vii Introduzione esempio VoIP, oltre ai servizi naturali quali Web e posta elettronica.

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1 Introduzione Senza ombra di dubbio lo sviluppo di sistemi di telecomunicazione che si appoggiano alla rete satellitare e che hanno come obiettivo quello di fornire servizi broadcast o multicast agli utenti finali, ha ormai acquisito un importanza fondamentale nel settore dell informazione. Tuttavia una caratteristica fondamentale per ogni sistema di trasferimento di informazioni digitali risulta essere l interattività tra utente finale e le infrastrutture e i servizi offerti dalla rete; solo in questo modo si riescono a realizzare sistemi completamente multimediali e personalizzati. Oltre a ciò vi è il fatto che l accesso alla rete di distribuzione satellitare è molto più economico e di più facile implementazione nelle zone in cui i collegamenti wired o wireless a corto raggio siano poco efficienti o inesistenti. Tuttavia questo non sarebbe possibile se i sistemi satellitari non supportassero, come invece accade, la maggior parte delle infrastrutture di rete, dei relativi protocolli e dei servizi più comuni; si consideri il forte sviluppo della diffusione della televisione digitale via satellite per fornire un servizio Direct To Home (DTH). Nel lavoro svolto si è studiato lo strato di collegamento-trasporto di uno standard che realizza di fatto l interattività all interno di una rete satellitare: il DVB-RCS. Tale standard definisce le specifiche del link di ritorno dall utente finale del servizio (DVB-S) e il fornitore dello stesso. Come è facile intuire, l introduzione di una capacità di feedback sulla rete satellitare genera una molteplicità di servizi difficile da prevedere, ma proprio la vastità degli ambiti applicativi di un sistema interattivo giustifica e incoraggia gli sforzi in questa direzione. Volendo citare le applicazioni più dirette del sistema DVB-RCS si può parlare di videoconferenza, istruzione a distanza, personalizzazione del servizio tv, come di ogni altro tipo di servizio IP-based, ad

2 Introduzione vii esempio VoIP, oltre ai servizi naturali quali Web e posta elettronica. Nel presente lavoro si è studiato il collegamento DVB-RCS e in particolare si sono analizzate le prestazioni della codifica di canale utilizzata in tale collegamento. In generale una tecnica di codifica di canale efficiente trova il giusto compromesso fra tre requisiti che in fase di progettazione si cerca di soddisfare: Protezione dell informazione Latenza ridotta Complessità ridotta Risulta essere chiaro che la giusta scelta si pone a un livello di compromesso tra le precedenti, tuttavia attraverso l utilizzo del sistema DVB-RCS è possibile effettuare una scelta non fissa per ogni scenario applicativo, bensì è possibile adattare lo schema di codifica al contesto, ad esempio in termini di condizioni fisiche del canale o della percentuale di banda disponibile, e ai requisiti di qualità richiesti dalla trasmissione, sia questa real-time, http etc. Al centro dello studio effettuato è proprio la versatilità del sistema di codifica utilizzato dal sistema DVB-RCS, e di conseguenza quelle che sono le prestazioni relative ad ogni possibile configurazione al variare dei parametri operativi. In particolare si cercherà di identificare quali sono le configurazioni che assicurano un ottimale livello di qualità di trasmissione, in termini di Bit Error Ratio.

3 Capitolo 1 Comunicazioni Satellitari Lo Standard DVB L idea di poter realizzare un sistema di videodiffusione digitale non più basato su tecnologie proprietarie, abbattendo così i costi di progetto e di implementazione, ha iniziato a farsi spazio dal 1991, quando broadcasters e produttori si posero come obiettivo quello di sviluppare uno standard pan- Europeo che permettesse lo sviluppo di un sistema basato su questo tipo di tecnologia. La creazione del gruppo ELG (European Launching Group) rappresenta il primo passo in questa direzione. Tuttavia è con la creazione nel settembre 1993 del consorzio DVB (Digital Video Broadcasting Project) che si inizia a lavorare realmente alla realizzazione di uno standard. Composto da più di 300 broadcasters, produttori, network operators, sviluppatori di software, enti di regolamentazione e altri gruppi appartenenti a più di 35 paesi, il consorzio DVB identifica come obiettivo quello di racchiudere in un unico gruppo gli interessi dei principali produttori e fornitori di videodiffusione digitale, esaminando le implicazioni e le soluzioni tecnologiche disponibili, scegliendo quelle maggiormente adatte, e racchiudendole in specifiche tecniche relative ad ogni campo della videodiffusione studiato. Una volta definite le linee guida di suddette specifiche, l operazione di perfezionamento e stesura degli standard viene poi affidata a gruppi esterni di standardizzazione, quali ETSI, CENELEC o EBU, i cui documenti finali sono spesso adottati e

4 Capitolo 1. Comunicazioni Satellitari Lo Standard DVB 2 utilizzati in ambito internazionale. Il consorzio DVB si occupa di più ambiti di implementazione della videodiffusione; oltre allo studio dei sistemi satellitari (DVB-S, DVB-S2, DVB- RCS) si interessa anche di diffusione digitale terrestre (DVB-T), via cavo (DVB-C) e mobile (DVB-H). Nel seguito viene data una panoramica sui sistemi DVB-S e DVB-RCS. 1.1 Il DVB-S Fin dal 1993 lo standard DVB-S, specificato nel documento ETSI EN , si occupa di esporre le soluzioni da implementare per la realizzazione di un sistema di diffusione broadcast di televisione digitale. Più dettagliatamente il suo ambito di definizione riguarda l analisi della modulazione, della codifica di canale e della struttura dei frame nella trasmissione di un segnale televisivo tradizionale o ad alta definizione (TV/HTDV) distribuito nelle bande definite per il Servizio fisso (FSS, Fixed Satellite Service) e per quello Broadcast (BSS, Broadcast Satellite Service) via satellite, in applicazioni di tipo Direct To Home (DTH). Per quanto riguarda le caratteristiche dello strato di trasporto, lo standard DVB-S prevede la multiplazione temporale (TDM) e multi-portante (FDM) degli stream video sorgenti, e la creazione di un flusso di uscita codificato con la tecnica MPEG-2. Questo processo è visualizzato in figura 1.1: ogni flusso (audio, video, dati) relativo a una particolare applicazione viene codificato secondo la tecnica di codifica di sorgente scelta, e successivamente multiplexato con gli altri n flussi delle altre applicazioni. Successivamente sul segnale uscente dal multiplexer vengono effettuate altre operazioni, quali: Adattamento del multiplexer temporale e randomizzazione per distribuire l energia spettrale del segnale. Codifica di canale esterna Reed-Solomon.

5 Capitolo 1. Comunicazioni Satellitari Lo Standard DVB 3 Figura 1.1: Schema del multiplexer DVB-S Interlacciamento. Codifica di canale interna (ad es. convoluzionale punturata). Baseband shaping. Modulazione Q-PSK. L uso concatenato delle due tecniche di codifica di canale (Reed-Solomon e convoluzionale) porta ad un elevata capacità di correzione degli errori da parte del ricevitore, ed alla conseguente affidabilità della trasmissione. Inoltre attraverso opportune matrici di punturazione, è possibile scegliere quello più adatto tra i code rate disponibili, {1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8}, adottando quello che garantisce il livello di BER (Bit Error Ratio) richiesto dall applicazione, in funzione delle condizioni di propagazione e del valore di SNR (Signal to Noise Ratio) da cui è affetto il canale. In questo modo la trasmissione si pone al miglior livello di compromesso tra massimo bit rate, realizzabile utilizzando il code rate maggiore, e minimo livello di BER sostenibile, che si riflette sulle prestazioni totali della comunicazione. La struttura a valle del multiplexer è visualizzata in figura 1.2

6 Capitolo 1. Comunicazioni Satellitari Lo Standard DVB 4 Figura 1.2: Schema a blocchi del trasmettitore DVB-S 1.2 Il DVB-RCS Specificato nel documento ETSI EN , il sistema DVB-RCS (Digital Video Broadcasting - Return Channel on Satellite) rappresenta l elemento di feedback della comunicazione via satellite. Esso definisce infatti un canale di ritorno verso la sorgente del flusso forward, implementando di fatto una rete interattiva. Per realizzare questo tipo di servizio interattivo dall utente finale al Service Provider utilizzando un canale di ritorno, viene utilizzata una semplificazione del modello a pila protoccolare ISO-OSI. Per un modello di comunicazione semplice sono previsti tre livelli (si veda figura 1.3): Livello fisico. Livello di trasporto. Livello di applicazione. La struttura della rete che si viene a creare utilizzando il canale di ritorno può essere divisa in canali logici secondo il doppio criterio direzione scopo.

7 Capitolo 1. Comunicazioni Satellitari Lo Standard DVB 5 Proprietary layers Higher medium layers Access mechanism Packet structure Synchronization Modulation Channel coding Freq. Range Filtering Power Network Independent Protocols Network Dependent Protocols Figura 1.3: Modello generale della pila protocollare In particolare due macrocanali sono stabiliti tra il fornitore del servizio e l utente finale, mentre il canale di ritorno viene suddiviso in due sottocanali: Canale broadcast: canale unidirezionale verso gli utenti finali utilizzato per trasmettere gli stream video, audio e dati. In generale può includere il canale interattivo forward. Canale interattivo: canale di ritorno diviso in due sottocanali. Cammino interattivo di ritorno: dall utente finale verso il fornitore del servizio, utilizzato per effettuare richieste e trasferire dati. Cammino interattivo forward: dal fornitore del servizio all utente finale, utilizzato per comunicare informazioni necessarie al mantenimento dell interattività. Lo schema della rete così realizzata è visualizzato in figura 1.4. Gli elementi fondamentali che costituiscono la rete interattiva sono: RCST: Return Channel Satellite Terminal, rappresenta il punto di accesso alla rete ed alle sue funzioni da parte dell utente, si tratta di un antenna e di un decoder con funzioni interattive.

8 Capitolo 1. Comunicazioni Satellitari Lo Standard DVB 6 Return Channel Satellite Terminal (RCST) Figura 1.4: Rete interattiva DVB-RCS NCC: Network Control Centre, fornisce il controllo e le funzioni di controllo (CMF). Genera i segnali di controllo e di temporizzazione per le operazioni della rete satellitare interattiva che sono trasmessi da una o più stazioni Feeder. Traffic Gateway: riceve il segnale di ritorno degli RCST e provvede ad effettuare funzioni di controllo sullo stato dell account dell utente, gestisce il traffico da e verso fornitori di servizi esterni, pubblici o privati, e verso altre reti esterne a quella satellitare (Internet, PSTN, ecc.). Feeder: trasmette fisicamente il segnale forward al satellite. Il segnale inviato è un segnale broadcast che rientra nelle specifiche DVB-S, sul quale sono multiplati i segnali contenenti le informazioni per gli utenti e i segnali di controllo e temporizzazione.