Satellieten en Diensten Fred van Let NV Casema ICT Telecom Satellietcommunicatie Master Class Den Haag 02 november 2001

Fred van Let (e-mail: fvlet@office.casema.nl) Manager van het Competence centre on Broadband Technology bij NV Casema Voorzitter van de ECCA/EuroCableLabs Technische Commissie (European Cable Communications Association) Voorzitter van het Platform voor Technologie en Innovatie van VECAI (Branche vereniging voor kabel-TV-exploitanten) Lid van VDCAI (Vereniging van directeuren in de kabelTV-branche) lid van KIVI (Koninklijk Instituut van Ingenieurs) Winnaar van de ECCA - Award 1998

Inhoud Historie Aanbieders en afnemers van satelliet diensten De huidige omroepsatellieten Technische beschouwing satelliet platforms Berekening onvangstkwaliteit (voorbeeld) Systeem technologieën Diensten De Kabel en de satelliet

Hoe kabeltelevisie allemaal begon…. In 1972 in stad Breda Meer dan 100 000 aansluitingen Hoogste frequentie 230 MHz Capaciteit 6 tot 12 TV programma’s FM radioband Ttarief NLG 85,- per jaar

Eerste Europese satelliet-experimenten OTS 1/2, Orbital Test Satellite 1981- 1983 Zendfrequentie in 11 GHz band Proefprogramma: SKY Channel Ontvangst met stationaire 3 m schotel Eerste ervaringen met encryptie en normconversie

Eerste satellietprogramma op de Kabel Wettelijk kader in 1983 vastgesteld voor de ontvangst van buitenlandse programma's via de satelliet Eerste officieel toegelaten programma per 7 februari 1984: TV 5 in Den Haag e.o. Startschot door Jack Lang (Franse minister van cultuur) en Eelco Brinkman (minister van WVC)

Satellietdiensten voor de consument Omroep (free to air) televisie radio teletekst Abonnee diensten (pay services) multimedia

Aanbieders van satellietdiensten Publieke instellingen publieke omroepen meestal ‘free to air’ Private instellingen commerciële bedrijven meestal ‘abonnementen’

Afnemers van satellietdiensten Professionele afnemers kabeltelevisie exploitanten Particuliere afnemers DTH (direct to home)

Eerste geostationaire satelliet In 1963 waren raketten pas krachtig genoeg om een satelliet(je) in een geostationaire baan te brengen Syncom II Communications Satellite

Het wegschieten van een satelliet

Omroepsatellieten Geostationair Gezien vanaf de aarde op een vaste orbit positie Alle geostationaire satellieten ‘hangen’ boven de evenaar op 35800 km hoogte Op één orbit positie kunnen meerdere satellieten worden gepositioneerd (enkele kilometers van elkaar)

Transmissie keten satelliet met ontvang- en zendantennes ontvangst- schotel opstraalstation

Transpondermarkt in Europa Oorspronkelijk idee: BSS (DBS), mislukt voor DTH markt (64 dBW), MAC encodering conservatieve technische ontwerp-parameters Gerealiseerd idee: FSS, fixed DTH ASTRA 1A t/m 1F, DTH markt (52 dBW) EUTELSAT Hotbirds ook operationeel: FSS, fixed voor kabelTV Eutelsat, Intelsat, Orion (44 dBW)

Satellieten op orbit-posities (Eutelsat)

Zenden en ontvangen 1 Nominale systeem gegevens worden opgegeven voor ‘clear sky’ condities Zowel uplink als downlink kunnen worden verzwakt door regen(druppels)-absorpties Verzwakking per link kan tot 40 dB bedragen (gedurende enkele minuten) In de systeemberekening rekening houden met regenmarge Worst case: opstraal- en ontvangstation staan dicht bij elkaar

Zenden en ontvangen 2 Door voor het zenden en het ontvangen bundelende parabool antennes te gebruiken wordt een flinke signaalwinst in de keten bereikt Hoe groter de parabool hoe kleiner de openingshoek Satellieten bewegen op hun positie door de invloed van zon en maan; ‘station keeping’ houdt die beweging binnen de perken Bij gebruik van paraboolantennes groter dan 5 m Ø moeten deze de satelliet actief volgen (tracking) om ernstig signaalverlies te voorkomen

Astra uplink station

Eutelsat controle centrum

Zenden en ontvangen 3 Tweemaal enkele dagen per jaar (in april en in september) staat gezien vanuit de ontvangschotel rond het middaguur de zon enkele minuten precies achter de satelliet De zon is een krachtige radiobron en satelliet-ontvangst is gedurende die tijd dan ook niet mogelijk Als er ‘s winters smeltende sneeuw in de schotel ligt, veroorzaakt die een (elektrische) afwijking van de paraboolvorm De signaalwinst neemt drastisch af Remedie: verwarmen of schoonvegen

Satellietplatforms in Europa voor omroepdiensten SES-Astra Eutelsat

Mission statements van SES-Astra en Eutelsat The SES Group operates a satellite services network spanning the globe, providing seamless broadband communications for its customers. The main purpose of Eutelsat is the design, the establishment, operation and maintenance of the space segment of the European telecommunications satellite system, the prime objective being the provision of the space segment required for international public telecommunications services in Europe.

Astra orbitposities Astra cluster 1: 29,2° OL 7 satellieten (lage band) 120 transponders (zendkanalen) analoge uitzendingen, later digitale 4 satellieten (hoge band) 56 transponders digitale uitzendingen Astra cluster 2: 28,2° OL 2 satellieten (hoge band)

Astra back-up systeem

Footprint Astra 1 D

Footprint Eutelsat Hotbird 6

Astra frequentiegebruik Toepassing van orthogonale lineaire polarisatie horizontaal: EVEN kanaalnummers vertikaal: ONEVEN kanaalnummers Kanaalraster van 29,5 MHz: van 10,7…11,7 GHz (lage band) van 12,5…12,75 GHz (hoge band) kanaalbandbreedte 26 MHz Kanaalraster van 39 MHz: van 11,7…12,5 GHz (hoge band) kanaalbandbreedte 36 MHz

Astra pre-set polarisatiehoek 1 Om de polarisatie offset hoek te minimaliseren op ontvangplaatsen in het centrum van de Astra footprints, wordt een 7.5° pre-set hoek gehandhaafd voor alle Astra satelliten

Astra pre-set polarisatiehoek 2

Astra analoge TV video-parameters 16 MHz/V bij 1Vpp video Energie-dispersie 25Hz driehoeks golfvorm gekoppeld aan de rasterfrequentie, resulterend in 2 MHz pp RF-draaggolf deviatie video pre-emfase vlgs. ITU-R F.405-1 Videosignaal (max. bandbreedte 5 MHz) vlgs. ITU Report 624-3 ITU-R BT 472-3

Astra analoge TV audio-parameters 1 1 mono subcarrier op 6,5 MHz nominaal Subcarrier deviatie 85 kHz Audio 40…15000 kHz Pre-emfase 50 µs Geen compandering Let op: ipv. deze subcarrier kan het Astra digitale audiosysteem zijn ingevoegd (ADR)

Astra analoge TV audio-parameters 2 6 subcarriers met compandering (Panda) voor stereo en/of meertalig audio subcarrier A1 7,02 MHz subcarrier A2 7,20 MHz subcarrier A3 7,38 MHz subcarrier A4 7,56 MHz subcarrier A5 7,74 MHz subcarrier A6 7,92 MHz Subcarrier deviatie 50 kHz Audio 40…15000 kHz Pre-emfase Wegener-Panda adaptief

Astra Digital Radio systeem (ADR) Wegener systeem gebaseerd op MUSICAM (Masking pattern adapted Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing) ISO/IEC 11172-3 (MPEG-2 layer II) digital audio compression Differential ge-encodeerde QPSK modulatie met convolutie code en scrambling Single en Dual Channel (Mono), Stereo, Joint-Stereo ADR subcarriers of boven het analoge video signal (12x stereo) of in ‘full transponder mode’ (48x stereo, gebruik makend van de complete 26 MHz satelliet transponder bandbreedte)

Teletext Als teletext signalen worden uitgezonden in een televisieprogramma, moeten ze voldoen aan de specificaties voor Teletext System B zoals gedefinieerd in Recommendation ITU-R BT.653-2 en ze worden uitgezonden in het Vertical Blanking Interval

Astra digitale TV video-parameters 1 Signaal gemoduleerd conform de ETSI standaard ETS 300 421 met de ASTRA specifieke parameters voor de symbol rate: bij 26 MHz transponder bandbreedte: 22.0 MSymb/s bij 33 MHz transponder bandbreedte: 27.5 MSymb/s

Astra digitale TV video-parameters 2 Transport Stream multiplexen vlgs. de standaard ISO/IEC 13818-1 video encoding vlgs. ISO/IEC 13818-2 met Main Profile @ Main Level Rasterfrequentie 25 Hz Picture aspect ratio 4:3, 16:9, 2.21:1 audio encoding vlgs. ISO/IEC 13818-3 met Audio mode MPEG-1: single channel, dual channel, joint stereo, stereo, compatibele multi-channel audio Compression layer: Layer I of Layer II Sampling frequenties: 32 kHz, 44.1 kHz, 48 kHz

Direct to Home (DTH)

DTH ontvangst Ontvangst in de range van 10 … 12,75 GHz Middenfrequenties ontvanger 950…2150 MHz Omschakelbare LNB voor ontvangst van de onderste, resp. de bovente bandhelft omschakeling door een stuurtoon van 22 kHz vanuit de ontvanger Polarisatie keuze door spanningssturing van de LNB vanuit de ontvanger

DTH ontvangst

G/T berekening Uitgangspunten 1 Hotbird 1 orbit 13° oosterlengte 49 dBW in centrum van de bundel bandbreedte transponder 36 MHz uitzendfrequentie 11,2 GHz piek-piek video FM zwaai 18 MHz TV norm PAL de-emfase en weging vlgs. CCIR-REP 637, winst 13,2 dB

G/T berekening Uitgangspunten 2 Ontvangstparaboolantenne 3,5 m diameter rendement 60 % ruisgetal LNB 1,2 dB opstelplaats Nederland → elevatie 30° → antenneruistemperatuur 65 K aanpassing antenne-LNB  = 0,5 dB misrichten (oa door satellietbeweging)  = 3,3 dB Opstraalstation en ontvangstation ver uit elkaar max A/B regendemping (99 % slechtste maand van het jaar = augustus) 1,62 dB

G/T berekening 1 Werkelijke winst van de ontvangstparabool

G/T berekening 2 Antenne temperatuur

G/T berekening 3 G/T effectief

S/N video berekening 1

S/N video berekening 2

S/N video berekening 3

Een familie van standaards DVB heeft een familie van standaards geproduceerd Satellite - DVB-S Cable - DVB-C Terrestrial - DVB-T SMATV - DVB-CS MDS - DVB-MC & -MS DVB-C DVB-S DVB-T DVB-CS DVB-MS/MC

Gebruik van DVB Data Containers De capaciteit van elke data container is voldoende voor 4 tot 8 TV programma’s, of 2 HDTV programma’s of 150 radio programma’s of 550 ISDN kanalen of een mix Satelliet met 18 transponders => 18 data containers 38 Mbit/s

MPEG-1 en MPEG-2 MPEG-1 toolkit MPEG-2 toolkit ISO / IEC 11172 systeem, video < 4 Mbps, audio 3 lagen CD i, computervideo (video CD) MPEG-2 toolkit ISO / IEC 13818, broadcast gericht video profiles en levels, audio, data multiplex DVB, , ENG / SNG MPX = program stream of transport stream exclusief transmissie, FEC en encryptie

MPEG-2 video CD i = MPEG-1 genoemde bitrates zijn maxima X = geen zinvolle combinatie

DVB TV- toepassing video audio main level / main profile 4 - 15 Mbps resolutie 720 x 576 pixels 25 / 50 Hz rasterfrequenties 16:9 en 4:3, panvector beschikbaar GEEN HDTV audio laag 1 en 2 Musicam, 192 kbps, stereo + surround 48 / 44,1 / 32 kHz samplefrequenties

DVB foutprotectie stap 1 voor DVB S, -C, -T gelijk outercode Reed Solomon, MPEG-2 TS packets van 188 naar 204 bytes BER van 10-4 naar 10-11 = minder dan 1 fout / uur interleaving in de tijd (tegen burst errors) stap 2, specifiek voor satelliet innercode FEC, van 10-1 naar 10-4 diverse code rates gestandaardiseerd

Systeem in 33 MHz transponder EIRP 51 dBW zenvermogen / 60 cm schotelantenne bij consument beschikbaarheid 99,99 % per jaar = outtime van 53 min per jaar 5 tot 10 televisieprogramma’s per transponder

Typische DVB elementen televisie- en radio programma’s worden digitaal in groepen uitgezonden. Zo’n groep heet een multiplex. elke multiplex kan in de Kabel gemiddeld vijf tot tien TV programma’s bevatten op de plaats van voorheen 1 analoog TV programma. bijzondere zoekmiddelen nodig voor afstemming op en zoeken in meerdere multiplexen: SI.

SI, Service Informatie met behulp van de SI wordt informatie aan de DVB - ontvanger (de decoder) doorgegeven waardoor deze op een eenvoudige manier toegang heeft tot alle (op het kabelnet) aanwezige DVB - signalen en programma's. automatische installatie functie EPG, elektronische programma gids

belangrijke elementen uit DVB - Service Informatie NIT Network Information Table BAT Bouquet Association Table SDT Service Description Table EIT Event Information Table

Electronic Program Guide zappen kan niet meer !..... de elektronische programmagids bevat de de vitale informatie die de kabelabonnee nodig heeft om zijn programma te kunnen vinden in het (royale) aanbod aan digitale televisie programma's. de EPG is gebaseerd op BAT, SDT en EIT service van de kabelexploitant aan zijn abonnees: (dynamisch) tabellen aanpassen !

MPEG-1 en MPEG-2 audio Laag 1 (Europa) Laag 2 (Europa) Laag 3 (USA) vereenvoudigd Musicam reductie 4:1, CD stereo met 384 kbps audio storage, met modificatie: DCC Laag 2 (Europa) Musicam met 32 tot 192 kbps reductie 8:1, CD stereo 192 kbps ASTRA digital radio, Cdi, DAB, ISDN Laag 3 (USA) Musicam / Aspec met 32 tot 128 kbps reductie 12:1, CD stereo 128 kbps Eutelsat satellietradio, commentaar kanalen

Audiodienst per satelliet (1) audio samen met TV in een transponderkanaal Panda-Wegener systeem voor CATV en consument capaciteit: 4 x stereo, companded FM digitale versie met 192 kbps, 12 x CD - stereo: ADR, Astra Digital Radio (MPEG-1, laag 2) in DVB multiplex audio op eigen carriers in TV transponder SCPC met 256 kbps per draaggolf meer uplinks, is dus flexibeler

Audiodienst per satelliet (2) audio in eigen transponder DSR, 16 x stereo in 27 MHz, C/N 7,5 dB en 32 kHz samplefrequentie is technisch achterhaald en inmidels exit DMX, 32 x stereo in 36 MHz, met 44,1 kHz samplefrequentie, CD kwaliteit bedoeld voor exclusieve kabelTV verspreiding als betaalradio systeem is in Europa mislukt en inmiddels exit

Audiodienst per satelliet (3) audio in eigen transponder (vervolg) SARA, Eutelsat Satelliet Radio MPEG-1 laag 3 met 128kbps, CD stereo 100 pprogramma’s in 36 MHz, uplink per programma, ontvangst met 40 cm schotel DAB, Eureka 147 MPEG-1 laag 2, COFDM met 512 draaggolven aards: single frequency network; satelliet op 1,5 GHz dominante toepassing: mobiele ontvangst via aards netwerk, voor satellietdistributie minder van belang

Nieuwe systemen en trends Europa (D-/ D2-/ HD-) MAC verdwenen DVB, digitale TV, sterk in opkomst op satelliet en kabel; vanaf 2001 in Nederland ook aards digitale radio via satelliet groeit steeds sneller met ADR, SCPC en met DVB Ontwikkeling van Multimedia applicaties komt traag op gang

Nieuwe systemen en trends Japan en USA MUSE, analoge HDTV (1125/60) breedbeeld belangrijk stap naar DVB technologie gemaakt USA ACTS digitale (HD)TV, breedbeeld geen thema FCC stuurt, veel politieke lobby voorzichtig wordt alternatief ook naar DVB technologie gekeken meerdere grote kabelexploitanten gebruiken al DVB

Samenvatting / trends (1) visie op (commerciële) omroep verandert verandering van het bestaande niet eenvoudig alom digitalisatie in professionele verbindingen commercieel verantwoord / goedkoper digitalisatie in consumentenmarkt verloopt moeizaam duur en weinig vertrouwen in nieuwe standaards

Samenvatting / trends (2) toenemende concurrentie tussen infrastructuur operators satelliet - kabel - telecom toegevoegde waarde diensten steeds belangrijker wel en niet gerelateerd aan programma - aanbod greep naar meer schakels in bedrijfskolom eerst bij programma-aanbieders, nu meer bij kabel exploitanten

Europese programma's ? blijkt niet eenvoudig te zijn door: taal problemen cultuurverschillen verschillen in regelgeving niet uniforme reclamemarkt (de inkomstenbron voor veel programma's): verschil in stijl verschil in timing GEVOLG: smalle/matige programmering

Aantal beschikbare programma’s Astra TV Analoog 54 TV Digitaal 687 Radio Analoog 46 Radio Digitaal 293 (DVB) + 87 (ADR) Eutelsat Hotbirds TV Analoog 25 TV Digitaal 551 Radio Analoog 44 Radio Digitaal 371

Huishoudens met Astra ontvangst

Digitale TV ontvangst / infrastructuur

Verdeling digitale/analoge DTH ontvangst

PC’s in Europa / land

Internet access via Astra (1H + 1K) Satellite Interactive Terminal (SIT) Uplink frequenties: 29,5…30,0 GHz De SIT is een speciale InDoor Unit (IDU)-PC Gebaseerd op IP protocol Multi-Frequency Time Division Multiple Access SIT vraagt dynamisch om satellietcapaciteit aan de hub, die de SIT synchroniseert en tijds- en frequentiesloten toekent

Astra 2C

Ontvangstation Lelystad

Meer van hetzelfde? de kabel exploitant streeft naar een afgewogen aanbod voor het grootste deel van zijn klanten: omroep programmering horizontale programmering thematische programmering betere programmering (abonnee TV/R) individuele programmering (PPV/PPL)

De kabel voor de consument (t.o.v. satelliet) eenvoudiger biedt een afgewogen programmapakket biedt individueel aanbod met gestandaardiseerde decoder is in het algemeen voordeliger

De satelliet voor de kabel - exploitant gemakkelijke manier om aan signalen te komen bron van vooral internationaal aanbod technisch gezien relatief goedkope programma-aanvoerweg naar kabelnetten ook in de toekomst van belang, maar door alternatieven wellicht wat minder dan voorheen

Migration of packages & services Art & Culture 5 ch Kids & Teens Lifestyle News & Sports Choice out of 4 thematic packages Free choice in channels Pick ‘n Mix (2, 7, 12 ch.) (Free choice of thematic channels in pre-defined [price & size] packages) Hindi Chinese Arabic Ethnic Audio/Video 45 audio A la carte premium Movies Services E-com Weather & Traffic Dig. audio Navigation EPG PPV-imp Modulo Mozaic zap Decoder with EPG, Impulse ordering, NVOD, Mosaic-zapper, Free TV channels & services NVOD 24 channel PPV Free chan. Key Dutch Commercial Channels Decoder tier EBT 17 extended basic channels: Thematic channels Nat. commercial broadcast Intern. commercial broadcast Basic 17 basic channels: Nat. publ/com broadcast Intern. public broadcast Service channels

TV programmabronnen incl. PayTV voorbeeld: Den Haag 2001 65 programma’s

Radio programmabronnen incl Radio programmabronnen incl. PayR voorbeeld: Den Haag 2001 78 programma’s

De decoder in de DVB keten Third parties (examples) Casema plus Consumer market Org. Org. Advert- izer Regional news Staff pers. User pers. tooling tooling EPG generation monitor play out Order handling Ses- sion control TV inter face inter face User interfaces EPG, order/select Tuner Demux User interfaces EPG, order/select Xmitter Mux CA, VAS, advert. Decod SI extract order cod CA program content 1 content 2 Program SAS service CA, VAS, advert. program service SI insert SI insert SI checking Coder SI insert SMS order cod CA Decod SI extract plat- form plat- form Mux Mux PS Mux TS Mux Demux Mux Demux infra- struct. send send infra- struct. Framing, timing receive Modu- lator Receiv. Xmitter Tuner Movies SPI User interface TS = transport stream PS = program stream STU (SPI) Personal aspects Market and government

Transmodulatie (complex) met remultiplexing aanpassen van de modulatie aanpassen van de SI per multiplex Netwerk Informatie Tabel toevoegen Transport Streams routeren / MPX - en vervangen ontvangen conditional access systeem of d.m.v. Transcontrol of d.m.v. Rescramblen

Vervangen van het conditional access systeem TRANSCONTROL (vrij eenvoudig) signaal wordt niet gedescrambeld alleen de ECM's worden gewijzigd mogelijk gemaakt door het Europese common scrambling algoritme RESCRAMBLEN (vrij complex / duur) signaal wordt gedescrambeld en daarna weer gescrambeld met het CA systeem van de kabelexploitant toevoegen management info aan abonnees

Blokschema DVB - CRD

De DVB kabeldecoder

Attractieve diensten voor de klant wow, dat is fantastisch, Casema !

Dank voor uw aandacht !

Competence centre on Broadband Technology bijdragen van N.V. CASEMA Competence centre on Broadband Technology N.V. CASEMA 2001 www.casema.nl My grateful appreciation to N.V. CASEMA for kindly permitting the publication of this information