Analizzatori per il dvb-t

Facile ed accurato il testing dei trasmettitori a bassa potenza nella tv digitale
Gli analizzatori tv portatili per le misure nell'installazione e e la manutenzione dei gap filler

Molto spesso per effettuare le misure sui trasmettitori digitali coinvolti nel DVBT sono necessari apparati di test che pesano anche 25 chili. Tra questi, almeno un ricevitore per i test, un analizzatore di spettro, un indicatore di potenza. Ci sono postazioni in alta frequenza nel mondo come la Olympic Tower di Monaco che per accessibilità col furgone, presenza di ascensori e “per natura” non creano problemi. Ma in tutte le altre postazioni con i moltissimi gap-filler e ripetitori il discorso della praticità è tutto. Sono postazioni che di solito entrano in esercizio solo in una seconda fase di di installazione della rete digitale e sono di solito impiegati per coprire “buchi” di copertura locali. Spesso sono in postazioni difficili da accedere come la montagna o su tetti di edifici molto alti. É evidente che i tecnici che si occupano del service preferiscano effettuare i test su tali trasmettitori con apparati più piccoli possibile, e portatili.

Come si vede nel diagramma a blocchi di un trasmettitore TV (Fig. 1), un accoppiatore direzionale con porte di test per la potenza inviata e quella riflessa viene piazzato sull'uscita del trasmettitore, poi un filtro maschera e di seguito l'antenna. Di solito sono i vari operatori tv a definire esattamente i le specifiche dei test loro necessari, tuttavia ci sono dei parametri più o meno universali che possiamo definire: potenza di trasmissione, accuratezza nella frequenza, percentuale nell'errore di modulazione (MER), percentuale nell'errore sui bit (BER), ed emissioni spurie, fuori banda. Se tali valori sono entro un certo margine di tolleranza, il trasmettitore funziona in modo corretto. Tutti questi valori possono essere misurati direttamente e sulle porte di test dell'accoppiatore – anche se per le emissioni fuori banda viene impiegato un trucchetto, come vedremo.

Le misure sul trasmettitore

La potenza d'uscita di un trasmettitore è la caratteristica più importante perchè ne determina la copertura. I segnali della tv digitale sono a potenza media costante. Un ricevitore da test misura la potenza con accuratezza integrando la densità della potenza sull'ampiezza della banda occupata.
U ngrado maggiore di accuratezza può essere raggiunto usando un sensore di potenza esterno. Il tecnico deve anche correggere la lettura per la perdita d'inserzione di approssimativamente 0.1 - 0.3 dB dal filtro di maschera e considerare anche le perdite di accoppiamento dall'accoppiatore direzionale.

I trasmettitori tv digitali possono essere utilizzati in reti a singola frequenza single-frequency network (SFN). Ciò richiede un grande livello di accuratezza in frequenza da parte di ogni trasmettitore, dato che la deeviazione non deve mai essere, l'uno rispetto l'altro, maggiore di 1 Hz. Il ricevitore da test deve essere sincronizzato col trasmettitore per poter misurare in modo affidabile deviazioni di quest'ordine. Tipicamente un trasmettitore fornisce un segnale di riferimento a 10 MHz per questo motivo. In alternativa il ricevitore da test può essere sincronizzato con un ricevitore GPS. Il segnale GPS aumenta l'accuratezza dell'oscillatore interno al ricevitore da test. Ciò presenta il vantaggio aggiunto che qualsiasi errore nella sorgente di riferimento dei trasmettitore è facilmente identificabile.

La percentuale di errore nella modulazione (MER) è utile come misura della qualità del segnale chje il trasmettitore emette. È definito come valore logaritmico dall'ampiezza del segnale rispetto al vettore dell'errore e come tale include tutte gli eventi interferenti sul segnale. Un valore alto di MER indica una qualità elevata di segnale. In un primo step il MER viene indicato come valore RMS rispetto tutte le portanti OFDM. Come tale è una misura generale della qualità del segnale. Un buon trasmettitore DVB-T può raggiungere un MER di oltre 35 dB. Determinando i valori di MER delle portanti individuali OFDM, o MER(k), fornisce dettagli sulla qualità del segnale. Per esempio una caduta nella curva di MER(k) indica interferenze a banda stretta. Una insufficiente soppressione della portante da parte del modulatore viene evidenziata nella curva di MER(k) da un valore di MER basso nelle portanti centrali OFDM. Uno sbilanciamento nelle fasi e nell'ampiezza dell'I/Q del modulatore risulta in una soppressione insufficiente della banda adiacente, e un deterioramento uniforme nel MER di tutte le portanti OFDM.

Le specifiche di test per i trasmettitori tv digitali richiedono anche misure del bit error ratio (BER). Qualcuno si chiede perché, dato che gli errori sui bit di solito appaiono solo sui ricevitori. Sono causati da interferenze sul percorso di trasmissione ed è compito del ricevitore correggere tali errori . Gli standard per la tv terrestre fanno uso di correzioni di errori interni ed esterni. Per il DVB-T e l'ISDB-T, soo codifiche di tipo Reed-Solomon (RS) e codifiche convoluzionali.
Sono utili a correggere gli ettori di bit nei ricevitori. Sul ricevitore possono essere effettuate tre diverse misure di errori di BER: BER prima Viterbi, BER prima RS, e BER dopo RS.
Sull'uscita del trasmettitore, il ricevitore di test può restituire un valore non uguale a null solo per il BER prima Viterbi. Il valore di questa misura non deve eccedere 10-9.
Sono necessarie misure su tempi lunghi per determinare in modo affidabile tali piccoli valori di BER. Tipicamente vanno dai pochi minuti per test di routine a diverse ore per altri test.
Il BER sull'uscita del trasmettitore è utile e soprattutto, criterio molto sensibile che determina il corretto funzionamento del trasmettitore stesso.

Misure di emissione fuori banda senza un filtro ferma-banda

Un compito particolarmente impegnativo è la misura dell'emissione fuori banda, i.e. Componenti di segnale sui canali adiacenti al trasmettitore. Queste emissioni sono causate da non linearità del trasmettitore e sebbene i modelli di oggi impieghino degli amplificatori lineari di in classe AB e una precorrezione nel modulatore, un certo residuo di non linearità rimane sempre e causa prodotti di intermodulazione delle portanti OFDM. Queste appaiono come spalle ai bordi dello spettro e si estendono nei canali adiacenti. Il filtro di maschera appiattisce tali spalle al di sotto di certi valori limitie specificati dalla normativa. Per esempio il DVB-T richiede un'attenuazione di più di 80 dB relativi al segnale utile ad una spaziatura di ±10 MHz dal segnale utile.
Le esigenze di attenuazione delle spalle sono così stringenti che persino analizzatori di spettro di classe top possono verificare la conformità con valori limite solo se il segnale utile viene soppresso da un filtro ferma-banda. Un trucco per semplificare questa misura è utilizzare il fatto che il filtro di maschera è un componente passivo le cui caratteristiche non cambiano secondo la potenza del segnale. È quindi permesso misurare, in un primo step, solo le caratteristiche di filtro del filtro di maschera e memorizzarle. Poi in un secondo momento le caratteristiche del filtro sono moltiplicate per lo spettro del trasmettitore che viene misurato dopo. Questo metodo rende possibile le misure dello spettro prima del filtro di maschera, vale a dire all'accoppiatore direzionale connesso all'uscita del trasmettitore. Se lo spettro viene così corretto dalle caratteristiche di filtraggio del filtro di maschera, il risultato è lo spettro che verrebbe ottenuto all'uscita del filtro di maschera.
E quindi possibile misurare le attenuazioni di spalla che giacciono al di sopra la gamma dinamica del ricevitore da test.

I moderni ricevitori tv, come l'analizzatore tv palmare R&S ETH di Rohde & Schwarz, misura la potenza, la frequenza, il MER, e il BER automaticamente in tempo reale e dà in uscita risultati su un display facile da leggere.
La figura 2 mostra una misura per l'ISDB-T. Mostra il MER e il BER per i layer A, B, e C separatamente. Un sensore di potenza può essere connesso per misurare la potenza con un grado di accuratezza molto elevato. Un ricevitore GPS è disponibile in opzione. L'analizzatore TV può essere accessoriato in opzione con un generatore di tracking. Questo permette facili misurazioni delle emissioni fuori banda. L'R&S ETH memorizza le caratteristiche di filtro misurate misure del filtro di maschera come un trasduttore e le usa in automatico per correggere le misure sullo spettro. L'R&S ETH puà anche visualizzare valori limite contentiti e controllare se sono rispettati (Fig. 3). Un software per PC previsto di fabbrica permette l'interscambio dei risultati delle misure, dei setup di apparati, e dei file del transduttore tra il PC e lo strumento. L'analizzatore tv palmare combina tutte le funzionalità appena descritte in ino strumento compatto, portatile, che funziona a batterie, e che pesa solo 3.3 kg. Non è solo leggero di peso ma alleggerisce il carico di lavoro del tecnico in alta frequenza.

Le immagini

foto dell'applicativo 45443_2
Fig. 1: diagramma a blocchi di un trasmettitore TV
Fig. 2: i parametri chiave di un segnale ISDB-T con tre layer
Fig. 3: misurare emissioni fuori banda utilizzando il filtro di maschera come transduttore