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15 novembre 2012

LTE contro TV: per i canali vicini agli 800 MHz consigliati i filtri passa-basso. Ditelo alla nonna

E così anche due emittenti televisive lombarde storiche come Radio Tele Reporter e Radio Tele Campione chiuderanno i battenti. Sono le conseguenze della digitalizzazione della tv regolata dalla Legge Gasparri, ma non è tutta colpa della tecnologia e dei suoi costi. Fare televisione locale ha sempre meno senso negli anni di Internet e con la crisi economica e il prosciugarsi della risorsa pubblicitaria regionale o cittadina questo è diventato probabilmente un mestiere impossibile. Con buona pace del trionfalismo di una legge costruita ad hoc per tutelare un duopolio (lo chiamiamo così perché ci vergogniamo di usare un termine più corretto, monopolio privato) e trasformare il controllo pressoché totale del mercato televisivo e pubblicitario in un parziale dominio di un mercato, il cosiddetto SIM, più virtuale di un videogame. E' anche la sconfitta di un'industria editoriale che ha saputo essere pionieristica ma non lungimirante e di una patologica incapacità di regolamentare l'accesso alle risorse spettrali e economiche, con l'aggiunta di una perversa volontà di distorcere le poche regole rimaste per venire incontro agli obiettivi politici e finanziari di una azienda privata. A metà anni 70 l'Italia ha avuto la straordinaria occasione di diventare una nazione europea leader in campo radiotelevisivo a livello di tecnologie, produzione di contenuti, quadro normativo, economia. E invece è finita come molte altre storie italiane: molta fuffa, privilegi e denaro a pioggia per sé e per i soliti amici, nessuna voglia di investire mezza lira nel futuro, schiavismo al posto di relazioni di lavoro moderne. In Parlamento i legislatori hanno contribuito alacremente al disastro ed eccoci qui.
La moria di emittenti televisive non si arresterà con questi due casi. E già ci aspetta al varco il problema della convivenza tra emittenti televisive (DVB-T) e servizi di telefonia 4G (LTE) in due porzioni di spettro molto vicine. Dal primo gennaio dovrebbero infatti partire i servizi che gli operatori progettano sin dalla messa all'asta delle frequenze 800 MHz, dall'ex canale televisivo 60 in sù. Due blocchi di 30 MHz, ossia gli 791-821 in downlink e 832-862 in uplink, utilizzati dall'interfaccia radio E-Utran della quarta generazione del cellulare, o Long Term Evolution. Gli studi, come quello commissionato dall'OFCOM nel 2010 e intitolato LTE interferences into domestic digital tv systems. Nelle conclusioni si raccomandava l'installazione di filtri passa-basso e cavetti di buona qualità per evitare interferenze sui canali dal 59 (centrato su 778 MHz) in giù. Che cosa succederà in Italia, si chiede Alessandro Longo su Repubblica oggi? Specialmente dopo che il decreto Crescita ha rimosso gli obblighi che prima pesavano sugli operatori per il finanziamento dei dispositivi destinati alla protezione dalle interferenze negli apparecchi televisivi in funzione nelle case. Difficile prevedere con esattezza i possibili scenari interferenziali (legati alla particolare natura dei front end dei ricevitori, che per come sono costruiti potrebbero andare a pescare i segnali nei domini presto occupati dalle modulazioni dell'LTE), ma per le emittenti che trasmettono sui canali televisivi più alti non si possono escludere situazioni di parziale degrado dei segnali ricevuti. Niente che non possa essere attenuato con un buon filtro che lasci passare solo le frequenze desiderate (dopotutto facciamo lo stesso con i ricevitori SDR di tipo "a quadratura"), ma per la gente "normale", installare un filtro potrebbe essere complicatuccio. 
Ho trovato un paio di documenti che aiutano ad approfondire la questione, visto che il report del OFCOM è molto ingegneristico. Eccovi dunque   LTE per il mobile broadband: tecnologia, regolamentazione,, ecosistema e mercato (AGCOM) e Il futuro dei servizi mobili passa dal digital dividend  (ARPA).

03 settembre 2009

Nanofiltri per nanoradio?

Chissà che i ricevitori del futuro - sicuramente i telefoni cellulari - non finiscano per essere basati su dispositivi nanoelettromeccanici (ricordate la radio a nanotubi di carbonio?) più che sul trattamento digitale del segnale. I ricercatori della Purdue University stanno studiando la possibilità di realizzare strutture micro o nanoelettromeccaniche (MEMS) da impiegare come filtri o amplificatori quasi invisibili ma molto efficienti. Quello dei filtri meccanici è un concetto tutt'altro che nuovo. I ricevitori professionali di parecchi decenni fa montavano eccezionali filtri meccanici Collins, rimasti leggendari. Il principio di funzionamento è semplice: si tratta di realizzare una struttura meccanica che abbia una frequenza di risonanza vicina ai segnali in radiofrequenza da filtrare. Questi dispositivi agivano da filtri passa-banda ad altissime prestazioni. Il fatto che un filtro oggi possa essere realizzato via software con l'aiuto di convertitori analogico-digitali-analogico non deve far pensare che l'idea dei filtri MEMS non abbia futuro. L'uso combinato di tecnologie di filtraggio digitali e elettromeccaniche potrebbe anzi essere molto interessante, considerando che al contrario dei vecchi filtri meccanici Collins, quelli studiati alla Purdue University sono sottili come un capello.

Tiny 'MEMS' Devices To Filter, Amplify Electronic Signals

ScienceDaily (Aug. 31, 2009) — Researchers are developing a new class of tiny mechanical devices containing vibrating, hair-thin structures that could be used to filter electronic signals in cell phones and for other more exotic applications.
Because the devices, called resonators, vibrate in specific patterns, they are able to cancel out signals having certain frequencies and allow others to pass. The result is a new type of "band-pass" filter, a component commonly used in electronics to permit some signals to pass through a cell phone's circuitry while blocking others, said Jeffrey Rhoads, an assistant professor of mechanical engineering at Purdue University.
Such filters are critical for cell phones and other portable electronics because they allow devices to process signals with minimal interference and maximum transmission efficiency. The new technology represents a potential way to further miniaturize band-pass filters while improving their performance and reducing power use, Rhoads said.
The device is an example of a microelectromechanical system, or a MEMS, which contain tiny moving parts. Incoming signals generate voltage that produces an electrostatic force, causing the MEMS filters to vibrate.
Researchers have proposed linking tiny beams in straight chains, but Rhoads has pursued a different approach, arranging the structures in rings and other shapes, or "non-traditional coupling arrangements." One prototype, which resembles spokes attached to a wheel's hub, is about 160 microns in diameter, or comparable in size to a grain of sand.
Findings are detailed in a research paper to be presented on Sept. 2 during a meeting of the American Society of Mechanical Engineers' Third International Conference on Micro and Nano Systems. The conference runs from Aug. 30 to Sept. 2 in San Diego. The paper was written by Rhoads and mechanical engineering graduate student Venkata Bharadwaj Chivukula.
In addition to their use as future cell phone filters, such resonators also could be used for advanced chemical and biological sensors in medical and homeland-defense applications and possibly for a new type of "mechanical memory element" that harnesses vibration patterns to store information.
"The potential computer-memory application is the most long term and challenging," Rhoads said. "We are talking about the possibility of creating complex behaviors out of relatively simple substructures, similar to how in cellular biology you can have a relatively complex behavior by combining hundreds or thousands of simple cells."
The band-pass filter design promises higher performance than previous MEMS technology because it more sharply defines which frequencies can pass and which are rejected. The new design also might be more robust than the traditional linear arrangement, meaning devices could contain manufacturing flaws and still perform well.
The devices are made of silicon and are manufactured using a "silicon-on-insulator" procedure commonly used in the electronics industry to make computer chips and electronic circuits. The small, vibrating mechanical structures contain beams about 10 microns in diameter, which is roughly one-tenth the width of a human hair. The beams can be connected mechanically, like tiny springs, or they can be linked using electric fields and magnetic attractions.
"We are in the process of making a second prototype," said Rhoads, who has used simulations and also conducted experiments with the devices to demonstrate that the concept works.
The devices are being fabricated at the Birck Nanotechnology Center in Purdue's Discovery Park through a collaboration with Dimitrios Peroulis, an assistant professor of electrical and computer engineering.
The research is based at a new Dynamic Analysis of Micro/Nanosystems Laboratory at Birck. The lab, managed by Rhoads and mechanical engineering professor Arvind Raman, is equipped with an instrument called a scanning laser Doppler vibrometer, which uses a laser to measure the minute movement of the tiniest structures. The system is housed inside a vacuum chamber sitting on top of a special vibration-absorbing platform critical to making the precise measurements.
Other faculty members and graduate students also use the specialized facility.
The research is funded by the National Science Foundation through an NSF Faculty Early Career Development grant, awarded to outstanding young researchers. So far four Purdue researchers have received the grants this year. The research includes educational components using Purdue's nanoHUB - the Web portal of the Network for Computational Nanotechnology, also NSF-funded and based at Purdue - as well as Purdue's Summer Undergraduate Research Fellowship program.
Rhoads will develop and deploy on the nanoHUB a software tool to simulate the behavior of the resonators, a new K-12 education curriculum on emerging microelectromechanical and nanoelectromechanical systems, and college-level course materials and lectures associated with a new course on the systems.

18 aprile 2007

SoftRock per radiofari, bella scoperta


Provate a chiedere ad Aldo Moroni quale sia il segreto che gli permette di ascoltare radiofari canadesi con un frontend SDR del valore di mercato di una ventina di euro (a dir tanto). Sono sicuro che vi risponderà: "non ho scoperto niente". Sarà, ma intanto i radiofari arrivano su un frontend SDR che ha modificato lui, con filtri passabasso o preselettori dimensionati da lui ("non ho scoperto niente", ci sono programmi come ELSIE no? Lo conosco anch'io, grazie, ma impiegherei cinque anni per usarlo) con antenne loop direzionali compatte adattate e costruite da lui ("non ho scoperto niente", lo sappiamo, lo sappiamo). Non ho scoperto niente: antenne capaci di tirar dentro signori segnali, SDR capaci di estrarre segnali inesistenti da un signor rumore, preselettori che saranno anche semplici e scontatissimi ma sono pur sempre in grado di tenere alla larga segnali bloccanti come la RAI di Siziano. Il tutto con quanto... Cento euro di spesa?
Al nostro non-inventore non piacerà, ma io sono convinto che la sua ultima modifica al SoftRock 6.1, opportunamente adattato alle esigenze del radiofarista sia un gioiello che vale la pena mettere in bella mostra attraverso questo suo contributo.

Ho sfruttato queste sere di scarsa propagazione per effettuare diverse prove sul mio SoftRock. Per attenuare maggiormente il segnale del vicino trasmettitore RAI a 900 KHz, ho abbandonato il precedente filtro Butterworth e ho costruito un ellittico con taglio a 500KHz. L'attenuazione in banda è contenuta e la pendenza mi sembra buona. Qualche traccia del segnale RAI attorno ai 300KHz si nota ancora, ma la situazione e' nettamente migliorata.
Ho fatto anche delle prove sul trasformatore d'ingresso del SoftRock e ho riassunto tutte le modifiche, lo schema del filtro e la relativa curva, in un pdf [che potete trovare qui]. Nella seconda pagina ho evidenziato, sullo schema originale di Tony Parks, i componenti che ho modificato o eliminato. [In precedenza ho utilizzato il preselettore FT7700] ma sinceramente l'avevo abbandonato dopo aver provato il passabanda (allora utilizzavo un solo quarzo [nella configurazione del SoftRock]). Per darvi un'idea, se sintonizzo i 900 KHz con un ricevitore tradizionale e commuto tra l'FRT e l'ellittico ci sono 5 punti S di differenza in attenuazione.
In banda le perdite sono molto simili, l'ellittico ha per natura una leggera ondulazione che in fase di disegno ho fissato a -0.5 dB, poi nella pratica le perdite sono leggermente superiori. Non ho scoperto niente, ci sono freeware come ELSIE oppure AADE che rendono davvero semplice il dimensionamento di un filtro. Le frequenze in gioco lasciano ampio margine di manovra, in VHF il layout ha un peso determinante, in LW tutto è molto più semplice.
In conclusione, ecco qualche suggerimento sul software per il dimensionamento di filtri e altri tipi di circuiti.

ELSIE: http://www.tonnesoftware.com/
AADE: http://www.aade.com/
QUCS: http://qucs.sourceforge.net/
RFSIM99: http://www.janson-soft.de/amateurfunk/rfsim99/rfsim99.htm