Multischalter

Funktionsprinzip

Moderne Nachrichtensatelliten empfangen Signale der Bodenstation mit der Uplinkfrequenz und setzen diese mittels sogenannter Transponder an Bord des Satelliten in eine neue Downlinkfrequenz (bei Astra 10,71–12,75 GHz) um. In den Transpondern verstärkt, werden diese Signale dann über Richtantennen wieder zu einem bestimmten Bereich des Erdbodens zurückgesendet. Der geografische Bereich, in dem das Satellitensignal zu empfangen ist, wird Ausleuchtzone genannt. Diese Signale verhalten sich aufgrund ihrer Frequenz im Gigahertzbereich in der Ausbreitung ähnlich wie Licht, werden dadurch von festen Körpern wie Bäumen, Häusern usw. abgeschattet, daher ist an der Empfangsanlage immer eine freie Sicht zum Satelliten notwendig.

Frequenzen im Gigahertzbereich (10,71–12,75 GHz) können in einer Gebäudeverkabelung (in einem Koaxialkabel) nicht verteilt werden (zu hohe Signaldämpfung), weswegen das rund 2 GHz breite Frequenzband (das sowohl horizontal als auch vertikal polarisierte Frequenzen beinhaltet) vom LNB in vier Frequenzblöcke à 1 GHz Breite gesplittet und in ein Frequenzband 950–2150 MHz heruntergemischt wird.

Jeweils einer dieser vier Frequenzblöcke kann dann über ein gewöhnliches Koaxialkabel im Frequenzbereich 950–2150 MHz (sich den klassischen terrestrischen UHF-Frequenzen 470–860 Mhz anschließend), im Gebäude an einen Empfänger Sat-Receiver verteilt werden. Zum Wechseln zwischen diesen vier Frequenzblöcken sendet ein Receiver über das Koaxialkabel Steuersignale an ein LNB (oder an einen Multischalter), mittels derer er den Frequenzblock auswählt, der das gewünschte zu empfangende Programm enthält.

Aufgrund der historischen Entwicklung werden Frequenzblöcke als High-Band oder Low-Band bezeichnet.

• Horizontale Polarisation, oberer Frequenzblock (High-Band) 11,75–12,75 GHz
• Horizontale Polarisation, unterer Frequenzblock (Low-Band) 10,950–11,75 GHz
• Vertikale Polarisation, oberer Frequenzblock (High-Band) 11,75–12,75 GHz
• Vertikale Polarisation, unterer Frequenzblock (Low-Band) 10,950–11,75 GHz

Je nachdem, welcher Sender am Receiver eingestellt ist, benötigt der Receiver eine andere Polarisationsebene und/oder einen anderen Frequenzblock. Zur Umschaltung überträgt der Receiver über die Antennenleitung zum Multischalter bzw. zum LNB verschiedene Signale:

• Horizontale Polarisation, oberer Frequenzblock (High-Band) 22 kHz + 18 V -hor
• Horizontale Polarisation, unterer Frequenzblock (Low-Band) 18 V -hor
• Vertikale Polarisation, oberer Frequenzblock (High-Band) 22 kHz + 14V -ver
• Vertikale Polarisation, unterer Frequenzblock (Low-Band) 14 V -ver

Die Wahl der Polarisationsebene erfolgt durch Änderung der Höhe der Fernspeisespannung, die zwischen Innenleiter und Aussenschirm des Koaxialkabels anliegt. 14 V signalisieren hier vertikal, 18 V horizontal.

Die Wahl des Frequenzblockes (9,75-GHz-Umsetzung bei Low-Band, 10,60-GHz-Umsetzung bei High-Band) erfolgt über ein aufmoduliertes 22-kHz-Tonfrequenzsignal. Wird dieses Signal vom Receiver ausgegeben, schaltet der Multischalter auf High-Band, fehlt es, fällt er auf Low-Band zurück.

DiSEqC

Bei neueren Empfangsanlagen erfolgt die Umschaltung zwischen Low- und High-Band sowie horizontaler und vertikaler Polarisation im LNB wahlweise auch über ein digitales DiSEqC-Signal.

• Unter Verwendung von Multischaltern kann mittels DiSEqC-Signal zwischen mehreren LNBs umgeschaltet werden (Astra-Eutelsat-Empfangsanlagen), dazu muss dann jedes LNB mit allen seinen Satblock-Ebenen mit dem Multischalter verbunden werden (typisch: vier Koaxialkabel je LNB).
• Es gibt inzwischen auch LNBs, die eine Sat-Block-Zwischenfrequenz (ZF) lediglich durchschleifen; eine komplette Multischalter-Logik ist dazu in jedem LNB integriert. Mehrere solche LNBs werden einfach kaskadiert hintereinander geschaltet; die Auswahl eines gewünschten Frequenzblockes erfolgt dann mittels DiSEqC-Signal. Solche Systeme eigenen sich aber nur zum Anschluss eines einzigen DVB-S-Receivers.

Unterscheidung analoge und digitale Empfangstechnik

Bei älteren „analogen“ Empfangsanlagen fehlt die Umschaltung des Frequenzblocks (High- oder Low-Band), es wird nur zwischen horizontaler und vertikaler Polarisation umgeschaltet. Moderne digitaltaugliche Empfangsanlagen benötigen hingegen in der Verkabelung zwischen dem LNB und dem Multischalter typischerweise vier Koaxialkabel.

Struktur der Verkabelung

Der im Brennpunkt eines Parabolreflektors befindliche LNB gibt in der Satblock-Verteilung je nach vom Receiver ausgesandten Steuersignal einen bestimmten Frequenzblock (Zwischenfrequenz 950-2200 Mhz) der vier je Satellit empfangenen Sat-Ebenen aus. Wegen der Steuersignale und da immer ein gesamter Frequenzblock vom LNB zum Empfänger ausgegeben wird, ist so je Receiver eine exklusive Koaxialleitung notwendig (Verkabelung in Sterntopologie).

Sollen mehr Empfänger an einer Empfangsanlage betrieben werden als ein LNB Ausgänge anbietet, so wird dies durch nachschalten eines Multischalters bewerkstelligt, Vom LNB zum Multischalter sind dann je Satellit typisch vier exklusive Antennenleitungen notwendig. Nach dem Multischalter ist eine Verkabelung wieder typisch in Sterntopologie auszuführen.

Nicht genutzte Ausgänge am Multischalter oder LNB werden mit einem 75-Ω-Abschlusswiderstand terminiert. Die Verwendung von Antennendosen ist nicht zwingend erforderlich, solange keine Einspeisung von terrestrischen oder Kabelfernseh-Signalen stattfindet. Bei langen Koaxialleitungen kann ein ZF-Streckenverstärker eingesetzt werden, dabei ist zu beachten dass dieser eine Fernspeisespannung ohne Spannungsabfall sowie überlagerte Steuersignale durchreichen muss.

Multischalter

Ein Multischalter ist ein Bauteil einer Satellitenempfangsanlage in Satblock-Verteiltechnik, der den Gemeinschaftsbetrieb mehrerer Sat-Receiver an einer Sat-Antenne ermöglicht. Die Hauptaufgabe besteht in der Verteilung der vom LNB gelieferten Signale an die einzelnen Sat-Receiver. Außerdem dient er (je nach Bauart) zur Einspeisung von terrestrischen oder Kabelfernsehsignalen in die Antennenleitungen zu den Teilnehmern.

Unterscheidung analoge und digitale Empfangstechnik

Grundsätzlich erkennt man den Unterschied zwischen analog- und digitaltauglichen Multischaltern an der Anzahl der Eingänge pro LNB (2 bei analog, 4 bei digital). Analoge Multischalter sind inzwischen aber kaum noch im Handel zu finden, da auch an digitaltauglichen Multischaltern analoge Receiver betrieben werden können.

Die Bezeichnung „digitaler“ bzw. „analoger“ Multischalter bzw. LNB ist technisch nicht ganz korrekt: Analogtaugliche Multischalter und LNBs können auch digitale Sender zur Verfügung stellen, wenn diese im Low-Band senden. Auch umgekehrt können als digital bezeichnete Multischalter und LNBs die analogen Sender zur Verfügung stellen. Der Unterschied besteht bei den Multischaltern nur in der Anzahl der Eingänge (4 pro LNB statt 2). Bei den LNBs wird durch das 22-kHz-Signal lediglich die Oszillatorfrequenz von 9,75 auf 10,6 GHz umgeschaltet, an der grundsätzlichen Funktionsweise ändert sich jedoch nichts. Die Bezeichnung „digital“ wurde von den Herstellern der High-Band-tauglichen Multischalter und LNBs erfunden, weil auf dem in Mitteleuropa marktbeherrschenden Satellitensystem Astra zu Beginn des Digitalfernsehens alle digitalen Sender im High-Band sendeten, die analogen im Low-Band. Inzwischen senden zahlreiche digitale Sender auch im Low-Band. Im Zuge der Abschaltung analoger Sender wird künftig das Low-Band stärker für digitale Sender genutzt.

Weitere Funktionen des Multischalters

Einspeisung terrestrischer oder Kabelfernseh-Signale

Da der Multischalter meist auf dem Dachboden installiert wird, ist es naheliegend, die Signale der evtl. noch vorhandenen terrestrischen Antennenanlage in die Hausverkabelung einzuspeisen, beispielsweise für den Empfang von UKW-Rundfunk oder DVB-T. Daher verfügen die meisten Multischalter über einen zusätzlichen Eingang für die terrestrischen Signale. Vorzugsweise wird hier eine Antennenweiche oder ein sogenannter Mehrbereichsverstärker mit den gewünschten Antennen angeschlossen. Auf dem gleichen Wege können auch Signale aus dem Kabelfernsehnetz eingespeist werden. Durch den Multischalter werden diese Signale durch das gleiche Kabel zur Antennendose übertragen wie die Satellitensignale. Mit einer geeigneten Antennendose (sog. 3-Loch-Dose) können die unterschiedlichen Signale in den Anschlüssen wieder voneinander getrennt genutzt werden.

Bei der Nutzung von Diensten im Kabelfernsehen, die eine Rückkanalfähigkeit erfordern (z.B. Internet oder Telefon), ist auch die Rückkanalfähigkeit des Multischalters erforderlich.

Multischalter-LNBs

Spezielle LNBs verfügen über einen integrierten Multischalter mit vier oder acht Ausgängen. Meist werden solche als Quad-LNB oder Quattro-Switch-LNB (4 Ausgänge) bzw. Octo-LNB (8 Ausgänge) bezeichnet; die Bezeichnung variiert je nach Hersteller und ist nicht unbedingt einheitlich. Hier können die Receiver ohne zusätzlichen Multischalter direkt an den LNB angeschlossen werden. Auch Monoblock-LNBs für schielende Installationen (Multifeed) können über integrierte Multischalter verfügen. Hier kann man an jedem Ausgang einen Receiver betreiben; die Receiver arbeiten unabhängig, d.h. jeder kann analoge und digitale TV-Programme empfangen, ohne den Empfang des anderen Receivers zu beeinträchtigen.

Solche Multischalter-LNBs sind sinnvoll für Gemeinschaftsanlagen mit wenigen Teilnehmern. An einem derartigen LNB kann auch ein weiterer Multischalter angeschlossen werden, vorausgesetzt, dass dieser an seinen LNB-Eingängen je einmal 14 und 18 V sowie (bei einem digitaltauglichen Gerät) das 22-kHz-Signal ausgibt. Ansonsten würde das LNB an allen Ausgängen nur das vertikale Low-Band liefern. Der Einsatz eines Quattro-LNBs (ohne integrierten Multischalter) ist jedoch vorzuziehen. Bessere Qualität ist bei einer solchen Lösung mit Quattro-LNB und externem Multischalter zu erwarten, da die Elektronik weniger eng verbaut ist, nicht jeder Witterung ausgesetzt ist und der Multischalter meist über eine eigene aktive Stromversorgung verfügt.

Multischalter für mehrere Satelliten

Es besteht die Möglichkeit, die Signale mehrerer Satelliten mit einem Multischalter zu verteilen. Hierfür hat der Multischalter mehrere LNB-Anschlüsse (also nochmals vier Eingänge für jeden weiteren Quattro-LNB). Die Umschaltung zu den jeweiligen LNBs steuert der Receiver mittels digitalem DiSEqC-Signal. Dabei ist es ohne Belang, ob der zweite LNB an demselben Sat-Spiegel (Multifeed) oder an einem zweiten Spiegel installiert ist. Pro Satellit benötigt man ein LNB; der Einsatz von motorgesteuerten rotierenden Antennen für mehrere Satelliten ist bei Gemeinschaftsanlagen mit Multischalter nicht möglich.

Kaskadierbare Multischalter

Hier handelt es sich um Multischalter, die für jeden LNB-Eingang auch einen LNB-Ausgang haben. Die Signale an den Eingängen werden unverändert an die Ausgänge weitergegeben. An diesen Ausgängen wird wieder ein weiterer gleichartiger Multischalter angeschlossen. Kaskadierbare Multischalter werden in großen Gebäuden wie Wohnblöcken eingesetzt. Die typische Installation besteht aus einer Sat-Antenne und einem kaskadierbaren Multischalter in jedem Stockwerk. Von diesem führen die Ableitungen in die Wohnungen des Stockwerks und 4 Koaxialkabel zum Multischalter für das nächste Stockwerk usw. Hersteller wie Spaun, Arcon, GTN oder Kathrein bieten derartige Systeme an.

Handelsbezeichnungen für Multischalter

Der Typ des Multischalters beinhaltet häufig zwei Ziffern, z.B. 5/8. Die erste Ziffer gibt die Anzahl der Eingänge vom LNB an und die zweite Ziffer die Anzahl der Ausgänge zum Receiver. Wenn die Zahl der Eingänge ungerade ist, so hat der Multischalter auch einen terrestrischen Eingang.

Einige Beispiele:

• Multischalter 3/8: 2 Eingänge von einem LNB, 1 Eingang für terrestrische Antenne, 8 Ausgänge zu 8 Receivern (analogtauglicher Multischalter)
• Multischalter 5/4: 4 Eingänge von einem LNB, 1 Eingang für terrestrische Antenne, 4 Ausgänge zu 4 Receivern
• Multischalter 9/8: 4 Eingänge vom ersten LNB, 4 Eingänge vom zweiten LNB, 1 Eingang für terrestrische Antenne, 8 Ausgänge zu 8 Receivern
• Multischalter 5/16: 4 Eingänge von einem LNB, 1 Eingang für terrestrische Antenne, 16 Ausgänge zu 16 Receivern

Historische Entwicklung

SES-Astra war jener Satellitenbetreiber, der am 11. Dezember 1988 in Europa mit seinem damals im Gegensatz zum später gescheiterten TV-SAT-System, durch Rückgriff auf die altbewährte PAL-Technik einem modernen schlanken Satellitenkonzept GE Astra Electronics Astra 1A, (lediglich ein EIRP von 50 dBW) dafür aber mit bereits 16 KU-Transpondern, eine gewisse Programmvielfalt ermöglichte. Dieser Rückgriff auf altbewährte Technik von Telekommunikations-Satelliten beinhaltete auch das Konzept zur effizienten Frequenznutzung durch Aufteilen der 16 Transponder auf eine horizontale und eine vertikale Polarisationsebene (Frequenzblöcke). Der Empfänger musste also zur Erlangung der vollen Astra-Programmvielfalt (erstmals sensationelle 16 TV-Programme mit einem Satelliten), beide Polarisationsebenen getrennt empfangen; ein gemeinsames Übertragen beider Sat-ZF-Blöcke über ein einzelnes Koaxialkabel (wie beim terrestrischen PAL oder Kabelfernsehen) war durch den in beiden Polarisationsebenen gleich belegten Frequenzbereich nicht möglich. Die Industrie entwickelte schon bald für einfach zu installierende Satellitenempfangsanlagen ein Marconi-LNB genanntes Umschaltkonzept, das durch Verändern der Fernspeisespannung (14/18 V) zwischen den beiden Polarisationsebenen umschaltete. Zum Betrieb mehrerer Sat-Receiver an einem gemeinsamen Spiegel wurde diese Technik in Multischaltern mit mehreren Ausgängen eingesetzt.

Eine Weiterentwicklung dieser speisespannungsgesteuerten 14/18-Volt-V/H-Umschalttechnik wurde durch die Verwendung des eigentlich für Telekommunikation gedachten Satelliten DFS-Kopernikus der Deutschen Bundespost für einen Fernseh-Direktempfang (in Konkurrenz zu Astra) notwendig. Ein Umschalten auf das sogenannte High-Band (12,5–12,75 GHz) wurde durch ein Überlagern der LNB-Speisespannung mit einem 22-KHz-Steuersignal erreicht, womit also erstmals zum Sat-Empfang vier ZF-Bänder zur Verfügung standen. Dieses Konzept ermöglichte eine spätere Erweiterung des High-Band um die vormals für TV-SAT reservierten DBS-Frequenzen (11,75–12,5 GHz) zu 11,75–12,75 GHz.

Eine erneute Weiterentwicklung zum Umschalten auf andere Satelliten brachte das DiSEqC-System durch Philips und Eutelsat.

Eine Technik "14/18 Volt, 22 kHz Tone Burst, DiSEqC" stellt dem Empfänger (Sat-Receiver) immer einen gesamten Empfangs- Frequenzblock (950–2300 Mhz) zur Verfügung, daraus leitet sich der Begriff Satblock-Verteilung ab.

Vor- und Nachteile

Nachteile

Die Technik einer Satblock-ZF-Verteilung ist historisch entstanden, daraus leitet sich sein Hauptnachteil ab: es kann wegen der praktizierten Satblock-Umschaltung immer nur jeweils ein DVB-S- oder DVB-S2-Receiver an einer Antennenleitung angeschlossen werden. Dies verursacht einen großen Verkabelungsaufwand bei geringer Flexibilität zum Anschluss weiterer Empfänger je Wohnung. Demgegenüber war ein Anschließen von mehreren DVB-C- oder DVB-T-Empfängern an einer Antennenleitung nie ein Problem, weswegen eine Satblock-Verteilung in größeren Wohnanlagen bis heute meist nicht praktiziert wird. Ein Nachrüsten älterer Wohnanlagen auf Sat-Empfang mittels einer Satblock-Verteilanlage verursacht wegen der notwendigen umfangreichen Kabel-Neuverlegungen hohe Kosten.

Ein weiterer Nachteil einer Satblock-ZF-Verteilung ist, dass durch die Anzahl der Anschlussleitungen je Wohnung auch die Anzahl der in einer Wohnung betreibbaren Sat-Empfänger festgelegt ist. Vielen ist in der Planungsphase einer Sat-Empfangsanlage nicht bewusst, dass heute je Wohnung durchaus mehrere weitere Sat-Empfänger (Videorecorder, Küchen-TV, Kinderzimmer, PC mit DVB-S2-Karte, DVB-S-Radioempfang an der HiFi-Anlage), angeschlossen und betrieben werden. Eine Satblock-Verteilanlage kann aus diesem Grund nicht mit dem Komfort einer linearen Signalverteilung (Kabelfernsehanschluss oder DVB-T) verglichen werden. Eine Alternative ist Unicable mit bis zu acht Sat-Empfängern je Anschlussleitung, oder ein Einkabelsystem, mit dem unbegrenzt viele Sat-Empfänger (eingeschränkt auf ca. 200 Sat-TV-Programme) an einem Koaxialkabel betrieben werden können.

Vorteile

• Vorteil ist die Flexibilität einer Satblock-Verteilanlage in Bezug auf einen erweiterten Mehrsatelliten-Empfang, weswegen bei Kleinanlagen eine Satblock-Verteilung nach wie vor üblich ist.