Analizziamo i parametri e i valori limite che determinano la buona ricezione di un segnale digitale terrestre. I contenuti sono tratti dal libretto ‘Conosciamo il Digitale’ realizzato da Ray Way, Eurosatellite e Rover.
Il sistema di trasmissione DVB-T offre la capacità di trasportare un segnale digitale con vari schemi di modulazione, evidenziati in Figura 1. Si va da una capacità di circa 7 Mbit/s a circa 35 Mbit/s per trasmettere da 1 a 4/5 programmi, eventualmente in alta definizione. Quanto si ottiene in capacità di trasmissione, lo si paga in termini di robustezza del segnale. Se l’obiettivo è realizzare una rete SFN, bisogna dedicare parte della capacità all’intervallo di guardia, come evidenziato dalla lunghezza degli istogrammi. Il sistema scelto è quello evidenziato: unisce una buona capacità di correzione degli errori, data dal valore di FEC piuttosto elevato, ad una capacità di banda adeguata; un risultato ottenuto utilizzando la modulazione 64 QAM che, come vedremo, necessita di un adeguato margine di MER e BER.
Limite inferiore per una buona ricezione
Per avere una discreta stabilità di ricezione, occorre operare almeno in condizione di QEF (Quasi Error Free) ossia Ricezione ‘quasi’ esente da errore. Il termine ‘quasi’ non deve ingannarci; il suo significato è preciso e indica che non si tollera più di un errore per ogni ora di flusso digitale demodulato. Questo si traduce in un massimo numero di errori tollerati all’ingresso di antenna, che può arrivare fino a 1×10-2, cioè un bit errato su 100 trasmessi. Normalmente, in condizioni ottimali di ricezione, l’unica fonte di degradazione del segnale è il rumore termico, per intenderci quello che provocava l’effetto neve in analogico. Nel caso della ricezione da satellite questo è l’unico disturbo che troviamo, non essendoci ostacoli lungo la tratta che provochino riflessioni, e nemmeno interferenze, a parte casi rari. Anche per il DVB-T il nemico principale in ricezione è il rumore termico: la Figura 2 illustra, tramite l’altezza delle barre, qual è il C/N (rapporto segnale/rumore) necessario per una ricezione al limite della soglia di aggancio, cioè senza alcun margine di rumore, ma in condizioni QEF. Lo fa vedere per tre diverse condizioni di ricezione (Rayleigh – Rice – Gaussian), che prendono il nome dai tre scienziati che studiarono la statistica utilizzata per calcolare questi valori.
Livelli minimi e soglie
Dato
che non si può prevedere esattamente il campo elettromagnetico
disponibile presso le case di ciascun utente, sono state fatte delle
previsioni di campo, seguendo particolari norme internazionali,
calcolando il campo elettromagnetico effettivo su una griglia di 200 x
200 metri. Tali previsioni vengono quindi verificate, all’atto
dell’attivazione dei singoli impianti trasmettitori, eseguendo misure
punto per punto (anche in questo caso seguendo normative appropriate).
Dato il particolare comportamento del DVB-T, che genera interruzioni di
servizio anziché scadimenti di qualità, si aumenta il campo di un certo
ammontare per garantire la copertura statistica di tutti gli utenti. Un
analogo incremento viene apportato per cautelarsi contro le variazioni
di campo dei segnali interferenti, molto pericolosi perché sicuramente
fuori intervallo di guardia oltreché forti, in funzione delle condizioni
aleatorie di propagazione. Per questo motivo occorre garantire un certo
margine, almeno di 5÷10 dB, da aggiungere ai valori minimi dei vari
parametri misurabili in ricezione.
Da prove eseguite in laboratorio con numerosi decoder commerciali è
stato verificato che quasi tutti iniziano a decodificare ‘QEF’ a circa
29 dBµV: un valore molto basso; a questo valore occorre aggiungere le
correzioni; come spiegheremo in seguito, questo valore raggiunge circa
39 dBµV come minimo assoluto, ma è conveniente mantenersi sui 49 dBµV.
Campi elettromagnetici e livello di ricezione
Il
campo elettromagnetico si misura in dBµV/m e la potenza ricevuta in
dBµV. Entrambe sono unità di misura che rendono molto facili i vari
calcoli quando bisogna calcolare i vari livelli in una catena di
distribuzione: basta sommare o sottrarre guadagni o attenuazioni
incontrate dal segnale lungo il suo percorso. In realtà è sufficiente
una tabella che riporta i valori minimi richiesti dai vari sistemi, ai
quali si aggiungono le attenuazioni dei cavi e si sottraggono i valori
delle amplificazioni, espressi in dB; così si calcolano i valori dei
segnali di ingresso, espressi sempre in dBµV. Il fattore di antenna è
utile in quanto i valori di pianificazione sono dati in termini di campo
elettromagnetico, cioè in dBµV/m. Ecco che l’antennista installatore,
conoscendo il guadagno dell’antenna o utilizzando il grafico di Figura
4, è in grado di prevedere, con sufficiente approssimazione, la potenza
di segnale disponibile all’ingresso del decoder, o strumento di misura
che dir si voglia.
In sintesi: la cifra in dBµV/m indica la quantità di campo
elettromagnetico che ‘piove sui tetti’, mentre il fattore d’antenna
indica quanta ‘pioggia elettromagnetica’ riusciamo a catturare con
quell’antenna.
Nota: per antenne il cui guadagno è maggiore di 10 dB, bisogna sottrarre al valore letto nel grafico la differenza di guadagno.
Per esempio:
F = 470 MHz
G antenna = 13,5 dB
F antenna letto nel grafico = 14 dB
Allora bisogna sottrarre la differenza
di guadagno:
13,5 dB – 10 dB = 3,5 dB
e quindi:
F antenna = 13,5 dB – 3,5 dB = 10,5 dB
Viceversa, se l’antenna guadagna meno di 10 dB, devo aggiungere la differenza.
Correlazione fra Mer e Ber
Anche
se il MER è un buon indice di qualità, ci sono importanti eccezioni.
Sono proprio questi sono i casi che complicano il lavoro, creando
confusione per la perdita di coerenza tra i dati, i quali sembrano non
più confrontabili. Iniziamo col dire che, in presenza di solo rumore
termico, il MER e il C/N praticamente coincidono perfettamente.
Il BER prima di Viterbi (bBER) è un indice che può servire per
determinare la qualità complessiva di un segnale, ma a volte succede che
al miglior MER non corrisponda il minore BER, o che questo non cali
anche se il MER ha valori anche molto elevati. Questo è un comportamento
normale. Nel grafico di Figura 5 è evidente il comportamento di non
coerenza tra i due parametri, molto evidente nel caso di disturbi
impulsivi o di echi in anticipo.
Bisogna sempre effettuare entrambe le misure e ricordare che la
qualità è essenzialmente legata al BER. Si può effettuare qualunque
regolazione dell’impianto, dall’orientamento dell’antenna a qualunque
altra regolazione, tenendo sotto controllo il MER e BER, preoccupandosi
assai meno della potenza ricevuta. Bisogna utilizzare il MER come
indicatore per controllare la bontà di amplificatori e soprattutto di
convertitori, basandosi sul peggioramento misurato fra ingresso e uscita
dei vari elementi dell’impianto.
In questo articolo sono stati utilizzati acronimi adottati nel Regno
unito, dove sono stati realizzate le prime rete DVB-T in Europa, già
nel 1998:
– bBER = ‘b’ sta per ‘before’ (prima), cioè misurato prima del correttore Viterbi e chiamato anche CBER o preBER;
– aBER = ‘a’ sta per ‘after’ (dopo), cioè misurato dopo il correttore Viterbi e chiamato anche VBER o postBER.
Il libretto completo è disponibile all’indirizzo:
http://www.roverinstruments.com/news.php?lingua=1&idnews=64