Funcionamento Técnico
O funcionamento dum sistema de video por satélite consiste no princípio da repetição, no satélite, dum sinal digital modulado em banda base proveniente duma antena emissora, com uma determinada zona de recepção como destinatária, na qual qualquer receptor de características adequadas poderá captar o sinal, independentemente de se encontrar por trás desta um sistema capaz de o reconstruir e interpretar correctamente, ou não. Este sinal vem sempre sobre a forma duma microonda, mais especificamente numa banda de utilização pré-definida, conforme a aplicação, mas tipicamente, para video, na banda C (4-8 GHz) ou Ku (12-18 GHz). O satélite encontra-se normalmente numa órbita geoestacionária, portanto mantendo a sua posição relativa em relação à superfície terrestre, encontrado-se assim sempre nas mesmas coordenadas celestes, de resto uma exigência natural para o tipo de função retransmissora que desempenha.
A forma como os dados recebidos são tratados é da responsabilidade dos elementos de suporte ao aparelho receptor, e variam de acordo com a aplicação pretendida. Estes aparelhos são tipicamente nos dias que correm Set-Top-Boxes que fazem a ligacao entre a antena receptora e o televisor (ou ecra de computador por exemplo).
Fonte de emissão
A fonte de emissão é o local onde todo o processo se inicia e onde o sinal "crú" provem. A fonte de emissão depende da aplicação pretendida e pode ir desde uma central emissora televisiva, onde os conteúdos são produzidos em estúdio e depois transmitidos e tratados através duma rede local de forma a se adequarem às normas de retransmissão via satélite, a um terminal móvel, onde toda a produção, manipulação e transmissão de dados ocorre num mesmo aparelho.
Nos centros de emissão televisivos, a programação a transmitir é disposta “à saída” do estúdio de gravação sobre a forma dum fluxo digital de alta qualidade, sem compressão. Na era pré-digital este fluxo, era modulado e transmitido desta forma, através do uplink, para o satélite, ocupando na ordem dos 270 Mbit/s de espaço, preenchendo desta forma o canal de transmissão inteiro.
Actualmente, porém, recorrem-se a técnicas de compressão digital do sinal, ainda no centro/fonte de emissão, para reduzir o tamanho destes fluxos sem perder significativamente qualidade de imagem e som. A multiplexagem, por seu turno, garante uma eficiente gestão de banda ao permitir incluir, numa única onda, várias programações em formato SDTV ou HDTV (dependendo da norma de compressão e o standard utilizado) . Estas duas técnicas de tratamento de dados vieram permitir a transmissão de vários canais de conteúdos televisivos num único sinal de banda base, sendo que para correctamente interpretâ-lo, o sistema receptor terá que estar adequado à descompressão/desmultiplexagem do sinal segundo as mesmas normas em que foi comprimido/multiplexado.
É este o princípio técnico fundamental por trás, por exemplo, das distribuidoras multi-canal e um factor preponderante para o crescimento e popularização de sistemas de distribuição de conteúdo televisivo sobre as suas mais diversas modalidades.
Codificação e Encriptação
No video por satélite, as normas de codificação/compressão de sinal utilizadas dependem dum conjunto de directivas compiladas por reguladoras internacionais sobre a forma de standards.
Independentemente da variedade de standards existentes, a norma vastamente mais utilizada é a MPEG-2, capaz de atingir taxas de compressão superiores a 1:30 ao mesmo tempo que conservando uma alta qualidade de imagem, tendo em conta os padrões da SDTV. Assim, os fluxos digitais originais de 270 Mbit/s são comprimidos para fluxos de até apenas 3 Mbit/s , permitindo que um satélite normal possa transmitir para cima de 200 canais no total (actualmente potencialmente milhares), contra os habituais 30 sem compressão digital (dependendo da banda de transmissão).
A escolha comum dos principais standards pelo MPEG-2 é facilmente justificável: para além de oferecer performances de compressão muito satisfatórias, o seu grau de compatibilidade é quase universal já que serve de suporte comum a uma variedade de formatos comerciais e open-source no mundo digital (mais notoriamente o DVD e a SDTV)
Presentemente, contudo, assiste-se a uma tendência para adoptar o MPEG-4/AVC (ou H.264). Os novos standards que regem a transmissão video por satélite já foram idealizados com esta adopção em vista, abrindo desta forma caminho à distribuição de conteúdos em alta definição por satélite, tal como o HDTV, um formato previamente intransmissível por satélite por limitações na norma MPEG-2 e que agora é uma das razões principais para as entidades reguladoras encontrarem necessidade no redesenho de projecto que levou aos mais recentes standards.No caso dalgumas aplicações, como o fornecimento DTH Pay-Per-View, em que os consumidores adquirem programações específicas de acordo com os seus interesses, torna-se necessário que o prestador de serviço se protega adequadamente, codificando os dados utilizando rotinas robustas de encriptação e dessa forma bloqueando a visualização correcta de determinadas programações, para qualquer utilizador que não tenha subscrito esse serviço.
Outro caso flagrante da necessidade de encriptação prende-se com a transmissão de conteúdos sensíveis à segurança ou estabilidade dum país ou organização, em que a transmissão poderá ser facilmente captada por um qualquer grupo com interesses nefastos.
A um sistema deste género chama-se um Conditional Access System (CAS), ou sistema condicional de acesso. Num sistema assim, o fluxo digital de dados captado pelo receptor só poderá então ser interpretado correctamente utilizando descodificadores adequados, que conheçam o algoritmo (e chaves) de descodificação.
Estes algoritmos de encriptação são normalmente desenvolvidos por empresas dedicadas à segurança em telecomunicações mas são também muitas vezes projectados localmente, para uma determinada aplicação. Existem uma série de produtos de encriptação que ganharam notoriedade e se encontram agora a “proteger” vastas redes de distribuição video por satélite, não só dedicadas ao DTH - o Videoguard da NDS, o Viaccess da France Télécom, o Irdeto ou o Conax da Telenor, para referir apenas produtos dedicados à transmissão digital.
Multiplexagem
A multiplexagem é uma pedra basilar do video por satélite actual. Se antes cada programação era ineficientemente transmitida por intermédio dum único fluxo digital modulado em banda base, agora é possível gerir a utilização da banda de forma a que várias programações possam ser transmitidas nesse fluxo. Isto levou directamente ao nascimento de sistemas MCPC (Multi-Channel Per Carrier), como upgrade aos antigos SCPC, já que passou a ser possível “espremer” vários canais SDTV (e mais recentemente também HDTV, por intermédio da compressão MPEG-4) num só canal de transmissão. É nesta base de funcionamento que a maioria dos serviços DTH funcionam hoje em dia.
As técnicas de multiplexagem mais populares no video por satélite são nalguns casos definidas pelo standards adoptados e noutras responsabilidade directa de quem implementou o sistema. Estas têm em comum, contudo, o facto de se basearem em técnicas de multiplexagem estatística, mais adequadas a transferencias de dados por pacotes.
Modulação & Controlo de erro
A modulação utilizada, é também ela dependente do standard adoptado e da aplicação pretendida. As mais comums, dada a sua interdependencia com o standard DVB-S (o mais popular) sao no entanto a QPSK, a 8PSK, a 16 APSK e a 32APSK, todas técnicas Phase-Shift Keying.
As duas primeiras sao mais adequadas para aplicacoes de distribuicao de conteudos por poderem ser usadas em transponders não lineares a funcionar no limite da saturacao, enquanto as duas ultimas sao mormente utilizadas para aplicacoes profissionais (DSNG por exemplo).
Por causa da susceptibilidade dos sinais a factores climatéricos (particularmente na banda Ku) , recentemente foi desenvolvido um sistema de modulação dinâmico (ACM – Adaptive Coding and Modulation), que dadas as condições climatéricas, adapta os parâmetros de modulação no sentido de se manter uma relação sinal/ruído aceitável para a transmissão de dados, evitando assim a perda de ligações.
Ao mesmo tempo importa assegurar a fidelidade dos dados, pelo que é universal se usar um qualquer algoritmo de controlo de erro, normalmente o FEC (Forward Error Correction)
Transmissão RF
A etapa de transmissão por radio-frequência consiste na coordenação e execução, por parte do satélite, através de transponders, de duas ligações distinas, vulgarmente conhecidas como uplink e downlink.
O uplink refere-se ao estabelecimento duma ligação entre o aparelho emissor e o satélite. Assim, o sinal, normalmente já comprimido, encriptado, multiplexado e modulado em banda base, é emitido dum qualquer posto na superfície terrestre dentro da linha de visão (LOS – Line-Of-Sight) do satélite, através duma antena de RF apontada ao satélite - que normalmente se encontra a um ângulo de inclinação maior que 30º, para evitar interferências de vegetação ou construções vizinhas. Um aparelho emissor tem, regra geral, entre 9 a 12 metros de diâmetro, dimensões justificadas pela necessidade de precisão e potência no sinal, mas actualmente pode ser muito mais pequeno, dependendo da aplicação para que está reservado.
De modo a evitar interferências de sinais entre os satélites é convencionado um mínimo de 2º de diferença (1º para a banda Ku) na inclinação orbital de cada satélite, relativamente ao ponto de emissão do sinal na Terra – rapidamente se depreende daqui que existe um limite satélites que poderão ser postos em órbita sem haver interferência entre eles, para cada banda (180 no caso da C, 360 no caso da Ku, por exemplo).
O downlink refere-se à etapa complementar da retransmissão. O sinal é captado pelo satélite através dum dos seus transponders e retransmitido através da ligação downlink, de volta à superfície terrestre, pronto para ser captado por um qualquer receptor dentro da LOS do satélite. A banda de retransmissão do sinal no downlink é diferente daquela a que o sinal viaja no uplink, para evitar interferências entre ambos os sinais. O sinal obtido no receptor (antena parabólica de dimensões variáveis, conforme a aplicação) é por norma bastante fraco, pelo que se torna imperativo se assegurar que a reconstrução do mesmo é feita de forma fiel.
Durante a transmissão, o sinal poderá sofrer atenuações e, no limite, a ligação poderá ser perdida. Estas atenuações devem-se principalmente a factores meteorológicos, sendo que sinais na banda Ku são particularmente sensíveis à chuva. Estes fenómenos podem ser atenuados pela aplicação dum sistema ACM na fase de modulação.