Особенности приема спутникового сигнала. Часть третья, цифровая

Предыдущие части.

Часть первая. Геометрическая.

Часть вторая. Радиоволновая.

Параметры сигнала

В предыдущих частях нам удалось принять спутниковый сигнал и довести его до головной станции.
80% работы сделано, лишь бы остальные 20% не заняли 80% времени.
Итак, на вход головной станции мы подали сигнал. Ресивер (тюнер) настроился на нужную нам частоту/поляризацию. Далее сигнал поступает на демодулятор – специальный чип, который преобразует радиоимпульсы в цифровые данные для дальнейшей обработки. Но не каждый такой чип справится с "каким попало" сигналом. Необходима поддержка полного набора характеристик:

• SR (symbol rate) – символьная скорость, показывает количество состояний (символов) модуляции, передаваемое на данном транспондере. Типичные значения – десятки миллионов символов в секунду.
• Тип модуляции – то есть тип преобразования битов в элементы радиосигнала. Не вдаваясь в подробности скажем, что в спутниковом телевидении используется, как правило, фазовая модуляция PSK, хотя возможно использование амплитудной и амплитудно-фазовой. При вещании в стандарте DVB-S обычно используют квадратурную фазовую манипуляцию (QPSK), в DVB-S2 – восьмеричную (8PSK). Каждый символ QPSK кодирует 2 бита данных, 8PSK – 3 бита.
• FEC (Forward Error Correction) – коэффициент прямой коррекции ошибок. Спутник от Земли далеко, на пути ионосфера, дожди, грозы. Сигнал может дойти искаженным, поэтому лишь часть данных представляет собой полезную информацию, а всё оставшееся – служебные данные, необходимые для исправления ошибок. Например, FEC 7/8 означает, что на 7 бит полезных данных приходит 1 контрольный. К сожалению, даже FEC не всегда спасает. Одним из качественных показателей сигнала является параметр BER (bit error rate), равный отношению ошибочно переданных данных к общему количеству. При значении 10^-4 уже возможны артефакты и рассыпание картинки.

В наших головных станциях мы используем чипы-демодуляторы Sony со следующими характеристиками для спутникового (также поддерживается эфирный и кабельный) сигнала: модуляции QPSK, 8PSK, SR 1-45 Msymbol/s для DVB-S2 и 1-62 Msymbol/s для DVB-S, FEC от 1/2 до 9/10, что покрывает 99,99% потребностей спутникового приема.
Кстати, зная все три параметра, легко рассчитать полезный битрейт транспондера:

Например, транспондер 11727 L спутника Eutelsat W4 имеет битрейт 27500 * 3/4 * 3 = 59 мегабит/с

Закрытые каналы

Мы получили поток цифровых данных, можем выбрать из него конкретные телеканалы. Осталась последняя деталь. Телеканалы могут быть зашифрованы поставщиком для защиты от несанкционированного доступа. Для этого применяются системы сокрытия (СAS – conditional access system – системы условного доступа), которые осуществляют блочное шифрование данных. Для шифрования данных обычно используют алгоритм CSA. Он не очень сложный для декодирования и взлома, а вот ключи в разных системах передаются по-разному.
Система BISS подразумевает кодирование с "постоянным" сеансовым ключом. Она используется для передачи данных определенному кругу лиц, которому этот ключ известен. Если ключ известен, то NetUP Streamer может декодировать сигнал без дополнительных устройств. В остальных случаях необходимы специальные модули CAM (Conditional Access Module), которые подбираются в зависимости от используемой системы шифрования.

Эти модули устанавливаются в CI-слоты (common interface) головной станции. В модуль может быть установлена смарт-карта, смарт-карта, которая несёт идентификатор абонента, алгоритм обработки ключей и прав на тот или иной контент. В редких случаях данный алгоритм зашит непосредственно в модуль. Направляя зашифрованные каналы в CAM-модуль, станция ожидает их возврата в расшифрованном виде для дальнейшей трансляции. Производительность CAM-модулей ограничена. Бытовые модули обычно открывают всего 1 канал, профессиональные могут обрабатывать одновременно 4, 8, 10, 12, 16 каналов. Более мощных мы не встречали. На практике это означает, что даже если на одном транспондере находится 20 каналов, то для декодирования их всех необходимо будет использовать 2 модуля и задействовать 2 слота на головной станции.
Также несколько лет назад на рынке появились модули стандарта CI+ (обычные – CI), на использование которых для физлиц перешли многие спутниковые операторы. Эти модули нельзя использовать в профессиональных головных станциях, так как они подразумевают обратное шифрование. То есть телеканал из модуля выходит зашифрованным и воспроизведение возможно лишь на устройствах с поддержкой этого стандарта (телевизоры, абонентские приемники). Немного обидно, но не страшно, ведь такие модули одноканальные и их применение в профессиональных головных станциях экономически нецелесообразно.