L’articolo descrive le condizioni che potrebbero generare interferenze che danneggiano i segnali televisivi e i parametri da tenere in considerazione.

Volume: SITV_03_12 – Pagine: da 18 a 21

Il segnale LTE, emesso dalle Stazioni Base (BS) o dai terminali (UE), viene ricevuto dagli amplificatori di testa dei sistemi TV o direttamente all’ingresso degli apparecchi televisivi, poiché essi sono stati progettati per operare sull’intera banda UHF. La potenza complessiva ricevuta, ai morsetti dell’amplificatore, a causa del segnale LTE irradiato dalle Stazioni Radio Base che saranno dispiegate diffusamente nelle aree urbanizzate, potrebbe essere, in alcune situazioni, superiore a quella ricevuta dai canali TV irradiati da postazioni televisive, posizionate anche a decine di km di distanza dai centri urbani. Non essendo gli amplificatori TV progettati e installati per un simile scenario, l’ “eccesso di potenza” ricevuta potrebbe, in certe condizioni, causare la saturazione dell’amplificatore di testa e compromettere la ricezione dell’intera gamma di canali DVB-T. Analogamente per gli apparecchi televisivi, i segnali adiacenti alla banda DVB-T, ed in particolare al canale 60, o alle frequenze immagine del canale ricevuto (N) poste a N+9, se superano determinati livelli di protezione possono comportare un rischio di degradazione della ricezione del segnale DVB-T. Quest’ultimo fenomeno è denominato interferenza da canale adiacente o da canale immagine.


Vulnerabilità dei ricevitori DVB-T

Nelle trasmissioni broadcasting, e nei sistemi radio in generale, i fenomeni di interferenza vengono quantificati in termini di rapporto di protezione. Vale a dire il rapporto per il quale un segnale desiderato, per esempio il segnale del canale che si sta ricevendo, può essere interferito da un segnale non desiderato che eccede un determinato livello di potenza. Nel caso di segnali digitali, che occupano un certa larghezza di banda, nel determinare il rapporto di protezione si considera il rapporto tra la potenza, del singolo canale interferito e la potenza del canale interferente DVB-T o LTE. Per esempio con riferimento al segnale DVB-T su cui si sovrappone un altro segnale DVB-T co-canale, generato ad esempio da un secondo trasmettitore posto a distanza, un rapporto di protezione inferiore a 20 dB può già provocare un degrado della ricezione delle immagini. Per evitare queste interferenze la norma sugli impianti TV EN60728-1-2 prevede, in questo caso, che il rapporto di protezione tra due segnali DVB-T co-canale sia sempre superiore a 26 dB. Analogamente se l’interferente è un canale adiacente alcune specifiche definite dai costruttori prevedono un rapporto di protezione di -29 dB. In altre parole il dislivello tra canale interferente e canale interferito adiacente può arrivare fino a 29 dB mentre per il canale immagine (N+9) il dislivello può arrivare fino a 33 dB. I valori effettivi di questi due parametri dipendono principalmente dalla bontà costruttiva del sintonizzatore TV. Per alcuni apparecchi TV questi valori di protezione possono anche essere superiori. Nelle norme di riferimento per gli impianti di distribuzione via cavo per segnali televisivi sono stati definiti anche altri rapporti di protezione per esempio fra portante (canale) e i prodotti di intermodulazione entro un singolo canale che deve essere maggiore di 37 dB, e per il rapporto minimo fra portante e rumore (C/N) che in banda UHF deve essere superiore a 27 dB. In Italia le specifiche tecniche per la realizzazione di sintonizzatori-decodificatori per la ricezione dei segnali di televisione digitale numerica sono state definite in una delibera dell’AGCOM n. 216/00/CONS. Questa delibera stabilisce che per tutti i modi (eccetto per 64QAM rate 3/4, 5/6 e 7/8) il rapporti di protezione da canali adiacenti DVB-T deve essere migliore di -25 dB sia per il canale interferente inferiore, sia per quello superiore. Per tutti gli altri canali il rapporto di protezione è migliore di -50 dB, esclusi i canali immagine, per i quali il rapporto di protezione è migliore di -30 dB.

Figura 1. Bande DL e UL del sistema LTE 800 (791 MHz – 862 MHz). I blocchi A sono stati assegnati a Wind, i B a Telecom Italia e i C a Vodafone

Condizioni d’interferenza da canale adiacente

Figura 2. Esempio di rapporto di protezione tra segnali dello stesso servizio DVB-T come da delibera AGCOM

Il fenomeno di interferenza da canale adiacente tra ultimi canali DVB-T e primi blocchi LTE, in Italia assegnati a Wind, può presentarsi, in particolare, per gli impianti di ricezione del segnale TV privi di centralina con amplificatore. In questo caso il segnale TV, intercettato dall’antenna, è ricevuto direttamente dall’apparato televisivo senza subire amplificazioni. Qualora l’antenna TV si trovi in prossimità di un trasmettitore LTE, in particolare operante sui primi blocchi, il relativo segnale potrebbe essere ricevuto all’ingresso dell’apparato TV con livelli superiori agli ultimi canali TV, in particolare al 60, rispetto ad una certa soglia critica. La soglia dipende dalla capacità del ricevitore di filtrare i segnali dei canali adiacenti una volta sintonizzato sul canale desiderato e dall’entità delle emissioni fuori banda degli stessi canali adiacenti che sono visti come interferenti. Il superamento della soglia critica causa l’accecamento degli ultimi canali TV, in particolare del canale 60. Tale fenomeno potrebbe essere riscontrato anche su impianti di ricezione del segnale TV dotati di centralina con amplificatore. Tuttavia nella pratica, in presenza di segnali LTE dominanti rispetto ai segnali TV, il fenomeno di disturbo più riscontrabile in questo caso è quello della saturazione dell’amplificatore stesso che deteriora la qualità dei segnali TV prima che questi possano essere ricevuti dall’apparato televisivo. Il fenomeno della saturazione è trattato nel paragrafo successivo. Gli impianti TV privi di centralina sono tipicamente utilizzati per servire un singolo utente con uno o più ricevitori TV collegati direttamente all’antenna. Questa tipologia di installazione è frequente in abitazioni singole (villette, bassi caseggiati, ecc.) ma possono essere presenti anche presso abitazioni condominiali. I segnali LTE hanno uno spettro molto simile ai segnali DVB-T in quanto entrambe le tecnologie utilizzano una modulazione OFDM. La differenza spettrale consiste nell’occupazione di banda che nel caso dell’LTE può presentare in generale diverse larghezze mentre per il sistema DVB-T è pari a 8 MHz. In virtù delle assegnazione dei blocchi di frequenza per il sistema LTE@800MHz si assume una larghezza di banda pari a 10 MHz per ogni canale. I requisiti di immunità in banda UHF dei ricevitori DVB-T commerciali venduti in Europa sono specificati nel D-Book. È importante notare che i requisiti specificati nel D-Book, e nella norma EN 55020 relativa alla marcatura CE dei ricevitori TV, non tengono conto: – degli effetti di SINR dovuti all’emissione fuori banda dell’ACLR (ACLR: Adiacent Channel Leakage Ratio) del primo canale LTE, che in alcune condizioni di segnale DVB-T potrebbe abbassare significativamente la soglia di protezione da canale adiacente. – dei livelli di segnale LTE+DVB-T che portano in condizione di sovraccarico i ricevitori TV. Le verifiche sperimentali eseguite in laboratorio hanno permesso di verificare che i ricevitori DVB-T di nuova generazione presentano un rapporto di protezione rispetto ai canali adiacenti N+1 e N-1 ed al canale immagine N+9 che varia tra -36 dB e -33 dB. Questa condizione è sempre soddisfatta purché la potenza complessiva all’ingresso del ricevitore non superi la soglia di -13dBm. Oltre questo valore infatti per alcuni apparecchi TV commerciali, meno performanti, si rischia di mandare in sovraccarico il sintonizzatore di ingresso. Raggiunta questa condizione di sovraccarico non ha più senso parlare di rapporto di protezione in quanto, indipendentemente dalla variazione del segnale utile in ingresso al ricevitore, esso non è più in grado di decodificare l’immagine. In realtà misure più recenti hanno messo in evidenza che per molti sintonizzatori TV la soglia di saturazione può arrivare fino a -5 dBm. Poiché, come si è scritto, il segnale LTE dal punto di vista spettrale e del tutto paragonabile a quello DVB-T i risultati si possono estendere anche alle trasmissioni LTE. In conclusione si può affermare che, in modo conservativo, per i segnali LTE adiacenti al canale 60 DVB-T, o alla frequenza immagine, la condizione di interferenza si può riscontrare solo quando il dislivello tra i due segnali supera rispettivamente la soglie sopra indicate. Per tutte gli altri canali è stato dimostrato sperimentalmente che il rapporto di protezione è migliore di 40 dB.


La saturazione dell’amplificatore

Figura 4. Valore di cui deve essere ridotto il livello d’uscita di ogni canale dell’amplificatore a larga banda
Figura 3. Requisiti di immunità in banda UHF dei ricevitori DVB-T (D-Book)

Il fenomeno di coesistenza statisticamente più rilevante è quello legato all’intermodulazione (o saturazione) dell’amplificatore di centraline TV poste nelle vicinanze di una Stazione Radio Base LTE a 800 MHz. Il fenomeno della saturazione dell’amplificatore di testa può essere rilevante in particolare per gli impianti di ricezione del segnale TV dotati di centralina con amplificatore. Questi impianti sono tipicamente utilizzati per servire gruppi di utenti, ad esempio residenti in un condominio, attraverso una opportuna rete di distribuzione del segnale che va dalla centralina collegata all’antenna TV fino agli apparati televisivi di ogni singolo utente. Gli amplificatori delle centraline sono progettati e adattati in modo da amplificare il segnale TV ricevuto tramite l’antenna, ad un livello sufficiente per potere essere distribuito e correttamente ricevuto da ogni singolo apparecchio televisivo collegato alla rete di distribuzione. Il guadagno dell’amplificatore è tipicamente regolato in modo da ottenere un livello in uscita prossimo al valore più alto che il dispositivo è in grado di erogare. Poiché il segnale LTE a 800 MHz rientra nella banda di progetto dell’amplificatore, esso è ricevuto e amplificato dalla centralina in modo equivalente ad un segnale TV. Qualora il livello del segnale LTE@800 MHz in ingresso all’amplificatore risultasse tale da fare superare il massimo livello di segnale erogabile in uscita, si incorrerebbe in fenomeni di intermodulazione o saturazione provocando l’accecamento di tutti i canali TV. Gli amplificatori impiegati negli impianti di ricezione TV sono caratterizzati da due parametri: guadagno massimo e potenza massima in uscita con distorsione da intermodulazione del 3° ordine (IMD3) pari a-54 dBc (CEI 100-83 e CEI 100-7). Un livello di segnale di ingresso DVB-T o LTE tale da far superare la massima potenza in uscita specificata dal costruttore comporta un aumento dell’intermodulazione del segnale all’ingresso dei sintonizzatori TV e, conseguentemente, del BER. La guida CEI 100-7, nell’ipotesi di N canali con uguale potenza, prescrive che il livello d’uscita di ogni canale dall’amplificatore a larga banda debba essere ridotto, rispetto al valore fornito dal costruttore, di un valore M pari a: da cui: Le prove effettuate in laboratorio indicano che la corretta ricezione dei segnali DVB-T può essere ottenuta anche con un valore di IMD3 pari a circa -35 dBc, 19 dB superiore al valore di -54 dBc richiesto per i sistemi analogici (CEI 100-83 e CEI 100-7). Poiché ad ogni dB di incremento della potenza di ingresso corrispondono 3 dB di incremento della potenza IMD3, le prove di laboratorio dimostrano che, se gli amplificatori sono regolati con IMD3 a -54 dBc, è possibile incrementare teoricamente la potenza in ingresso fino a circa 6 dB rispetto alla massima potenza dichiarata dal costruttore senza incorrere nella condizione di blocco. Le prove di laboratorio suggeriscono tuttavia, per tenere conto di amplificatori con prestazioni non adeguate o con curve di risposta con andamento non piatto, di limitare tale margine a non più di 3 dB.


Guida CEI100-7: gli interventi di mitigazione

Il CEI per facilitare la lettura complessiva di tutte le norme applicabili agli impianti di ricezione TV ha riunito in un’apposita guida CEI 100-7, di nuova edizione, tutte le principali indicazioni tecniche fondamentali per facilitare la progettazione e la realizzazione degli impianti TV nel rispetto della regola d’arte tendendo conto dei vare sfaccettature che spaziano dal tema funzionale, agli aspetti di sicurezza fino agli aspetti di compatibilità per i vari servizi. La revisione 2012 della guida 100-7 include un’apposita sezione che riporta delle indicazioni sulla coesistenza degli impianti d’antenna con il servizio radio mobile LTE. Tra i provvedimenti da attuare nel caso si presentassero problemi di interferenza sinteticamente si elencano i seguenti punti: – garantire una adeguata efficienza di schermatura delle apparecchiature e dell’impianto in tale banda di frequenza (compatibilità con gli apparati mobili LTE-UE); – verificare la necessita di introdurre opportuni filtri fra l’antenna e l’entrata del primo amplificatore a larga banda del terminale di testa per ridurre il livello dei segnali LTE BS ricevuti dall’antenna televisiva (compatibilità con la Stazione Base LTE); – negli impianti canalizzati disattivare gli amplificatori di canale della banda degli 800 MHz (dal canale 61 al canale 69); – nel caso di impianto passivo, verificare la necessita di introdurre opportuni filtri LTE per ripristinare i rapporti di protezione minimi per il canale adiacente ed immagine che devono risultare rispettivamente non superiori a 25 dB I/C e a 30 dB I/C. Per aumentare il margine di protezione del filtro, nei casi in cui risulta necessario e conveniente, è possibile agire anche sui seguenti elementi; – orientare l’antenna televisiva in modo da minimizzare il segnale ricevuto dal servizio LTE, sfruttando, quando è possibile, l’attenuazione introdotta dal diagramma di direttività dell’antenna televisiva stessa, anche disorientando parzialmente l’antenna rispetto al segnale televisivo voluto; – ridurre il guadagno dell’amplificatore (se a larga banda), al fine di ridurre il livello dei prodotti d’intermodulazione, ricordando che, per ogni dB di riduzione del guadagno, si riduce di 3 dB il livello dei prodotti di intermodulazione (il C/I varia di 2 dB/dB); – adottare tecniche di amplificazione canalizzata, soprattutto per i canali prossimi al servizio LTE, consentendo di limitare l’attenuazione richiesta al filtro della banda degli 800 MHz.

Si ringraziano per il contributo:
– Mariano Giunta e Paolo Gianola di Telecom Italia Lab mariano.giunta@telecomitalia.it paolo.gianola@telecomitalia.it
– Claudio Pavan, segretario SC 100D del CEI