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Creat el 04 Octubre 2018

 

PRESENTACIÓN DEL PROYECTO PARA UN REPETIDOR DIGITAL SERVICIO DATV

Magi Casamitjana - EA3UM

 

La experimentación en la comunicación de televisión en modo digital, constituye hoy en día un nuevo estímulo para los aficionados en la ATV (Amateur Televisión), abriendo un nuevo campo que para los que nos iniciamos en las diferentes modalidades: Primero en modulación de amplitud, y luego en modulación de frecuencia, incluyendo el barrido lento (Slow Scan), y gracias a las nuevas tecnologías y a su expansión a todo nivel, que por su explotación y expansión al servicio del gran consumo, pone a nuestro alcance componentes y dispositivos a precios muy asequibles, que nos permiten el acceso a este excitante mundo, donde vemos que desaparecen muchos conceptos técnicos y aparecen otros que nos fuerzan a un ejercicio mental muy estimulante y retador.

Para los más conservadores puede parecerles un "volver a empezar", e inevitablemente sentir un cierto temor al fracaso y también pereza por de alguna forma, arrancar de nuevo la maquinaria cerebral para comprender estos nuevos conceptos.

Como en todas las cosas de esta vida, todo depende del grado de intensidad que queramos dedicar para introducirnos en esta nueva materia, en la misma forma que un equipo de decamétricas lo podemos usar como simples usuarios sin necesidad en meternos en sus interioridades.

Pido disculpas por la extensión de esta introducción, que no pretende ser más que una justificación por inducir al que se apunte, a un reto que nos dará dolores de cabeza y muchas satisfacciones, y lo importante, con coste económico controlable.

La comunicación por imágenes hace en muchas ocasiones que sobren las palabras. (Conocido tópico), y dejando aparte las diversas vertientes que nuestra afición ofrece: Contactos a largas distancias, concursos, etc. quizá una de sus vertientes más gratificante sea la tertulia que a cualquier hora del dia o de la noche, podamos establecer entre varios corresponsales, sin tener que estar pendientes de dirección de antena y otros condicionantes. Tertulias que en alto grado son de contenido técnico, que con la ayuda de las imágenes, resulta en aportes altamente constructivos.

La herramienta por excelencia para todo ello, es el uso de un repetidor, que situado en un punto estratégico de la ciudad o sus inmediaciones,  facilite la mayor cobertura posible, para dar acceso a cuantos más, mejor tanto en recepción como en emisión.

En modo digital debemos conocer un poco sus particularidades:

Una de ellas es que no existe degradación de la calidad de imagen por muchas repeticiones que se realicen. La señal convertida en unos y ceros en origen, siempre serán los mismos unos y ceros hagamos lo que hagamos, por supuesto, dejando al margen las perturbaciones que puede sufrir toda señal transmitida, y aún así, nunca veremos una imagen deficiente en calidad. O veremos imagen en toda su calidad, o no veremos nada.

Otro factor a mencionar, éste como desventaja, es el retardo que en el proceso digital sufrirá la imagen, que puede ir desde unos pocos milisegundos a varios segundos. Si esta señal es repetida, a ese retardo se le sumará el propio del repetidor, lo que hará muy difícil el manejo de la cámara guiándonos por el monitor de recepción.

Para ello, es recomendable guiarnos por el mismo monitor que incorpora la cámara o por un monitor auxiliar, con el cual, a tiempo real, nos permitirá hacer los enfoques de imagen convenientes.

 

COMPOSICIÓN DEL REPETIDOR

 

Aquí presento mi sugerencia para la construcción de un repetidor DATV sobre cuyo diagrama de bloques y descripción abreviada, agradeceré vuestros comentarios, indicaciones y posibles adiciones o modificaciones para acondicionarlo lo mejor posible a nuestro uso.

El feed-back o diálogo podemos hacerlo en el foro bajo el hilo "PROYECTO REPETIDOR DATV", el cual revisaré frecuentemente para no causar retardos en el debate.

 

DIAGRAMA DE BLOQUES

 

 

ETAPAS  DE  PROCESO  DIGITAL

 

FRONT_END

La entrada de señal proveniente de la antena, se aplica a un filtro pasabanda cuyo centro será la frecuencia nominal de entrada, ajustado para un ancho de no más de 6 MHz para una ocupación de banda definida por el Symbol Rate (SR) que en este caso se conviene que sea de 2 MS/s. Ancho ocupado previsto aprox. 2.7 MHz.

A continuación hallamos una etapa preamplificadora destinada más para compensar pérdidas por inserción de los filtros y mantener un bajo factor de ruido, que aportar ganancia extra al sistema. Posiblemente algunos dBs. pero de forma controlada teniendo en cuenta el punto altamente congestionado de RF en que debe operar.

Por la misma razón, otro filtro de características similares al ya descrito, aportará una mejora importante en la selectividad de canal.

 

SINTONÍA DE CANAL Y TS

La ayuda aportada por la sección de entrada se justifica por la pobre respuesta característica del sintonizador en términos de selectividad y rechazo de fuertes señales de banda y laterales. De hecho, al no disponer de unos mínimos circuitos selectivos, ahí entra todo, y no para causar interferencias o perturbaciones a una señal operativa en canal, sino por la saturación y consiguientes productos de mezcla que se originan, llegando a colapsar totalmente su recepción. Este es un punto delicado, que deberá prestársele la debida atención.

La salida del sistema de sintonía (tuner) en un sistema analógico sería una señal de F.I (Frecuencia Intermedia). Aquí la salida es una trama de bits denominada Transport Stream (TS) o Trama de Transporte, formada por 34 lineas en las que hallamos la señal de reloj (cllock) y clock TS,, señales de control I2C, bits de sincronía, alimentación, y lo principal 8 líneas de datos TS que son las que llevan la información de la imagen a la siguiente etapa del proceso digital.

 

MÓDULO FEC, BANDA BASE Y MODULADOR I/Q

La señal decodificada y convertida en formato MPEG2 es aplicada primero al sistema de corrección de errores FEC (Forward Error Correction) de efecto regulable (1/2,3/4,5/6...etc) voy a obviar como opera, posteriormente pasa por otro módulo corrector de longitud fija denominado Reed Solomon, y finalmente de la trama de bits resultante, extrae las señales I y Q para mediante un modulador de cuatro cuadrantes, se genera la señal en QPSK de RF.

Tanto el módulo descrito anteriormente como este, son placas de uso profesional con altas garantías de estabilidad aún en condiciones adversas, las cuales muy conocidas por este autor en usos profesionales, ofrecen mucha seguridad y son muy apropiadas para aplicaciones como la presente.

A diferencia de los sistemas en que estamos jugando actualmente: Digilite, Portsdown y otros, donde por la genialidad de Evarist F5OEO, se realizan todos los pasos descritos, totalmente en software, y donde la velocidad del procesador (Raspberry Pi) es determinante, (de ahí que en versiones anteriores hubieran serias dificultades para conseguir operar con 4 MS, los módulos descritos pueden operar hasta 32 MS. modulación hasta QAM256, realizando todas las funciones descritas mediante el uso de FPGAs, de avanzado diseño, que una vez programadas se comportan como auténtico hardware con límites de velocidad muy altos con total fiabilidad.

 

SECCION  RF  Y  ETAPA FINAL

Las etapas de salida de RF nos devuelven a nuestro querido entorno analógico.

Ya tenemos la señal de TV debidamente modulada en QPSK y a una frecuencia escogida en banda L la cual aplicamos a un filtro pasabanda para eliminar los productos espúreos del tratamiento digital, que entre otras cosas ocuparían inútilmente un mayor ancho de espectro y por tanto pérdidas de rendimiento.

La salida de este filtro se aplica a un mezclador balanceado, al que también aplicamos la señal convenientemente filtrada de un oscilador, la cual en su proceso de conversión, a su salida obtenemos la suma y diferencia de ambas frecuencias. Queremos la suma y desestimamos la diferencia, También denominada "Frecuencia Imagen".

NOTA

En las conversiones siempre se generan estas dos frecuencias, que según los fines propuestos, podemos necesitar la suma o la diferencia. Pues bien la que no deseamos, se denomina Frecuencia Imagen, por ser una imagen exacta aunque inversa, de la que vamos a usar. No tiene nada que ver con la imagen de TV.

 

Otro filtro dispuesto en esta línea, dejará pasar solo la suma, rechazando la resta o diferencia.

Dos etapas amplificadoras se consideran suficientes para una potencia de emisión alrededor de 1 W.

 

 

ADICIÓN DE UN SEGUNDO CANAL DE ENTRADA ANALÓGICA (OPCIONAL)

 

Por consulta realizada al fabricante de estos módulos, la placa moduladora descrita anteriormente y disponible para su adquisición, dispone de dos TS multiplexados en un único canal.

Si bien a efectos de nuestra utilidad la unidad repetidora con un solo canal cubre perfectamente nuestras necesidades, la posibilidad para muchos del grupo DATV-EA3, disponer de un segundo canal con entrada analógica, amplía enormemente las posibilidades de experimentación, asi como estimula en gran manera a los reticentes a nuevas tecnologías o más conservadores, al tener la posibilidad de contrastar y hacer evidentes las ventajas e inconvenientes de ambos sistemas.

También, y no es de importancia menor, hace accesible para los que siente un cierto interés a esta actividad, pero estan dudando de sus alicientes, la posibilidad de ver las emisiones e intentar con autoconstrucciones antiguas de artilugios para ATV en FM, acceder por la entrada analógica y ver a tiempo real, los resultados de una forma práctica.

El bloque que opcionalmente puede añadirse y que particularmente creo muy interesante y conveniente, lo describo a continuación:

 

La señal proveniente de una tercera antena en banda L ó S, se aplica a un filtro pasabanda de un ancho aproximado de unos 18-20 MHz compatible con la modulación de imagen en FM.

 

Se dispone a continuación de un preamplificador de características similares al descrito para el canal digital, dando más importancia al factor de ruido que la ganancia de aporte, únicamente poco más que para compensar las pérdidas por inserción que puede ocasionar el filtro.

 

A continuación la señal es demodulada por un receptor cuya frecuencia de sintonía la fija el oscilador local controlado por PLL, una etapa de frecuencia intermedia (F.I.) con ancho limitado por un filtro monolítico de 21 MHz, el cual se caracteriza por un excelente factor de forma y mínima distorsión de fase por un mínimo retardo de grupo, finalizando el bloque por la demodulación de un canal de video y dos canales de audio, los cuales podrían dedicarse uno de ellos a la repetición del audio del corresponsal y otro de servicio para control y mando de las funciones principales del conjunto.

 

 

UNIDAD  DE  CONTROL

Se utiliza una tarjeta  Raspberry Pi, no necesariamente debe ser de última generación, ya que las funciones que tiene asignadas no conllevan exigencias de velocidad.

No interviene en el proceso de las señales, aunque indirectamente establece los modos de funcionamiento. Genera imágenes del status general del repetidor, las cuales se pueden insertar en la señal emitida para su análisis remoto, con los parámetros y estado en general.de relés y otros elementos.

Unidad de control y mando:

 

 

Por el puerto GPIO se controlan los niveles de señal de entrada (S-meter), temperatura exterior/interior, conmutador de imágenes de video: Cartas de ajuste, pantalla de status y mando, manejo de 6 relés, dos dedicados al calefactor interno y ventilación, y 4 cuya aplicación queda reservada según las funciones a definir que en el curso de su construcción vayan concretándose.

También, y a tenor del tipo de circuitos que finalmente se decida incorporar, pueden controlarse los PLLs para ligeros ajustes de frecuencia, etc.

En función de la disponibilidad de conexión a Internet, y con IP fija, se prevé que el operador designado pueda acceder de forma remota, a los registros para  controlar las diferentes funciones del repetidor, verificar estados, etc.

Como otro modo redundante de comunicación, también se ha previsto que mediante tonos DTMF, pueda accederse al controlador, y via uno de los canales de audio, recibir datos y generar órdenes, al igual que la conexión a Internet descrito anteriormente.

 

ANTENAS

Las antenas a utilizar anejas a la unidad repetidora, se han elegido para que proporcionen una característica de omnidireccionalidad lo más lineal y uniforme posible, tanto en recepción como en emisión, en  polarización horizontal.

Para los canales en banda L el tipo Big Weel, un doble trébol enfasado parece ser una buena opción, para la banda S (canal opcional), me atrevo a sugerir 4 paneles de tres dipolos/u. convenientemente enfasados, y para la emisión en la banda X, (10 GHz), la Slotted Waveguide (Antena ranurada) ha demostrado ser una buena opción por el excelente comportamiento  que hemos visto en el actual repetidor.

 

RESUMEN DE LAS FUNCIONALIDADES PREVISTAS

 

REPETIDOR  DATV

Canal 1 Digital

Frecuencia Central de Entrada (2 canales)                 1243.00 MHz

Frecuencia Central de Salida                                      10.460.00 MHz

Symbol Rate                                                                           2 MS/s.

Forward Error Correction (FEC)                                          7/8

Tipo modulación                                                                    QPSK

Conexión RX/TX                                                             Por TS sin demod.

Banda Base a transmitir                                                1 canal video, 2 Audio

 

Canal  2  Analog/Digital

Frecuencia Central de Entrada                                      Alguna frecuencia a 1200 ó 2300

                                                                                           (opiniones?)

Modulación video/audio                                                 FM BW 15-18 MHz

Modul. TX                                                                         Por demod a banda base y

                                                                                           conversion a MPEG2

Salida digital                                                                     Igual a canal 1

 

 

SALIDA  RF

La emisión de ambos canales se realiza en una única frecuencia, en este caso 10.460 GHz.

Para aclarar conceptos, un breve comentario:

Aunque en este artículo estoy hablando de canales, los términos en el tratamiento de la señal digital se denominan "Programas".

Para expresarlo de forma práctica, por ejemplo, tenemos visto que en la TV comercial en modo TDT podemos ver que en una única frecuencia el receptor "extrae" un número determinado de "estaciones" ó canales, o programas. Por poner un ejemplo, podemos ver que en 522 MHz de la banda de UHF, el receptor nos decodifica "extrae": Antena3, Antena3 HD, La Sexta, La Sexta HD, Neox y Nova.

Totalmente independientes entre ellos y como era antes, puede parecernos que cada uno va en su propia frecuencia distinta de los demás.

En la generación de la señal, en el emisor, se crean varias tablas PMT, SI, etc que identifican cada programa, los cuales se emiten en una única trama, pero que el receptor con esas tablas y en sincronía, hace el demultiplexado ("extracción"),  dando a cada uno su particular característica.

En nuestro caso también se da esta función aunque solo con dos programas (canales). Por tanto, será trabajo del receptor extraer estos programas para verlos individualmente.

Todos los receptores ya van preparados para ello.

La potencia en RF que está previsto usar es aproximadamente 1 W. y el elemento radiante como se ha visto antes, es una antena de ranuras.

 

ACABADO  FÍSICO

Toda la electrónica descrita, asi como los elementos de control y alimentación, pueden alojarse en un armario metálico de aproximadamente 400 X 300 X 150 mm.

La unidad de alimentación proporciona todos los voltajes necesarios para la alimentación de los diferentes módulos, a partir de una entrada en alterna de 24 V.

 

COMENTARIO FINAL

Considero imprescindibles vuestros comentarios y observaciones, asi como aportaciones de ideas que bajo consenso general, puedan introducirse en el proyecto, para obtener resultados que permitan un mejor uso del repetidor y el alcance de un óptimo rendimiento.

El feed-back, es decir comentarios, aclaraciones o debate lo podemos llevar a cabo por medio de la sección DATV del foro, en el hilo que he abierto para ello.

En la consecución de la concreción de la estructura y características finales, realizaré una aproximada estimación de precios, señalando los elementos o componentes que inevitablemente deberán comprarse, y los que entre todos podemos aportar usados, pero útiles que por la razón que sea ya no utilicemos, y que contribuirán a bajar notablemente el coste final, que en cualquier caso no creo que se aparte mucho de las estimaciones que comentamos en la reunión.

Cuento con vuestra comprensión ante cualquier posible error en alguna parte de lo expuesto, y en plena disposición para corregirlo, y con mi agradecimiento por adelantado.

 

Magi Casamitjana

EA3UM

Octubre de 2018

 

 

REFERENCIAS

Grup ATV-EA3

http://atvea3.cat y foro

 

British Amateur Television Club (BATC)

https://batc.org.uk

AGAF ATV

https://www.agaf-ev.org/agaf-de/T_ATV/atv.htm

 

Planing a Digital-ATV Station for DVB-S

Ken Konechy-W6HHC

 

DXzone Digital-ATV links

www.dxzone.com/catalog/Operating_Modes/Digital_ATV/

 

Diversos artículos ATV

http://www.ea3um.com

 

Revista RADIOAFICIONADOS

Union de Radioaficionados Españoles

http://www.ure.es