В этой статье мы разберем телевизионный спутниковый сигнал — тот, что приходит с геостационарного спутника на «тарелку» во дворе и превращается в каналы на экране.

Открыв таблицу частот любого оператора, вы увидите строку вроде «11920 МГц, поляризация В — DVB-S2, 8PSK, SR 45000 кСимв/с, FEC 2/3», и каждый параметр в ней что-то означает. Разберём их все по очереди, а заодно посмотрим, что означают шкалы уровня и качества на экране приставки и расскажем, от чего сигнал может портиться.

Как устроен спутниковый сигнал и какой путь он проходит

Спутниковый сигнал — это электромагнитное колебание, которое передаётся со спутника на Землю. Эта радиоволна такая же по природе, как та, что несёт радиостанцию или мобильную связь, но другой частоты. FM-радио работает на десятках мегагерц, а спутниковое телевидение — на десятке с лишним гигагерц, то есть в тысячи раз выше.

Микроволновый диапазон удобен телевидению по двум причинам. На нём доступна широкая полоса (запас частот, в который укладывают поток), необходимая для передачи пакетов из десятков каналов. И на такой частоте даже небольшая тарелка ловит сигнал только из одного направления — с того спутника, на который наведена.

Сам путь сигнала начинается на земле. Вещательная станция оператора отправляет поток каналов вверх, на спутник, который висит на геостационарной орбите в 35 786 км над экватором. Спутник принимает сигнал, усиливает его, переносит на другую частоту и отправляет обратно вниз, накрывая своим лучом территорию размером с несколько стран.

До вашей антенны сигнал доходит уже очень слабым, ведь за десятки тысяч километров его мощность распределяется по огромной площади. «Тарелка» нужна, чтобы собрать его с большой поверхности в одну точку. В этой точке стоит конвертер. Он, в свою очередь, усиливает полученный сигнал и меняет его частоту, а затем по кабелю сигнал поступает на ваш приёмник, который уже и выводит картинку на телевизор.

Диапазоны: C, Ku и Ka

Радиочастотный спектр — ресурс общий и конечный. Спутниковой связи в нём отведено несколько участков, и у каждого своя буква: L, S, C, X, Ku, Ka. Для спутникового ТВ и интернета используются C, Ku и Ka.

Для каждого диапазона выделены две полосы, отдельно на приём и отдельно на передачу (uplink, линия вверх).

C-диапазон — примерно 3,4–7 ГГц. Низкие частоты хорошо проходят сквозь дождь, зато требуют большой антенны, обычно от 1,8 метра и выше. Этот диапазон применяют для распределительных сетей, профессионального приёма и вещания на обширные территории.

Ku-диапазон — примерно 10,7–18 ГГц. Мощности достаточно, чтобы обойтись зеркалом 0,55–0,9 метра. Этот диапазон используют для спутникового ТВ, в нём также частично работает спутниковый интернет.

Ka-диапазон — примерно 17,7–40 ГГц. Полоса шире, скорости выше, поэтому его отдали под спутниковый интернет.

При одинаковых требованиях к усилению более высокая частота позволяет обойтись зеркалом поменьше, а в верхних диапазонах обычно выделены и более широкие полосы, то есть данных проходит больше. Потери при дожде растут с частотой: C-диапазон к нему заметно менее чувствителен, чем Ku, а Ka — самый уязвимый из трёх.

При этом реальный диаметр антенны определяет не только частота. На него влияют мощность спутника, размер зоны обслуживания и то, какой запас по сигналу нужен на её краю.

Дальше в статье речь пойдёт только про Ku, ведь российские операторы спутникового ТВ — Триколор, НТВ Плюс, МТС, Телекарта — вещают именно в нём. Полный расклад частотных диапазонов у нас разобран в отдельной статье.

Что такое транспондер

Полоса сигнала Ku-диапазона нарезана на участки, и каждый из них обслуживает свой приёмо-передающий тракт — это и есть транспондер. Ширина одного участка обычно составляет от 27 до 72 МГц, а самих транспондеров на современном аппарате несколько десятков. Транспондер существует на спутнике физически, это отдельное устройство со своим усилителем.

Работает транспондер так же, как спутник в целом, только в своей полосе. Принимает сигнал со станции на частоте линии вверх, усиливает его и переизлучает вниз на своей частоте линии вниз.

Один транспондер несёт не один канал, а сразу пакет — от нескольких штук до трёх-четырёх десятков, смотря какое разрешение у каналов и насколько сильно они сжаты. Все они идут одним общим потоком, а разделяет их уже ресивер.

Отсюда и устройство таблиц с частотами. В них указаны параметры не для каждого канала, а строкой на транспондер, и все в нём принимаются одинаково. Именно поэтому каналы обычно пропадают группами. Если исчезло пять названий подряд, а остальные на месте, дело чаще в одном транспондере, а не в пяти отдельных каналах.

На картинке: меню настройки транспондеров в спутниковом ресивере.

Частота транспондера

Частота, которую вы видите на рисунке выше, — это середина полосы конкретного транспондера, она находится внутри диапазона: значение 12054 МГц попадает в промежуток 10,7–12,75 ГГц, то есть в Ku. По этому числу ресивер отыскивает нужный транспондер среди прочих на спутнике.

В кабель уходит уже не эта частота: конвертер понижает её, и до ресивера доходит примерно 950–2150 МГц. Для настройки это ничего не меняет, ресивер пересчитывает это сам.

Опорный транспондер

У каждого оператора есть один транспондер, с которого начинают настройку. Его параметры оператор публикует и меняет редко, а сам он несёт служебные данные — список остальных транспондеров и таблицу каналов. Ресивер ловит его первым, забирает оттуда параметры и дальше находит всё остальное сам.

Поэтому при настройке с нуля вручную вбивают только один транспондер. По нему можно проверять и наводку антенны: ловится опорный транспондер — направление верное, дальше поиск доберёт остальное.

Поляризация: линейная и круговая

Поляризация описывает, как ориентирована электромагнитная волна в пространстве. Она бывает двух видов, линейная и круговая, и внутри каждого — два взаимно противоположных варианта. У линейной это вертикальная и горизонтальная, у круговой правая и левая.

Две противоположные поляризации идут на одной частоте и при этом не мешают друг другу, что позволяет спутнику вдвое плотнее занять полосу — на одной частоте работают два транспондера с разными поляризациями. Именно так на рисунке выше: строки 42 и 43 показывают одну частоту 12073, но одна в V, другая в H.

Линейная поляризация бывает вертикальной и горизонтальной, в таблицах это V и H. Круговая — правой и левой, в таблицах R и L.

Тип поляризации зависит от конкретного спутника и транспондера. Поэтому у одного оператора на разных орбитальных позициях она может отличаться. НТВ Плюс на 36,1° работает в круговой, а на Ямале-402 в линейной. МТС и «Триколор Федеральный» на 75° — в линейной вертикальной. Телекарта на обеих своих позициях линейная.

Нужную поляризацию ресивер запрашивает напряжением в кабеле. 13 вольт включает один вариант, 18 вольт — другой, а переключает конвертер.
Сам конвертер должен подходить типу поляризации. Круговой отличается от линейного встроенным поляризатором, который превращает круговую волну в линейную, понятную его приёмной части. Если поставить не тот, то конвертер не сможет отличать один транспондер от того, что работает на той же частоте во встречной поляризации, и они накладываются друг на друга.

Символьная скорость (SR)

Символьная скорость (Symbol Rate, SR) означает, сколько символов в секунду передаёт транспондер. Символ — это одна элементарная посылка, в которой закодировано несколько бит.

Измеряется SR в кСимв/с, тысячах символов в секунду. Типичные значения у операторов лежат в районе 27 500–45 000 кСимв/с.

Символьная скорость связана с шириной полосы, которую транспондер занимает на спутнике. Чем выше SR, тем шире полоса и тем больше данных проходит за секунду. Ёмкость эта не бесконечна, спутниковый ресурс распределён и оплачен, поэтому операторы подбирают SR под свою полосу, а не ставят максимум.

Символьная скорость вводится в ресивер вместе с частотой и поляризацией, и если она заметно расходится с реальной, транспондер не захватится. Впрочем, небольшой разброс тюнер прощает, у него есть свой диапазон захвата, а многие ресиверы вообще умеют искать транспондеры самостоятельно, без ввода параметров вручную.

Заметим ещё, что приёмник должен уметь работать с той символьной скоростью, которую использует оператор. Операторские приставки это делают по умолчанию, а вот у тех, кто смотрит спутниковое ТВ через CAM-модуль в телевизоре или через стороннюю приставку вместо фирменной, могут возникнуть сложности. Например, у МТС транспондеры идут на SR 45000, и такую скорость поддерживает не всякий встроенный тюнер, хотя с 27500 у того же телевизора никаких сложностей нет. Каналы при этом либо вообще не находятся, либо находятся и рассыпаются, и со стороны это неотличимо от плохого сигнала. Имейте это в виду при покупке CAM-модулей.

Модуляция: QPSK, 8PSK и 16APSK

Радиоволна сама по себе никаких данных не несёт, это просто ровное колебание. Чтобы навесить на неё информацию, у волны меняют какой-нибудь параметр — амплитуду, частоту или фазу. Это и называется модуляцией. В аналоговом радио так получились АМ и ЧМ, где параметр менялся плавно вслед за звуком, а в цифровом вещании его переключают между несколькими заранее оговорёнными состояниями.

Каждое такое состояние и есть символ, о котором шла речь в предыдущем разделе. Название модуляции указывает на число возможных состояний сигнала.

  • QPSK несёт 2 бита на символ. Самый простой и самый устойчивый вариант, ему хватает довольно слабого сигнала.
  • 8PSK несёт 3 бита. При той же символьной скорости это в полтора раза больше данных, но и требования к сигналу выше.
  • 16APSK несёт 4 бита. Применяется реже, в основном там, где есть запас по мощности.

Чем больше состояний у символа, тем ближе они друг к другу и тем труднее приёмнику различить, какое из них пришло. Слабый или зашумлённый сигнал он ещё разбирает на QPSK, но уже путается на 8PSK.

Получается, если оператор переводит транспондер с QPSK на 8PSK, каналов на нём станет больше или повысится качество существующих, но абонентам с маленькой антенной или подзапущенной установкой может внезапно не хватить запаса. Приём, который годами держался на грани, после такой перенастройки пропадает.

FEC: защита от ошибок

Радиоканал никогда не бывает идеальным, часть данных по дороге искажается. Чтобы приёмник мог восстановить испорченное, передатчик подмешивает в поток так называемые избыточные данные — это и есть прямая коррекция ошибок, forward error correction.

Это значения записывают дробью, которая читается как отношение полезных данных ко всему потоку. Упрощённо, FEC 3/4 означает, что из каждых четырёх частей три несут данные, а одна отдана под защиту. При FEC 5/6 защите достаётся одна часть из шести, при FEC 1/2 — половина всего потока.

Чем больше защиты, тем устойчивее приём в плохих условиях, но тем меньше остаётся места под каналы. Чем меньше защиты, тем плотнее транспондер заполнен полезными данными, но тем чувствительнее он к помехам. Оператор выбирает оптимальную точку между этими крайностями, глядя на мощность спутника, размер антенн у абонентов и уровень осадков в зоне обслуживания.

Вводить FEC вручную обычно не нужно, современный ресивер определяет его сам. Но при ручном вводе транспондера параметр может потребоваться, его берут из таблицы со списком транспондеров.

Стандарты вещания: DVB-S, DVB-S2 и DVB-S2X

DVB-S — первое поколение, появившееся в середине девяностых. Работает только с QPSK, защита от ошибок в нём устроена проще. Каналов в DVB-S у российских операторов почти не осталось, но отдельные транспондеры ещё встречаются.

DVB-S2 — второе поколение, появилось в 2005 году. В той же полосе передаёт примерно на треть больше данных, чем DVB-S. Здесь и более эффективная защита от ошибок, и возможность работать не только на QPSK, но и на 8PSK и выше. Сегодня это основной стандарт вещания.

DVB-S2X — расширение DVB-S2, добавляющее более дробный набор сочетаний модуляции и защиты, а также режимы для очень слабых и, наоборот, очень сильных сигналов. В спутниковом ТВ для абонентов пока встречается редко, чаще его применяют в спутниковом интернете.

Совместимость тут односторонняя. Ресивер с поддержкой DVB-S2 примет и DVB-S, а вот старый DVB-S-приёмник каналы в DVB-S2 не увидит — и это одна из причин, по которой оборудование десятилетней давности однажды перестаёт работать со спутниковым сигналом.

SID и PID: как ресивер различает каналы

Внутри транспондера идёт единый поток, и в нём нужно как-то разметить, где чей канал. За это отвечают два номера.

SID (service identifier — идентификатор сервиса) — номер канала целиком. По нему ресивер понимает, что, условно, «Первый канал» — это вот этот набор данных, а не соседний. SID выручает, когда название канала отображается криво или вместо него стоит что-нибудь вроде «Service 217». Правда, однозначен SID только внутри своего транспортного потока, то есть в пределах транспондера. Всемирного номера у телеканала нет, и один и тот же SID у разных операторов означает разные каналы.

PID (packet identifier — идентификатор пакета) — номер отдельной составляющей внутри канала. Свой номер у видео, свой у каждой звуковой дорожки, свои у субтитров и телетекста. Собирая канал, ресивер вылавливает из общего потока пакеты с нужными номерами.

Обычному зрителю PID не нужен, ресивер разбирается с ними сам. Пригождается он тем, кто настраивает каналы вручную на приёмниках общего назначения — там иногда приходится указывать PID видео и звука, если автоматика ошиблась.

Форматы сжатия: MPEG-2, MPEG-4 и HEVC

Видео перед отправкой сжимают, иначе в транспондер поместилась бы пара каналов.

MPEG-2 — самый старый формат, сжимает слабее всех. Занимает больше места и потому почти вытеснен.

MPEG-4 сжимает примерно вдвое эффективнее MPEG-2. В нём идёт значительная часть каналов, в том числе HD. Строго говоря, MPEG-4 — это целое семейство стандартов, а вещание идёт в H.264 (он же AVC), одной из его частей. В спутниковых таблицах пишут короткое «MPEG-4», и подразумевают именно H.264.

HEVC (он же H.265) — следующее поколение, ещё примерно вдвое экономнее MPEG-4. На нём строится вещание в 4K, в него постепенно переводят и обычные каналы.

Тут следует знать, что каждый формат — отдельная возможность ресивера, а не ступень лестницы. Современные приёмники с HEVC на практике понимают и H.264, и MPEG-2, но берётся это из того, что производитель заложил все три декодера, а не из старшинства формата. В обратную сторону это не работает тем более: приёмник, выпущенный до HEVC, про него ничего не знает. Каналы в неподдерживаемом формате находятся при поиске и попадают в список, но картинки не дают. Чаще всего это выглядит как чёрный экран при работающем звуке: звуковая дорожка идёт отдельно от видео и своим форматом, и её приёмник разбирает нормально. Реже картинка появляется, но разваливается на артефакты.

Кодирование (шифрование) сигнала

Закодированный, или зашифрованный канал означает, что поток перед передачей перемешали по известному только оператору правилу. Восстановить картинку без ключа нельзя, и на этом принципе работает всё платное спутниковое ТВ.

Ключ, которым шифруется поток, меняется постоянно — раз в несколько секунд. Оператор рассылает новые ключи прямо в эфире, вместе с каналами, но сами они тоже зашифрованы, и расшифровать их может только карта доступа с действующей подпиской. Получается цепочка: карта вскрывает ключ, ключ вскрывает поток, ресивер показывает картинку.

Систему шифрования выбирает оператор: у МТС это Irdeto и Verimatrix, у Триколора DRECrypt, у Телекарты Conax и Irdeto. Приёмник должен уметь работать именно с той, что у вашего оператора.

Подробнее о том, как работает шифрование, мы рассказываем в статье о CAM-модуле.

Открытые каналы принимаются без подписки любым подходящим ресивером. Ресивер при этом должен поддерживать стандарт вещания транспондера, его модуляцию, символьную скорость и формат сжатия.

Если говорить про фирменные приставки операторов, то они настроены на его собственный список каналов, и открытые каналы с чужих транспондеров в него обычно не входят, хотя технически принимаются той же антенной. Для приёма всего, что доступно со спутника, нужен неоператорский ресивер общего назначения.

Уровень и качество сигнала: в чём разница

На экране ресивера при настройке антенны видны две шкалы:

  1. уровень (сила) сигнала,
  2. качество сигнала.

На картинке: экран настройки на примере Триколор, уровень и качество сигнала

Уровень сигнала

Уровень (его же называют силой сигнала) относится к мощности, пришедшей на вход ресивера. У большинства приёмников за этой шкалой стоит система автоматической регулировки усиления, и поднимается шкала от любого сигнала в кабеле, включая собственный шум конвертера. Поэтому уровень нередко остаётся высоким, даже когда антенна смотрит мимо спутника. Ноль на ней обычно означает обрыв кабеля или неисправность конвертера, но высокие цифры сами по себе приёма не гарантируют.

Качество сигнала

Качество говорит о том, насколько уверенно демодулятор разбирает цифровой поток. Стандартной физической величины за этой шкалой нет, и каждый производитель считает её по-своему. В основе может лежать MER (modulation error ratio — отношение ошибок модуляции), отношение сигнал/шум, доля ошибочных бит или запас до порога декодирования. Поэтому проценты двух приставок на одном и том же транспондере сравнивать бессмысленно.

Отсюда не следует, что уровень бесполезен. У двух шкал просто разные роли, и на разных этапах настройки смотрят на разное.

Уровень отвечает за тракт. По нему проверяют, что кабель цел, конвертер запитан и сигнал вообще доходит до ресивера. На нём же работают простые приборы-сатфайндеры, у которых нет демодулятора: такой прибор меряет мощность в кабеле и подходит, чтобы поймать спутник начерновую, покрутив зеркало по азимуту и углу места.

Качество отвечает за приём. Довести настройку до рабочей можно только по нему.

То есть уровнем убеждаются, что тракт исправен, и грубо ловят спутник, а дальше доводят всё по качеству.

Что ослабляет сигнал

  • Дождь и мокрый снег
    Капли поглощают и рассеивают энергию волны, и чем выше частота, тем сильнее. Ku-диапазон страдает от сильного ливня заметно, Ka — ещё сильнее, C заметно устойчивее обоих.
  • Снег и лёд на зеркале
    Слой снега в тарелке сбивает фокусировку, и наледь на крышке конвертера действует так же. Летом ту же роль играет разросшаяся ветка на линии до спутника.
  • Неточное наведение антенны
    Диаграмма направленности параболической антенны узкая, и даже небольшой уход от точного направления на спутник заметно убавляет принятый сигнал.
  • Недостаточный диаметр антенны
    Зеркало побольше собирает больше энергии, и антенны большего диаметра (например, не 0,6 м, а 0,9 м) нужны ближе к границам зоны охвата спутника, где сигнал слабее.
  • Длинный или некачественный кабель, разъёмы и соединения
    Потери растут с длиной кабеля, а повреждённые разъёмы, вода и лишние соединения могут дополнительно ухудшить сигнал.