DISPENSE DI LABORATORIO DI ELETTRONICA Misure sul digitale terrestre

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1 I s t i t u t o P r o f e s s i o n a l e d i S t a t o p e r l I n d u s t r i a e l A r t i g i a n a t o CAVOUR-MARCONI Loc. Piscille - Via Assisana, 40/d PERUGIA - Tel. 075/ Fax 075/ i p si ap ti n. i t - P.E.C. pgri110005@pec.istruzione.it - sito internet: w w w. i p si ap g.i t DISPENSE DI LABORATORIO DI ELETTRONICA Misure sul digitale terrestre Con l avvento delle trasmissioni televisive a standard DVB-T, meglio noto come digitale terrestre, vengono completamente rivoluzionate le esigenze di misura a valle del trasmettitore, poiché il tipo di modulazione utilizzato nulla ha a che vedere con quelle utilizzate per la diffusione nei sistemi analogici tipo il PAL. Anche rispetto alle trasmissioni satellitari, per le quali il segnale già da tempo era trasmesso in forma numerica, le differenze non sono di poco conto, in quanto sia la bande di frequenza e sia, soprattutto, la modulazione, sono molto diverse. Il BER non dice tutto Nella trasmissione di segnali digitali, che nel caso del digitale terrestre equivalgono al flusso di dati che trasporta uno o più canali televisivi, l obiettivo è quello di trasmettere da un punto di emissione a un punto di ricezione un flusso di bit introducendo il minimo numero di errori. Per far ciò, solitamente, il flusso di bit non viene trasmesso nella sua forma originaria, bensì viene codificato con opportuni codici che ne aumentano la ridondanza e che consentono di rilevare e correggere una parte degli errori nel punto di ricezione. Di conseguenza, una prima misura di qualità sul segnale ricevuto è il tasso di errore sul bit, o BER (Bit Error Rate), un cui numero maggiore indica un segnale peggiore. Il vantaggio dei sistemi digitali che utilizzano codici di rilevazione e correzione degli errori è che, fintantoché il BER non supera una certa soglia critica, ogni errore può essere corretto e quindi la qualità del segnale riprodotto in ricezione può essere perfetta. Misurando il BER in un ricevitore si può quindi avere un idea di quanto si sia lontani dalla soglia critica che farebbe degradare completamente il segnale utile per il telespettatore. Nel caso della televisione digitale terrestre però, la misura del BER, benché fattibile, risulta relativamente complicata e, soprattutto, può dare in certi casi soli una visione parziale della qualità intrinseca del segnale ricevuto. Ciò è dovuto al fatto che il meccanismo di demodulazione usato nelle modulazioni OFDM è anch esso in grado di recuperare una parte dei disturbi del segnale, mascherando gli errori fintantoché la qualità della modulazione stessa non è troppo degradata. Quindi, il limite delle misure di qualità basate sul BER è che anch esse tendono a dare un risultato a gradino, il BER misurato rimane sempre molto basso fino a che la modulazione diventa troppo disturbata e a Prof. Maurizio Bilancini

2 quel punto anche il BER cresce rapidamente. Ciò non è molto utile, perché si rischia di considerare per buono un impianto con un BER ottimo, anche quando questo è in condizioni di funzionamento pericolosamente vicino alla soglia che renderebbe il BER pessimo, e di conseguenza porterebbe al degrado completo del segnale utile, che nella televisione digitale assume la forma di squadrettamenti, congelamento delle immagini o mancanza totale del segnale audio e video. Ecco perché in molti strumenti di misura per la TV digitale terrestre sono previste due tipi di misure di BER, dette convenzionalmente prima di Viterbi, o bber, e dopo Viterbi, o aber. Misurare il BER prima del decodificatore di Viterbi significa avere una visione più realistica della qualità intrinseca del segnale ricevuto e, quindi, della configurazione dell impianto. Di conseguenza, la misura del BER prima di Viterbi è assai più utile agli installatori rispetto alla misura del BER dopo la demodulazione capace di recuperare parte degli errori. La misura del MER Dal punto di vista pratico, però, sarebbe molto più comodo definire un parametro, sintetizzabile in un numero, che dia un indicazione riassuntiva di quanto buono o cattivo sia un segnale ricevuto rispetto al segnale ideale che teoricamente si potrebbe ricevere se non ci fosse alcun fenomeno di disturbo o interferenza tra trasmettitore e ricevitore. In tutti i sistemi che adottano modulazioni digitali si usa come parametro di qualità delle modulazione un parametro basato sul vettore errore, la cui definizione esatta varia a seconda dell applicazione. Nel caso della TV digitale terrestre, si preferisce usare la definizione di un parametro detto MER (Modulation Error Ratio), che è strettamente correlato dal punto di vista matematico al concetto di vettore errore, ma che dal punto di vista applicativo ricorda il concetto di rapporto segnale rumore (SNR o C/N) di uso comune nella televisione analogica. Infatti, così come nella TV analogica un rapporto SNR o CN (espresso in db) tanto più è elevato, tanto più identifica una migliore qualità del segnale ricevuto, così allo stesso modo nella TV digitale un valore del MER più alto identifica una qualità migliore. Prof. Maurizio Bilancini

3 In linea teorica, se un segnale modulato digitalmente fosse affetto solamente dal rumore di tipo gaussiano, si può dimostrare che il suo SNR (o C/N) è identico al suo MER. Nel caso della trasmissione della TV digitale terrestre c è un ulteriore complicazione. Il segnale utile non viene trasmesso su di una sola portante, ma viene ripartito su una miriade di portanti diverse, e teoricamente indipendenti, mediante la multiplazione OFDM. Lo standard DVB-T prevede due possibilità di multiplazione: in un canale largo 8 MHz (come nel sistema PAL) nel sistema detto 2k vengono trasmesse portanti spaziate tra loro di 4,464 khz, di cui dedicate al segnale utile e altre 193 riservate ai segnali pilota e di configurazione che aiutano a tarare l equalizzatore in ricezione; mentre nel sistema detto 8k vengono trasmesse portanti spaziate tra loro di 1,116 khz, di cui dedicate al segnale utile e altre 769 riservate ai segnali pilota. Sorge allora il dubbio: come rappresentare con un solo parametro la qualità della modulazione? La soluzione adottata è quella di sovrapporre tutti i vettori errore di ogni singola portante e calcolare un MER unico come se fosse stato misurato su un segnale a portante unica. Lo strumento più adatto alla misura del MER è l analizzatore di segnali vettoriali, uno strumento che concettualmente non è nient altro che un oscilloscopio digitale a banda stretta, ma ad alta risoluzione, sintonizzabile su una determinata frequenza RF. Gli analizzatori di segnali vettoriali sono tipicamente usati negli ambienti di ricerca e sviluppo, ma la tecnica dell analisi vettoriale, opportunamente semplificata e adattata all applicazione specifica, è stata inserita anche in molti strumenti di uso comune dedicati ai tecnici che si occupano di istallazioni televisive. Sul mercato si trovano numerosi modelli di analizzatori di spettro e misuratori di campo che al loro interno contengono un mini analizzatore di segnali vettoriali specializzato nella misura del MER sui segnali DVB-T. Prof. Maurizio Bilancini

4 Spettro occupato E a proposito di spettro difficilmente chi è abituato a osservare l occupazione di spettro dei segnali televisi analogici non rimarrà sorpreso nel vedere uno spettro di un segnale DVB-T. Infatti, addio portanti e sottoportanti, un segnale DVB-T è composto da migliaia di portanti praticamente della stessa potenza ammassate nello spazio di 8 MHz di un canale, per cui lo spettro risultante ideale risulterà un rettangolo. Gli analizzatori di spettro moderni dotati di funzioni specifiche per l analisi delle modulazioni OFDM possono visualizzare poi con maggiore dettaglio le singole portanti che compongono il segnale DBV-T, per andare alla scoperta di eventuali anomalie che affliggono solo una parte di esse, o per analizzarne la qualità della modulazione. Si tratta di funzioni avanzate che richiedono un elaborazione numerica del segnale piuttosto complessa, ma che grazie alle piattaforme di calcolo oggi inserite in tali strumenti sono comunque alla portata di tutti gli strumenti di fascia medio-alta. APPENDICE: Prof. Maurizio Bilancini

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