ermöglichen eine deutlich bessere Nutzung der Satellitenverbindung. Auch bei schwächeren Signalen kann noch eine stabile Übertragung gewährleistet werden.

LDPC-Codes gehören zu den modernsten Fehlerkorrekturverfahren und werden heute auch in anderen Bereichen eingesetzt, beispielsweise bei WLAN, 5G-Mobilfunk und modernen Speichersystemen.

Grundprinzip eines LDPC-Codes

Ein LDPC-Code beschreibt mathematisch eine Vielzahl miteinander verbundener Paritätsprüfungen. Grundlage ist eine Kontrollmatrix, mit deren Hilfe Übertragungsfehler erkannt und korrigiert werden können.

Dabei beschreibt:

• H die Kontrollmatrix
• b die empfangene Datenfolge
• a das gesendete Codewort

Die mathematische Beschreibung erfolgt über die Darstellung:

(n,l,R) LDPC

• n = Länge des Codewortes
• l = Anzahl der Informationsstellen
• R = Coderate

Der Encoder fügt den eigentlichen Nutzdaten zusätzliche Prüfinformationen hinzu. Diese Redundanz ermöglicht es dem Empfänger, während der Übertragung entstandene Fehler zu erkennen und teilweise selbstständig zu korrigieren.

Kodierung

Das zu übertragende Codewort muss die Bedingung erfüllen:

Das Codewort setzt sich aus Nutzdaten und zusätzlichen Prüfdaten zusammen. Die Kontrollmatrix berechnet dabei die notwendigen Informationen für die Fehlerkorrektur.

Dekodierung

Nach der Übertragung über einen gestörten Satellitenkanal erhält der Empfänger eine möglicherweise fehlerhafte Datenfolge. Der Decoder verwendet anschließend die LDPC- und BCH-Informationen, um Übertragungsfehler zu erkennen und zu korrigieren.

Verwendung von DVB-S2 heute

DVB-S2 ist heute der Standard für nahezu alle modernen Satellitenübertragungen.

Typische Einsatzgebiete:

• HD-Fernsehen über Satellit
• UHD/4K-Fernsehen
• Pay-TV-Plattformen
• Satellitenradio
• professionelle Broadcast-Verbindungen
• Internet über Satellit
• Datendienste

DVB-S2X – die Weiterentwicklung

Mit DVB-S2X wurde ab 2014 eine weitere Verbesserung des Standards eingeführt. DVB-S2X bietet zusätzliche Modulationsmöglichkeiten und eine noch höhere Effizienz. Besonders für professionelle Anwendungen, Satelliteninternet und zukünftige hochauflösende Übertragungen bietet dieser Standard weitere Reserven.

DVB-S2 im Überblick