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## 15.5Appendici

### 15.5.1Collegamenti satellitari↓

Tutti i satelliti artificiali hanno, ovviamente, l’esigenza di mantenere un collegamento radio con il centro di controllo orbitale terrestre; in tutti i modi, un buon numero di satelliti è stato lanciato per svolgere un ruolo nell’ambito dei sistemi di comunicazione e telerilevamento, come ad esempio nei casi dei satelliti metereologici, di radiolocalizzazione (il gps, ma non solo), per ponti radio televisivi, di telefonia, di broadcast televisivo. Senza molto togliere alla generalità dell’esposizione, questa procede illustrando l’ultimo caso citato, detto dvb (Digital Video Broadcast), in cui il satellite semplicemente ritrasmette verso una estesa area geografica i segnali ricevuti da terra, come mostrato in figura 15.39↓, assieme all’ipsogramma [710] [710]Dal greco hypsos che significa altezza. Mentre l’ipsografia è un diagramma che individua il rilievo altimetrico terrestre, il termine ipsogramma è a volte usato nelle telecomunicazioni per descrivere l’andamento del livello di potenza in un collegamento. relativo.
Studio di produzione
Non volendo assolutamente entrare qui negli innumerevoli dettagli che andrebbero illustrati, limitiamoci a descrivere i passi necessari a generare il segnale inviato al satellite:

- si effettua la codifica digitale mpeg2 (§ 18.3.1.4↓) del segnale televisivo, ottenendo un flusso numerico chiamato ps (Program Stream);
- più ps sono pacchettizzati e multiplati (§ 18.3.2.1↓) in un nuovo flusso chiamato mpeg-ts (Transport Stream), assegnando loro un identificativo noto come pid (Packet IDentifier o Program ID);
- alcuni pid sono riservati per indicare l’inserimento all’interno del ts di informazioni di controllo (o tabelle) note come pat (Program Association Table), pmt (Program Map Table), cat (Conditional Access Table), nit (Network Information Table), etc;
- il ts è sottoposto ad un processo di scrambling basato su di un generatore binario pseudocasuale, in modo da renderne la densità spettrale più uniforme possibile;
- il risultato è sottoposto ad una codifica di canale fec (vedi pag. 1↑) a tre stadi, in cui è prima applicato un codice di Reed-Solomon (§ 355↓), poi un interleaver, (§ 5.4.3.3↑) e quindi un codificatore convoluzionale (§ 17.3.2↓), rendendo il segnale particolarmente robusto agli errori di trasmissione sia singoli che a burst;
- il nuovo flusso numerico è modulato qpsk (a due bit per simbolo) con codifica di Gray, sagomando i simboli con un filtro a coseno rialzato con γ= 0.35 ripartito tra trasmettitore e ricevitore finale, ossia adottando un formatore di impulsi a radice di coseno rialzato (vedi § 5.2.2.3↑).
  Figura 15.39  Andamento del livello di potenza in dB per un collegamento satellitare

Uplink↓
Il collegamento in salita (Uplink) è quello mediante il quale lo studio di produzione invia al satellite l’mpeg-ts che deve essere re-distributo. Il segnale sopra descritto è quindi amplificato a potenza WdT, parte della quale si perde nel cavo che collega l’antenna trasmittente di guadagno GeT. L’eirpe (Equivalent Isotropically Radiated Power) rappresenta la potenza effettivamente irradiata [711] [711]Più precisamente, l’eirp è la potenza che erogherebbe una antenna isotropa, per generare lo stesso campo elettrico prodotto dalla antenna direttiva nella direzione di massimo guadagno., che si riduce notevolmente nella trasmissione da terra a satellite. Considerando una portante di 2 GHz e la quota di un satellite in orbita geostazionaria [712] [712]Un satellite in orbita geostazionaria è visto da terra sempre nella stessa posizione (e ciò consente di puntare l’antenna in modo permanente) in quanto la sua orbita giace sul piano definito dall’equatore, ed il suo periodo di rivoluzione attorno all’asse terrestre coincide con quello di rotazione della terra (pari ad un giorno). Il moto orbitale è causa di una forza centrifuga, che è bilanciata da quella centripeta prodotta dall’attrazione terrestre. Dato che all’aumentare della distanza dalla terra, la prima aumenta (con orbite più grandi, deve aumentare la velocità tangenziale) e la seconda diminuisce, la quota di 36.000 Km costituisce un punto di equilibrio, al disotto del quale il satellite precipiterebbe al suolo, ed al disopra del quale si perderebbe nello spazio. (36.000 Km da terra), l’attenuazione di spazio libero dell’Up-Link (eguale a quella del Down-Link da satellite a terra) è di circa 190 dB.
Transponder↓
Il segnale ricevuto, di potenza WsR, è captato dall’antenna ricevente del satellite di guadagno GsR, e l’amplificatore seguente eleva ulteriormente il livello del segnale ricevuto, che poi subisce alcune perdite nel collegamento con l’antenna trasmittente del satellite di guadagno GsT, determinando così il valore della eirps all’uscita del trasponder satellitare. Questo termine descrive la circostanza che il satellite non si limita ad amplificare il segnale in transito, ma traspone anche la banda di frequenze occupata dalla trasmissione. Infatti, essendo la differenza tra eirps e WsR molto elevata, se la frequenza portante utilizzata nell’uplink fosse uguale a quella del down-link il segnale trasmesso costituirebbe un rilevante termine di interferenza per il lato ricevente del satellite, nonostante l’elevata direttività delle antenne, dando così luogo ad un fenomeno di diafonia [713] [713]Le considerazioni sulla diafonia si applicano altrettanto bene anche al caso di ripetitori terrestri.. La Fig. 15.40↓
Figura 15.40  Elaborazione di bordo per un trasponder DVB satellitare
mostra come il segnale a banda larga (che trasporta molteplici canali) ricevuto da terra viene prima filtrato alla banda del segnale utile, quindi amplificato una prima volta, poi miscelato con un oscillatore locale [714] [714]Come descritto al § 11.2.5↑, l’oscillatore locale deve avere una frequenza fe tale che fd=fu−fe, in modo che il segnale di downlink sia centrato ad una frequenza pari alla differenza tra quella di uplink e quella di eterodina., ed infine amplificato una seconda volta [715] [715]La suddivisione della amplificazione in due stadi a frequenza diversa previene fenomeni di reazione positiva..
Quindi, i singoli canali fdm che compongono il segnale sono separati tra loro mediante il banco di filtri passa-banda indicati come imux (input multiplexer), e amplificati individualmente mediante dei twta [716] [716]Travelling Wave Tube Amplifier, ovvero tubi amplificatori ad onda progressiva: http://it.wikipedia.org/wiki/Travelling_wave_tube. che, se spinti alla massima potenza, presentano una caratteristica ingresso-uscita non lineare (vedi § 14.7↑), mostrata alla figura a lato. Nel caso di trasmissioni modulate angolarmente, la distorsione in ampiezza è ben tollerata, e quindi si può mantenere limitato il back-off necessario; d’altra parte, le componenti frequenziali spurie prodotte dalla non linearità devono essere rimosse per non provocare disturbo alle altre comunicazioni, e questo è il compito del banco di filtri passa banda omux (output multiplexer) posti di seguito ai twta.
Footprint↓ e Downlink↓
L’antenna trasmittente del satellite sagoma il proprio diagramma di radiazione in modo da concentrare la potenza trasmessa in una ben determinata area della terra, dando luogo alla cosiddetta footprint
(impronta) raffigurata a lato, in cui le curve isomere individuano sia il livello di potenza ricevuto, che il diametro (e quindi il guadagno) necessario per l’antenna ricevente.
La tecnica che permette di distribuire la potenza emessa secondo una geometria diversa da una simmetria radiale prende il nome di beamforming, e si basa sull’utilizzo di più antenne trasmittenti, in modo da realizzare un phased array [717] [717]http://en.wikipedia.org/wiki/Phased_array). Ad ogni antenna dell’array perviene lo stesso segnale modulato, ma con una fase tale da creare uno schema di interferenza con le altre antenne dell’array, in modo che alla distanza di ricezione, si determini la distribuzione spaziale desiderata.
Dal lato del ricevitore terrestre arriva dunque un segnale di potenza WeR, che ha subito l’attenuazione del down-link; questo è quindi riportato ad un livello di potenza appropriato, sia grazie al guadagno di antenna, che per mezzo di uno stadio di amplificazione.
Temperatura di antenna↓
Come illustrato al § 15.3↑, una antenna ricevente è schematizzable come un generatore controllato, ed al Cap. 16↓ si mostra come la sua impedenza interna sia la fonte del rumore additivo gaussiano in ingresso al ricevitore, caratterizzato da una densità di potenza disponibile Wdn(f)=(1)/(2)kTg, in cui Tg ora viene detta temperatura di antenna Ta, e assume un valore inferiore ai 290 oK, e precisamente compreso tra i 15 ed i 60 oK. La fonte diretta di rumore, in questo caso, è il rumore galattico, la cui temperatura si abbatte a 10 oK sopra i 2,5 GHz, mentre i lobi laterali del diagramma di radiazione captano il rumore legato alla temperatura terrestre [718] [718]Per contro, nel caso in cui dietro al satellite verso cui è puntata l’antenna vi sia una stella luminosa, la Ta è più elevata..
Ricevitore a terra
La figura 15.43↓ mostra l’architettura del ricevitore satellitare per la trasmissione televisiva dvb.
Figura 15.43  Ricevitore satellitare dvb
La parabola, puntata nella direzione del satellite desiderato, riceve il segnale in una di due bande 10.7-11.7 GH, oppure 11.7-12.75 GHz, ed un dispositivo lnb (low noise block) provvede ad un primo stadio di amplificazione a basso rumore, e ad una prima conversione di frequenza che centra il segnale tra 0.95 e 2.05 GHz, in modo da ridurre le perdite introdotte dal cavo coassiale [719] [719]Come descritto nel paragrafo che discute dell’effetto pelle (pag. 1↑), l’attenuazione in dB del cavo aumenta con l’aumentare della radice della frequenza. che collega l’antenna al ricevitore casalingo. Quindi, si ritrova un schema simile a quello del trasponder, ovvero amplificatore-mixer-amplificatore, in cui questo secondo stadio eterodina centra il canale desiderato alla frequenza intermedia di 479.5 MHz.
Polarizzazione
Chi ha provato a sintonizzare un ricevitore TV satellitare, si sarà accorto che tra le varie opzioni possibili, si può indicare anche il tipo di polarizzazione, orizzontale o verticale. Questo termine si riferisce all’orientamento (rispetto all’orizzonte) del piano su cui varia il vettore di campo elettrico relativo alla trasmissione radio. Mentre per le trasmissioni terrestri, a causa delle molteplici possibili riflessioni, questo è impredicibile al ricevitore, nelle comunicazioni satellitari il tipo di polarizzazione adottata dal trasmettitore (il satellite) si mantiene fino a terra. Dato che un segnale polarizzato in un senso, risulta attenuato di decine di dB se ricevuto da una antenna predisposta per la polarizzazione nell’altro senso, nella stessa banda di frequenze possono essere effettuate due trasmissioni contemporanee.

### 15.5.2Allocazione delle frequenze radio↓

L’assegnazione generale dello spettro radio ai diversi utilizzi è riportata in tabella 15.3↓, che non pretende di essere completa né tantomeno esatta, così come per le tabelle che seguono.

Intervallo | λ | Sigla | Denominazione | Uso
30 - 300 Hz | 104− 103 Km | ELF | Extremely Low |
.3 - 3 KHz | 103− 102 Km | VF | Voice Frequency |
3 - 30 KHz | 100  − 10 Km | VLF | Very Low | Radionavigazione a largo raggio. Attività nucleare.
30 - 300 KHz | 10  − 1 Km | LF | Low Frequency | Radiolocalizzazione marittima ed aeronautica
.3 - 3 MHz | .1  − 1 Km | MF | Medium Frequency | Comunicazioni aeree e marittime. Radionavigazione. Broadcast AM
3 - 30 MHz | 10  − 100 metri | HF | High Frequency | Collegamenti a lunga distanza fissi e mobili. Radioamatori.
30 - 300 MHz | 1  − 10 metri | VHF | Very High | Broadcast FM e TV. Collegamenti in visibilità. Radiomobili civili e militari.
.3 - 3 GHz | .1  − 1 metro | UHF | Ultra High | Ponti radio e radiomobili terrestri. Broadcast TV. Satelliti meteo e TV.
3 - 30 GHz | 10  − 100 mm | SHF | Super High | Ponti radio terrestri. Satelliti. Radar.
30 - 300 GHz | 1  − 10 mm | EHF | Extremely High | Radar

Table 15.3Allocazione delle frequenze radio
Canali televisivi↓
VHF:Numerati da 1 a 6 a partire da 55.25 MHz, spaziati di 6 MHz, fino a 83.25 MHz; numerati da 7 a 13 a partire da 175.25 MHz, fino a 211.25 MHz, ancora spaziati di 6 Mhz. Nell’intervallo 88-108 Mhz e’ presente il broadcast FM.
UHF:Numerati da 14 a 69 a partire dalla portante video di 471.25 MHz, fino a 801.25 MHZ, spaziati di 6 MHz.
Per le stesse frequenze, sono state attivate la trasmissioni televisive in digitale terrestre., ad eccezione dei canali da 61 a 69, che saranno assegnati agli operatori di telefonia mobile di 4a generazione.
Bande di frequenza Radar
Oltre alle bande hf, vhf ed uhf, le trasmissioni radar che operano in shf ed ehf distinguono tra i seguenti intervalli di frequenze:

GHz | 1-2 | 2-4 | 4-8 | 8-12 | 12-18 | 18-27 | 27-40 | 40-75 | 75-110 | 110-300
Banda | L | S | C | X | Ku | K | Ka | V | W | millimetriche

Banda ISM
ism sta per Industrial, Scientific and Medical, per i cui usi sono state riservate le seguenti frequenze per le quali non occorre il rilascio di licenza. Gli intervalli più usati sono:

Intervallo | utilizzo
26.957–27.283 MHz | Banda cittadina dei radioamatori CB, ma anche dei camionisti
2.4–2.5 GHz | Forni a microonde, Bluetooth, WiFi 802.11b e g
5.725–5.875 GHz | WiFi 802.11a

Telefonia mobile

Intervallo Uplink (MHz) | Intervallo Downlink(MHz) | utilizzo
890,0 - 915,0 | 935,0 - 960,0 | gsm 900
880,0 - 890,0 | 925,0 - 935,0 | gsm 900 esteso
1710,0 - 1785,0 | 1805,0 - 1880,0 | gsm 1800
1920 - 1980 | 2110 - 2170 | umts

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