18 v 22 khz gleich h high

1. Die analogen Anfänge

Satelliten-TV für jedermann in Deutschland sollte ursprünglich Anfang 1988 möglich sein. Nur ist beim ersten deutschen direkt empfangbaren TV-Satelliten (DBS = Direct Broadcasting Satellite / DTH = Direct To Home) TV-SAT-1 vor dem Start ein Solarpanel falsch montiert worden und konnte daher im All nicht ausgeklappt werden. Das klemmende Solarpanel  verdeckte zudem die Uplink-Empfangsantenne. Somit war TV-SAT-1 praktisch unbrauchbar. Knapp zwei Jahre später (im August 1989) wurde der baugleiche Ersatzsatellit TV-SAT 2 erfolgreich gestartet und in seiner geostationären Position auf 19° West in Betrieb genommen.

Abb. 1.01: TV-SAT 2 [1]

TV-SAT 2 strahlte auf vier Kanälen vier Fernsehprogramme (Eins Plus, 3sat, RTL plus, Sat.1) mit einer Sendeleistung von 230 Watt ab. Die hohe Sendeleistung erlaubte den Empfang mit Satellitenantennen von nur 40-45 cm Durchmesser. Die zirkulare Polarisation (linksdrehend und rechtdrehend) gestattete eine einfache Ausrichtung der Antenne. Die Umschaltung der Polarisation erfolgte mechanisch mit einem Getriebemotor oder später magnetisch mit einem elektromagnetischen Feld.
Ein Erfolg wurde TV-SAT 2 für seinen Betreiber (Deutsche Bundespost) jedoch nicht. Die geringe Anzahl von Programmen und der teure D2MAC-Decoder, der zum Demodulieren des Videosignales notwendig war, verhinderten einen Durchbruch am Markt.

Das Interesse der Konsumenten am Empfang deutscher Fernsehsatelliten stieg nur geringfügig als der " DFS Kopernikus 1" auf 23,5° Ost, also wesentlich näher am Versorgungsgebiet als TV-SAT 2, Ende 1989 seinen regulären Betrieb als Fernsehsatellit aufnahm. Der ursprünglich als Fernmeldesatellit vorgesehene Kopernikus sollte dem aufstrebenden privaten Satellitenbetreibern SES-Astra (jetzt SES Global S.A.) Paroli bieten und ein Eindringen in den deutschen Markt verhindern. Aber die Bemühungen kamen zu spät und waren nur halbherzig. Zudem war Kopernikus' Frequenzplan, weil er eben als Fernmeldesatellit mit 72 MHz breiten Transpondern von den für DBS üblichen 26 MHz in Bandbreite und Frequenz abwich, zu den Satellitenempfängern für Astra und Intelsat inkompatibel.

Abb. 1.02: Astra 1a [2]

Durch das Versagen von TV-SAT 1 und die folgenden politischen und wirtschaftlichen Querelen hat das deutsche staatliche Satellitenfernsehen seinen Zeitvorsprung gegenüber dem privaten Satellitenbetreiber Astra verspielt. Im Dezember 1988 wird Astra 1A gestartet. Von seinen sechzehn Kanälen (Frequenzplan siehe Abb. 1.05) mietet der Medienmogul Rupert Murdoch gleich vier und strahlt darüber die Programme der Sky-Television-Gruppe (Sky One, Sky News, Sky Movies) ab. Weitere Transponder belegen bald das das skandinavische TV3, MTV, Eurosport und RTL Veronique (später RTL 4). Die ersten deutschen Programme waren Sat 1, Pro 7, RTLplus. 3Sat und Filmclub werden im Dezember 1989 und im Frühjahr 1990 aufgeschaltet.
Nachdem alle Transponder von Astra 1A innerhalb kurzer Zeit vermietet werden konnten, gibt SES-Astra einen weiteren Satelliten mit 16 Transpondern in Auftrag. Anfang März 1991 gestartet, strahlt Astra 1B ab April 1991 (unter anderem) mehrere weitere deutschsprachige Programme (Eins Plus, Tele 5, Premiere, später ARD) ab. Mitte 1993 folgt Astra 1C mit 18 weiteren Transpondern die das ZDF und einige Dritte Programme übertragen.

Abb. 1.03: Astra 1E (Quelle:[3])

Spätestens mit Astra 1C hat sich auch in Deutschland das Satellitenfernsehen durchgesetzt und ist zum Massenmarkt geworden. Die Transponderleistungen der Astra-Satelliten liegen mit 45 bis 65 Watt zwar wesentlich unter denen von TV-SAT, aber die damalige rasante Weiterentwicklung der LNB (Low Noise Block Downconverter = Rauscharmer Signalumsetzer)-Technik machen dies mehr als wett. Für einen Empfang mit ausreichenden Schlechtwetterreserven reichen Spiegel mit 75-60 cm aus.
Ein weiterer Vorteil von Astra ist, dass, neben der Unabhängigkeit von Kabelnetzbetreibern, die ganze Programmvielfalt mit nur einer einzigen, feststehenden Satellitenantenne empfangen werden kann, weil alle Satelliten des Systems auf einer geostationären Position (19,2° Ost) kopositioniert sind.

In den ersten Jahren des Astra-Empfangs reichten noch einfache LNBs mit mechanischen oder magnetischen Polarizern aus. Diese wurden über separat verlegte Steuerleitungen betätigt. Bequemer und eleganter waren die bald erscheinenden Marconi-LNBs. Die Auswahl der zu empfangenen Polarisationsebene wird bei diesen LNBs über die Höhe der Fernspeisespannung  (13 Volt vertikal, 18 Volt horizontal) vorgenommen. Auch die Umschaltung der Empfangsebene erfolgt nicht mehr mit Polarizern. Statt dessen sind die Eingangsstufen der neuen LNBs zweikanalig ausgelegt, sodass mit Hilfe von zwei senkrecht zueinander stehenden Dipolen als Erreger beide Ebenen gleichzeitig empfangen werden (Abb. 1.04). Die Auswahl der Empfangsebene erfolgt mit einem Umschalter (SW 1, Abb. 1.06).

Ende 1995 wird Astra 1E im Orbit, ebenfalls auf 19,2° Ost, positioniert. Neben den 14 Frequenzen im Band D (10,7 bis 10,95 GHz, Abb. 1.05) werden auch die ersten Frequenzen im Band E (11,7 bis 12,1 GHz) belegt. Diese hohen Frequenzen können von den Standard-LNBs mit einem einzigen LO (Local Oscillator) auf der Frequenz 9,75 GHz nicht mehr in den SAT-ZF-Bereich von 950 bis 2100 MHz umgesetzt werden. Die neuen Umsetzer, später als Universal-LNBs bezeichnet, erhalten einen zweiten LO auf 10,6 GHz um das High-Band auf die SAT-ZF-Ebene herunterzumischen. Als Umschaltinformation wird im Satellitenreceiver der Fernspeisespannung des LNB ein 22 kHz-Signalton mit einer Amplitude von 0,6 Vss überlagert. Eine Detektorschaltung im LNB erkennt den Signalton und schaltet (SW 2, Abb. 1.06) auf den LO für das High-Band um.

Abb. 1.07: Übersicht der für Zentraleuropa wichtigsten TV-Satelliten (Stand Juni 2011)

Praktisch gleichzeitig mit Astra etablierte sich in Europa ein weiterer Anbieter von Satellitenkapazität: die zu der Zeit halbstaatliche Institution Eutelsat (European Telecommunications Satellite Organization). Neben einigen reinen Fernmeldesatelliten betreibt Eutelsat seit der Mitte der 1990er Jahre mehrere, auch für das deutsche Publikum interessante, direkt empfangbare Fernsehsatelliten. Auf 13° Ost, also ganz in der Nähe der Astra-Position auf 19,2° Ost, sind mehrere Hotbird-Satelliten kopositioniert.
Der gemeinsame Empfang beider Satellitenpositionen ist mit sog. Multifeed-Anlagen (auch scherzhaft "Schielendes LNB" genannt, Abb. 1.11) recht einfach zu realisieren. Für jede Satellitenposition wird ein eigener LNB benötigt. Diese werden auf einem Multifeed-Halter befestigt. Je nach Satellitenposition wird der Abstand zwischen den LNBs angepasst.

Die Umschaltung zwischen den LNBs ist zunächst analog mit ToneBurst-Umschaltern vorgenommen worden (Abb. 1.08).
ToneBurst-Schalter verwenden einen der LNB-Fernspeisespannung überlagerten 22kHz-Signalton zum Umschalten.
Mit einem etwa 12,5 ms langen kontinuierlichen Impulsbündel (ToneBurst) wird LNB A eingeschaltet, mit einem getasteten Impulsbündel (Abb. 1.09 unten) schaltet das interne Relais auf den Eingang für LNB B um.

Mit den Schaltkriterien 13/18V, 22kHz und ToneBurst ist nur eine begrenzte Signalverteilung in einem Haushalt realisierbar, da eine klassische Verteilung mit Verteilern und in Reihe geschalteten Antennen-Durchgangsdosen nicht möglich ist. Da jeder Satellitenreceiver ein eigenes Signal erwartet, reichen diese analogen Schaltfunktionen für den Empfang von mehr als einen Satelliten oder mit mehr als vier Teilnehmern  (mit analogem Multiswitch) nicht mehr aus. Die digitale Alternative ist dann DiSEqC (Digital Satellite Equipment Control = Digitale Sat-Gerätesteuerung).

2. DiSEqC (Digital Satellite Equipment Control)

Reichen die analogen Schaltsignale 13/18V, 22kHz und ToneBurst für den Einzelempfang von einem oder zwei Satelliten aus (wie in den Abbildungen 1.10 und 1.11 dargestellt), so sollen gerade in Mehrteilnehmeranlagen zwei oder mehr Satelliten gleichzeitig empfangen werden.  Dabei sollen aber nicht einzelne Programme in einer Kopfstation umgesetzt werden, sondern es soll jedem Anschluss die komplette direkte SAT-ZF (950-2100 MHz) zur Verfügung gestellt werden. Nur so kann jeder Teilnehmer individuell sein Programm und die Sprachversion auswählen.

Dieses Problem wurde von Eutelsat bereits Anfang der 1990er Jahre erkannt. Zusammen mit Philips entwickelte Eutelsat ein leistungsfähiges digitales System, das es wegen seiner Flexibilität erlaubte, auch später noch zusätzliche Funktionen zu implementieren. Dieses Digital Satellite Equipment Control (DiSEqC, sprich: Daisäck) wurde der Industrie offen, lizenz- und kostenlos zur Verfügung gestellt. Bei der Entwicklung wurde darauf geachtet, dass es von den Herstellern kostengünstig zu implementieren ist und rückwärtskompatibel zu den analogen Satellitensteuerungen bleibt.

2.1 Die Technik

2.1.1. Physikalische Ebene

DiSEqC ist ein Kommunikationsbus zwischen Satellitenreceiver und den Peripheriekomponenten einer Satellitenempfangsanlage. Das Übertragungsmedium ist das Koaxialkabel zwischen Satellitenantenne und Satelliten-Receiver. Das digitale Steuerungskonzept von DiSEqC setzt auf die bestehende Technik der Signalisierung mit einem 22kHz-Ton, der der Fernspeisespannung der Komponenten über Koaxialkabel überlagert ist. Die Verwendung von DiSEqC erfordert, dass in Receiver und  allen Peripheriekomponenten universelle DiSEqC-Mikrocontroller mit einer entsprechenden (maskenprogrammierten) Software eingebaut sind.
Da DiSEqC ein Single-Master/Single- oder Multi-Slave-System ist, kann die Kommunikation nur vom Master (Tuner/Receiver) initiiert werden. Dieses vereinfacht die Kommunikation, da der Bus nicht ständig vom Master über eine Interruptsteuerung oder per Polling überwacht werden muss.

Die Standardversorgungsspannung einer DiSEqC-Satellitenanlage ist 12V (+/-1V). Empfohlenermaßen soll ein Satellitenreceiver bis zu 500mA Gleichstrom zur Versorgung der Peripheriekomponenten liefern können. Die nominelle Amplitude des 22kHz-Signals ist 650mVss (+/- 250mV). Wegen möglicherweise auftretenden Toleranzen und Kabelverlusten sollten die 22kHz-Detektoren im Master und in den Komponenten das Signal bis zu 300mV herunter sicher erkennen können.
Die Übertragung der digitalen Information erfolgt mit einer Drittelbit-PWK (Pulse Width Keying) des freilaufenden 22kHz (+/- 20%) Trägers. Abbildung 2.01 zeigt die Tastverhältnisse des Trägers bei beiden Bitwerten.
Nach jeder DiSEqC-Nachricht folgt eine Pause von mindestens 6ms.

2.1.1.1. Rückwärtskompatibilität

Um nach der Einführung von DiSEqC für eine Übergangszeit eine Rückkompatibilität zu Komponenten mit 13V/18V/22kHz-Schaltkrititerien zu bewahren, ist das in Abb. 2.02 gezeigte Ablaufschema entwickelt worden. Es erlaubt DiSEqC- und Nicht-DiSEqC-Komponenten in einer Anlage gemeinsam zu betreiben.
Soll eine DiSEqC-Nachricht in einem solchen System übertragen werden, wird zunächst das eventuell vorhandene kontinuierliche 22kHz-Signal unterbrochen. Nach einer mindestens 15ms langen Pause wird die DiSEqC-Nachricht übertragen. Nach einer weiteren Pause, in der Slaves antworten können, folgt der ToneBurst (siehe Abb. 1.09) und eine weitere Pause. Danach kann gegebenenfalls der 22kHz-Ton wieder eingeschaltet werden. Diese Signalisierung ist auf beiden Betriebsspannungspegeln, also 13V und 18V, möglich.

2.2. Varianten

DiSEqC ist für unidirektionale und bidirektionale Kommunikation konzipiert. Bei der bidirektionalen Kommunikation kann z.B.  ein Multischalter dem Satellitenreceiver die Ausführung eines Schaltbefehls bestätigen oder der Receiver kann das LNB nach den verfügbaren Lokaloszillatorfrequenzen fragen (für eine automatische Programmierung). Alle DiSEqC-Levels 1 sind unidirektional, alle DiSEqC-Levels 2 sind bidirektional. Bei DiSEqC unterscheidet man zwischen verschiedenen Level:

Mini-DiSEqC (auch ToneBurst, DiSEqC kompatibel oder Simple-DiSEqC genannt) ermöglicht lediglich ein weiteres Schaltkriterium (Sat-Position A/B) neben den bisherigen 13/18 Volt und 22 kHz. Das Mini-DiSEqC-Signal ist ein Burstsignal, das auf das 22 kHz-Signal aufgesetzt ist (siehe Abb. 1.09). Für Position A wird das 22-kHz-Signal durchgehend gesendet, für Position B getastet. Receiver mit Mini-DiSEqC-Funktion können DiSEqC-Multischalter (Levels 1.0 und 2.0) nur zusammen mit 14/18 Volt und 22 kHz steuern. Relais in Mini-DiSEqC-Technik können auch von Receivern mit Level 1.0 und höher gesteuert werden. Bauteile mit Mini-DiSEqC dürfen kein DiSEqC-Logo tragen.

DiSEqC Level 1.0 arbeitet mit dem kompletten DiSEqC-Befehlssatz und ermöglicht die Schaltbefehle „Polarisation“, „Frequenzband“, „Sat-Position“ und „Option“ digital auf dem Datenburst unterzubringen. Es ist nur eine Kommunikationsrichtung (vom Master zum Slave) möglich.

DiSEqC Level 1.1 ist eine Weiterentwicklung von Level 1.0 und beherrscht zusätzliche Steuerbefehle insbesondere für DiSEqC-Einkabelanlagen (Unicable). Bei Level 1.1 werden die DiSEqC-Befehle mehrmals gesendet. In Kaskade montierte DiSEqC-Produkte werden so garantiert erreicht. Es sind bis zu 64 Satelliten-Positionen anwählbar.

DiSEqC Level 1.2 wurde gegenüber Level 1.1 um zusätzliche Befehle zur Steuerung einer Drehanlage erweitert. Damit kann eine Drehanlage komplett über das normale Koaxialkabel gesteuert und mit Strom versorgt werden.

DiSEqC Level 1.3 ist ähnlich wie Level 1.2 speziell für Drehantennen entwickelt worden und enthält zusätzlich noch einige weitere Kommandos.

DiSEqC Level 2.0 basiert auf Level 1.0, die Kommunikation erfolgt aber in beiden Richtungen (bidirektional). Der Receiver sendet DiSEqC-Befehle zu den Bauteilen. Diese bestätigen ihm die Befehle. Sämtliche elektronischen Sat-Peripheriebauteile können sich so am Receiver anmelden und die empfangenen Befehle bestätigen.

DiSEqC Level 2.1 ist die bidirektionale Variante von Level 1.1.

DiSEqC Level 2.2 ist die bidirektionale Variante von Level 1.2.

DiSEqC Level 2.3 ist die bidirektionale Variante von Level 1.3.

2.3. Interface-Schaltungen

Soweit es praktisch Sinn machte, wurde die DiSEqC-Spezifikation unabhängig von der Hardware gemacht. Damit sollte auch erreicht werden, dass der zusätzliche materielle und finanzielle Aufwand für die DiSEqC-Implementierung in die Komponenten möglichst gering ist. Zum Kodieren, Dekodieren und Umsetzen der DiSeqC-Nachrichten ist eine gewisse Intelligenz, sprich Rechnerkapazität, notwendig. Auf der Seite des Masters ist diese schon in Form des Bedienteil- bzw. Systemprozessors vorhanden. Die zusätzlichen DiSEqC-Funktionen lassen sich hier zum größten Teil in die bestehende Programmierung einfügen. Ist der Master bereits ToneBurst-tauglich, sind an der Hardware kaum Änderungen vorzunehmen. Lediglich für das Lesen der vom Slave kommenden Antworten bei der bidirektionalen Kommunikation sind eine geringe Anzahl zusätzlicher elektronischer Komponenten zu ergänzen.
Anders sieht es bei den Peripherie- (Slave-) Komponenten der Satellitenempfangsanlage aus. Hier wird der Einsatz von speziellen, einfachen DiSEqC-Slave-Mikrocontrollern notwendig. Diese standardisierten maskenprogrammierten Schaltkreise werden von mehreren Herstellern (Philips, Atmel, ST, ...) in verschiedenen Gehäuseformen für gut 1 € per Stück (bei Massenabnahme) angeboten.
Die Hauptfunktion eines DiSEqC-Systems ist es zwischen zwei oder mehr Schalterstellungen wie Polarisation oder LO-Frequenz usw. ferngesteuert zu wählen. Die DiSEqC-Controller haben hierfür eine Anzahl von fest zugeordneten ("committed") logischen Ausgangspins. Um die Chips so einheitlich, aber so universell wie möglich, einsetzbar zu machen, sind diesen Pins nicht nur feste Funktionen sondern auch die logischen Pegel zugeordnet. Diese Pins decken die wichtigsten Funktionen in LNBs und Switches ab. Über festgelegte Codes (siehe Tabelle) können so 16 verschiedene SAT-ZF-Pfade mit nur einem einzigen Befehl beschrieben werden.

Vier weitere Pins sind mit keinen festen Funktionen belegt (sie sind "uncommitted") und können von den Satellitenausrüstern frei programmiert werden.

2.3.1 Beispielschaltung eines DiSEqC-Slaves

Abbildung 2.03 zeigt das Schaltbild eines DiSEqC-Slaves mit einem DiSEqC-Mikrocontroller (z.B. ST7LNB0V2Y0 von ST). Diese Schaltung kann DiSEqC-Nachrichten empfangen und senden. Es stehen vier Standard-Schaltfunktionen und zusätzlich ein Längsregler mit Stromsparfunktion (Powerdown) für Peripherieschaltkreise zur Verfügung. Die "klassische" 13/18V-Erkennung ist nicht mehr implementiert. Ähnliche Schaltungen sind in LNBs oder Switches mit DiSEqC-Level 2 zu finden.

Betriebsspannung für Mikrocontroller und Peripherieschaltkreise

Die LNB-Fernspeisespannung von 12V DC wird über die als Leiterbahn ausgeführte Induktivität L1 aus dem Zentralleiter des F-Connector-Koaxialanschluss ausgekoppelt. L1 und die Kapazität C1 bilden einen Tiefpassfilter zum Sperren der SAT-ZF und zur HF-Stabilisierung des Festspannungsreglers 7805. Der Festspannungsregler kann in dieser Schaltung als Low-Power-Variante ausgelegt sein, da er nur den Mikrocontroller zu versorgen hat. Die Peripherieschaltkreise werden über einen Längsregler, bestehend aus den Transistoren T3 und T3, versorgt. Als Referenzspannung für den Längsregler dient die 5V-Ausgangsspannung des Festspannungsreglers an der Basis von Transistor T3. Der Emitter von T3 wird vom Mikrocontroller-Pin SBY gesteuert. Mit einem L-Pegel an SBY schaltet T3 durch und zieht die Basis von T4 auf etwa 5V. T4 schaltet ebenfalls durch und hält den Kollektor auf etwa 5V (= 5V SW). Wird der SBY-Pin per DiSEqC-Nachricht auf H-Pegel gesetzt, sperren T3 und T4, Die Versorgungsspannung 5V SW wird abgeschaltet und die Peripherieschaltkreise werden stromlos.

Reset

Die RC-Kombination R6/C3 sorgt für eine 50ms lange Verzögerung nach dem Einschalten der Fernspeisespannung. Damit wird ein sicherer Reset für den Mikrocontroller gewährleistet.

Konfigurationsschalter

Ein Standard-DiSEqC-Slave-Mikrocontroller ist mit vier Eingangspins (S0 bis S3) ausgestattet, die eine Konfiguration des Chips erlauben. Über die Konfigurationspins werden dem Mikrocontroller eine ganze Reihen von Parametern über seine Peripherie (z.B. LO-Frequenzen, Gerätefamilie, Pinfunktionen, ...)  mitgeteilt. Dieses kann entweder durch 4-Bit hartverdrahtete Portbelegung von S0 bis S3 oder über eine Dioden-Matrix, die über zwei (hier nicht gezeigte) Strobe-Signale gescannt werden, realisiert werden.
Die hartverdrahtete Portbelegung erlaubt die Darstellung von 15 vorgegeben Standardkonfigurationen, während sich über eine Diodenmatrix tausende von individuellen Konfigurationen programmieren lassen.
Bei Massenprodukten wie LNBs oder Switches wird aus Kostengründen immer eine hartverdrahtete Konfiguration vorgenommen.
Neuere DiSEqC-Mikrocontroller verwenden oft anstelle der externen Konfiguration produktionsseitig programmierte integrierte EEPROMs.

Optionsschalter

Ein typischer DiSEqC-Slave-Mikrocontroller verfügt über acht Schaltpins (OP1-OP8) zur Steuerung von Funktionen im DiSEqC-Slave. Da jeder Pin völlig unabhängig angesprochen werden kann, sind bis zu 28, also 256, Kombinationen möglich. In den meisten Anwendungen werden jedoch wesentlich weniger Schaltfunktionen benötigt.
Im sogenannten Komplementär-Modus betrieben stehen, durch die Standard-Software vorgegeben, die vier "committed Switches"  Schaltfunktionen der Polarisationsebene (H/V), der Frequenz des Local Oscillators (Hi/Lo) und eines Satelliten-Positionsumschalters (B/A, z.B. auch für Loop-through-LNBs) zur Wahl. Ein weiterer Ausgang (OP4) kann einen weiteren Satelliten-Positionsumschalter ansteuern. Die "uncommited" Pins OP5 bis OP8 werden nicht verwendet und sind auf Masse gelegt.

Lesen von DiSEqC-Nachrichten

Der der Fernspeisespannung mit nominell 650mVss überlagerte 22kHz-Ton der DiSEqC-Nachricht wird mit C2 ausgekoppelt und mit Transistor T1 auf TTL-Pegel verstärkt. Als DRX-Signal gelangt es dann in den Mikrocontroller, wo es im 22kHz-Detektor in eine digitale Bitfolge gewandelt wird, die die ALU (Arithmetisch-logische Einheit) dekodieren kann.

Senden von DiSEqC-Nachrichten

Die Sendefunktion des Slaves dient zur einfachen Bestätigung (Acknowledge), dass ein Befehl vom Master empfangen wurde oder zur Rückmeldung unterschiedlicher Informationen wie z.B. der LO-Frequenz.
Die Nennimpedanz eines DiSEqc-Masters ist 15 Ohm (nominell bei 22kHz). Ein Slave kann einen 650mVss Träger erzeugen indem er einen  zusätzlichen 22kHz-Wechselstrom von 45mA aus dem Bus (Fernspeisung) zieht.
Ein im DiSEqC-Interface des Slave-Mikrocontroller befindlicher 22kHz-Oszillator wird mit dem jeweils zu übertragenden Bitmuster moduliert. Dieses DTX-Signal erzeugt in Transistor T2 einen Kollektor/Emitterstrom von etwa 45mA, der eine zusätzliche Last für die Fernspeisespannung bedeutet und vom Master detektiert wird.

Wie schon weiter oben festgestellt wurde, bedarf ein Satellitenreceiver mit bereits implementierter ToneBurst-Applikation gegenüber einem DiSEqC-tauglichen Gerät eine nur wenig geänderte Hardware. Die Hauptunterschiede sind in der Software der Benutzeroberfläche und bei der Kodierung des 22kHz-Signale zu finden. Abbildung 2.04 zeigt das Schaltbild des Interface eines DiSEqC-Masters mit dem Schaltkreis LNBEH21 von ST.
Schaltkreise wie das LNBEH21 zeichnen sich dadurch aus, dass sie die Konstruktion von rückkompatiblen DiSEqC-Mastern, wie z.B. Satellitenreceiver, wesentlich vereinfachen und gleichzeitig die Verlustleistung bei der Erzeugung der Fernspeisespannung minimieren, was die Betriebssicherheit des Gerätes erhöht. Alle Funktionen des ICs sind vom Bedienteil-/ System-Controller über einen I2C-Bus steuerbar.

Leistungsteil

Im Leistungsteil der Schaltung wird die Fernspeisespannung erzeugt. Abhängig von der Betriebsart der Satellitenanlage kann diese 12 V im reinen DiSEcQ-Betrieb oder 13/18 V im rückkompatiblen und gemischten Modus betragen. Um die im Gerät durch die Spannungsreglerfunktion entstehende Verlustleistung zu minimieren, wird die Fernspeisespannung in einer zweistufigen Schaltung erzeugt.
Die erste Stufe ist ein DC/DC-Step-Up-Wandler bestehend aus dem IC-internen PWM-Controller, dem MOSFET-Schalter T1, der Speicherdrossel L2 und der Freilaufdiode D1. Der Step-Up-Wandler erzeugt aus einer einzigen Betriebsspannung VIN von 8 bis 15 V eine variable Vorspannung (Vup), die es ermöglicht, dass die zweite Regelstufe (Linear Postregulator) mit einer minimalen Verlustleistung von ca. 1,6 W bei 750 mA Last arbeiten kann. Der Spannungsabfall (Vup-Vout) über die zweite Regelstufe beträgt bei allen Pegeln der Fernspeisespannung lediglich 2,2 V.
Im normalen, kommunikationslosen Betrieb der Satellitenanlage und beim Senden von DiSEqC-Nachrichten soll die Fernspeisespannung stabil und störfest sein. Dieses erfordert, dass die Stromquelle eine möglichst niedrige Impedanz aufweist. Andererseits muss die Stromquelle beim Lesen von DiSEqC-Nachrichten eine Impedanz von 15 Ohm bei 22 kHz haben, da sonst die schreibenden Slaves nicht die benötigte 22kHz-Modulation auf der Speisespannung erzeugen können. Daher wird in dieser Schaltung im bidirektionalen DiSEqC-Modus der Satellitenanlage die Fernspeisespannung Vout in zwei getrennten Pfaden erzeugt. Im normalen Betrieb und beim Senden wird der obere Pfad VoutTX verwendet. Dieser Pfad ist niederohmig. Hat der Master eine DiSEqC-Nachricht gesendet und erwartet eine Antwort vom Slave, wird die Fernspeisespannung im unteren Pfad VoutRX geliefert. Dadurch wird die Ausgangsimpedanz der Stromquelle durch das zwischengeschaltete RL-Glied FI auf die vorgeschriebenen 15 Ohm herabgesetzt. Nach dem Empfang der DiSEqC-Nachricht wird die Erzeugung der Fernspeisespannung wieder auf den VoutTX-Pfad zurückgeschaltet.
Um das Leistungsteil vor einer Überspannung aus der Fernspeiseleitung schützen, was z.B. geschehen kann wenn versehentlich zwei Satellitenreceiver an einer gemeinsamen Ableitung angeschlossen sind, leitet Diode D2 diese in die Vup ab.
Wird das IC über den Bus abgeschaltet, wird der Leistungsteil stromlos.

Senden von DiSEqC- Nachrichten

Das LNBEH21 kann entweder im DiSEqC-Modus oder im 13/18V-Modus betrieben werden. Die Wahl des Kommunikationsmodus erfolgt über ein Bit (OM-Bit) im Statusregister im I2C-Bus-Interface des IC's.
Im DiSEqC-Modus wird die Bitfolge der DiSEqC-Nachricht im Systemcontroller erzeugt und über den Pin TEN/VSEL in das IC und an den Betriebsartenschalter geführt. Befindet sich der Schalter in der gezeigten Position kann das Signal auf TEN/VSEL den 22kHz-Oszillator und den Modulator ansteuern, der den 22kHz-Träger über die zweite Reglerstufe der Fernspeisespannung aufprägt.

Lesen von DiSEqC-Nachrichten

Beim Lesen von DiSEqC-Nachrichten wird die Fernspeisespannung aus der VoutRX-Schiene des IC's geliefert. Wechselspannungsmäßig liegt der Anschluss 1 der RL-Kombination FI an Masse. Zieht der Slave beim Senden der DiSEqC-Nachricht den um 45 mA erhöhten Modulationsstrom, entsteht über FI ein 22kHz-Wechselsspannungsabfall von 650 mVss. Der Wechselspannungsanteil von Vout wird mit C1 ausgekoppelt, im IC zu einer Bitfolge umgewandelt  und mit TTL-Pegel als Signal DSQOUT zum System-Controller übertragen. Dieser dekodiert die Bitfolge und wertet den Inhalt der Nachricht aus.

Adressumschaltung

Befinden sich in einem Gerät, z.B. einem Twin-Satellitenreceiver, mehrere Tuner, werden auch die gleiche Anzahl von DiSEqC-Master-Controllern benötigt. Dieses kann einen Adresskonflikt auf dem I2C-Bus bewirken. Der LNBEH21 hat daher einen Adress-Pin (ADDR) über den mit einer Spannung (0V/1,3V/2,3V/3,3V) eine von vier Adressen ausgewählt werden kann.

2.4. Logische Ebene

2.4.1. Aufbau einer DiSEqC-Nachricht

Eine DiSEqC-Nachricht besteht aus einem oder mehren Datenbytes. Jedes Byte besteht aus acht Bits. Nach jedem Datenbyte folgt ein ungerades Paritätsbit. Das höchstwertige (most significant) Bit wird zuerst übertragen. Die Übertragung eines Bits dauert ca. 1,5 ms, die eines vier Bytes langen Befehlswortes vom Master zum Slave folglich ca. 54 ms.

Befehlswort vom Master an Slave

Das Befehlswort zur Übertragung eines Befehls vom Master an den oder die Slaves besteht aus drei Bytes: dem Header, der Slave-Adresse und dem Befehl. Sollen Daten zum Slave übertragen werden, kann ein viertes Byte mit Paritätsbit an die Nachricht angehängt werden.

Antwort vom Slave an den Master

Die Antwort des Slaves auf einen Befehl vom Master besteht aus einem Byte plus Paritätsbit. Bei Bedarf können ein oder mehrere Datenbytes an die Nachricht angehängt werden.

Headerbyte

Das Headerbyte besteht aus drei Teilen. Der erste Teil, bestehend aus vier Bits, ist die feststehende Bitfolge 1110. Diese Kennung dient dem Empfänger zur Synchronisation. Die zwei folgenden Bits beschreiben die Richtung der Nachricht. 00 bedeutet, dass die Nachricht vom Master an den Slave gerichtet ist. Die Bitfolge 01 ist die Kennung für eine Antwort vom Slave. die letzten beiden Bit enthalten den Code für verschiedene Protokolle.

Adressbyte

Das Adressbyte enthält die Adresse des Slaves. Die Adressierung erfolgt in Gruppen. Hierzu sind die unterschiedlichen Typen von Slaves in Familien und Untertypen zusammengefasst. Das Adressbyte besteht daher aus zwei Teilen. Die ersten vier Bit geben die Familie an, die hinteren vier Bit selektieren den Untertyp.

Befehlsbyte

Das Befehlsbyte überträgt den Code für die Aktion, die der Slave zu vollziehen hat. Die folgende Liste führt nur die wichtigsten Befehle auf.

Datenbytes

Einige DiSEqC-Befehle und Antworten erfordern die Übertragung von zusätzlichen Informationen. So wird bei einigen Mehrteilnehmeranlagen, z.B. bei Unicable-Anlagen, die Abstimmung auf den Empfangskanal in einem Umsetzer auf der Antennenseite des Kabels vollzogen. Dadurch wird unabhängig von der Empfangsfrequenz (Kanal, Transponder) immer die gleiche Ausgangsfrequenz des Umsetzers zum Receiver übertragen. Die Frequenz auf die der Umsetzer abstimmen soll, wird in zwei Datenbyte übertragen.

Statusbyte

Auf den Befehl "10" vom DiSEqC-Master liefert  der Slave als Antwort das Statusbyte zurück. Dieses zeigt über unabhängige Flags die Betriebsbedingungen der Slavessoftware und der Peripheriehardware an.

Konfigurationsbyte

Auf den Befehl "11" vom DiSEqC-Master liefert  der Slave als Antwort das Konfigurationsbyte zurück. Das Konfigurationsbyte beschreibt über Flags die Eigenschaften der Komponente

Statusbyte Schalter (Committed Switches)

Auf den Befehl "14" vom DiSEqC-Master liefert  der Slave als Antwort das Statusbyte der Committed Switches zurück. Die vier niederwertigen Bits (Low Nibble) zeigen welche Funktionen schaltbar sind. Die entsprechenden vier höherwertigen Bits (High Nibble) zeigen den jeweiligen Schaltzustand.

Statusbyte Positioner

Auf den Befehl "64" vom DiSEqC-Master liefert  der Positioner als Antwort sein Statusbyte zurück. Dieses zeigt über unabhängige Flags die Betriebsbedingungen der Slavessoftware und der Peripheriehardware des Positioners an.

Datenbyte für Befehl "38"

Mit dem Befehl "38" beschreibt der Master die vier "Committed Switches" der Portgruppe 0. Hierdurch können mit nur einem Befehl alle Schalter in einem SAT-ZF-Pfad gestellt werden.

2.4.2. Beispiele für DiSEqC-Datenübertragungen

Unidirektionale Kommunikation (DiSEqC 1.0)

Die unidirektionale Kommunikation wird immer dann gewählt, wenn eine Slave-Komponente die Antwortsignalisierung nicht unterstützt, wenn der Satelliten-Receiver die Antwortmodulation nicht detektieren kann oder aber wenn bei bestimmten Befehlen die Gefahr besteht, dass es zu Datenkollisionen kommen kann. Bei einer unidirektionalen Kommunikation kann der Receiver somit auch keine Installationsinformationen von den Slave-Komponenten beziehen und bekommt keine Bestätigung über die Ausführung eines Befehls.
Wird ein Satelliten-Receiver eingeschaltet, sendet er als erstes einen Befehl an alle schaltenden Slaves, dass sie ihre Peripherie-Schaltungen einschalten sollen:

Wenn ein Kanal (Programm) gewechselt wird, beschreibt der Receiver den kompletten SAT-ZF-Pfad indem er die "Committed Switches" (Schalter mit fester Funktion) neu setzt:

Bidirektionale Kommunikation (DiSEqC 2.0)

Fast alle Befehle, die es für die unidirektionale Kommunikation gibt, sind auch für die bidirektionale Kommunikation verwendbar. Nur im Headerbyte muss das "Antwort-Flag" gesetzt werden. Das Protokoll für den Power On-Befehl gestaltet sich so:

Befehl

Antwort

Beim Abfragen der Schaltmöglichkeiten eines Multischalters kann das Statusbyte des Schalters ausgelesen werden:

Befehl

Antwort

Die Antwort "E4" als Header bedeutet  "Ok", "D7"  (1101 0111) bedeutet:
 1  - der Optionsschalter steht fest auf "A"
 1  - der Satellitenpositionsschalter steht auf "A"
 0  - die vertikale Polarisation ist gewählt
 1  - das High-Band ist gewählt
 0  - der Optionsschalter ist nicht verfügbar
 1  - die Position ist wählbar
 1  - die Polarisation ist wählbar
 1  - der lokale Oszillator ist umschaltbar

3. Praktischer Einsatz von DiSEqC in der Signalverteilung

Soll eine neue Mehrteilnehmer-Satellitenanlage gebaut werden oder eine bestehende Anlage erweitert werden, stellt sich oft die Frage, welche Topologie in der Signalverteilung gewählt werden soll. Galt bis vor einigen Jahren noch die Regel, dass bei neuen Anlagen mit neu zu verlegenden Kabeln immer eine sternförmige direkte SAT-ZF-Verteilung vorgenommen werden soll, sollte man heute auch eine moderne Einkabellösung, z.B. EN50494/Unicable, in Erwägung ziehen. Welche Lösung man wählt ist einzig eine kaufmännische Entscheidung. Die Signalqualität ist durch die digitale Übertragungsweise als Entscheidungskriterium in den Hintergrund getreten. Durch DiSEqC hat auch der Bedienungskomfort und die Betriebssicherheit von Mehrteilnehmeranlagen immens gewonnen. Ohne DiSEqC-Steuerung ist heute kaum eine Satellitenanlage mehr vorstellbar.
Grundsätzlich lassen sich vier Arten der TV-Signalverteilung unterscheiden: Direktempfang,  Sat-Blockverschaltungen, Einkabellösungen, Kopfstationen und IP-TV (TV über ein IP-Netzwerk). Bei Kopfstationen und IP-TV spielt DiSEqC keine Rolle und werden deshalb in diesem Artikel nicht besprochen.

Beim Satelliten-Direktempfang lassen sich bis zu acht Teilnehmer (mit Okto-LNB) an eine Empfangsanlageanlage anschließen. Beim Direktempfang ist eine Sternverteilung obligatorisch.

Kennzeichnend für eine Satellitendirektempfangsanlage ist die Verwendung von einem Single-LNB oder einem Multi-LNB, in denen eine Schaltmatrix (Multischalter) bereits integriert ist.
Abbildung 3.02 zeigt ein Quad-LNB mit vier SAT-ZF-Abgängen. An jedem Abgang befindet sich ein Controller, der die Umschaltkriterien (13/18V und 22kHz oder DiSEqC) dekodiert und ein Schaltsignal für die Schaltmatrix erzeugt. Da im LNB alle vier Sat-Ebenen (VHB/VLB/HHB/VLB) in eigenen Pfaden ermischt und verstärkt werden, kann jeder Abgang einen der vier SAT-Ebenen unabhängig wählen.
Die Versorgung des LNB mit Betriebsspannung kann von jedem der Abgänge aus erfolgen.

3.2. Satelliten-Blockverteilung mit Multischaltern

Für große Wohnanlagen mit vielen Mietern oder Eigentumswohnungen bietet sich die digitale Satblock-Verteilung mit Multischaltersystemen an. Kennzeichnend für Satblock-Verteilung die Verteilung der kompletten SAT-ZF (950-2150MHz) an alle Teilnehmer. Unabdingbar ist dabei eine Sternverteilung und die Verwendung von Quattro-LNBs. Bei diesem LNB-Typ ohne eingebauten Multischalter werden horizontal und vertikal polarisierte Signale jeweils getrennt für Lowband und Highband herausgeführt (siehe Abb. 3.03). Über einen oder mehrere nachgeschaltete Multischalter kann dann eine Verteilung an nahezu beliebig viele Satellitenreceiver erfolgen (bis zu einigen hundert).

Über die Möglichkeit der Satblock-Mischung von mehreren LNBs (Multifeed-Empfang) und der Einsatz von DiSEqC zur Steuerung lassen sich für angeschlossene Teilnehmer nahezu beliebig komplexe Angebote zusammenstellen, bei denen jeder Bewohner die Kombination angebotener Satellitenpositionen über die Konfiguration seines Empfangsgerätes weitestgehend individuell steuern kann.

3.3. Einkabellösungen

Mit Einkabelsytemen, hier sind Lösungen speziell nach dem Standard EN50494 ("Unicable") gemeint, können herkömmliche Antennenverteilanlagen in Mehrparteienhäusern ohne neue Kabelverlegung preiswert auf digitalen Satellitenempfang umgestellt werden. Es müssen lediglich die alten Antennenanschlussdosen gegen "einkabeltaugliche" (diodenentkoppelt und gleichstromfähig) ausgetauscht werden und die Verteiler müssen einen Übertragungsbereich bis zu 2200 MHz haben. Einkabelsysteme sind nicht nur für Gebäude und Wohnanlagen interessant, bei denen aus Gründen des Mietrechts oder Denkmalschutzes nur eine gemeinsame Satelliten-Empfangsanlage in Frage kommt oder keine Neuverkabelung möglich ist, sonder auch, wenn eine Umrüstung von größeren Objekten von Breitbandkabelanschluss auf Satellitenempfang durchgeführt werden soll.

Begriffserklärung: Unicable oder Einkabellösung?
Unicable ist ein geschützter Markenname der FTA Comunications SARL (deren Handelsmarken sind z. B. "Inverto" und "Lemon"). Er wird im deutschen Sprachraum häufig gleichgesetzt mit dem europäischen Einkabelstandard englisch Satellite Channel Router (SCR) oder Channel Stacking System (CSS). Bei Unicable handelt es sich jedoch lediglich um eine zum Standard SCR/CSS CENELEC EN50494 kompatible Implementierung des Markeninhabers.
(Quelle: [1])

Mit Einkabellösungen lassen sich in der Grundstufe bis zu acht Sat-Anschlüsse an einem Kabelstrang über eine einzige Koaxial-Leitung verbinden. Über Kaskaden und Verteiler kann die Grundeinheit um zusätzliche Antennenstränge mit jeweils bis zu acht Anschlüssen nahezu beliebig erweitert werden. Allen Teilnehmern steht dabei das gesamte über Satellit empfangene digitale Programmangebot zur Verfügung. Zusätzlich können terrestrische oder Breitband-Signale eingespeist werden. Sat-Receiver mit integriertem Twintuner können dabei über nur ein Kabel gleich zwei Teilnehmersignale empfangen und so während einer Aufzeichnung auch andere Programme zeigen.

Das Herzstück einer EN50494- ("Unicable"-) kompatiblen Satellitenverteileranlage ist der der Baumstruktur vorgeschaltete "Satellite Channel Router" (SCR, Abb. 3.06). Dieser übernimmt für jeden der angeschlossenen Satelliten-Receiver einen Teil dessen Abstimmarbeit.
Der SCR besteht aus einer DiSEqC-gesteuerten Eingangsschaltmatrix (hier 8 x 8), in der für jeden Teilnehmer individuell die gewünschte Ebene anwählt wird. Jedem Matrixausgang folgt ein DiSEqC-gesteuerter Umsetzer. Dieser mischt den vom Teilnehmer gewählten Transponder des Satelliten (ca. 33MHz Bandbreite) auf eine von acht feststehenden SAT-ZF-Bändern, den sog. Userbands (UBs, SCR 0 bis SCR 7, Standardfrequenzen siehe Tab. 3.01) herunter. Ein Summenverstärker führt alle Userbands zusammen und speist sie als Transport-ZF in die angeschlossene Stammableitung ein (Abb. 3.06).

Jedem Teilnehmer/Receiver ist ein Userband fest zugeordnet (Abb. 3.07). Der Tuner eines Receivers wird fest auf die Mittenfrequenz des Userbands abgestimmt. Der Receiver muss ebenfalls einkabeltauglich sein, damit ihm "sein" Userband zugewiesen werden kann und er muss natürlich auch von der Software her in der Lage sein EN50494-kompatible DiSEqC-Nachrichten an den SCR zu senden. Eine solche Nachricht übermittelt dem SCR die SCR-Adresse (SCR1, ...), die gewünschte Ebene (VHB/VLB/HHB/VLB), die Position (A/B) und die abzustimmende Transponderfrequenz. Bei der Konfiguration des Receivers wird daher zuerst die Betriebsart "Einkabelsystem" und dann die Mittenfrequenz des Userbands zugeweisen (Abb. 3.08). Da die Dämpfung im Kabel frequenzabhängig ist, wird empfohlen, dass der am weitesten vom SCR entfernte Receiver das in der Frequenz niedrigste Band erhält. Ein Twinreceiver beansprucht zwei Bänder.

Erfahrungsgemäß ist ein Einkabelsystem recht empfindlich gegenüber äußere Beeinflussung. Eingriffe von Nichtfachleuten, zurückgesetzte Receiver (die dann meist nicht im Einkabelmodus wieder starten) und der Anschluss von nicht geeigneten Receivern kann schnell einen Versorgungsstrang lahm legen. Von den Teilnehmern wird deswegen eine gewisse Disziplin erwartet. Bei der Konfiguration von Receivern (vom Fachmann) sollten die Einstellungen, wenn möglich, über die Kindersicherung oder eine PIN-Eingabe geschützt werden.

Abb. 3.09: SCR-Tester [5]

Zur Überprüfung bzw. Überwachung von Standard-Protokollen nach EN50494 und zur Fehlersuche in Einkabelsystemen lassen sich SCR-Tester einsetzen.
SCR-Tester lassen sich anstelle einer Sat-Durchgangsdose in den vorhandenen Kabelstrang integrieren. Dadurch besteht die Möglichkeit, den Datentransfer zwischen Receiver und SCR zu überprüfen. Schleift man einen SCR-Tester in die Kabelstrecke zwischen Receiver und Anschlussdose, kann einwandfrei festgestellt werden, ob der Receiver die standardmäßigen Schaltbefehle (18 bzw. 13 Volt oder 22 kHz) sendet und entsprechend der EN-Protokolle bzw. gemäß DiSEqC 1.0 arbeitet.
Durch die Anzeige des passenden Userbandes lässt sich auch ablesen, welche und wieviele Teilnehmer in dem betreffenden System in Betrieb sind. Außerdem kann geprüft werden, ob sich Teilnehmer gerade im Installationsmodus befinden (SCR-Setup), ob Programme umgeschaltet werden (Zapping), ob Teilnehmer off- oder online geschaltet sind und ob in diesem Kabelsystem die PIN-Code-Funktion aktiv ist. (Quelle [2])

REFERENZEN

Abbildungen

[1] Foto: "Abb. 1.01: TV-SAT 2" Quelle: DLR auf einer Archivseite:
http://web.archive.org/web/20041103023932/http://www.op.dlr.de/wt-rm/mb/tvsat/tvsat.htm;
http://web.archive.org/web/19970625021319/http://www.op.dlr.de/wt-rm/mb/tvsat/tvs_sc.gif

[2] Fotos Astra 1-Satelliten Quelle: Pressefotos Astra/SES (Links zu den Pressemappen nicht mehr vorhanden)

[3] Abb. 1.05: Frequenzpläne Astra 1A und 1E; Quelle: Astra/SES Pre-launch_ASTRA_1A_Factsheet_1987.pdf. Zeichnungen neu erstellt und übersetzt durch InfoTip.

[4] Das DiSEqC-Logo ist ein Warenzeichen der EUTELSAT (“DiSEqC™ is a trademark of EUTELSAT”)
Quelle: http://www.eutelsat.com/files/contributed/satellites/pdf/Diseqc/Reference%20docs/logos_&_cond.pdf

[5] Foto "Abb. 3.09: Technisat SCR-Tester";
Quelle: Datenblatt (https://www.technisat.com/assetsFS/downloads/assets/medias/docus/15/DB_TechniRouter%20SCRTester_EK.pdf)

Weblinks

1. Umfassende Dokumentation (engl.) zu Technik und Standards von EUTELSAT:
http://www.eutelsat.com/en/support/technical-support/diseqc.html

2. Broschüre (deutsch) der Fa. Spaun (Hersteller von DiSEqC-Equipment):
DiSEqC 2 für Techniker

3. Datenblatt LNBH21 (ST)

4. Datenblatt ST7LNB0V2Y0 (ST)

Was bedeutet horizontal High?

Welche Spannung am LNB?

Was ist die LNB Frequenz?

Was für ein LNB brauche ich?