Nella prima parte di questa serie di articoli abbiamo esaminato le principali caratteristiche distintive dei vari sistemi di diffusione radiotelevisiva digitali appartenenti alla famiglia DVB.

Qui sotto è riportato uno schema generico di una catena di trasmissione di segnali DVB, che nei suoi macroblocchi è applicabile a tutte le varianti dello standard.

La parte superiore si riferisce al trasmettitore, quella inferiore al ricevitore.

Il segnale video compresso e codificato è costituito da un flusso di dati (transport stream) in formato MPEG-2 o MPEG-4.

Se il canale di trasmissione fosse ideale, in uscita al ricevitore otterremmo la stessa sequenza di bit che è entrata nell’ingresso del trasmettitore.

Nei casi reali, purtroppo non è così, pertanto l’obiettivo della catena composta da trasmettitore -> canale -> ricevitore è quello di minimizzare le differenze tra quanto viene trasmesso e quanto viene recuperato in ricezione.

Il trasmettitore

Una delle tecniche fondamentali per minimizzare gli errori è quella di aggiungere nel flusso di dati da trasmettere una serie di bit supplementari che aiutano il ricevitore a ricostruire fedelmente i dati trasmessi anche in presenza di errori.

Questi bit supplementari costituiscono i codici di protezione degli errori o FEC (Forward Error Correction), i quali aggiungono dei dati ridondanti in trasmissione per facilitare la correzione in ricezione dei dati più utili che si intendono proteggere.

Nel sistema DVB sono previsti due stadi di codifica per la protezione degli errori, che adottano tecniche matematiche diverse e complementari tra loro.

La prima codifica è detta Reed-Solomon (RS), dal nome della classe di codici utilizzata per la sua realizzazione.

Dopo la codifica Reed-Solomon, i dati passano da un circuito che li “sparpaglia ordinatamente” (outer interleaver) nel tempo onde eveitare che in caso di errore sul canale gli errori non risultino troppo concentrati su molti bit consecutivi.

Il secondo stadio di codifica è la codifica convoluzionale di Viterbi (dal nome del suo inventore), la quale aggiunge ulteriore ridondanza al segnale.

Al termine delle due codifiche flusso di dati è pronto per andare a modulare il segnale da trasmettere. Le modalità di modulazione sono piuttosto diverse tra le diverse varianti del sistema DVB, in quanto ognuna di esse è ottimizzata per il tipi di canale al quale si rivolge.

Si tratta comunque sempre di modulazioni digitali, nella quale il flusso di bit in ingresso viene raggruppato in piccoli blocchi di bit, ognuno dei quali viene mappato su un simbolo della costellazione che modula la portante.

La combinazione di fase e ampiezza che costituisce un simbolo trasportato da una modulazione digitale viene ottenuta utilizzando un modulatore pilotato dai segnali in fase e quadratura (I-Q ), i quali subiscono preventivamente un’operazione di formatura (shaping), che nella maggior parte dei casi è realizzata trasformando le onde quadre che costituiscono i bit in forme d’onda a coseno rialzato, il quale ha l’importante proprietà di minimizzare l’interferenza intersimbolica.

Dopo essere stato modulato, il segnale viene traslato in frequenza e trasmesso sul canale radio desiderato.

Il ricevitore

Il ricevitore ha una struttura speculare a quella del trasmettitore.

Il primo stadio di sintonia converte il segnale a radiofrequenza del canale desiderato in un segnale a frequenza intermedia che può essere demodulato.

Il demodulatore permette di ottenere le componenti in fase (I) e in quadratura (Q) corrispondenti al segnale modulato digitalmente che vengono filtrate da un filtro con risposta la stessa risposta in frequenza di quello usato in trasmissione, in modo che la combinazione dei due generi complessivamente quel filtro con risposta in frequenza del tipo sin(x)/x (equivalente a una forma d’onda a coseno rialzato nel dominio del tempo) che permette di ridurre l’interferenza intersimbolica.

Dopo il filtraggio (detto di Nyquist) che minimizza l’interferenza intersimbolica il segnale passa attraverso un equalizzatore di canale, tipicamente di tipo adattativo che il ricevitore ottimizza in base alle misure da esso eseguite in tempo reale, per esempio su portanti pilota di cui conosce le caratteristiche.

Il segnale filtrato viene convertito in forma di bit tramite il decodificatore di Viterbi, poi entra nel successivo stadio di decodifica e correzione degli errori che sfrutta i codici di Reed-Solomon.

Attenzione al BER

Poiché l’obiettivo della catena di trasmissione illustrata è quello di trasportare bit senza generare errori, una delle misure di qualità più significative è quella del tasso di errore sul bit (BER).

Però, a causa della presenza dei blocchi di codifica e correzione degli errori, le misure sul BER su un apparato DVB sono molteplici e hanno significati diversi a seconda del punto di misura che si prende come riferimento.

Ad esempio, una possibilità di misura è di misurare il BER tra l’ingresso del trasmettitore e l’uscita del ricevitore, che quindi tiene conto di tutte le operazioni di correzione degli errori effettuate.

Un’altra possibilità è misurare nel ricevitore a valle della codifica della decodifica di Viterbi e prima della decodifica di Reed-Solomon, oppure ancora a valle della decodifica di Reed-Solomon.

A seconda del punto di misura, il valore del BER può variare notevolmente in quanto, quando il segnale è moderatamente disturbato dal canale, i circuiti di decodifica e correzioni degli errori ‘mascherano’ le imperfezioni producendo un valore di BER migliorato alla loro uscita.

E’ quindi possibile, e molto comune nella pratica, misurare un BER progressivamente migliore all’uscita del demodulatore, dopo il decodificatore di Viterbi e dopo il decodificatore Reed-Solomon.

Nella terza parte dell’articolo approfondiremo i principi base della tecnica di modulazione più complessa del sistema DVB, la modulazione OFDM che alla base dei sistemi DVB-T, DVB-T2 e DVB-H.