Abstract: the article, after a brief mention of

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1 Giuseppe Sofia Ministero ello Sviluppo Economico - Comunicazioni Ispettorato Territoriale Calabria giuseppe.sofia@comunicazioni.it NOTE RADIOPROPAGAZIONE DI UN SEGNALE DVB-T IN UHF. ASPETTI TEORICI E PRATICI DI UN COLLEGAMENTO CON ALTA PERCENTUALE DI PROPAGAZIONE SUL MARE. QUALE CORRELAZIONE CON I PARAMETRI ATMOSFERICI? (RADIOPROPAGATION OF A DVB-T SIGNAL IN UHF. THEORETICAL AND PRACTICAL ASPECT OF A CONNECTION WITH A HIGH PERCENTAGE OF PROPAGATION OVER THE SEA. WHAT CORRELATION IS THERE WITH ATMOSPHERIC PARAMETERS?) Sommario: l articolo, opo un breve cenno alle caratteristiche tecniche el sistema DVB-T (Digital Vieo Broacasting Terrestrial) e ai vantaggi a esso introotti rispetto alla televisione analogica, illustrerà lo stuio effettuato sulla raiopropagazione i un segnale televisivo terrestre, moulato in tecnica igitale, irraiato nella bana UHF, i cui sono noti i parametri operativi ell impianto trasmittente. Dopo una isamina puramente teorica sulla propagazione in spazio libero, in conizioni i visibilità tra stazione trasmittente e stazione ricevente e sulla propagazione troposferica, si riporteranno i risultati i una serie i misure strumentali effettuate sui parametri raioelettrici, analizzanoli, in moo particolare, rispetto alle variazioni ei parametri atmosferici verificatisi urante le misure stesse. 1. Introuzione e storia L utilizzo ella tecnologia igitale sui vari ispositivi i comunicazione (satellite, iffusione terrestre, cavo, reti a larga bana) ha comportato rapii mutamenti nello scenario europeo elle telecomunicazioni. In questo contesto la televisione igitale terrestre (DTT Digital Terrestrial Television), sta acquiseno le potenzialità per ivenire parte rilevante nell offerta i canali televisivi, integrano e esteneno l offerta ei canali satellitari e via cavo e offreno nel contempo la possibilità i realizzare iverse tipologie i servizi nazionali, regionali e locali, anche meiante l utilizzo i terminali portatili. In Italia, il quaro normativo nazionale concretizzatosi con il Libro Bianco ell Autorità per le Garanzie nelle Comunicazioni, la Legge n.66/001 Abstract: the article, after a brief mention of the technical characteristics of the DVB-T system (Digital Vieo Broacasting Terrestrial) an of the avantages it has introuce over analogic television, will illustrate the stuy carrie out on the raiopropagation of a terrestrial television signal, moulate in igital technique, irraiate in the UHF ban,, of which the operative parameters of transmitter are known. After a pure theoretical examination of the propagation in free space, in conitions of visibility between a transmitting station an a receiving station, an of tropospheric propagation,the results of a series of instrumental measurements carrie out on the raioelectric parameters will be mae known, analyzing them, taking into particular account the variations of atmospherical parameters, which occurre uring the actual measurements. e il Regolamento a essa associato, ha ientificato i soggetti el nuovo mercato (fornitore i contenuti, operatore i rete fornitore i servizi), poneno le premesse per il lancio ella DTT nel nostro Paese attraverso una fase iniziale i sperimentazione. La trasmissione igitale costituisce, quini, una tappa i capitale importanza nello sviluppo tecnologico ei sistemi televisivi. Con essa si realizza la convergenza tra il settore informatico e le telecomunicazioni trasformano l apparecchio televisivo in una piattaforma per lo sviluppo ei servizi interattivi. In Europa il sistema DVB (Digital Vieo Broacasting) ebbe origine, nell anno 1991, all impegno comune i alcuni operatori raiotelevisivi, i aziene inustriali e organismi i normativa che si riunirono per are vita a un gruppo i lavoro cui venne affiato il manato i supervisionare lo La Comunicazione - numero unico

2 NOTE Giuseppe Sofia Fig. 1 Diffusione egli stanar televisivi nel mono [1] sviluppo i un sistema i televisione igitale in Europa. Inizialmente il gruppo fu enominato European Launching Group. Con il coinvolgimento ei maggiori operatori europei, sia pubblici che privati, attivi nel comparto ei meia, i sviluppatori i software e gestori i reti i telecomunicazioni il gruppo si allargò arrivano a contare circa 80 membri, i quali stilarono nel Settembre 1993 un Memoranum of Unerstaning (MoU) in cui furono coificate le regole a cui partire per lo sviluppo i tale sistema. Il Launching Group nell occasione venne ribattezzato Digital Vieo Broacasting Project (DVB) e a quel momento l attività europea nel settore ella TV igitale subì una netta accelerazione. Attraverso l approvazione a parte all ETSI (European Telecommunications Stanars Institute), nel Dicembre 1993, ello stanar DVB- S (EN ) e nel Marzo 1994 ello stanar DVB-C (EN ),si giunse nel Dicembre 1995, all approvazione ello stanar DVB-T (EN ). Nel campo ella raioiffusione televisiva le specifiche tecniche ei nuovi sistemi sono aottate nell intero contesto internazionale (Figura 1). I principali fattori innovativi ella tecnologia igitale sono : il miglioramento ella qualità tecnica el prootto televisivo, cioè ell immagine e el suono; il rastico aumento ell offerta i programmi, grazie all efficacia ell algoritmo i compressione MPEG- che consente i raggruppare più programmi televisivi su un blocco (o multiplex) che viene poi irraiato sul canale i iffusione convenzionale: tipicamente a 4 a 8 programmi a secona ella capacità trasmissiva isponibile; la possibilità i ricevere con apparati portatili e servire anche l utenza mobile (negli autobus, nei treni, ecc.), su base nazionale, regionale e locale; la possibilità i fruire i una serie i servizi aggiuntivi i tipo interattivo accessibili tramite il televisore. I principali vantaggi i sistema erivanti alla rapia aozione ella televisione igitale terrestre sono invece: l uso efficiente elle risorse frequenziali estinate alla iffusione terrestre; un offerta i programmi e servizi più ampia e meglio risponente alle richieste el pubblico; un incremento ei consumi e egli introiti ell inustria prouttrice (in ambito software e harware) ; l accelerazione alla iffusione, presso il grane pubblico, ell uso i Internet e ei servizi interattivi sofisticati; un impulso all aozione i nuove tecnologie e relativi guaagni i posizione nella competizione internazionale. [1]. Lo stanar DVB-T I parametri principali el sistema DVB-T sono 66 La Comunicazione - numero unico

3 RADIOPROPAGAZIONE DI UN SEGNALE DVB-T IN UHF. ASPETTI TEORICI E PRATICI DI UN COLLEGAMENTO CON ALTA PERCENTUALE DI PROPAGAZIONE SUL MARE. QUALE CORRELAZIONE CON I PARAMETRI ATMOSFERICI? (RADIOPROPAGATION OF A DVB-T SIGNAL IN UHF. THEORETICAL AND PRACTICAL ASPECT OF A CONNECTION WITH A HIGH PERCENTAGE OF PROPAGATION OVER THE SEA. WHAT CORRELATION IS THERE WITH ATMOSPHERIC PARAMETERS?) NOTE riportati in Tabella 1. Il sistema è ottimizzato per canali a 8 MHz (spaziatura i canale in UHF), ma può essere aattato anche su canali a 7 MHz (utilizzati in molti paesi, tra i quali l Italia) e a 6 MHz (spaziatura aottata in USA e Giappone), moificano opportunamente la frequenza i campionamento. Il numero i portanti che trasportano ati utili è costante in ogni simbolo OFDM: 151 nella moalità k e 6048 nella moalità 8k. Le altre sono: portanti pilota, trasmesse a un livello i potenza superiore (+,5 B), e portanti TPS (Trasmission Parameter Signalling) e possono essere usate per la sincronizzazione i trama, i frequenza, i tempo, per la stima el canale, l ientificazione ella moalità i trasmissione[]. Lo spettro i una trasmissione DVB-T, per un canale i 8 MHz, è illustrato nella figura 8. Poiché la urata i simbolo nell OFDM è pari all inverso ella spaziatura tra le portanti, il lobo f c = 470Mhz + 4Mhz + I1 Tab. 1 Parametri el sistema DVB-T (canalizzazione a 8 Mhz) Fig. 8 Spettro el segnale DVBT [8] principale ella ensità spettrale i potenza i ogni portante è più stretto i ue volte la spaziatura ella portante. Perciò la ensità spettrale non è continua entro la larghezza i bana nominale i 7, MHz per il moo 8K o 7, MHz per il moo K [3]. La frequenza centrale fc el segnale RF per i C/N richiesto per un BER=x10-4 opo Viterbi QEF opo Ree-Solomon Flusso binario utile (Mbit/s) Canale?=T g /T u Moulazione Coice Gaussiano Rice (F) Rayleigh (P) 1/4 1/8 1/16 1/3 QPSK ½ 3,1 3,6 5,4 4,98 5,53 5,85 6,03 QPSK /3 4,9 5,7 8,4 6,64 7,37 7,81 8,04 QPSK 3 /4 5,9 6,8 10,7 7,46 8,9 8,78 9,05 QPSK 5/6 6,9 8,0 13,1 8,9 9, 9,76 10,05 QPSK 7/8 7,7 8,7 16,3 8,71 9,68 10,5 10,56 16-QAM ½ 8,8 9,6 11, 9,95 11,06 11,71 1,06 16-QAM /3 11,1 11,6 14, 13,7 14,75 15,61 16,09 16-QAM ¾ 1,5 13,0 16,7 14,93 16,59 17,56 18,10 16-QAM 5/6 13,5 14,4 19,3 16,59 18,43 19, QAM 7/8 13,9 15,0,8 17,4 19,35 0,49 1,11 64-QAM ½ 14,4 14,7 16,0 14,93 16,59 17,56 18,10 64-QAM /3 16,5 17,1 19,3 19,91,1 3,4 4,13 64-QAM ¾ 18,0 18,6 1,7,39 4,88 6,35 7,14 64-QAM 5/6 19,3 0,0 5,3 4,88 7,65 9,7 30,16 64-QAM 7/8 0,1 1,0 7,9 6,13 9,03 30,74 31,67 Tab. C/N (B) richiesto per una ricezione QEF e flusso binario utile (Mbit/s) per tutte le combinazioni i intervallo i guaria, costellazione e tasso i coifica, relativo a sistemi non gerarchici La Comunicazione - numero unico

4 NOTE Giuseppe Sofia canali UHF è ata alla seguente relazione: con I l = 0, 1,,3 f = c 470MHz + 4MHz + I 1 8MHz Le portanti ati, che portano le informazioni utili, sono moulate in M-QAM (M=4, 16, 64), con mappatura i Gray. La Tabella, erivata all Annesso A ella specifica DVB-T (ETSI EN ), riporta, per tutte le combinazioni i costellazione e tasso i coifica previste alla normativa, le prestazioni el sistema in termini i C/N, valutate per mezzo i simulazioni al calcolatore; riporta inoltre i valori el flusso binario utile (Mbit/s) in funzione ell intervallo i guaria normalizzato. Questo varia a circa 5 Mbit/s a 31,7 Mbit/s, a secona ella configurazione i trasmissione aottata. I valori riportati in tabella si riferiscono a un canale ieale affetto esclusivamente a rumore bianco Gaussiano (AWGN) e a ue canali multipercorso tipici ella iffusione terrestre: il canale i Rice (F), che rappresenta un tipico caso i ricezione fissa nel quale il trasmettitore è in visibilità con il ricevitore (segnale principale più una serie i echi); il canale i Rayleigh (P), che è un esempio i ricezione portatile con antenna omniirezionale, caratterizzato alla assenza ella linea i vista. I valori el rapporto C/N richiesto si riferiscono alla ricezione Quasi Error Free (QEF), corrisponente a meno i un evento i errore per ora sul segnale all ingresso el emultiplatore MPEG- (BER<10 11 ), opo che è stato sottoposto al proceimento i correzione egli errori tramite algoritmo i Viterbi e ecoifica Ree-Solomon. I tassi i coifica più alti (5/6 e 7/8), quano vengono associati alla costellazione a più elevata efficienza spettrale (64-QAM), risultano molto sensibili al faing selettivo in frequenza. In pratica, per la stima el massimo numero i programmi TV che possono essere allocati in un canale a 8 MHz, assumeno una ricezione fissa con antenna irettiva, la configurazione più ionea è il 64-QAM a tasso /3; essa fornisce una capacità i flusso binario i circa 4 Mbit/s, nel caso i =1/3, che consente tipicamente la trasmissione i 4 programmi a qualità convenzionale (SDTV a 6 Mbit/s ciascuno) o 6 programmi a qualità news (LDTV, 4 Mbit/s ciascuno). Questa configurazione i trasmissione è particolarmente ionea per le reti multifrequenza (MFN). L impiego ella multiplazione statistica associata alla coifica MPEG- a bit-rate variabile consente inoltre i aumentare il numero i programmi senza peggiorare la qualità auio/vieo []. 3. Il calcolo teorico Propagazione in spazio libero La propagazione nello spazio libero rappresenta un caso ieale in cui il segnale si propaga senza incontrare ostacoli o materiali che possano cambiare le caratteristiche i propagazione. In tali conizioni il valore ella potenza ricevuta a un antenna quano sia nota la potenza trasmessa a un altra antenna può essere calcolata P 4πD T PR = con la cosietta formula el collegamento: ove P T è la potenza trasmessa espressa in W, D è la istanza tra le ue antenne espressa in metri, G T è il guaagno ell antenna trasmittente espressa in unità lineari e A R è l area efficace ell antenna i ricezione. Sapeno che l area efficace i una antenna i ricezione è pari a: la relazione preceente iventa: P R Un ulteriore ato teorico interessante è l attenuazione in spazio libero. Per calcolarne il valore in funzione ella istanza consierata, nel caso i G λ G A R = 4π = P G G T T R R T A R λ 4πD 68 La Comunicazione - numero unico

5 RADIOPROPAGAZIONE DI UN SEGNALE DVB-T IN UHF. ASPETTI TEORICI E PRATICI DI UN COLLEGAMENTO CON ALTA PERCENTUALE DI PROPAGAZIONE SUL MARE. QUALE CORRELAZIONE CON I PARAMETRI ATMOSFERICI? (RADIOPROPAGATION OF A DVB-T SIGNAL IN UHF. THEORETICAL AND PRACTICAL ASPECT OF A CONNECTION WITH A HIGH PERCENTAGE OF PROPAGATION OVER THE SEA. WHAT CORRELATION IS THERE WITH ATMOSPHERIC PARAMETERS?) NOTE A 0 4πD = 10log10 λ antenna isotropa, si può usare la seguente relazione Infine, voleno calcolare irettamente il livello i campo e.m. teorico in spazio libero presente in un punto i misura, si può fare riferimento alla Raccomanazione ITU-R PN.55- [4], e utilizzare la seguente relazione: Da notare che le imensioni ell ellissoie i Fresnel ipenono anche alla frequenza e, quini, anche le conizioni i visibilità ipenono alla frequenza. In assenza i ostacoli, i tutti i raggi emessi all antenna trasmittente, si consiera che giungano all antenna ricevente quelli che caono al suolo nel punto al quale le antenne i trasmissione e ricezione si veono con angoli i elevazione uguale (figura ). E( Bµ V / m) = P 0log D + 74,8 EIRP con P EIRP = P G T T = Potenza isotropica trasmessa (BW) D=Lunghezza el collegamento (Km). 4. Propagazione in ambiente reale Nella pratica, la propagazione è assai iversa che nel vuoto, a causa ella superficie terrestre e ell atmosfera. Gli effetti principali i questi per frequenze comprese tra 300 MHz e 3000 MHz, range entro il quale ricae la frequenza in esame, sono: a) la riflessione elle one a parte el suolo; b) la iffrazione, causata a ostacoli interposti tra il punto i trasmissione e il punto i ricezione; c) la rifrazione troposferica. 5. Conizioni i visibilità Affinché si abbiano one riflesse sul piano verticale in un collegamento raio, l antenna trasmittente e l antenna ricevente evono essere in conizioni i visibilità. Il punto trasmittente e il punto ricevente si icono in visibilità quano su una rappresentazione in atmosfera normale, quano cioè il raggio i curvatura equivalente è circa 4/3 il raggio ella curvatura geometrica ella terra, non viene intercettata al profilo ella terra non solo la retta congiungente i ue punti ma anche il primo ellissoie i Fresnel. Si ha quini che, all antenna ricevente, il raggio riflesso si somma al raggio iretto, introuceno oltre che una variazione i ampiezza, una istorsione i fase pari a: con Il campo elettrico sarà quini ato alla somma i ue componenti. La prima ovuta al raggio iretto, la secona ovuta al raggio riflesso. E RIC = E +E r = E [1+Γe - jβ ] Se l angolo incienza tene a 90, il coefficiente i riflessione tene a 1, quini: E RIC = E [1-e jβ ] Fig. Moello a ue raggi π φ = λ 1 h = con h 1 h = h La Comunicazione - numero unico

6 NOTE Giuseppe Sofia Il campo ipene alla istanza come 1/, pertanto, preneno a riferimento il valore el campo iretto a una istanza 0 alla sorgente, avremo: il cui moulo sarà: che per grani valori i potremo consierare come segue: Dalle preceenti relazioni si nota che per valori piccoli i si ha un anamento oscillante, mentre per sufficientemente grane, si ha un anamento ecrescente el tipo : in cui il termine (figura 3). 0 Eric = E ( 0) 1 E E ric ric 0 = E ( 0 ) 0 E ( 0 ) E = E 1 4 h1h λ π 4h1h λ jβ [ e ] β sin β è etto Break Point comincia a ostruire una parte ella prima zona i Fresnel. L intensità e la fase ell ona riflessa rispetto a quella inciente sono ate al coefficiente i riflessione, legato alla natura el terreno, all angolo i incienza, alla frequenza e alla polarizzazione. L espressione el coefficiente i riflessione per ona inciente polarizzata orizzintalmente è la seguente: sinθ R = sinθ + in cui θ è è l angolo tra raggio iretto e suolo. Nel caso i polarizzazione orizzontale, il termine z è ato a: z = con ε 0 = ε j 60 σλ e ε = costante ielettrica relativa al suolo σ = conucibilità el suolo. I grafici che seguono (figure 4 e 5) riportano i valori i R e ello sfasamento tra ona inciente e ona riflessa per acqua marina (σ = 4,64 S/m, ε = 81) nel caso i superfici piane e levigate. Per le frequenze > 300 Mhz, quasi tutti i terreni non possono consierarsi levigati e i coefficienti i riflessione el grafico vanno moltiplicati per un fattore compreso tra 0, e 0,4. z z ε 0 cos = Re θ jϕ Figura 3- Distanza i Break-Point La istanza i Break Point rappresenta la minima istanza tra le antenne tale per cui il suolo Figura 4 70 La Comunicazione - numero unico

7 RADIOPROPAGAZIONE DI UN SEGNALE DVB-T IN UHF. ASPETTI TEORICI E PRATICI DI UN COLLEGAMENTO CON ALTA PERCENTUALE DI PROPAGAZIONE SUL MARE. QUALE CORRELAZIONE CON I PARAMETRI ATMOSFERICI? (RADIOPROPAGATION OF A DVB-T SIGNAL IN UHF. THEORETICAL AND PRACTICAL ASPECT OF A CONNECTION WITH A HIGH PERCENTAGE OF PROPAGATION OVER THE SEA. WHAT CORRELATION IS THERE WITH ATMOSPHERIC PARAMETERS?) NOTE 1, h1, = H1, r Esplicitano la ifferenza i percorso ell ona riflessa e ell ona iretta, questa sarà pari a: = + 1 Il campo sarà, allora: E ric Figura 5 ht + ht hr + hr 1 ht hthr + hr ht hr = E ( 0 0 πht h ) λ 1 a cui si nota che il campo elettrico E è inversamente proporzionale al quarato ella istanza. In maniera el tutto analoga si consiera la riflessione su terra liscia, sferica i conucibilità finita, con atmosfera avente inice i rifrazione a graiente costante con la quota, come riportato in figura 6, Figura 6 ove h 1 e h sono le altezze elle ue antenne, riferite però al piano tangente alla superficie terrestre nel punto in cui avviene la riflessione; h 1 e h, chiamate sporgenze elle antenne, sono ate r a: in cui i termini sono etti abbassamenti ella superficie terrestre a partire al punto i riflessione e r rappresenta il raggio equivalente terrestre. Poiché nello stuio ella propagazione interessano quasi sempre le curvature relative ella terra e ei raggi, si usa consierare, per una maggiore speitezza nei calcoli, ancora i raggi rettilinei e tenere conto ella rifrazione moltiplicano il valore geometrico el raggio terrestre r 0 per un coefficiente inicato in genere con la lettere K e chiamato coefficiente el raggio equivalente terrestre, ato a: 1 K = 1+ r Sapeno che 0 1, r n h r0 = 6,37 10, per un valore ε 8 4 i = 8 10 si ha k =, valore che h 3 comunemente si assume come meio e che corrispone alla cosietta atmosfera stanar [5]. 6. L ellissoie i Fresnel 1 r0 ε 1+ h Nella propagazione elettromagnetica occorre tenere conto ei fenomeni i iffrazione, che eviano nella zona in ombra le one raio che transitano in prossimità i ostacoli. Pertanto, la eterminazione ell'orizzonte raio eve preveere un margine i istanza h tra la congiungente le antenne e il suolo,o tra le stesse e un eventuale ostacolo. La istanza h eve essere almeno pari al raggio el primo ellissoie i Fresnel (figura 7), che è un solio i rotazione efinito come il luogo ei punti 6 m λ ( A, P) + ( P, B) ( A, B) + La Comunicazione - numero unico

8 NOTE Giuseppe Sofia P per i quali la somma elle istanze, e è maggiore per gli spigoli vivi'', fino a arrivare a una ecina i B. 7. La propagazione troposferica Nella realtà il collegamento raio ha luogo in un ielettrico, l'atmosfera terrestre, che presenta una R = in cui è la lunghezza 'ona ella trasmissione a frequenza f. Suivieno la istanza (A,B) tra i ue fuochi A e B in ue segmenti 1 e, iniviuati alla posizione ell'ostacolo, si trova che il raggio ell'ellissoie è pari a che, nel caso Figura 7 λ Figura 8 Stratificazione ell atmosfera terrestre serie i isomogeneità (Figura 8) Per frequenze superiori ai 30 MHz le trasmissioni a raiofrequenza sono fortemente influenzate ai fenomeni inotti alla troposfera. La troposfera è la parte inferiore ella atmosfera terrestre, al suolo all inizio ella tropopausa, e è caratterizzata alla temperatura che iminuisce con la quota i circa 5,5 ogni 1000 metri. L altezza meia va ai 9 km ai poli ai 17 km all equatore. L altezza varia con le conizioni atmosferiche, infatti, in Italia varia a 7 km (tempo perturbato) a 13 km (bel tempo). Dalle leggi ell ottica geometrica sappiamo che un raggio e.m. nel propagarsi a un mezzo all altro, nell attraversare la superficie i separazione, cambia irezione a causa el iverso inice i rifrazio- assume il valore massimo Qualora si etermini la conizione h < R, il collegamento subisce una attenuazione supplementare che aumenta al iminuire i h R Figura 9 7 La Comunicazione - numero unico

9 RADIOPROPAGAZIONE DI UN SEGNALE DVB-T IN UHF. ASPETTI TEORICI E PRATICI DI UN COLLEGAMENTO CON ALTA PERCENTUALE DI PROPAGAZIONE SUL MARE. QUALE CORRELAZIONE CON I PARAMETRI ATMOSFERICI? (RADIOPROPAGATION OF A DVB-T SIGNAL IN UHF. THEORETICAL AND PRACTICAL ASPECT OF A CONNECTION WITH A HIGH PERCENTAGE OF PROPAGATION OVER THE SEA. WHAT CORRELATION IS THERE WITH ATMOSPHERIC PARAMETERS?) NOTE ne posseuto agli stessi (figura 9). Nell atmosfera, l inice i rifrazione ipene alla temperatura, alla pressione e all umiità; tutte granezze che variano con la quota e con le conizioni meteorologiche. Le variazioni ell inice i rifrazione oltre alle variazioni el raggio i curvatura el raggio elettromagnetico proucono rapie fluttuazioni el livello i campo el segnale raioelettrico. L ITU, nella Raccomanazione ITU-R P [6], riporta che l'inice i rifrazione atmosferico n Poiché le variazioni ell inice i rifrazione atmosferico sono molto piccole, spesso, si preferisce lavorare con la rifrattività, ella quale in figura 10 è rappresentato l anamento in funzione ella quota. In conizioni i atmosfera stanar, al livello el n = 1+ N ,6 e N = Nry + Nwet = P = ( n 1)10 T T può essere calcolate con la formula seguente: ove con N si inica la raio rifrattività, espressa alla seguente relazione: Con il termine ry term ell inice i rifrattività ato a: p Nry = 77, 6 T Nwet = 3,73 10 e il termine wet term ato a : e con: P : pressione atmosferica (hpa); e : pressione el vapor acqua (hpa); T : temperature assoluta (K). Questa espressione può essere usata per frequenze fino a 100 GHz con un errore minore ello 0.5%. Più semplicemente si può usare la seguente n( r) = n( h) = relazione: Il mezzo che soisfa alla relazione sperimentale preceente è etto atmosfera i riferimento o atmosfera stanar e l inice i rifrazione relativo n(h) ipene all'altezza, meiamente con legge ecrescente. 5 e T 6 N( h) 6 1 ρ n = h Figura 10 Rifrattività suolo, la rifrattività è pari 89 Durante la propagazione nella troposfera, il segnale elettromagnetico subisce una curvatura che secono la Raccomanazione ITU-R P cosϕ = ρ n n h [8] è efinita alla seguente relazione: con: ρ = raggio i curvatura el segnale; n = inice i rifrazione ell atmosfera; n/h = graiente verticale ell inice i rifra zione; h = altezza el punto alla superficie ella terra; ϕ = angolo i inclinazione el raggio rispetto al suolo. 1 ρ n = h Quano l inclinazione el raggio rispetto al suolo è molto piccola, possiamo utilizzare la relazione semplificata che segue: Il segno meno ci ice che il raggio è incurvato La Comunicazione - numero unico

10 NOTE Giuseppe Sofia verso il basso se l inice i rifrazione iminuisce con l altezza e verso l alto nel caso contrario. In atmosfera stanar, il raggio i curvatura è ρ = ρs = 4r Km pari a: Non sempre però si è in conizioni i atmosfera stanar, quini, efinito il graiente verticale i N( h) G = h rifrattività G come: si farà riferimento al cosietto inice troposferico o fattore correttivo el raggio terrestre [7] In base al valore i G (figura 1) si possono istinguere i seguenti casi: a) G > -40 K < K S atmosfera substanar; b) G = -40 K = K S atmosfera stanar; c) G < -40 K > K S atmosfera superstanar. Nel caso i atmosfera substanar si ha una inversione i curvatura ei raggi e la traiettoria ha una concavità verso l alto. Nel caso i atmosfera superstanar i raggi hanno una curvatura ancora più marcata e ritornano a terra più velocemente iminueno la visibilità. Se G= N/Km, R = R0 e Kg i raggi hanno la stessa curvatura ella terra e possono arrivare oltre l orizzonte ottico. Se G=0 e K=1 il raggio è rettilineo e si parla i K S = ρs ρ R S 0 = 4 3 (Effective Earth-raius factor) efinito come: Nel caso i atmosfera stanar, si ottiene l inice troposferico stanar: rappresentato in figura 11. Figura 1 Curvatura ei raggi nella troposfera Figura La Comunicazione - numero unico

11 RADIOPROPAGAZIONE DI UN SEGNALE DVB-T IN UHF. ASPETTI TEORICI E PRATICI DI UN COLLEGAMENTO CON ALTA PERCENTUALE DI PROPAGAZIONE SUL MARE. QUALE CORRELAZIONE CON I PARAMETRI ATMOSFERICI? (RADIOPROPAGATION OF A DVB-T SIGNAL IN UHF. THEORETICAL AND PRACTICAL ASPECT OF A CONNECTION WITH A HIGH PERCENTAGE OF PROPAGATION OVER THE SEA. WHAT CORRELATION IS THERE WITH ATMOSPHERIC PARAMETERS?) NOTE atmosfera omogenea. È chiaro anche che, per ogni valore i K, fra ue terminali raio si ha una iversa situazione i ostruzione a parte ell ellissoie terrestre. Se fra ue terminali non c'è ostruzione si ice che esiste la visibilità raio. Accae che rapie variazioni i pressione e temperatura con l'altezza possono portare a forti variazioni i n(h) e quini i G. Si puo avere il fenomeno ella super-rifrazione con ritorno a terra i un raggio e,quini, oltre al cammino iretto si generano uno o più cammini tra Tx e Rx. Fig. 13 Si è quini in una situazione i cammini multipli che può generare attenuazione e istorsione el segnale rispetto alla situazione i presenza el solo percorso iretto. 8. Il caso reale L esito elle misure strumentali Il segnale televisivo analizzato è irraiato in bana UHF e in polarizzazione orizzontale a una postazione raioelettrica che si trova a circa 75 Km al punto i misura posto a Reggio Calabria. La tratta i collegamento è caratterizzata al fatto che la propagazione el segnale avviene per circa il 90 % ello spazio sul mare. Nel grafico riportato in figura 13 è rappresentato l anamento nel tempo el livello i campo elettromagnetico rilevato. E i tutta evienza una fluttuazione rapia el segnale lungo tutto il perioo esaminato, unita a una fluttuazione lenta ello stesso, che, in perioi relativamente lunghi, comporta una notevole variazione el livello i campo e.m.. Nel particolare evienziato notiamo infatti che nell arco i 30 minuti il segnale ecresce al valore i 75 BuV/m a circa 55 BuV/m.quini con una variazione i 0 B. Queste iminuzioni i campo elettromagnetico eterminano i conseguenza una rastica riuzione el Moulation Error Rate (Figura 14) e un aumento el Bit Error Rate (Figura 15). La Comunicazione - numero unico

12 NOTE Giuseppe Sofia Il MER ricora il concetto i rapporto segnale rumore i uso comune nella televisione analogica, infatti è tanto più elevato quanto migliore è la qualità el servizio. Esso è efinito alla seguente relazione: Dopo aver analizzato l anamento el segnale televisivo, si è stuiato l anamento ei parametri atmosferici, nello stesso perioo temporale, per cercare eventuali correlazioni con l anamento ei parametri raioelettrici. Per avere una visione globale i tutti i parametri oggetto el presente stuio, rappresentiamo in un unico grafico il Bit Error Rate, il livello i campo elettromagnetico e l anamento el tasso i umi- Moulation Error Rate Figura 14 Bit Error Rate 4.50E E E E-01.50E-01.00E E E E E+00 Figura La Comunicazione - numero unico

13 RADIOPROPAGAZIONE DI UN SEGNALE DVB-T IN UHF. ASPETTI TEORICI E PRATICI DI UN COLLEGAMENTO CON ALTA PERCENTUALE DI PROPAGAZIONE SUL MARE. QUALE CORRELAZIONE CON I PARAMETRI ATMOSFERICI? (RADIOPROPAGATION OF A DVB-T SIGNAL IN UHF. THEORETICAL AND PRACTICAL ASPECT OF A CONNECTION WITH A HIGH PERCENTAGE OF PROPAGATION OVER THE SEA. WHAT CORRELATION IS THERE WITH ATMOSPHERIC PARAMETERS?) NOTE ità (figura 16) Umiità Fig. 16 Anamento nel tempo el livello i campo e.m., el tasso i umiità e el B.E.R B.E.R Livello e.m Tralasciamo, perché consierati poco significativi in questa analisi, l anamento ella pressione e ella temperatura, poiché la prima è stata pressoché costante per tutto il perioo ella misura e l altra ha avuto un anamento lineare. Quini, risulta nulla la correlazione el livello i campo elettromagnetico con i valori i temperatura e pressione. Si è rilevata, invece, una ricorrenza i eventi legata alle variazioni i umiità. Si è visto, infatti, che il livello i campo e.m. ha subito rastiche riuzioni in corrisponenza i rapie iminuzioni el tasso i umiità (Figura 17). Il primo aspetto che risulta eviente, caratteristico elle trasmissioni igitali, è la presenza i una soglia el livello i campo elettromagnetico sotto la quale il sistema i ricezione è interessato a errori nella emoulazione el segnale. Un ultimo ato a evienziare, quale risultanza finale ella serie i misure effettuate, riguara l escursione ei valori el livello i campo e.m. che si sono riassunti nell ultima colonna ella tabella Fig. 17 La Comunicazione - numero unico

14 NOTE Giuseppe Sofia Notiamo che tali variazioni sono anate a un minimo pari a circa 1 B a un massimo i 31,4 B. 9. Conclusioni Tab. 3 trasmittente e el sistema ricevente i misura, ella istanza tra essi e el relativo profilo altimetrico è risultato che il collegamento in esame, in conizioni i atmosfera stanar, è un collegamento in visibilità nel quale il primo ellissoie i Lo stuio riportato nel presente articolo ha consentito i esaminare la propagazione i un segnale televisivo terrestre, moulato in tecnica igitale, sia sotto l aspetto puramente teorico, in spazio libero e in ambiente reale, che sotto l aspetto pratico, meiante la rilevazione strumentale ei parametri che caratterizzano in ricezione tale tipo i trasmissione, cioè, livello i campo elettromagnetico, Bit Error Rate (B.E.R.), Moulation Error Ratio (M.E.R.) e margine i ricezione in ecibel. Dall esame el posizionamento ell antenna E = Pt 0 log D + 74,8 = 75,6Bµ V / m Fresnel non viene intercettato a alcun ostacolo (Figura 18). Tale conizione fa preveere che all antenna ricevente giunga solo il contributo iretto el segnale trasmesso e non ci siano, i conseguenza, contributi riflessi. Fig. 18 Profilo altimetrico el collegamento Fig. 19 Profilo el collegamento con coefficiente i curvatura terrestre pari a La Comunicazione - numero unico

15 RADIOPROPAGAZIONE DI UN SEGNALE DVB-T IN UHF. ASPETTI TEORICI E PRATICI DI UN COLLEGAMENTO CON ALTA PERCENTUALE DI PROPAGAZIONE SUL MARE. QUALE CORRELAZIONE CON I PARAMETRI ATMOSFERICI? (RADIOPROPAGATION OF A DVB-T SIGNAL IN UHF. THEORETICAL AND PRACTICAL ASPECT OF A CONNECTION WITH A HIGH PERCENTAGE OF PROPAGATION OVER THE SEA. WHAT CORRELATION IS THERE WITH ATMOSPHERIC PARAMETERS?) NOTE Ciò è stato confermato al fatto che le previsioni i campo elettromagnetico teorico pari a sono risultate in buon accoro con il livello i campo elettromagnetico massimo realmente misurato. Tuttavia, come visibile in figura 19, alla isomogeneità caratteristica ella troposfera, consierata solo rispetto al piano verticale quini senza ulteriori contributi ovuti a cammini multipli sul piano orizzontale, eriva che al variare ell inice i rifrazione, a causa elle variazioni ei parametri atmosferici, si manifestano ue fenomeni: 1. per effetto i una isomogeneità globale, un aumento ell incurvamento ei cammini, a cui eriva che l ellissoie i Fresnel può toccare il mare. Pertanto, il segnale ricevuto in tali conizioni si compone, oltre che el raggio iretto, i un contributo riflesso. Conseguenza i ciò, esseno il punto i misura entro la istanza i Break Point, è che vi sarà una elevata variabilità el livello i campo elettromagnetico, in quanto varia la fase el contributo riflesso al variare ei parametri ielettrici ell atmosfera (faing lento);. per effetto i isomogeneità locali, la presenza i un faing veloce. Tutti e ue i fenomeni sopra escritti hanno caratterizzato le misure effettuate. Le rilevazioni strumentali hanno infatti confermato la presenza i un faing lento e i un faing veloce, causa i una notevole variazione el livello i campo elettromagnetico. Inoltre, si è cercato i legare le variazioni i livello i campo elettromagnetico alle variazioni i temperatura, pressione e umiità rilevate nelle vicinanze el sito i trasmissione. E risultata nulla la correlazione con i valori i temperatura e pressione, mentre è emersa una ricorrenza i eventi legata alle variazioni i umiità nel punto ove erano isponibili le rilevazioni meteorologiche. In particolare il livello i campo elettromagnetico ha subito rastiche riuzioni in corrisponenza i rapie iminuzioni el tasso i umiità. E stata evienziata, inoltre, la soglia i ricezione caratteristica elle trasmissioni igitali, che nel caso in questione è risultata i circa 65 BµV/m. Infine, è emerso un ato riferito alla qualità el servizio: il margine i Q.E.F. misurato, variabile tra i -15 B e i -0 B, si è rivelato insufficiente a garantire un buon servizio, visto che il faing rilevato ha raggiunto picchi pari a -30 B e, quini, in iverse occasioni il sistema i misura è anato fuori servizio non riusceno più a ecoificare il segnale trasmesso. Visti i risultati sopra esposti e riteneno che gli effetti el mare sulla variabilità ei parametri fisici ella troposfera e quini sul faing siano rilevanti, sarà interessante, in un ulteriore stuio, analizzare la raiopropagazione i un analogo sistema DVB- T in UHF con percorso el segnale interamente su terra, per poterne raffrontare i risultati con quelli ottenuti nel caso esaminato, al fine i evienziare i ifferenti comportamenti ell atmosfera reale per iverse percentuali i propagazione el segnale raioelettrico su terra e su mare. La Comunicazione - numero unico

16 NOTE Giuseppe Sofia Bibliografia [1] M. Cominetti La televisione igitale terrestre. Un opportuità per il nostro paese - Elettronica e Telecomunicazione n 1 Aprile 00 [] V. Mignone,A. Morello, M.Visintin Lo stanar DVB-T per la televisione igitale terrestre - Elettronica e Telecomunicazione n 1 Aprile 00 [3] ETSI EN v1.4.1 (001-01) Digital Vieo Broacasting (DVB); Framing structure, channel coing an moulation for igital terrestrial television [4] Reccomanation ITU-R PN.55- Calculation of free-space attenuation [5] Manuale ell Ingegnere Hoeply 83a eizione [6] Reccomanation ITU-R P The raio refractive inex : Its formula an refractivity ata [7] Reccomanation ITU-R PN Definitions of terms relating to propagation in non-ionize meia [8] Reccomanation ITU-R P.834- Effects of tropospheric refraction on raiowave Propagation 80 La Comunicazione - numero unico