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Analisi dell’ interferenza generata dai TV White Spaces sugli impianti di ricezione TV

Progetto completato

Nei prossimi anni,  a seguito della crescente diffusione di servizi a larga banda e della conseguente richiesta di maggiori risorse spettrali, l’impiego dei cosiddetti “spazi bianchi” della banda televisiva (TV White Spaces) assume un ruolo rilevante. Il compito di un  dispositivo White Space (WSD) è quello di identificare queste porzioni libere dello spettro (localmente e/o temporaneamente inutilizzati dagli utenti assegnatari di quelle frequenze) e usarle per applicazioni secondarie che richiedono potenze più basse. Tuttavia, l’attivazione di WSD nella banda UHF, tradizionalmente utilizzata per il broadcasting, potrebbe esporre i servizi televisivi esistenti al rischio di interferenze. A tal proposito, presso il CRIT è stata condotta un’analisi simulativa relativa a possibili scenari di interferenza tra varie tipologie di WSDs e diverse modalità di ricezione DTT al fine di stimare la distanza di protezione tale da ridurre la probabilità di interferenza sulla ricezione TV ad un valore accettabile secondo la normativa ITU-R.

A seguito della crescita esponenziale del traffico mobile di dati da parte dei sistemi di comunicazione emergenti, diventa sempre più importante la disponibilità di frequenze “libere” nello spettro radio. Tuttavia, le bande di frequenze potenzialmente utilizzabili da tali sistemi sono oggi già allocate ai diversi tipi di tecnologie (broadband o broadcast). D’altra parte, l’attuale schema di allocazione dello spettro (di tipo statico) può lasciare in alcune aree una considerevole quantità di spettro inutilizzato: l’adozione di un metodo di accesso dinamico permetterebbe all’utente “secondario” di accedere a porzioni di spettro temporalmente e localmente non occupate da parte dell’utente primario (cosiddetto “licenziato” ossia assegnatario di quelle frequenze) senza comprometterne la sua qualità di servizio (QoS).

A tal riguardo, i cosiddetti TV White Space (TVWS) potranno rivestire un ruolo cruciale. Essi rappresentano porzioni dello spettro terrestre localmente e/o temporaneamente inutilizzati dagli utenti licenziati.

Un dispositivo White Space (WSD: White Space Device) può far uso di queste frequenze a patto che il rischio di interferenza agli utenti primari dello spettro possa essere opportunamente controllato e gestito. La banda di frequenze individuata per applicazioni di tipo White Space rientra in quella attualmente occupata dal broadcasting terrestre e dai cosiddetti dispositivi Programme Making and Special Events (PMSE) ossia i microfoni wireless, auricolari e in genere, una vasta gamma di apparati audio wireless.

L’interesse per la banda UHF è giustificato dalle sue notevoli caratteristiche propagative, che garantiscono il compromesso ottimale tra dimensione delle antenne dei ricevitori e dimensione delle aree di servizio.

Il concetto alla base dei WSD consiste nell’identificazione di queste porzioni libere dello spettro allo scopo di usarle per applicazioni secondarie che richiedono potenze più basse.

Si può ipotizzare quindi che i White Spaces dello spettro televisivo possano costituire una valida risorsa per la fornitura di servizi a “banda larga” nelle aree rurali, in cui generalmente non tutti i canali sono occupati dal broadcasting televisivo. Infatti, la grandezza delle aree di copertura ottenibile utilizzando le frequenze TV in banda UHF lascia intravedere la possibilità di realizzare ampie porzioni della rete di accesso a condizione che le zone servite non siano ad alta densità abitativa.

L’attivazione di WSD nella banda UHF, tradizionalmente utilizzata per il broadcasting, potrebbe comunque esporre i servizi televisivi esistenti al rischio di interferenze [1-3].

Per garantire che l’accesso secondario dello spettro da parte di servizi di tipo TVWS non causi interferenze sul servizio broadcast, è richiesto che i dispositivi TVWS adottino congiuntamente una serie di misure operative, quali:

  • Limitazione della massima potenza emessa;
  • Accesso preliminare a un database di geolocazione, gestito centralmente, che, sulla base della posizione del dispositivo, l’utilizzo locale dello spettro e la tolleranza all’interferenza dei dispositivi licenziati, fornisce al dispositivo i valori di potenza e frequenza utilizzabili;
  • Impiego di tecniche di spectrum sensing (ossia algoritmi di rivelazione dello spettro), in modo da non utilizzare porzioni dello spettro già occupate dai servizi primari (broadcast).

In questo contesto, il DVB ha attivato una Study Mission (conclusasi nel Dicembre 2013) sull’uso dello spettro in maniera cooperativa denominata TM-CSU (Technical Module – Cooperative Spectrum Use)  con il compito di analizzare i diversi approcci per un uso cooperativo dello spettro terrestre ossia tecniche che supportano l’uso congiunto dello spettro terrestre da parte dei sistemi broadcast e di altri servizi.

Presso il CRIT è stata studiata mediante simulazione la possibile interferenza sui segnali televisivi esistenti nella banda UHF a seguito dell’attivazione di dispositivi WSD (White Space Device) in canali localmente liberi nella stessa banda.

Sono stati esaminati diversi scenari, in presenza di interferenza co-canale, da canale adiacente e dovuta a intermodulazione nell’amplificatore a larga banda dell’impianto ricevente, includendo varie tipologie di WSD (fisso, mobile e portatile) e varie modalità di ricezione DTT (fissa e portatile/mobile), con l’obiettivo di stimare la distanza di protezione tale da ridurre la probabilità di interferenza sulla ricezione TV a un valore accettabile.

Le simulazioni evidenziano la criticità di alcuni scenari, soprattutto quelli relativi a interferenza da canale adiacente e intermodulazione che potrebbero non garantire la minima distanza di separazione richiesta: in caso di dispositivo White Space fisso questo potrebbe essere risolto mediante un’attenta procedura di installazione (cioè evitando di installare il dispositivo  White Space nel lobo principale dell’antenna DTT) anche se questa soluzione potrebbe non essere sufficiente nel caso di antenne d’utente installate successivamente al dispositivo White Space. Inoltre, la presenza di un dispositivo White Space mobile (difficilmente controllabile da parte di un database di geolocazione) molto vicino ad un’antenna ricevente DTT potrebbe comportare ulteriori rischi di interferenza alla ricezione TV.

Questa attività ha costituito il contributo italiano ai gruppi di lavoro DVB, e parte di questi risultati è stata inclusa nel citato report DVB TM-CSU [4].

Ulteriori informazioni

Autori: Assunta De Vita, Vittoria Mignone, Davide Milanesio, Bruno Sacco

Riferimenti

[1]   “ECC Report 159: Technical and operational requirements for the possible operation of cognitive radio systems in the “White Spaces” of the frequency band 470-790MHz”, Electronic Communications Committee (ECC), gennaio 2011.
[2]   “ECC Report 185: Complementary Report to ECC Report 159 Further definition of technical and operational requirements for the operation of white space devices in the band 470-790 MHz”, Electronic Communications Committee (ECC), gennaio 2013.
[3]    “ECC Report 186 : Technical and operational requirements for the operation of white space devices under geo-location approach”, Electronic Communications Committee (ECC), gennaio 2013.
[4]   “DVB TM4989: TM-CSU Study Mission Report”, gennaio 2014.

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