La storia dell`SFN: dall`offset al GPS free
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La storia dell`SFN: dall`offset al GPS free
La storia dell’SFN: dall’offset al GPS free Michele Bargauan CTO Screen Service Broadcasting Technologies SpA La radio • • • Alla base delle trasmissioni radio, vi è il problema della stabilità in frequenza, in quanto abilita la convivenza tra sorgenti e permette la selezione dei segnali Per molto tempo, questo ha spinto la ricerca a studiare sorgenti di frequenza sempre più performanti – Oscillatori LC e meccanici – Oscillatori a quarzo • Compensati e non • Con e senza termostato • Con dispositivi tagliati in modo sempre più sofisticato (AT, SC..) – Oscillatori agganciati a riferimenti nucleari – Oscillatori stabilizzati a SAW, YIG Un passo avanti in termini di prestazioni si è avuto con l’aggancio degli oscillatori degli apparati ad un riferimento comune Era nata la sincronizzazione degli apparati ! Il telefono • • Con l’avvento della trasmissione telefonica a grande distanza che utilizza modulazione a banda laterale soppressa, in telefonia nasce la necessità di sincronizzare gli oscillatori Ancora più grande l’impulso dato dalla telefonia digitale, dove le centrali e gli apparati necessitano di condividere le frequenze di campionamento e gli slot di multiplazione: – Un set di frequenze standard distribuite ed utilizzate nella rete - DS1, DS2, DS3, OC1, .. fino OC24 – Una caratterizzazione della qualità – STRATUM 1, 3, 3E I riferimenti di frequenza e tempo irradiati • • • • Il costo elevatissimo di un buon riferimento di frequenza porta alla trasmissione in aria di riferimenti di frequenza Fort Collins, Prangins, DCF77 sono tra i più famosi In Italia, l’istituto Galileo Ferraris di Torino oggi Istituto Nazionale di Ricerca Metrologica (INRIM) trasmette informazioni in LF e VHF I riferimenti di tempo e frequenza permettono servizi low cost quali l’ora di molti elettrodomestici e l’ora esatta nelle nostre strade Il supporto alla navigazione • • • • Misurando la differenza dell’informazione temporale ricevuta tra più sorgenti radio, si può facilmente calcolare la posizione geografica di un punto Questo ha portato alla nascita ed alla diffusione capillare dei sistemi Loran che hanno per decenni assicurato un ragionevole precisione Poiché la generazione di segnali di tempo richiede standard di frequenza di alta qualità, le portanti Loran godono anche di una grande qualità in frequenza e sono stati a lungo usato come tali Con l’avvento dei satelliti e delle capacità di calcolo digitali, il sistema GPS ha rimpiazzato il Loran-C morto l’anno scorso La televisione • • • La televisione porta una nuova esigenza: il video viene visto ed apprezzato con una dinamica molto elevata (oltre 46 dB) e le interferenze tra trasmettitori operanti sulla stessa frequenza si vedono Un rimedio che permette di ridurre la fastidiosità delle interferenze è l’offset – Offset semplice • ottenibile con quarzi di alta qualità • abbassa la soglia del fastidio fino a 13 dB – Offset di precisione • ottenibile solo con oscillatori di altissima qualità • Abbassa la soglia di 20 dB • Possibile solo tra 2 trasmettitori Sono entrambi sistemi open loop Centri di ascolto • • • • L’uso di sistemi open loop, impone una verifica periodica dei parametri di frequenza dei trasmettitori Diventa vitale la funzione dei centri di ascolto che oltre a monitorare il funzionamento, controllano il rispetto dei margini di tolleranza in frequenza dei trasmettitori Gli uomini che lavorano nei centri di ascolto diventano parte del loop di controllo della frequenza dei trasmettitori E’ ora di automatizzare la funzione. Tv analogica SFN • • Negli anni ‘80, si hanno diversi filoni di indagine su come risolvere il problema tra i quali: – Uso di una frequenza vettrice a 16k+2/3 già usata per sincronizzare gli apparati radio AM e FM – Uso della frequenza della sottoportante di crominanza – Uso della frequenza della portante ricevuta per generare una frequenza di uscita numericamente precisa con la stessa stabilità intrinseca di quella ricevuta – Uso di uno standard di frequenza UHF irradiato in CW per la sintesi diretta della frequenza di trasmissione Gli ultimi 2 metodi, generano segnali coerenti che hanno permesso l’implementazione di reti SFN di TV analogica con il limite di fastidio a valore di diavidia (26 dB) Televisione digitale • • Per noi sono gli standard DVB-T/H/T2/H2a/H2b Si basano tutti sullo schema di modulazione OFDM: – Tutte le portanti sono modulate in quadratura da un’onda rettangolare multilivello che porta l’informazione – La demodulazione avviene tramite una trasformata di Fourrier e necessita la costanza dell’informazione per una durata pari al periodo della differenza di frequenza tra le portanti – Come in tutti i segnali modulati di ampiezza, se la portante ha la stessa frequenza si sommano vettorialmente – Quindi nella somma l’informazione resta intatta – Per permettere una certa tolleranza sul tempo di arrivo al ricevitore dei segnali OFDM da diversi trasmettitori o per diversi percorsi, la lunghezza del segnale modulante è allungato di una percentuale – da 1/4 a 1/128 – Questo intervallo è chiamato Guard Time ( o Interval) e riduce la capacità trasmissiva del canale in proporzione TV digitale SFN • • • • • Per poter arrivare ad una rete digitale, dobbiamo quindi avere: – Segnali con esattamente la stessa frequenza – Modulati da simboli che partono allo stesso istante a meno di deviazioni intenzionali per compensare differenti tempi di propagazione Quindi ci servono 2 segnali di sincronizzazione – Uno temporale (definito come 1 pps) – Uno di frequenza (normalmente 10 MHz) Questi segnali devono essere presenti in tutte le postazioni trasmittenti La precisione in frequenza deve essere molto elevata – Auspicabile una precisione vicina all’Hertz La precisione in tempo per non consumare il costoso GT – +- 100 ns è considerato il massimo tollerabile Arriva il GPS • • • • A risolvere il problema, si è pensato di usare i segnali GPS disponibili a basso costo e dovunque Il sistema GPS non ha specifiche caratteristiche di frequenza ma porta informazioni temporali di alta qualità La correlazione tra i molti satelliti visibili da ogni locazione permette di ricavare informazioni di tempo sufficientemente precise Questo permette di disciplinare un oscillatore di buona ma non eccelsa qualità per ottenere i valori necessari alle reti SFN Sparisce il GPS • • • • Il sistema GPS soffre di un problema: – Ha un padrone ( i militari americani) Il padrone ne fa quello che vuole senza avvertire, incluso alterare per esigenze strategiche il contenuto di modulazione In questo caso le informazioni che ci servono non sono più univoche e le reti SFN vanno in tilt Allora abbiamo bisogno di un sistema di backup Soluzioni Autarchiche • • Appurata l’inaffidabilità potenziale del GPS, ci siamo buttati come negli anni 80’ ad inventare soluzioni alternative: – Usando frequenze vettrici su satelliti in aria per altri usi – Usando frequenze vettrici inserite nel payload di sistemi satelliti broadcast – Cercando di utilizzare sistemi destinati ad altri network – telecom e internet Purtroppo i proprietari dei satelliti non sembrano disponibili a aumentare o modificare il payload per soddisfare queste esigenze Il sistema GPS FREE di SSBT • • • • • Una rete di ricevitori con la tecnologia RealTime campione agganciati all’orologio primario acquisiscono delle informazioni sui pacchetti trasportati dal segmento satellite e le invia all’inseritore L’inseritore posto in un punto qualsiasi della catena di multiplazione inserisce nel flusso in up-link queste informazioni I ricevitori con tecnologia RealTime slave usano i dati ricavati dagli orologi locali e quelle inserite nei pacchetti per calcolare l’errore Con un calcolo relativamente semplice compensano i cambi nel delay di propagazione dovuto a: – il drift della posizione del satellite – agli apparati di trasmissione/modulazione/ripetizione Il generatore locale si corregge di conseguenza fino alla precisione richiesta – Eventualmente usando informazioni da più ricevitori RealTime GPS FREE: cui prodest ? • Soddisfa i seguenti requirements mandatori dei broadcasters italiani: – Utilizza indifferentemente segmenti satellitari DVB-S e DVB-S2 • ampia scelta di transponder – Aggiunge delle informazioni di sincronizzazione all’interno di pacchetti TS usando spazi altrimenti non utilizzati • Non aumenta il payload, quindi il costo del satellite • non introduce nuovi protocolli, nessun problema compliance infrastruttura, ricevitori e set-top-box – Può essere ridondato semplicemente inserendo i segnali su più transponder SOLUTIONE FINALE • L’approccio GPS-FREE permette di essere esteso facilmente in un sistema ibrido dove: – Un oscillatore di media qualità genera le informazioni necessarie alla postazione – N front-end agganciati ai diversi sistemi • GPS • Galileo • GPS-FREE • Etc.. – calcolano e correggono l’errore dell’orologio locale – Per una massima flessibilità e sicurezza Qualche domanda semplice semplice? • Grazie