Capire il funzionamento dei
ricevitori satellitari TV
Note tecniche 22 - 04 - 2002
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I
N
D
I
C
E
1.
CAPIRE I RICEVITORI SATELLITARI........................................................ 4
2.
LA MODULAZIONE CHE FA LA DIFFERENZA....................................... 4
2.1
2.2
LA SINTONIA DEI CANALI......................................................................................... 4
VIDEO E AUDIO INSIEME ......................................................................................... 5
3.
CANALI ANALOGICI E CANALI DIGITALI............................................... 5
4.
I PARAMETRI CHE INFLUENZANO LA RICEZIONE ............................. 6
5.
I PARAMETRI DEI RICEVITORI ANALOGICI........................................... 6
5.1
5.2
5.3
5.4
5.5
5.6
5.7
5.8
5.9
5.10
6.
TENSIONE LNB .................................................................................................... 6
FREQUENZE OL ................................................................................................... 7
FREQUENZA VIDEO ............................................................................................... 7
BANDA ............................................................................................................... 7
POLARIZZAZIONE.................................................................................................. 7
LARGHEZZA DI BANDA IF........................................................................................ 8
D EVIAZIONE ........................................................................................................ 8
FREQUENZA AUDIO ............................................................................................... 8
LARGHEZZA DI BANDA AUDIO .................................................................................. 8
D EENFASI.......................................................................................................... 8
I PARAMETRI DEI RICEVITORI DIGITALI ................................................ 9
6.1
6.2
6.3
6.4
FREQUENZA DI RIFERIMENTO.................................................................................. 9
POLARIZZAZIONE.................................................................................................. 9
SYMBOL RATE...................................................................................................... 9
FEC ................................................................................................................ 10
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1. Capire i ricevitori satellitari
Avete installato con successo il vostro primo impianto e vi apprestate a
compiere i primi passi nell'esplorazione del vostro ricevitore e delle sue funzioni.
Di fronte a voi avete un apparecchio molto evoluto frutto di continui
miglioramenti che si sono susseguiti nel tempo con lo stesso ritmo con cui si
sono evolute le trasmissioni da satellite e l'offerta di canali e servizi che ne
deriva.
Gli attuali ricevitori da satellite sono forse più complessi di un normale televisore
nonostante le ridotte dimensioni e l'apparente semplicità. I circuiti interni e la
logica di funzionamento devo compiere operazioni molto importanti che hanno
come unico scopo trasformare i segnali ricevuti da satellite in normali segnali
visualizzabili su un comune televisore.
2. La modulazione che fa la differenza
Forse vi sarete chiesti più di una volta perché una antenna parabolica non si
può collegare direttamente ad un televisore o ad un videoregistratore.
Infatti l'antenna come tale si presume che non debba compiere chissà quali
operazioni e quindi, come accade per i segnai terrestri, si possa connettere
semplicemente con la presa di antenna del televisore. Ciò non è possibile in
quanto i formati dei segnali sono incompatibili tra loro e a renderli compatibili ci
pensa normalmente il ricevitore satellite.
Per chi volesse approfondire il discorso diciamo che la differenza tra un segnale
terrestre ed un segnale satellite è determinata dal tipo di modulazione utilizzato.
Cont ro una modulazione di tipo AM relativa ai canali terrestri si ha una
modulazione FM per i canali satellitari analogici e QPSK per i canali digitali.
Per farla breve, il nostro televisore di casa non accetta altri segnali televisivi se
non quelli modulati in AM e quindi quelli trasmessi dai ripetitori tv terrestri. Il
ricevitore satellite compie il "miracolo" ovvero trasforma i segnali ricevuti da
satellite da FM a AM (ricevitore analogico) oppure da QPSK a AM (ricevitore
digitale). Se volessimo completare il quadro tirando in ballo la tv via cavo,
anche in questo caso viene sfruttata la modulazione digitale ma di tipo diverso
da quella satellitare e si chiama QAM. Il ricevitore per tv via cavo per adattare il
formato del segnale al normale televisore esegue anch'esso una trasformazione
di modulazione da QAM a AM.
Per correttezza si dovrebbe specificare che ricevitori digitali nel processo di
trasformazione devono rigenerare anche le componenti del segnale che ne
definiscono lo standard cosa che non avviene nel ricevitore analogico dove i
segnali FM sono trasmessi secondo i classici standard analogici PAL, Secam
e NTSC. E' quindi più coretto definire l'operazione fatta dai ricevitori digitali
come conversione QPSK- PAL AM nel caso del satellite e QAM - PAL AM nel
caso della tv via cavo.
2.1
La sintonia dei canali
Il ricevitore da satellite, qualunque esso sia, analogico o digitale, per effettuare
la trasformazione del segnale deve poterlo sintonizzare. Per fare ciò dispone di
un vero e proprio sistema di sintonia come quello che esiste già nel nostro
televisore. Ciò è necessario in quanto l'elaborazione del segnale deve avvenire
per ogni singolo canale tv. In pratica il ricevitore satellite sintonizza un canale
alla volta e lo trasforma in un formato compatibile con televisori e
videoregistratori. Ciò quindi rende il ricevitore più complesso in quanto per
sintonizzare un singolo canale servono molti circuiti tra cui anche un sistema
che permetta di selezionare i canali e memorizzarli per poterli avere a
disposizione rapidamente.
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Ciò, inoltre, implica l'uso di un telecomando per poter richiamare direttamente i
canali memorizzati. Ecco che ogni ricevitore dispone quindi di un complesso
sistema di sintonia, di selezione e memorizzazione dei singoli canali tv e radio.
2.2
Video e audio insieme
Uno dei "miracoli" della tecnica, che affascina soprattutto i neofiti, è il fatto che
oltre ad immagini televisive si possano trasferire contemporaneamente i suoni
ad esse associate ed il tutto in perfetta sincronia.
Questo scherzetto all'apparenza semplice, è invece il frutto di una attenta
sperimentazione che ha accompagnato la scoperta e la messa a punto dei
sistemi televisivi.
Il segnale audio è molto di verso da quello video pertanto richiede un
trattamento separato nonostante entrambi i segnali debbano forzatamente
condividere lo stesso mezzo di trasmissione.
Nella trasmissione di tipo analogico i segnali video e audio rappresentano le
componenti essenziali di un segnale tv che vengono unite nella fase di
trasmissione e separate nella fase di ricezione. Per viaggiare insieme
mantenendo inalterate le proprie caratteristiche, nel sistema analogico si utilizza
una frequenza portante sulla quale vengono trasportate le due informazioni.
Tale portante si può esemplificare come un mezzo aereo a due posti. Il mezzo
aereo deve viaggiare ad una velocità elevata per non precipitare e tale velocità
si può assumere come frequenza della portante che è normalmente compresa
tra 10.700 e 12.750 MHz. I segnali video e audio devono invece mantenersi a
bordo della portante rimanendo "sedute" ai propri posti. L'assegnazione "dei
posti" corrisponde ad una precisa collocazione dei due segnali all'interno di
quella che viene definita "banda base".
La banda base è caratterizzata quindi da un pacchetto di frequenze molto più
basse di quella della portante e che sono comprese tra 0 e 8,5 MHz. La parte
video è preponderante in quanto è più ricca di informazioni infatti occupa tutte le
frequenze fino a 5,5 MHz, la parte audio invece tiene pochissimo spazio e può
essere collocata nelle frequenze rimanenti lasciando un piccolo distacco dal
video ed occupando quindi la banda base da 5,8 a 8,1 MHz.
Nella tecnica di trasmissione digitale i processi sono più complessi in quanto i
segnali video e audio vengono campionati e trasformati da subito in una
informazione digitale complessiva chiamata "stream di dati". Questi dati
occupano un unico grande posto sulla nostra portante e ne disperdono l'energia
per effetto della modulazione digitale QPSK. Non si opera più a livello di
frequenze in quanto il segnale digitale è privo di riferimenti in frequenza relativi
ai segnali originali audio e video. Sono le tecniche digitali che definiscono e
separano all'interno dello stream di dati quelli relativi all'audio e quelli relativi al
video. Il ricevitore digitale esegue il semplice conteggio dei vari dati e li separa
secondo la loro appartenenza.
Questi sono gli aspetti più importanti di una trasmissione via satellite Che
permettono di trasferire audio e video in quello che viene definito "canale
televisivo".
3. Canali analogici e canali digitali
Se dovessimo confrontare tra loro due segnali tv satellite diversi, uno analogico
e l'altro digitale, avremmo bisogno di un particolare strumento chiamato
analizzatore di spettro. Con questo strumento si ottiene la netta distinzione tra i
due segnali che risultano avere un aspetto diverso tra loro. Il segnale analogico
è più a punta mentre quello digitale è più piatto e largo alla base. La differenza
tra i due segnali impone l'uso di sistemi di sintonia molto diversi tra loro. Nel
caso del segnale analogico il cosiddetto "tuner" oltre alla sintonia della
frequenza portante di un singolo canale tv esegue la "demodulazione" ovvero la
estrazione del segnale di "banda base".
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In un ricevitore digitale il "tuner" esegue la sintonia della frequenza portante ed
esegue la demodulazione del segnale separando le componenti "I" e "Q" del
segnale digitale. Queste due componenti sono molto diverse dal segnale di
banda base tipico di un segnale analogico. Le componenti I e Q contengono
tutti i dati ed i riferimenti per individuare la collocazione dei segnali audio e
video ma anche di segnali accessori quali semplici segnali dati con i quali il
ricevitore digitale può ricevere istruzioni sul suo funzionamento.
Quest'ultimo caso è quello relativo, ad esempio, al controllo di smartcard per la
ricezione di segnali a pagamento oppure all'invio di segnali accessori per la
gestione di funzioni di routine quali l'identificazione dei singoli programmi tv e
delle informazioni accessorie ad essi collegati che normalmente sono disponibili
sui ricevitori digitali.
4. I parametri che influenzano la ricezione
Facciamo una sintetica carrellata sui parametri che influenzano la ricezione e
che sono normalmente regolabili in ogni ricevitore. Si tratta di tutte quelle voci
che appaiono nei menù del ricevitore e che rappresentano per il neofita un vero
e proprio enigma.
5. I parametri dei ricevitori analogici
Schema a blocchi di un ricevitore analogico. Come si può notare il segnale
ricevuto viene ulteriormente convertito e quindi demodulato. I segnali audio e
video vengono demodulati autonomamente e possono raggiungere sia la presa
scart che il modulatore RF.
5.1
Tensione LNB
Ogni ricevitore dispone spesso della funzione che permette di inviare o
escludere la tensione che serve ad alimentare l'LNB montato sull'antenna.
Alcuni ricevitori permettono solamente di decidere se la tensione deve essere
sempre presente oppure sempre assente. Nel caso di impianto individuale la
tensione deve essere presente nel caso invece di impianto collettivo può essere
necessario escluderla. Altri ricevitori permettono di stabilire se la tensione di
alimentazione deve essere presente sempre anche quando il ricevitore è in
standby. Ciò permette di avere l'LNB già caldo e pronto anche con le
temperature più rigide. Può essere necessario escludere la tensione di
alimentazione in standby quando lo stesso LNB è collegato a due ricevitori un
analogico ed un digitale accoppiati con un commutatore "digitale" per la
gestione delle priorità tra i due ricevitori.
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5.2
Frequenze OL
Tutti i ricevitori, analogici o digitali, richiedono l'impostazione della frequenza di
OL dell'LNB. Si tratta della frequenza caratteristica del tipo di LNB che viene
montato sull'antenna. Normalmente in un impianto singolo viene utilizzato un
LNB universale che ha due frequenze di OL. Ognuna di queste due frequenze
viene associata ad una banda di ricezione che può essere: alta (da 11,7 a 12,
75 GHz) o bassa (da 10,7 a 11,7 GHz). Pertanto si deve normalmente
associare alla banda alta la frequenza di OL di 10,6 MHz mentre alla banda
bassa quella di 9,75 GHz. Altri tipi di impostazione possono essere richiesti
qualora il ricevitore venga collegato ad un impianto centralizzato.
5.3
Frequenza video
Per sintonizzare una canale tv analogico è necessario impostare la frequenza
della portante che viene normalmente chiamata "frequenza video" oppure
"frequenza IF video". Si tratta della frequenza portante del segnale che si vuole
ricevere. Per conoscere il valore relativo ad un preciso canale si deve
consultare la tabella dei canali riportata sempre sulla rivista. In questa tabella
viene specificata la frequenza di ogni canale tv analogico presente sui vari
satelliti ricevibili. Tale frequenza è solitamente espressa in GHz oppure in MHz.
Ad esempio la frequenza di RAI UNO è 11,366 GHz. L'impostazione della
frequenza nei ricevitori analogici può avvenire in due modi. Il primo richiede la
frequenza reale di trasmissione il secondo richiede invece il valore di frequenza
IF. Nel primo caso si deve impostare la frequenza reale 11,366 GHz nel
secondo caso si deve fare la sottrazione tra frequenza reale e frequenza di OL
dell'LNB. Se quest'ultima è di 9,75 GHz (visto che la frequenza 11,366
appartiene alla banda bassa) si ottiene la frequenza IF in questo modo: 11,366
- 9,75 = 1,616 GHz pari a 1616 MHz.
5.4
Banda
Nella fase di sintonia del ricevitore si deve assegnare la banda di ricezione che
può essere alta o bassa. Alcuni ricevitori eseguono questa assegnazione in
modo automatico in funzione della frequenza di ricezione. Infatti se tale
frequenza supera gli 11,7 GHz viene automaticamente impostata la banda alta.
Ciò significa che il ricevitore genera un segnale di controllo per l'LNB
comunicandogli di cambiare banda di ricezione. Tale controllo sfrutta il tono a
22 kHz presente su tutti gli attuali ricevitori satellite. Se esso è assente l'LNB
universale commuta in banda bassa mentre se il tono è presente l'LNB
commuta in banda alta.
5.5
Polarizzazione
Ad ogni canale tv satellite viene assegnata una polarizzazione che può essere
verticale "V" o orizzontale "H". Sugli elenchi dei canali tv satellite viene sempre
indicata, oltre alla frequenza di trasmissione anche la polarizzazione. Nella fase
di regolazione del ricevitore si deve impostare la giusta polarizzazione.
Ad esempio: per ricevere RAI UNO in analogico si deve impostare la
polarizzazione verticale "V". Per ricevere Eurosport si deve invece impostare la
polarizzazione orizzontale "H"
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5.6
Larghezza di banda IF
Nelle trasmissioni analogiche da satellite ogni canale televisivo è caratterizzato
da una larghezza di banda che dipende dal tipo di satellite e dall'intensità della
modulazione impostata dall'emittente. Questa caratteristica viene chiamata
normalmente "deviazione". Vi sono canali ad elevata deviazione che richiedono
una larghezza di banda IF maggiore di altri canali che invece hanno deviazione
più contenuta. Non avendo dati sulla deviazione dei vari segnali ricevibili, la
regolazione della larghezza di banda IF richiede alcune prove per ottenere la
migliore ricezione possibile.
Alcuni valori presenti su ricevitori analogici possono essere: 18 MHz, 27 MHz,
36 MHz. Il valore più basso va bene per i satelliti più deboli, il valore intermedio
per quasi tutti i satelliti mentre il valore più alto solo per quelli ad elevata
deviazione (solitamente Eutelsat e Intelsat).
5.7
Deviazione
Quando in un ricevitore analogico tra i parametri regolabili appare la
regolazione della deviazione essa si riferisce solitamente al contrasto di
immagine. E' infatti il contrasto a subire le conseguenze della deviazione. Una
deviazione elevata richiede una riduzione di contrasto mentre una deviazione
bassa richiede un aumento del contrasto. Passando da un canale all'altro e da
un satellite all'altro ci si può accorgere delle differenze.
5.8
Frequenza audio
Come abbiamo visto nel sistema analogico il segnale audio viene associato ad
una frequenza della banda base che si colloca tra 5,8 e 8,28 In questo spazio ci
stanno normalmente un canale audio monofonico e quattro canali audio
stereofonici oppure altri otto canali monofonici. Il ricevitore satellite analogico ha
necessità di essere sintonizzato sulla giusta frequenza audio. Nelle tabelle dei
canali è sempre riportata la frequenza dell'audio principale e dei anali audio
secondari. Nelle trasmissioni tv in stereofonia viene utilizzata una coppia di
canali audio la cui frequenza è 7,02 e 7,2 MHz.
5.9
Larghezza di banda audio
In analogia con la larghezza di banda IF anche il canale audio dispone di una
larghezza che dipende dall'intensità di modulazione ovvero dalla deviazione
audio. Normalmente si hanno due larghezze di banda chiamate semplicemente
"stretta " e "larga". La larghezza di banda stretta viene utilizzata per i canali
stereo e per i canali multilingue mentre quella larga serve esclusivamente per il
canale mono.
5.10 Deenfasi
Questo termine si riferisce ad un particolare processo che permette di ridurre
notevolmente il rumore di fondo audio. E' un semplice stratagemma per il quale
nella fase di trasmissione si esaltano le frequenze acute (enfasi) mentre in fase
di ricezione si abbassano (deenfasi). In questo modo il segnale audio non ne
risente e non viene alterato mentre il rumore di fondo dovuto alla trasmissione
si riduce drasticamente. La regolazione ottimale per un ricevitore dipende dal
tipo di trasmissione audio. Solitamente ci sono i seguenti valori: 50µS adatta
alla maggioranza dei casi, 75µS che ha un effetto maggiore, J17 adottata dai
canali analogici francesi, Panda, adottata dalle trasmissioni stereo.
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6. I parametri dei ricevitori digitali
Schema a blocchi semplificato di un ricevitore digitale per tv satellite. I dati utili
vengono ricavati da un processo di correzione errori molto importante costituito
da due classici blocchi funzionali chiamati Viterbi e Red Spolmono. Dopo la
correzione errori il segnale è pronto ad essere demodulato e convertito in
analogico. Da questo processo si ottengono i segnali audio, video e RGB.
Questi segnali potranno raggiungere il televisore tramite la scart oppure tramite
il modulatore RF.
6.1
Frequenza di riferimento
E' la frequenza principale che corrisponde a quella del transponder satellitare
sui cui viene trasmesso il pacchetto di canali digitali. Nei ricevitori digitali si deve
impostare la reale frequenza senza effettuare alcun calcolo come avviene per
qualche ricevitore analogico.
6.2
Polarizzazione
Anche i canali digitali vengono trasmessi con due possibili polarizzazioni,
verticale e orizzontale. In fase di sintonia di nuovi canali si deve tenere conto
della giusta polarizzazione deducendola dagli elenchi di canali pubblicati
mensilmente dalla rivista.
6.3
Symbol rate
Semplificando, il Symbol rate esprime la velocità con la quale viene trasmesso il
flusso di informazioni digitali. Si tratta di un valore direttamente dipendente dalla
larghezza della banda disponibile sul satellite. Solitamente questo parametro è
fornito dall'emittente e dipende dalla modalità di trasmissione SCPC Singol
Channel Per Carrier oppure MCPC Multi Channel Per Carrier. Nel primo caso si
ha un singolo canale TV digitale indipendente con un symbol rate molto basso
intorno a 4.000 Ks/s mentre nel secondo caso si hanno più canali TV digitali
raggruppati e trasmessi come un pacchetto con un Symbol rate che solitamente
è di 27500 Ks/s
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6.4
FEC
Con questo termine si intende un processo secondo il quale viene aggiunta
ridondanza ai dati relativi alle immagini tv per permettere di effettuare in
ricezione una efficace correzione degli errori ricevuti. Senza questo sistema
ogni informazione persa avrebbe un riscontro sui singoli elementi di una
immagine tv. Grazie al FEC si possono tollerare bene anche errori di grande
entità. Solitamente un ricevitore digitale chiede l'impostazione del FEC in
accordo con quello trasmesso dall'emittente. Vi sono anche ricevitori che invece
non richiedono di impostare il FEC in quanto sono in grado di individuare
automaticamente quale rapporto utilizzare. I FEC maggiormente utilizzati sono
2/3 e 3/4.
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