Technické a ekonomické aspekty digitalizace společných televizních

antén

Ing. Josef Skála

technická pracovní skupina pro digitalizaci

j.skala@c-box.cz

Hlavní témata

• Definice• Praktické řešení rekonstrukce společných

antén• Zkušenosti z rekonstrukcí• Povinnosti vlastníků domů• Od zásuvky k obrazovce• Náklady na rekonstrukce STA• Stav digitalizace společných televizních antén

Názvy a definice

• ITA - individuální televizní anténa. Přijímací systém pro TV a R signály instalovaný v rodinném domku nebo bytě.

• STA - společná televizní (a rozhlasová) anténa. Zařízení umožňující většímu okruhu uživatelů v obytných domech a domovních blocích příjem televizních a rozhlasových programů prostřednictvím kabelové sítě.

• TKR - televizní kabelový rozvod. Systém, u něhož je na hlavní stanicí napojena rozvodná síť s primárními a sekundárními zesilovači, umožňující zásobovat TV a R signálem sídliště, města nebo celé regiony. Zpětné kanály od účastníka do hlavní stanice TKR umožňují přenos dalších informací (internet, hlasové služby, dálkový odečet).

• Pro každou kategorii je typický jiný provozovatel.

Názvy a definice

• Hlavní stanice - soubor zařízení sloužících k úpravě, zesílení a sloučení signálů určených k distribuci rozvodnou sítí. V systému má klíčovou pozici.

• Účastnický rozvod- u společných televizních antén jde o soubor zařízení s pasivními prvky napojených na hlavní stanici,

zabezpečující přenos signálů k účastnickým zásuvkám. • Stoupací vedení- svisle uložený koaxiální kabel, který napájí

účastnické zásuvky v bytech situovaných pod sebou TV a R signály.

• Úroveň signálu-efektivní hodnota napětí na impedanci 75Ω udávaná v dB ke vztažné hodnotě 1μV.

• DVB-T -zemské (terestrické, terestriální) digitální vysílání

Společné televizní antény a příjem DVB-T

• Každá společná televizní anténa je použitelná i pro příjem DVB-T, ale podmínky pro jeho zavedení jsou různé.• Někdy stačí nepatrné náklady ( přesměrování antény), jindy se cíle nedosáhne

bez rozsáhlé a drahé rekonstrukce.• Pro volbu technického řešení je důležité, zda se požaduje: - souběžná distribuce analogových a digitálních signálů pro rozšíření nabídky

o programy šířené jen digitálně nebo zkvalitnění příjmu analogu. - šíření digitálních signálů ve společných anténách po vypnutí sítě analogových vysílačů.• Rozvod digitálních multiplexů bez analogových kanálů je jednodušší a

levnější..

Přímý rozvod kanálů IV. a V. pásma

Přímý rozvod kanálů v UHF pásmu

• Systémově čisté a perspektivní řešení, ale u starších společných antén bude nákladné.

• Výše nákladů na rekonstrukci závisí hlavně na stáří STA a investicích na obnovu v průběhu užívání.

• U domů postavených do roku 1980 se dá předpokládat výměna celého účastnického rozvodu i technologie hlavní stanice.

• Trojnásobné zvýšení nejvyššího rozváděného kmitočtu ( z 300 MHz na 900 MHz ) si vyžádá zkrácení napájených úseků vedení a zařazení průběžných UHF zesilovačů. Příklad: Svislý rozvod s osmi zásuvkami se rozdělí na dva úseky po čtyřech zásuvkách.

• Snížení nároků na přenos kanálů z konce V. TV pásma, lze řešit konverzí do IV. pásma.

• Volbě této alternativy musí předcházet orientační výpočet energetické bilance.

Kmitočtová konverze digitálních kanálů z UHF do VHF

• Výhodná a plnohodnotná alternativa pro starší společné antény použitelné jen do 300 MHz. Mohou zůstat původní účastnické zásuvky, kabely i rozbočovače.

• Velkou výhodou je kmitočtový raster D ve III. TV pásmu s šířkou pásma 8 MHz.

• Před každým televizním přijímačem musí být set top box laditelný ve III. TV pásmu v rastru D,K. Vhodné typy jsou na trhu za obvyklou cenu.

• V hlavní stanici plně vyhovují nestarší měniče pro analogový příjem např. TESA-S nebo STEA-D, kde je oscilátor s krystalem.

• Nepoužitelné jsou moderní měniče např. ALCAD řada 905 nebo kazety Grundig HRM 815 a HRM 383 TWIN.

• Výrobci přijímacích systémů s pokročilou technologií dodávají kazety přímo určené pro konverzi do III. TV. pásma. Příklad: Kathrein UFO 352. Podobnou kazetu má i GSS Grundig pro STC 1200.

• Za současném přenosu analogových kanálů 6,8,10,12 v Praze, lze do kanálů 7,9,11 překládat digitální multiplexy.

• Signálová úroveň digitálních kanálů se nastavuje menší o 10-15 dB.

• Po vypnutí analogových vysílačů se konverze ještě usnadní.

• Překládat digitální multiplexy do speciálních kanálů zatím nelze; žádný set top box na trhu tyto kanály nenaladí.

• U STA malého rozsahu je možné omezit ztráty v účastnickém rozvodu konverzí z V. na začátek IV. pásma. Příklad: V Praze kanál č.64 na kanál č. 21.

Hlavní rizika

• Tabulka NIT (Network Information Table) se vysílá spolu s transportním datovým tokem a nese v sobě i informace pro ladění digitálního přijímače, které bývají uloženy v paměti. Jednou z informací je i vysílaný kanál. Není-li shoda kmitočtu z paměti s kmitočtem přijímaným ( např. po konverzi ), přijímač se nenaladí.

• Na trhu je jen několik typů set top boxů, které ladí ve III. tel. pásmu v šířce 8 MHz. Jednotliví uživatelé nezvolí správný typ.

Převod na analogové kanály v PALu v pásmu VHF

Převod na analogové kanály v PALu v pásmu VHF

• V současné etapě zavádění digitální televize jednoduchý, rychlý a velmi levný způsob zpřístupnění televizních programů šířených jen digitálně.

• V bytech nejsou set top boxy, programy se naladí na televizorech přímo.

• Nejde o plnohodnotný příjem DVB-T, na účastnické zásuvce není multiplex, ale jen jeden dekódovaný program; omezení ale zatím příliš nevadí.

• Funkci převodníku na kanál v PALu může plnit i vybraný typ set top boxu s vnitřním modulátorem nastavitelným na kanály UHF. Při požadavku na stereo se zařadí vnější modulátor.

• Dosažená kvalita obrazu bývá vyšší než u přijímaných analogových kanálů.

Hlavní rizika:

• účastník je ochuzen o přístup k přidruženým

službám (rozhlas, EPG)

• systém nepřinese zlepšení kvality obrazu, přenos

signálu je dál v analogu, HD kvalita není dosažitelná

• převodníky digitál-analog se občas blokují a vyžadují

resetování; týká se to i skupinových přijímačů

nejvyšší kategorie

• za několik let se nebudou vyrábět televizní

přijímače pro analogový signál, objevují se už nyní

• distribuce všech programů čtyř multiplexů vyžaduje

20 převodníků a čtyřikrát větší šířku pásma -

varianta se stane nejdražší

• alternativa je použitelná do šesti programů, ale je

řešením pro překlenutí období, kdy se jeden

program šíří digitálně a ostatní zůstávají další měsíce

analogové

• nevyužije se příležitost k výměně 40 let starého

domovního rozvodu

• častý požadavek na současný přenos multiplexů a

z nich vybraných programů v analogu

Šíření digitálního multiplexu ve standardu DVB-C

• Digitální multiplex je možné přivést do společných rozvodů s obvyklou šířkou pásma 8 MHz také v kabelovém standardu DVB-C.

• Maximální bitový tok je proti DVB-T téměř dvojnásobný ( 64- QAM)

• Velkou předností je snadná implementace zpětného kanálu a možnost přenosu multiplexu na speciálních kanálech v pásmu VHF.

• Samotný standard DVB-C distribuci digitálního multiplexu v STA neusnadňuje.

• DVB-C má zatím naději na úspěch jen u TKR. Vybavení hlavní stanice je nákladné, set top boxy pro tento standard jsou méně dostupné a už nakoupené levné modely pro DVB-T jsou nepoužitelné.

Doporučená alternativa

Pracovní skupina podporuje a doporučuje ty modely řešení, které zajistí vytvoření rozhraní na účastnické zásuvce STA v obdobné formě, jako je rozhraní na výstupu z přijímací antény při individuálním příjmu zemského digitálního televizního vysílání. K příjmu digitálního vysílání by koncový uživatel měl být vybaven buď set top boxem nebo integrovaným televizním přijímačem.

Požadavky na komponenty systému STA

Hlavní stanice pro DVB-T

• Řešení s kanálovými zesilovači (kanály 54, 39, 32 a 37 z Lysé hory)

• Řešení se širokopásmovým zesilovačem

• Řešení se skupinovým přijímačem pro konverzi kmitočtu

• Antény a pasivní části rozvodu

Parametry zesilovače pro UHF kanály

• Dodržení signálové úrovně rozváděných digitálních multiplexů v UHF a VHF na všech účastnických zásuvkách v rozmezí 47-70 dB/μV/75Ω.

• Rozvod musí být členěn tak, aby na televizním konektoru účastnické zásuvky nebyl PSV větší než σ = 2,5.

• Přenos celého spektra rozváděného kanálu se strmým poklesem na okrajích, zejména při současné přenosu sousedních analogových kanálů.

• Zamezení vzniku intermodulací pečlivým nastavením výstupních úrovní zařazených zesilovačů.

• Dodržení rovnoměrného průběhu útlumové charakteristiky není kritické. Propady až 10 dB se jsou akceptovatelné

Signálové úrovně

• Výpočet energetické bilance pro rozvod digitálních multiplexů se musí provést pro kmitočty 900 MHz.

• Výchozími hodnotami jsou údaje o síle pole jednotlivých kanálů v místě anténní soustavy, dále hodnota měrného útlumu použitého koaxiálního kabelu a průchozí útlumy všech pasivních prvků.

• Antény musí být určeny pro přijímané pásmo a správně směrovány. Kanálová anténa např.pro kanál č.25 potlačuje signál na kanále č. 46 až o 20 dB.

• Vstupní signál pro zesilovače společných antén při stávajících parametrech vysílání nemá být menší než 50 dB/μV/75Ω.

• Na účastnické zásuvce musí být nejméně 47 dB/ uV/75Ώ

( ČSN EN 50 083-7 )

•.

Šířka přenášeného pásma

Šířka pásma signálu DVB-T je 7,61 MHz. K okrajům kanálu tedy zbývá jen 0.195 MHz. V praxi se prokázalo, že jakékoliv omezení spektra signálu DVB-T na okrajích kanálu je nepřípustné; např. zařazení pásmových zádrží na vedlejších kanálech může příjem DVB-T znemožnit. Filtry se strmým poklesem na okrajích jsou nezbytné při obsazených sousedních kanálech z důvodu omezení vzájemného rušení.

Průběh spektra pro kanál 8 MHz.

Potlačení intermodulací

• Signál DVB-T je na nelinearity výrazně citlivější než analogový.

• U společných antén vznikají intermodulace na nelinearitách aktivních prvků pásmových nebo kanálových zesilovačů. Potlačují se menším vybuzením koncového stupně za cenu nižší výstupní úrovně.

• Z hlediska omezení výstupních úrovní je třeba rozlišovat mezi kanálovými a pásmovými zesilovači.

• Výstupní úroveň zesilovačů pro signály DVB-T se nastavuje o 6 až 15 dB pod úroveň analogových signálů ( EN 50083).

• Na účastnické zásuvce postačí, když signály DVB-T mají hodnotu nad 40 dB/μV/75Ω.

Účastnické zásuvkyhlavní problém starých rozvodů

• Účastnická zásuvka je po obvodové stránce ekvivalentem dvojitého odbočovače. Vlastnosti jsou definovány hodnotami průchozího, vazebního a oddělovacího útlumu.

• Stáří a stav účastnického rozvodu, zejména účastnických zásuvek a kabelů, ovlivňuje nejen technické řešení příjmu DVB-T, ale především celkové náklady na jeho zřízení.

• Přímý rozvod digitálních kanálů ve IV. a V. televizním pásmu si u starších systémů STA vyžádá výměnu všech zásuvek i kabelů někdy provozovaných i 40 let.

• Dosud používané účastnické zásuvky jsou chronologicky seřazeny v následujícím přehledu:

Průběžná 6AN 050 07

Koncová 6AN 050 12

Vyráběná v Tesle po roce 1963. Použitelná jen v pásmu

VHF. V UHF má vazební útlum jen 3 dB. Oddělení mezi účastníky na jednom stoupacím vedení není žádné. Pro signály v UHF nepoužitelná.

Účastnická zásuvka - nejstarší typ

Účastnická zásuvka TESLA

Do panelových domů a staré zástavby se instalovala po roce 1969 a často zde přetrvává. Pro odbočení se využívá směrového vedení, které umožňuje, aby oddělovací útlum byl mnohem větší než útlum vazební.

Nevýhodou je neměnitelná hodnota vazebního útlumu. Zásuvka je použitelná jen pro signály v pásmu VHF; v pásmu UHF vyhoví jen pro malé rozvody; vazební útlum je zde pouze 4-5 dB.

Průběžná 6AN 050 21

Koncová 6AN 050 18

Účastnická zásuvka TESLA

Průběžná PZK 11

Koncová PZK 01 Ve společných anténách se používala od roku 1975. Konstantní vazební a oddělovací útlum v pásmu VHF i UHF se dosáhl oddělením pomocí transformátoru. Průchozí útlum je ale při kmitočtech nad 500 MHz kolem 3,5 dB, takže přenos analogových i digitálních signálů v UHF pásmu je omezen na malé rozvody. Schéma zapojení je na dalším obrázku.

Účastnická zásuvka TESLA

Průběžná PZX 11

Koncová PZX 01

Zásuvky řady PZX se instalovaly po roce 1980. Vyhovují i v pásmu UHF, mají dobré impedanční přizpůsobení a dostatečný oddělovací útlum. Pokud vyhovují i připojené kabely, jsou stoupací vedení vhodná pro přenos digitálních signálů v pásmu UHF. Po mechanické stránce má ale zásuvka nedostatky.

Účastnická zásuvka - model s „lustrsvorkou“

Domovní rozvod

• Spojuje výstup hlavní stanice STA s účastnickými zásuvkami.

• U starších STA je pro distribuci DVB-T rozhodující typ a stáří koaxiálního kabelu a kvalita původní montáže.

• Na výsledných ztrátách se podílí i vložené pasivní prvky jako účastnické zásuvky, rozbočovače, odbočovače a náklonové členy.

• Vložený útlum se kompenzuje zesilovači; mezi výstupem hlavní stanice a nejvzdálenější účastnickou zásuvkou nemají ztráty překročit 45 dB.

• U rozsáhlých rozvodů STA, kde výstupní úrovně hlavní stanice nestačí pro všechny byty, se vzdálené lokální části napájí přes širokopásmové domovní zesilovače.

Svislý rozvod

Převažující způsob řazení účastnických zásuvek u starších společných antén. Je nejlevnějším řešením, vložný útlum je ve srovnání s ostatními variantami nejmenší. Vážným problémem jsou ale neodborné zásahy do stoupacích vedení prováděné uživateli bytů (výměna zásuvky, přestavby bytů, instalace dalších zásuvek), které téměř vždy zhorší funkci ostatním. Vyhledání místa závady a její odstranění je časově náročné.

Vodorovný rozvod

V základním uspořádání jsou ve svislém vedení zařazeny odbočovače, ze kterých se signál přivádí k vodorovně řazeným účastnickým zásuvkám. Používal se ve starých, již obydlených domech, kde svislé vedení procházelo schodišťovým prostorem a na poschodích se odbočovalo k bytům. Počet odbočení je omezen stejně jako počet sériově řazených zásuvek.

Hvězdicový rozvod

U starších společných antén se hvězdicový rozvod nepoužíval. Nebyly k dispozici kvalitní koaxiální kabely s malým vnějším průměrem a rozváděly se jen dva TV programy. Nyní se hvězdicové uspořádání projektuje pro nové domy, hotely a rodinné domky. Významnou předností je možnost individuální programové nabídky zařazením filtru do přípojného vedení. Zásah do účastnické zásuvky prakticky neovlivní ostatní uživatele připojené k centrálnímu bodu.

Koaxiální kabel

• Nový kabel, vnější Ø 7mm: útlum 100m dlouhého kabelu: 470 MHz- 12,6 dB

600 MHz- 13,7 dB860 MHz- 18,8 dB

• Starý, původní kabel (např. VFKV 630, 633) 860 MHz- 39dB-100dB

• Původní kabel uložený ve vlhku ( v panelu, v suterénu) má výrazně vyšší útlum než kabel procházející byty

• Účastnické šňůry jsou překvapivě často vadné: a) přerušené vodiče b) vysoký útlum až 12 dB c) nízké tlumení stíněním ( průnik signálu BTS)

K problematice rekonstrukce společných televizních antén pro DVB-T

• Správci domů a výbory společenství se zabývají rekonstrukcí společných antén na poslední chvíli

Nezřídka uplatňují laické představy o technickém řešení digitálního příjmu získané z populární literatury a ústního podání sousedů

• Soukromí vlastníci nájemních domů většinou odmítají jakékoliv investice do původních společných antén s tím, že televizní příjem je starostí nájemníka

• V domech, kde se digitalizace STA neřeší, jsou uživatelé bytů snadnou potenciální klientelou pro kabelové nebo telekomunikační společnosti s alternativními příjmovými možnostmi

• Náklady na rekonstrukci STA se dělí v poměru až 1: 10 mezi úpravu hlavní stanice a výměnu domovního rozvodu. Obnova domovního rozvodu je nezbytná u domů postavených asi do roku 1980.

• Počet domů se společnou anténou se odhaduje na cca 200 000. Pro přenos DVB-T je jich nyní upraveno nejvýše 20%.

• Přímý rozvod v pásmu UHF je spojen s časově i organizačně náročnou prací v bytech při výměně účastnických zásuvek a kabelů. Provádějící firmy se tomu vyhýbají a digitalizaci STA řeší nejhorší alternativou - převodem na PAL.

Povinnosti vlastníků domů

• Zákon o elektronických komunikacích 127/2005 Sb.,

§ 104, odst.15

• „Vlastník domu, bytu nebo nebytového prostoru je povinen umožnit uživateli tohoto domu, bytu nebo nebytového prostoru

a) příjem rozhlasového a televizního vysílání provozovatelů vysílání podle zvláštního právního předpisu za podmínky, že v místě příjmu je signál přiměřené kvality

b) zřízení vnitřního komunikačního vedení včetně rozvaděče a koncového bodu sítě“

• Případnou škodu musí hradit ten, kdo ji způsobil

• Spor mezi vlastníkem a uživatelem řeší příslušný stavební úřad v součinnosti s ČTÚ

• Zákon o elektronických komunikacích ale nekvalifikuje porušení povinnosti vlastníka jako přestupek

• Povinnost může vlastník splnit i tím, že v domě je rozveden signál kabelové televize (neoficiální výklad)

• Způsob umožnění příjmu by měl být řešen v domovním řádu nebo v nájemní smlouvě

• V praxi ale žádný právní předpis neukládá vlastníkovi nebo správci zřizovat nebo rekonstruovat společnou anténu.

Co by mělo předcházet rekonstrukci STA

• Požadavek majitele objektu na předložení nabídky

• Místní šetření na objektu: příjmové podmínky, typ zařízení hlavní stanice, stav původních antén a svodů, celkový počet bytů, počet vchodů, počet podlaží, počet bytů na podlaží, počet vchodů (domů), způsob propojení domů, typ účastnických zásuvek, stav domovního rozvodu, změření vloženého útlumu

• Zpracování technického návrhu systému: výpočet signálové bilance, návrh změn v domovním rozvodu, soupis materiálu, technické výkresy

Výpočet signálové bilance

Výpočet vztažen k nejvzdálenější (koncové K) zásuvce. 10 p.

1. vazební útlum zásuvky: 14 dB 9 p.

2. útlum kabelu (celková délka stoupacího vedení) 30 metrů: 7,2 dB 8 p.

3. průchozí útlum rozbočovače 1/2: 4 dB 7 p.

4. kabel mezi rozbočovači 1/3 a 1/2 (původní) 10 metrů: 4,5 dB 6 p.

5. průchozí útlum rozbočovače 1/3: 8 dB 5 p.

6. kabel z hlavní stanice do sousedního domu (původní) 20 m.: 9 dB 75 W

7. rozbočovač 1/3 pro tři vchody: 8 dB 4 p.

8. průchozí útlum čtyř zásuvek 4 x 1,2 dB: 5 dB 3 p.

Vložený útlum celkem: 60 dB 2 p.

1 p.

Při vybuzení zesilovače na 114 dB / 75 W bude na poslední zásuvce úroveň 54 dB / mV / 75 W. K přízemí

75 W

UHF zesilovač

1/3 rozbočovač

1/3 rozbočovač

1/3 rozbočovač

1/3 rozbočovač

1/2 rozbočovač

1/2 rozbočovač

1/2 rozbočovač

UHF

1/3 rozbočovač

1/3 rozbočovač

1/3 rozbočovač

1/3 rozbočovač

1/2 rozbočovač

1/2 rozbočovač

1/2 rozbočovač

Několik poznámek k realizaci(platí pro alternativu přímého rozvodu v UHF)

• Rekonstrukce společné antény bez obnovy domovního rozvodu je snadná a relativně levná

• Výměna účastnických zásuvek a kabelů zvyšuje náklady nejméně o tisíc korun na byt

• U panelových bytů ve velkých domech jsou hlavním problémem neodborné zásahy do rozvodu a nepřítomnost vlastníků v době rekonstrukce

• Po dobu souběhu analogu a digitálu na vysílací straně je vhodné u STA ponechat souběh i na straně příjmu

• Nesmí se opomenout připojení VKV-FM rozhlasu v analogu

(všesměr.dipól)

ant.VKV

15dB

ant.UHF

(malé síto)

S T E A

volná pozice

zdrojSNZ 1000

RPZ 94

VKV

24/8 37/6 41/12 51/10

1/4

odbočovač

ALCAD25k

výstupyout in

ALCAD46k

výstupyout in

odbočov.15db

odbočov.15db

1/2

1/2

UHF

VHF

Signál na zásuvce k obrazu nestačí

• Úsek mezi účastnickou zásuvkou a obrazovkou je nejslabší částí signálové cesty

• Účastnické šňůry jsou překvapivě často vadné:

a) přerušené vodiče

b) vysoký útlum až 12 dB

c) nízké tlumení stíněním ( průnik signálu BTS)

• Instalace set top boxu do stávajícího vybavení průměrně domácnosti (videorekordér, DVD přehrávač, druhý televizor, herní konzole, satelitní přijímač) je složitá a uživatelem nezvládnutelná

• Obsluha set top boxu je pro starší generaci příliš složitá, návody jsou nesrozumitelné. Dálková ovládání s mnoha tlačítky umožňují chybnou manipulaci.

• Set top boxy jsou často poruchové a některé modely mají i specifické funkční nedostatky. Příklad: po umístění pod LCD televizor nejde ovládat

• Časté výpadky vysílačů, změny parametrů vysílání, změna kanálů, změna místa vysílání, změna polarizace

• Potřeba zařazení set top boxu před každý televizor bývá nepříjemným překvapením

• Větší spotřeba elektrické energie v objektu není zanedbatelná ( 10-30W na jeden set top box )

Ekonomická stránka rekonstrukce společných antén

• Náklady výrazně ovlivňují: - rok dokončení stavby, zvolená alternativa digitalizace,

investice do zařízení po dobu užívání, systém revizí, neodborné zásahy ze strany uživatelů

• Položky orientačně: - výměna účastnických zásuvek a kabelů náklady mezi 1000-2000 Kč na jeden byt - doplnění hlavní stanice zesilovači pro UHF kanály náklady do 20 000 Kč - dodávka a instalace nových antén náklady do 5 000 Kč

S digitalizací si poradíte i bez společné antény

Děkuji za pozornost

Prostor pro diskusi