Multiswitch e SCR: segnali SAT sotto stretto controllo

LEM multiswitch SCR scx53_4Sono i componenti fondamentali che permettono di realizzare impianti multiutente per la ricezione della TV satellitare mediante l’impiego di un’unica parabola. Vediamo i principi di funzionamento di questi dispositivi, le diverse tipologie e le principali modalità d’impiego.

 

Sicuramente il miglior modo per conoscere i multiswitch è di comprenderne gli scopi per cui sono stati sviluppati, ossia condividere una stessa antenna parabolica tra più decoder Sat. I decoder Sat, infatti, non sono come i televisori TV, non si possono collegare con sistemi tradizionali di distribuzione (ad esempio i partitori o i derivatori tv). Questo perché i canali satellitari occupano una banda di trasmissione quattro volte più ampia (circa 4100 MHz) di quella sintonizzabile da un normale decoder Sat (circa 1200 MHz). Allo scopo è stato progettato un sistema “universale”, in grado di gestire i canali satellitari, suddividendoli in quattro gruppi. Questi gruppi possono transitare in un impianto solo uno alla volta con un sistema nel quale il decoder invia una richiesta e l’LNB fornisce il gruppo richiesto.
Tutto funziona perfettamente se si collega un decoder direttamente all’antenna parabolica ma le cose cambiano connettendo più ricevitori perché, ad esempio, non è possibile usare un semplice divisore o partitore o splitter per portare i segnali a due diversi set top box. Questo sistema potrebbe generare un conflitto tra i comandi di richiesta inviati dai diversi decoder. E’ stato, perciò, progettato il multiswitch integrando al suo interno un sistema complesso di commutazione in grado di raccogliere le richieste dei vari decoder Sat e di gestirle indirizzando il gruppo di canali desiderato verso i decoder che l’hanno richiesto. Per capire la funzione del multiswitch dobbiamo esaminare la struttura del blocco LNB (Low Noise Block) cioè il componente posto nel fuoco della parabola per convertire il segnale ricevuto dal satellite dalla frequenza microonde alla 1° frequenza IF e in particolare osservare le differenze fra l’LNB universale usato negli impianti con un solo utente e l’LNB utilizzato negli impianti multiutente.
Nel primo caso l’LNB universale è composto da tre circuiti fondamentali: il primo, “V”, gestisce i canali ricevuti in polarizzazione verticale e li fornisce in due gruppi distinti (banda bassa LO, banda alta HI), il secondo circuito, “H”, gestisce i canali ricevuti con polarizzazione orizzontale, il terzo circuito, “SW”, esegue le commutazioni necessarie.
Invece nell’LNB impiegato negli impianti centralizzati, la parte di commutazione “SW” viene esclusa, per essere replicata all'esterno raggruppando più commutatori SW (uno per ogni decoder da collegare) in apposite scatole di commutazione rappresentate appunto dai multiswitch, ai quali è affidata dunque la funzione di realizzare all’esterno dell’LNB i circuiti di commutazione, presenti all'interno di un LNB universale a singola uscita.

I comandi di commutazione

La commutazione avviene tramite gli appositi comandi inviati all'LNB attraverso lo stesso cavo coassiale di collegamento con il decoder che diventa quindi un mezzo di trasporto di segnali a due vie: in andata porta i segnali di comando all'LNB, in ritorno porta al decoder i segnali richiesti da ricevere. I protocoli utilizzati per tali comandi sono DiSEqC (Digital Satellite Equipment Control) e SaTCR – Unicable, Satellite Channel Router– Unicable (Monocavo) creati da Eutelsat, per mezzo dei quali il ricevitore satellitare comanda gli switch di polarizzazione degli LNB. Il protocollo DiSEqC è costituito da toni a 22 KHz 13/18 V in transito attraverso lo stesso cavo di discesa che porta anche il segnale IF e l’alimentazione. Esistono diverse versioni: DiSEqC 1.0 consente la commutazione fino a 4 sorgenti; DiSEqC 1.1 fino a 16 sorgenti; DiSEqC 1.2 commuta fino a 16 sorgenti e controlla la rotazione orizzontale della parabola. Le versioni DiSEqC 2.0, 2.1 e 2.2 aggiungono alle precedenti la comunicazione bidirezionale. L'impianto trasparente è, quindi, quello che permette a un decoder di ricevere tutti i canali forniti dall'antenna sfruttando i comandi “universali” associati ai gruppi di canali (tensione 13/18 Volt e tono 0/22 kHz). In un impianto collettivo per la TV satellite l'LNB fornisce i quattro gruppi di canali contemporaneamente, mentre la commutazione, ossia la selezione del gruppo di canali da ricevere, avviene con commutatori esterni, ossia con multiswitch.

Impianti con tecnologia multiswitch
Per collegare più decoder alla stessa antenna e realizzare quindi un impianto collettivo trasparente vengono utilizzati LNB universali studiati ad hoc privi dei circuiti di commutazione ma in grado di fornire i quattro gruppi di canali contemporaneamente ad altrettanti connettori di uscita. 
L’impiego della tecnologia multiswitch mette in grado ciascun utente di un impianto condominiale di selezionare la sottogamma che interessa ricevere alle uscite del blocco LNB. Questa tipologia di impianti prevede l'impiego di più cavi per la distribuzione dei segnali SAT in 1° IF dal convertitore alla centrale multiswitch. L'utilizzo di 4 cavi distinti per le 4 possibili combinazioni di polarizzazione e banda garantirà la trasmissione di tutti i canali diffusi da una sola posizione orbitale. Se invece si desidera distribuire tutti i canali che provengono da due posizioni orbitali ben distinte (ad esempio dai satelliti dei gruppi Astra 19.2° Est ed Eutelsat 13° Est), se cioè si vuole realizzare un sistema d'antenna dual-feed, il numero di cavi dovrà raddoppiare ed essi diventeranno 8. L'eventuale ulteriore cavo sarà quello per il segnale terrestre che potrà essere anche miscelato nello stesso cavo SAT che dalla centralina multiswitch raggiungerà ogni singola utenza.

Schemi e opzioni d'impianto
La scelta della configurazione d’impianto dipende in primo luogo dalla grandezza dell'edificio, ovvero dall'estensione della rete di distribuzione. 
Si potrà scegliere fra diversi schemi di distribuzione a seconda del numero e della disposizione delle prese che andranno collegate: impianto radiale, impianto in cascata, impianto in derivazione. I multiswitch avranno poi il numero di uscite necessario a collegare i diversi decoder.
Come norma generale possiamo affermare che con le apparecchiature oggi in commercio gli impianti radiali sono espandibili collegando più multiswitch radiali fino a un massimo tipico di tre per un totale di 48 decoder collegabili. 
Quelli in cascata sono limitati a un massimo di 10 piani. Se i piani sono più di dieci è opportuno suddividere l'impianto in due rami (due colonne) mentre se l'edificio è alto più di 10 piani, con gli appartamenti disposti su più scale, sarà preferibile un impianto in cascata a più rami (multicolonna), un ramo per ogni scala.
Quelli in derivazione possono avere ramificazioni complesse e articolate ma richiedono la presenza di energia elettrica per alimentare eventuali amplificatori in testa alle derivazioni di piano. Se sono presenti più appartamenti per piano o si devono collegare più di due prese per ogni alloggio, sarà il caso di ricorrere ad un impianto in derivazione. 
Sul costo totale degli impianti incidono, oltre alla manodopera, i prezzi del sistema d'antenna, delle apparecchiature elettroniche (multiswitch, amplificatori), dei materiali passivi (divisori, derivatori, prese TV) e dei cavi coassiali in quantità (e lunghezza) ben quattro volte superiore a quella necessaria per un normale impianto TV. 
L'impianto più economico è quello “radiale”, limitato però come numero massimo di decoder collegabili. Quello più costoso è l'impianto “in derivazione” in grado di soddisfare egregiamente la necessità di collegare un gran numero di decoder ad ogni piano e per tutti gli alloggi. 
Tutti gli impianti possono trasportare verso i singoli appartamenti anche i segnali TV terrestri, utilizzando prese provviste di due connettori separati per il televisore, per il decoder digitale terrestre e per il decoder satellitare. 
Alcuni multiswitch radiali e in cascata richiedono poi un collegamento separato per i segnali TV terrestri; in questo caso i cavi di discesa (nell'impianto in cascata) e quelli di derivazione (nell'impianto in derivazione) diventeranno cinque, quattro per i segnali TV satellitari e uno per quelli TV terrestri.

Come funziona il multiswitch
Il multiswitch è un dispositivo elettronico, operante nella banda da 950 a 2150 MHz, che consente di collegare una qualunque delle sue uscite ad uno qualunque dei connettori di ingresso, ciascuno dei quali trasporta i diversi segnali di TV satellitare provenienti dall’LNB. Inoltre, il microswitch consente la connessione dei segnali della TV digitale terrestre nella banda da 46 a 862 MHz. La separazione dei due tipi di segnali satellitare e terrestre viene fatta nelle prese d’antenna a casa dell’utente. Tipicamente sono provvisti di 5 ingressi nel caso di distribuzione dei segnali di un solo satellite o di 9 ingressi nel caso di distribuzione di due satelliti.
Il sistema di controllo riceve i comandi 14/18 V e 0/22 kHz attraverso gli stessi cavi dei decoder e collega l’uscita al corrispondente ingresso a seconda del valore di tensione (14/18 V per la polarizzazione verticale e orizzontale rispettivamente) e a seconda del valore di frequenza dei toni (0/22 kHz per la banda bassa e alta rispettivamente).
Multiswitch SCR, evoluzione dell'impianto Sat
La tecnologia SCR (Satellite Channel Router) consente di collegare fino a 4 decoder alla stessa antenna parabolica o alla stessa uscita del multiswitch sfruttando un solo cavo e non più cavi indipendenti. In una rete multiswitch, se questo componente è del tipo SCR, la derivazione (radiale o in cascata che sia) può servire fino a 4 prese di utente, collegate in serie fra loro. La tecnologia SCR ha richiesto più tempo del previsto per essere messa a punto perché all’inizio si sono verificate, durante test effettuati in condizioni limite (come, ad esempio, uno zapping ripetitivo molto ravvicinato), comportamenti anomali che obbligavano un reset circuitale. Nel frattempo il progetto ha proseguito il suo sviluppo, per incrementare il numero di utenti da servire con un singolo cavo, non essendo soddisfacente i 4 utenti, raggiunto nella prima fase. Recentemente sono stati condotti test con componenti sperimentali in grado di raggiungere 12 prese di utente: un numero adeguato nella maggior parte delle situazioni che si possono ricondurre a costruzioni abitative del nostro paese. Se la linea montante o derivata, è realizzabile con due cavi coassiali, allora il numero di prese d’utente raddoppia, passando da 12 a 24, rendendo ad esempio fattibile servire ogni appartamento del palazzo con due prese Sat, per due locali diversi. Alcuni modelli offrono due uscite: la prima è tradizionale nel senso che può alimentare in modo indipendente un decoder oppure essere d’aiuto all’installatore durante la fase di allineamento della parabole, nel caso in cui non possegga ancora uno strumento di misura in grado di gestire il protocollo SCR. La seconda uscita, invece, collegata ad esempio a un partitore, porta il segnale a quattro prese di utente.
Il singolo cavo coassiale che serve i 4 utenti dovrà essere collegato ad ogni decoder sfruttando l’impiego di partitori o derivatori. La terza soluzione praticabile riguarda l’impiego delle prese passanti. L’importante che ognuno di questi componenti lasci passare le istruzioni DiSEqC che il decoder invia al componente SCR per poter ricevere il canale scelto dall’utente.

Questa tecnologia affida la gestione di sintonia dei diversi canali (o transponder) all'LNB (negli impianti individuali) o al multiswitch (negli impianti condominiali), assegnando ad ogni decoder una frequenza fissa sulla quale far transitare il trasponder richiesto su cui è presente il programma TV desiderato. Ogni decoder collegato all'impianto, perciò, non ha più necessità di eseguire la sintonia dei canali, rimanendo per tutto il tempo sulla frequenza fissa assegnata. Ogni decoder comunica con LNB per impartire i comandi di commutazione con una frequenza diversa IF. Non è necessario distribuire tutta la 1ª IF a ognuno dei quattro utenti ma soltanto il transponder che contiene il canale da sintonizzare. Il cammino della 1ª IF completa si ferma quindi all’interno dell’LNB SCR o del multiswitch SCR, dopodiché un sistema di sintonia quadruplo (uno per ogni utente) sintonizza il transponder richiesto dall’utente e gli invia solo la porzione di banda relativa attraverso quattro frequenze fisse di 1ª IF generate ad hoc. Le frequenze, per la soluzione a 4 utenti, sono:

1.210 MHz
1.420 MHz
1.680 MHz
2.040 MHz

In questo modo il decoder non sintonizza il canale prescelto ma riceve il segnale sempre da una delle 4 frequenze fisse di 1ª IF, gestite dall’SCR. In pratica quando il telespettatore cambia canale con il proprio telecomando, il decoder genera un comando DiSEqC che comunica al convertitore/multiswitch SCR quale transponder è stato richiesto e su quale canale di 1ª IF deve essere inviato. Per problemi legati alla privacy, ogni utente (nel caso di persone diverse collegate, massimo 4) non potrà vedere le altre 3 frequenze assegnate e quindi non sarà in grado di vedere i canali sintonizzati dagli altri tre utenti. La sezione circuitale dei due dipoli di ricezione (polarizzazione H e V) fino alla matrice 4x2, è identica a quella di un LNB standard. La circuitazione SCR interviene dopo la matrice, attraverso un sistema di sintonia quadruplo (nello schema è riportata una versione semplificata per due utenti) che sintonizza il transponder richiesto dall’utente e gli invia solo la porzione di banda relativa.

I decoder compatibili SCR
La funzionalità SCR non è operativa con i normali decoder, ma solo con quelli compatibili con la tecnologia SCR. Il sistema è standardizzato e sono sempre più numerosi i costruttori interessati ad integrarlo nei propri apparecchi, ed è particolarmente utile in quei casi estremi dove non sia possibile installare reti multicavo a multiswitch. Il decoder deve essere in grado di gestire comandi DiSEqC più complessi oltre a poter lavorare su una frequenza fissa di 1ª IF per mezzo di un hardware e da un firmware dedicati.
La caratteristica che non consente di variare nei decoder la frequenza di ricezione in 1ª IF è determinante per impedire che uno dei 4 utenti collegati all’impianto possa conoscere quale transponder è stato sintonizzato dagli altri 3. E’ un aspetto legato alla privacy e alla riservatezza. Nel firmware di ogni ricevitore si potrà selezionare la frequenza di 1ª IF da assegnare a ciascun utente, evitando che questo valore possa essere modificato dall’utente stesso. Tali caratteristiche sono relative anche ai ricevitori di Sky che dall’inizio del 2006 sono stati costruiti con tutte le caratteristiche hardware e di firmware compatibili adeguati.

Tipologie e parametri dei multiswitch
I multiswitch si possono classificare in due principali famiglie: tipo end-line per la distribuzione Radiale/Stella e tipo cascadable per la distribuzione in derivazione/cascata.
Ciascuno è caratterizzato da un numero diverso di ingressi e di uscite. Le famiglie più recenti di multiswitch si possono configurare sia come elementi terminali che di passaggio agendo su un semplice commutatore.
Il percorso della TV terrestre può essere passivo o attivo. Nel primo caso non vi sono limiti di livello del segnale entrante, mentre nel secondocaso il percorso TV prevede un amplificatore di cui va specificata la dinamica di normale funzionamento per evitare soraccarichi e distorsioni del segnale: normalmente 80 dBuV max oppure per i più qualificati 96 dBuV max.
Un altro importante parametro del multiswitch è il valore di isolamento fra gli ingressi e le uscite, per evitare accoppiamenti indesiderati fra le diverse linee. I prodotti di buon livello hanno valori di isolamento di almeno 30 dB.

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