Il DVB-T2 rappresenta lo standard di seconda generazione della trasmissione digitale terrestre. È stato sviluppato per incrementare la capacità trasmissiva di un mux e garantire una maggior efficienza spettrale. Rispetto al DVB-T l’aumento della capacità trasmissiva può raggiungere il 50%. Ciò consente ai broadcaster di gestire una maggiore quantità di bit migliorando la qualità delle immagini oppure la quantità dei programmi trasmessi.
Il periodo 2008-2012 viene ricordato in ambito broadcast per il passaggio al digitale terrestre, un processo iniziato nel 2008 con la Sardegna e completato nel 2012 con Calabria e Sicilia. In questo periodo le trasmissioni dei programmi terrestri sono passati dall’analogico PAL al digitale DVB-T.
Come diretta conseguenza di questo cambio tecnologico i telespettatori hanno dovuto scegliere fra:
– cambio del televisore con un modello DVB-T compatibile; scelta onerosa dal un punto di vista economico ma incentivata dalla disponibilità dei nuovi (allora) televisori a schermo piatto di grande formato;
– aggiunta di un decoder DTT interattivo agevolata dai contributi messi a disposizione dal Ministero dello Sviluppo Economico .
Nella figura sono riportati due esempi tratti dai dati illustrati nel paragrafo Confronto tra configurazioni tipiche MFN e SFN.
Esempio arancio: partendo da una modulazione DVB-T 16 QAM 2/3 è possibile guadagnare ≈ 45% di Bit Rate con
un DVB-T2 16 QAM 5/6 oppure ≈ 5 dB di rapporto segnale rumore con un DVB-T2 16 QAM oppure 3/5.
Esempio verde: partendo da una modulazione DVB-T 64 QAM 2/3 è possibile guadagnare ≈ 50% di Bit Rate con
un DVB-T2 64 QAM 5/6 oppure ≈ 5,5 dB di rapporto segnale rumore con un DVB-T2 64 QAM oppure 3/5
Questa introduzione al primo switch-off italiano, avvenuto dal 2008 al 2012 serve a comprendere più facilmente le tappe del prossimo percorso che ci attende, iniziato già quest’anno, che si completerà a metà del 2022. In questo caso però, il percorso non riguarda il passaggio dall’analogico al digitale ma da uno standard digitale di prima generazione (DVB-T) ad uno di seconda (DVB-T2) al quale si aggiunge il cambio di compressione video (Codec), da MPEG-2 a MPEG-4 (H-264) o HEVC (H-265).
Quello che ci attende fino al 2022 è sicurmente un percorso particolarmente importante perché viene attuato in diversi step e coinvolge diverse tipologie di impianto, come vedremo dagli articoli che seguiranno a questo, specifico sulle migliorie che verranno rese disponibili grazie al DVB-T2.
Dividendo digitale, ecco perché bisogna migrare a standard più evoluti
Il passaggio dalle trasmissioni analogiche a quelle digitali (2008-2012) e dal DVB-T al DVB-T2 (2020-2022) mettono in condizione i broadcaster di liberare ampie porzioni di banda UHF grazie alla maggiore compressione digitale dei segnali. Per questo motivo è stato istituito il ‘dividendo digitale’ che assegna agli operatori telefonici le porzioni di banda liberate dai broadcaster televisivi. Nello specifico i canali UHF a 800 MHz (quelli liberati per la vendita delle frequenze alle compagnie telefoniche) sono stati utilizzati per i servizi LTE; invece, i canali in banda 700 MHz, liberati dallo switch-off del DVB-T, verranno riservati ai servizi 5G.
Il dividendo digitale ha suscitato non poche polemiche fra i broadcaster che si sono visti togliere frequenze utilizzate da quando la televisione è nata; inoltre, ha obbligato i broadcaster minori ad effettuare investimenti importanti ‘per legge’; per questo motivo il numero di broadcaster minori è sensibilmente diminuito: molto di loro non sono riusciti a trovare le risorse economiche necessarie per affrontare la metamorfosi tecnologica e hanno dovuto chiudere i battenti.
DVB-T2, la seconda generazione dello standard digitale terrestre
Rispetto al DVB-T, il DVB-T2 introduce prestazioni di gran lunga più importanti e si avvicinana così tanto al Limite di Shannon da ritenere non convieniente da un punto di vista economico sviluppare un ipotetico DVB-T3, ossia la terza generazione.
Grazie alla disponibilità di chip più prestazionali, capaci di garantire livelli di ‘power processing’ sempre maggiori, con il DVB-T2 è stato possibile introdurre algoritmi di correzione d’errore particolarmente avanzati, con prestazioni tali da rendere possibile l’impiego di modulazioni di ordine più elevato, con un conseguente incremento di capacità trasmissiva rispetto alla generazione precedente.
Indicativamente, con il DVB-T2 è possibile aumentare la capacità del canale del 45-50%rispetto al DVB-T. Il DVB-T2 introduce anche tutta una serie di nuove tecniche, come l’utilizzo in trasmissione antenne multiple in modalità MISO, per sfruttare al meglio le risorse. Il DVB-T2 si avvantaggia di un ‘guadagno’, rispetto ai sistemi di prima generazione, spendibile in due modi:
– aumento dell’efficienza spettrale; ovvero più bit/s/Hz. In altri termini, a parità di banda, più canali TV oppure canali TV di qualità più elevata;
– aumento dell’efficienza energetica; ovvero maggior copertura del territorio a parità di siti trasmittenti e della loro potenza; oppure diminuzione della potenza dei siti a parità di copertura del territorio.
Nella figura qui sotto è illustrata la curva capacità/prestazioni per i sistemi DVB-T e DVB-T2. Come si vede dal grafico, il guadagno del DVB-T2 può consistere in un aumento del 45÷50% di capacità trasmissiva (in verticale) o, in alternativa, in 5÷6 dB aggiuntivi di rapporto segnale/rumore (in orizzontale) rispetto alle prestazioni assicurate dal precedente DVB-T. In alternativa, restando nel campo della qualità standard (SD, standard definition), la triplicazione dei programmi. Aspetti, questi, particolarmente utili in tema di ‘secondo dividendo digitale’.
Per ottenere questi vantaggi e migrare verso programmi HD non è tuttavia sufficiente l’aumento di efficienza spettrale offerto dalla piattaforma di diffusione. Il quadro è completato dalla possibilità di adottare la codifica di sorgente MPEG-4 AVC che può portare ad un risparmio, in termini di bit-rate e a parità di qualità, superiore al 50%.
I requisiti commerciali del DVB-T2
I principali requisiti definiti dal modulo commerciale del DVB per lo standard di seconda generazione di TV digitale terrestre comprendono i seguenti aspetti:
– utilizzo degli impianti d’antenna domestici esistenti e dell’attuale infrastruttura di trasmettitori. Questo requisito, da un lato evita il rinnovo degli impianti riceventi domestici, dall’altro ha però impedito l’adozione di tecniche di trasmissione basate sulla ricezione con antenne multiple (MIMO) che offrono grandi vantaggi ma richiedono l’adeguamento ad un sistema ad antenne trasmittenti multiple (MISO);
– incremento di almeno il 30% della capacità trasmissiva rispetto al DVB-T, pur con gli stessi vincoli di occupazione spettrale;
– prestazioni superiori per SFN;
– meccanismi per fornire caratteristiche di robustezza in funzione del tipo di servizio;
– flessibilità relativamente a frequenze operative e larghezza di banda;
– meccanismi per ridurre il rapporto tra potenza di picco e media, ottenendo vantaggi sulle emissione elettromagnetiche e sul costo dei trasmettitori.
La tabella riportata nella pagina a fianco ‘I requisiti del DVB-T2’ riporta l’elenco dei principali aspetti commerciali soddisfatti.
Modulazione ODFM, parametri estesi rispetto a DVB-T
La tecnica definita dal DVB-T2 riprende quella già utilizzata dallo standard DVB-T: la modulazione OFDM con intervallo di guardia.
Nella modulazione OFDM ogni simbolo trasporta dati su un numero molto elevato di portanti distinte; l’intervallo di guardia, ripetizione ciclica della porzione utile di simbolo, ‘assorbe’ l’interferenza intersimbolica generata dagli echi di propagazione, tipici della ricezione in ambiente terrestre.
Per il soddisfacimento dei requisiti di carattere commerciale, i parametri che definiscono la modulazione OFDM sono stati opportunamente estesi rispetto al DVB-T.
Fra le principali innovazioni introdotte analizziano di seguito in sintesi il numero di portanti (da 1k a 32K) e le costellazioni, alle quali il DVB-T2 aggiunge la tecnica 256-QAM.
Numero delle portanti
Sono 6 le possibili configurazioni del numero di punti su cui viene effettuata la FFT nel modulatore per il DVB-T2: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K. Maggiore è il numero di portanti (a parità di larghezza di banda complessiva), minore è la spaziatura tra di esse e maggiore è la durata del periodo di simbolo (da circa 1 ms per 8K a circa 4 ms per 32K).
Ciò rende il sistema più critico in presenza di interferenze di tipo intercarrier, e di effetto Doppler (è quindi una modalità che mal si adatta alla ricezione su mezzi mobili), ma riduce anche la durata relativa dell’intervallo di guardia rispetto al periodo di simbolo in trasmissione, pur mantenendo costante la sua durata assoluta. E può comportare da un lato una riduzione dell’overhead dell’intervallo di guardia per una data distanza reciproca dei siti in SFN, dall’altro un incremento della distanza dei siti SFN per un data percentuale dell’intervallo di guardia rispetto alla lunghezza del simbolo. Ulteriori vantaggi di operare con FFT di dimensioni elevate sono: maggiore robustezza nei confronti del rumore impulsivo; inferiori livelli di densità di potenza fuori banda; opzione di interpolare in frequenza solo tra le configurazioni pilota (a causa della vicinanza delle portanti).
Nel DVB-T2 i modi 16K e 32K sono proposti per le configurazioni di rete SFN. Il valore di 1K è invece utilizzabile per trasmissioni in condizioni di elevata variabilità temporale e in canalizzazioni ridotte (es.: 1,7 MHz).
Costellazioni
Lo standard DVB-T2 aggiunge il 256-QAM. Fra i vantaggi la possibilità di operare come se i rapporti segnale/ rumore fossero maggiori di quelli effettivi. Inoltre, lo standard DVB-T2 prevede una nuova tecnica, alternativa alla ridondanza di codifica: le cosiddette costellazioni ruotate.
Questa tecnica fornisce in canali affetti da fading un guadagno che può raggiungere anche valori molto elevati per canali molto critici (ad esempio echi a 0 dB, nel caso di SFN o per canali con cancellazione, in presenza di interferenze impulsive in frequenza). Ovviamente tale guadagno si traduce nella possibilità di utilizzare codici correttori FEC con tassi di codifica più elevati e quindi in capacità trasmissive maggiori.■
Bibliografia: “La seconda generazione del DVB terrestre”, Sistemi Integrati, volume 4 2009; “DVB-T2, la nuova piattaforma per la televisione digitale terrestre”, Elettronica e Telecomunicazioni, n° 3 dicembre 2008; l’articolo completo è pubblicato all’indirizzo www.crit.rai.it/eletel. Si ringraziano gli autori per l’autorizzazione all’utilizzo del materiale dell’articolo
Storia del DVB-T2
Nasce nel 2006, in ambito DVB, un gruppo di lavoro ad-hoc denominato TM-T2 che dovrà definire una nuova piattaforma per la televisione digitale terrestre.
Il primo obiettivo del gruppo è l’analisi delle possibili nuove tecnologie di interesse per una nuova piattaforma dedicata al digitale terrestre; sulla base di questi risultati il modulo commerciale del DVB svilupperà i requisiti commerciali richiesti al futuro standard.
Nell’aprile 2007, dopo l’approvazione del documento di specifica dei requisiti commerciali, viene lanciata una richiesta di proposte tecniche capaci di soddisfare quei requisiti.
Nel giugno 2007 vengono raccolte 31 proposte, fra cui quella del Centro Ricerche Rai e nel luglio 2007 iniziano le attività di standardizzazione vera e propria, suddivisa in 5 aree tecniche.
L’area tecnica MUX&Interleaving viene assegnata ad Alberto Morello, direttore del CRIT, Centro Ricerche e Innovazione Tecnologica RAI di Torino.
Nel giugno 2008, dopo un anno di intenso lavoro, cui hanno partecipato attivamente circa 70 esperti appartenenti a più di 40 aziende, il DVB vara il “Blue- Book A122” che costituisce il DVB-T2, lo standard di seconda generazione per la televisione digitale terrestre, e lo propone in ETSI per divenire “Norma Europea”.
I primi test in laboratorio e sul campo risalgono alla fine del 2008 ad opera della RAI, con l’attivazione dal Centro Trasmittente di Torino-Eremo e la prima trasmissione in Italia di HDTV digitale terrestre basata sul DVB-T2, condotta dal Centro Ricerche Rai, in collaborazione con RaiWay, ScreenService e SIDSA.
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