Come funziona la trasmissione satellitare

trasmissione satellite Ultra HD Eutelsat

Dove si trovano i satelliti? Come funziona la trasmissione satellitare? Come vanno dimensionati i vari componenti di un impianto? Queste solo alcune delle domande che ci vengono sempre più spesso poste non solo da chi si avvicina al mondo del SAT ma anche da chi ha una certa competenza e vorrebbe far evolvere il proprio impianto ma non sa su quali prodotti indirizzarsi.

Abbiamo perciò deciso di intraprendere un percorso formativo che guidi alla conoscenza della trasmissione satellitare e dell’impianto di ricezione. In una serie di 6 articoli affronteremo i principali temi riguardanti il mondo del SAT, partendo dai rudimenti dalla trasmissione per arrivare alla creazione di un impianto condominiale.

Precisiamo sin da subito che non abbiamo la pretesa di essere esaustivi su tutti i temi che tratteremo, ci vorrebbe un’enciclopedia, però puntiamo a fornire una serie di informazioni pratiche che, speriamo, possano essere d’aiuto a conoscere più approfonditamente il mondo delle trasmissioni satellitari e a destreggiarsi con più competenza tra i diversi tipi di impianti.

Partiamo quindi con il nostro viaggio alla scoperta del SAT.

La fascia di Clarke

La ricezione di programmi TV via satellite è possibile grazie all’intuizione dello scienziato e scrittore Arthur C. Clarke (famoso soprattutto per il suo romanzo “2001, Odissea nello spazio”), che nel 1945 pubblicò sulla rivista americana “Wireless World” un articolo nel quale descriveva la possibilità di collocare nello spazio un corpo celeste in una posizione tale da compiere un giro completo in 24 ore ovvero nello stesso tempo impiegato dalla terra per compiere un giro su se stessa. Tale posizione è stata definita come “orbita geostazionaria” e grazie alla terza legge di Keplero si può calcolare la sua distanza dal centro della terra, passando dall’equatore, che risulta essere di 6,6 volte il raggio della terra. Considerando che il raggio medio della Terra è di circa 6.378 km, l’orbita geostazionaria si trova a circa 36.000 km dalla superficie terrestre.

Trasmissione satelitare Orbita geostazionaria
L’orbita geostazionaria, secondo la legge di Keplero si trova a una distanza di 6,6 volte il raggio della terra. Il raggio medio terrestre è di circa 6.378 km pertanto la distanza dalla superficie terrestre è di circa 36.000 km

Lo sviluppo dell’idea di Clarke rese possibile nel 1965 la messa in orbita del primo satellite commerciale dedicato alle telecomunicazioni, l’INTELSAT 1, che rese possibili le comunicazioni telefoniche tra Europa e Nord America. Su questo stesso satellite fu sperimentata la prima trasmissione di segnali televisivi in tempo reale.

Da allora, sull’orbita geostazionaria (chiamata anche “fascia di Clarke”, in onore del suo ideatore) sono stati collocati centinaia di satelliti per telecomunicazioni molti dei quali sono utilizzati per trasmissioni dedicate alla ricezione diretta (DTH “Direct To Home”) di programmi televisivi e servizi. Inizialmente i satelliti geostazionari svolgevano il compito primario di collegamento per la trasmissione di contributi televisivi tra le stazioni televisive dei vari Paesi. In seguito si sviluppò la diffusione diretta via satellite di programmi televisivi sia di libera ricezione che a pagamento.

Arthur C Clarke
Arthur C. Clarke, noto anche come autore di fantascienza (suo il romanzo “2001, Odissea nello spazio”), fornì un importante contributo scientifico per l’individuazione dell’orbita geostazionaria che in suo onore viene chiamata “fascia di Clarke”

I satelliti geostazionari

I satelliti per telecomunicazioni sono collocati sull’orbita geostazionaria in precise posizioni orbitali assegnate da accordi internazionali. Il punto della loro collocazione è influenzato dalle forze gravitazionali della luna del sole e degli altri corpi celesti. Per questo motivo il mantenimento della posizione richiede continue lievi correzioni realizzate con piccoli razzi montati a bordo del satellite e alimentati da propellente in una quantità tale da garantire un servizio continuo del satellite per 10-15 anni.

Tutti i satelliti che si trovano sull’orbita geostazionaria sono ricevibili dall’Europa puntando l’antenna verso il cielo nella direzione sud. Attualmente si possono distinguere alcune posizioni orbitali importanti per l’Italia dalle quali i satelliti commerciali trasmettono programmi destinati al pubblico televisivo italiano.

Le posizioni di maggiore interesse per l’Italia sono 13° Est e 19,2° Ovest. A queste si aggiungono quelle occupate da alcuni satelliti adiacenti a 7°, 10°, 16° Est e tutti gli altri posti in un arco compreso tra 60° Est e 60° Ovest. I satelliti collocati agli estremi dell’arco polare non sono visibili da ogni luogo perché la loro posizione, così scarsa in altezza sull’orizzonte, può essere facilmente nascosta da edifici, montagne, alberi e ogni altra forma di ostacolo.

Trasmissione satellitare Satelliti geostazionari
Tutti i satelliti geostazionari che trasmettono segnali televisivi, visti dall’Europa che ha una latitudine più a nord dell’equatore, sono intercettabili in posizione elevata rispetto a terra, come se fossero distribuiti ad arco nel cielo, su quello che viene infatti chiamato “arco polare”

La posizione di ogni satellite sull’arco polare è individuabile dalla terra con due coordinate che si chiamano azimut ed elevazione. Con l’azimut si definisce la direzione di puntamento sul piano orizzontale mentre con l’elevazione si definisce la direzione in senso verticale. Il punto del cielo corrispondente all’incrocio delle due coordinate è la direzione nella quale si deve puntare l’antenna parabolica per intercettare il segnale che ci interessa ricevere. Tali posizioni sono riferite al meridiano di Greenwich che rappresenta l’origine e assumono valori angolari crescenti sia andando verso Est sia verso Ovest.

La grande distanza a cui si trovano i vari satelliti non ci permette di vederli con i nostri occhi neanche utilizzando telescopi amatoriali. Ciò significa che nella fase di puntamento di un’antenna si deve procedere “al buio” ovvero utilizzando strumenti elettronici che ci permettano di intercettare il segnale, visualizzarlo in modo da renderlo riconoscibile al fine di valutarne la sua intensità e permettere l’ottimizzazione del puntamento dell’antenna.

Da un punto di vista della ricezione dei segnali trasmessi dai satelliti, la distanza che separa il satellite dalla nostra antenna ricevente provoca un’inevitabile attenuazione pertanto, quando il segnale giunge a terra e viene captato da un’antenna parabolica, esso è molto debole di intensità. Per questo motivo la qualità della ricezione può essere influenzata dalle condizioni atmosferiche e da ogni possibile e minimo ostacolo che si frappone tra il satellite e la nostra antenna.

Le frequenze operative

I satelliti geostazionari utilizzati per la trasmissione di programmi televisivi utilizzano principalmente due bande di frequenze: C e Ku e corrispondono a 4 GHz per la banda C e 12 GHz per la banda Ku. Gli intervalli di frequenza di ogni banda vanno da 3,5 a 4,2 GHz per la banda C e da 10,7 a 12,75 GHz per la banda Ku.

Le potenze di trasmissione

Ogni satellite è dotato di un determinato numero di ripetitori televisivi detti in gergo “transponder”. Ogni transponder comprende una parte ricevente e una parte trasmittente. Quest’ultima è collegata ad antenne molto direttive e ottimizzate in funzione dell’area di servizio da coprire a terra e può utilizzare potenze di trasmissione variabili in funzione del tipo di servizio (collegamento o diffusione), della larghezza di banda a disposizione (dipendentemente dalla qualità che si vuole ottenere e dal numero di programmi digitali da trasmettere) e della vastità del territorio da servire.

Le potenze di trasmissione vengono indicate con un valore di EIRP (Equivalent Isotropic Radiated Power) ovvero la potenza complessiva generata che comprende sia la reale potenza di uscita dei trasmettitori sia il guadagno delle antenne trasmittenti. La potenza EIRP emessa da un transponder satellitare si esprime in dBW ed è data dalla seguente formula:

EIRP = 10 · log (PT · GT)

nella quale PT è la potenza di uscita del trasmettitore e GT è il guadagno dell’antenna di trasmissione. I satelliti per diffusione emettono un segnale di potenza variabile e decre­scente passando dal centro (boresigth) alla periferia dell’area di servizio. Le società che gestiscono i satelliti forniscono una mappa (footprint) che indica, con curve di isolivello, l’intensità di segnale prevista sul territorio. L’osservazione di queste mappe permette al progettista di stabilire le caratteristiche dimensionali dell’antenna ovvero il diametro del riflettore parabolico. A titolo di esempio riportiamo qui sotto i footprint dei satelliti della serie Hotbird collocati a 13° Est.

Footprint Hotbird
Mappa di copertura (footprint) fornita dal gestore di un satellite per individuare l’area di servizio e permettere il calcolo del diametro dell’antenna parabolica ricevente partendo dal valore di potenza EIRP espressa in dBW

 

Satelliti ricevibili in Europa
Esempio di collocazione dei satelliti ricevibili dall’Europa

La polarizzazione dei canali Sat

La trasmissione del segnale dal satellite avviene con un trasmettitore che genera il campo elettromagnetico necessario convogliato verso terra dalle antenne trasmittenti. Le componenti “elettrica” e “magnetica” sono irradiate in modo ortogonale e con un preciso orientamento rispetto al piano definito come “polarizzazione”. Si possono avere due possibili polarizzazioni: verticale e orizzontale. Si ha una polarizzazione verticale quando la componente elettrica è orientata perpendicolarmente al terreno, mentre nella polarizzazione orizzontale la componente elettrica è parallela al terreno. Si definiscono “copolari” i canali trasmessi aventi la stessa polarizzazione e “contro polari” i canali che hanno diversa polarizzazione.

Nelle trasmissioni TV terrestri, i canali televisivi vengono trasmessi in mo­do che la banda di ogni canale, verticale od orizzontale, sia affiancata a quella dei canali adiacenti, canali copolari e contro polari affiancati.

Nelle trasmissioni TV via satellite, è invece possibile fare in modo che un canale contropolare possa essere trasmesso tra due canali copolari. Per esempio, tra due canali adiacenti aventi polarizzazione verticale si può trasmettere un canale con polarizzazione orizzontale. Questa caratteristica ha permesso di sfruttare al meglio la banda disponibile sul satellite al fine di raddoppiare di fatto il numero di canali come illustrato nella figura sotto.

Trasmissione satellitare
La trasmissione dei canali copolari avviene con canali affiancati mentre i canali contro polari vengono trasmessi in modo affiancato per via terrestre e in modo parzialmente sovrapposto per via satellite. In questo modo la capacità di trasmissione dei satelliti è maggiore

Diffusione dei canali SAT

La diffusione dei canali TV digitali via satellite avviene con modalità standardizzate dal DVB (Digital Video Broadcasting), organismo che ha stilato le specifiche tecniche per la trasmissione DVB-C (via cavo), DVB-T (via terrestre), DVB-S (via satellite).

Il DVB-S adotta il sistema di com­pressione MPEG-2 grazie al quale si possono trasmettere fino a otto/dieci programmi televisivi per ogni transponder satellitare. Le trasmissioni tTV in alta definizione possono usare un solo transponder satellitare per trasmettere un solo programma HDTV. Per ottimizzare lo sfruttamento del transponder le trasmissioni in alta definizione usano preferibilmente compressioni più elevate come il sistema di codifica H264 AVC chiamato anche MPEG 4 AVC con le quali si possono trasmettere fino a 6 programmi HDTV per ogni transponder. L’evoluzione del sistema è arrivata al sistema DVB-S2 grazie al quale è possibile la trasmissione di programmi ULTRA HD con il nuovo sistema 4K con il sistema di codifica H265 HEVC.

LASCIA UN COMMENTO

Please enter your comment!
Please enter your name here