受信システム計算事例集 一般社団法人電子情報技術産業協会 (JEITA) 受信システム事業委員会受信システム調査普及専門委員会 第. 版 202 年 3 月
目次 () 受信アンテナの出力電圧 (dbμ V) の計算 - 電界強度とアンテナ出力レベルの関係 -2 電界強度とアンテナ出力 ( 地上デジタル放送 ) -3 衛星放送 -EIRP とアンテナ出力 コンバータ出力 (45cm) -4 衛星放送 -EIRP とアンテナ出力 コンバータ出力 (75cm) -5 衛星放送 - 受信電力束密度の計算 -6 衛星放送 - 受信電力束密度とアンテナ出力 コンバータ出力 (45cm) -7 EIRP と C/N の関係 -8 雑音指数 (NF) と C/N の関係 -9 アンテナ性能指数 G/T -0 G/T と C/N の関係 - 衛星放送の参考 EIRP 2 受信アンテナに要求される最低レベルとマージンの関係 2- 地上デジタル放送 ( 受信機の要求性能 ) 2-2 衛星放送 ( 受信機の要求性能と降雨減衰 ) 3 受信システムの性能計算 3- 受信システムのレベル計算 3-2 ケーブル損失の計算 3-3 分配器の損失と出力レベル計算 3-4 分岐器の損失と出力レベル計算 3-5 システムのレベル計算 ( ホーム用 5 分配システム計算例 ) 3-6 システムのレベル計算 2 ( ビル共同受信システム 5 階計算例 ) 3-7 システムの CN 比計算 2345 4 ブースタの縦続接続 4- ブースタ縦続接続時の運用レベル調整方法 4-2 ブースタ縦続接続の運用レベル調整 4-3 ブースタ縦続接続時の総合 IM3 の算出 4-4 ブースタ縦続接続時の運用レベル参考表 2
目次 (2) 5 熱雑音 6 電力から電圧への換算式 7 各種資料編 7- ハイトパターンとは 7-2 送信電力と距離と電界強度 7-3 UHF チャンネルのアンテナ実効長 7-4 リターンロスと VSWR 7-5 BS 放送周波数一覧 7-6 0 CS 放送周波数一覧 7-7 同軸ケーブル減衰量 ( 参考値 ) 7-8 20 年以降の BS デジタル放送予定 3
受信アンテナの出力電圧 (dbμ V) の計算 - 電界強度とアンテナ出力レベルの関係 -2 電界強度とアンテナ出力 ( 地上デジタル放送 ) -3 衛星放送 -EIRP とアンテナ出力 コンバータ出力 (45cm) -4 衛星放送 -EIRP とアンテナ出力 コンバータ出力 (75cm) -5 衛星放送 - 受信電力束密度の計算 -6 衛星放送 - 受信電力束密度とアンテナ出力 コンバータ出力 (45cm) -7 EIRP と C/N の関係 -8 雑音指数 (NF) と C/N の関係 -9 アンテナ性能指数 G/T -0 G/T と C/N の関係 - 衛星放送の参考 EIRP 4
- 電界強度とアンテナ出力レベルの関係 ( 地上デジタル放送 ) 電界強度 E(dBμ V/m) とアンテナ出力レベル V(dBμ V) の関係は 次の式で示される V=E+G+He-L-6 (dbμv) He=20log(λ /π ) (db) λ =300/f (m) f: 周波数 (MHz) V: アンテナ出力 (dbμ V) E: 電界強度 (dbμ V/m) G: アンテナ利得 (db) He: アンテナ実効長 (db) L: ケーブル損失 (db) 6: 開放値から終端値への換算 計算例 電界強度 60dBμ V/m のところに 4 素子アンテナを設置し 測定ケーブル 0m の出力を ch3 と ch52 で計算する チャンネル 電界強度 E(dBμ V/m) アンテナ利得 G(dB) アンテナ実効長 He(dB) ケーブル損失 L(dB) 終端開放の換算 (db) アンテナ出力 (dbμ V) 3 60 6.8 3.9.5 6 45.4 52 60 0.5 7.4.8 6 45.3 デジタルレベルチェッカー 電界強度 E ケーブル損失 L 5
-2 電界強度とアンテナ出力 ( 地上デジタル放送 ) V=E+G+He-L-6 (dbμ V) (4 素子のアンテナを使用したとき ) 強電界地域 中電界地域 放送区域の端 放送区域外 電界強度の目安 E(dBμ V/m) 80 70 60 55 チャンネル 3 52 3 52 3 52 3 52 実効長 He(dB) -3.9-7.4-3.9-7.4-3.9-7.4-3.9-7.4 開放値 終端値 (db) 6 6 6 6 6 6 6 6 ケーブル損失 L(dB) (S-5C-FB 0m 使用 ).5.8.5.8.5.8.5.8 4 素子アンテナの利得 G (db) 6.8 0.5 6.8 0.5 6.8 0.5 6.8 0.5 4 素子アンテナの出力 V(dBμ V) 65.4 65.3 55.4 55.3 45.4 45.3 40.4 40.3 6
-3 衛星放送 --EIRP とアンテナ出力 コンバータ出力 (45cm) EIRP(Equivalent Isotropic ally Radiated Power) とアンテナ出力レベルの関係は 次の式で示される C=EIRP (λ /4π d) 2 (π D/λ ) 2 η R 東京で 45cm アンテナで受信したときの出力レベル ( 晴天時 ) アンテナの出力レベル C =EIRP+Ls+Gr =59.5(dBW)-205.8(dB)+34(dB) =-2.3(dBW) mw に換算すると =-82.3(dBmW) 電圧に換算すると =-82.3+ 08.8 =26.5(dBμ V) 2 コンバータの出力レベル V= アンテナ出力レベル + コンバータ利得 =26.5+53±5 = 79.5±5 自由空間伝搬損失 (Ls) = 74.5~84.5(dBμ V) アンテナ利得 (Gr) 45cm アンテナの緒元 アンテナ利得 =34dB (2.25GHz η=0.75 ) コンバーター利得 =53±5dB 衛星から東京までの自由空間伝搬損失 Ls=0log(λ /4π d) 2 =0log(λ ) 2-0log( 4π d) 2 = 20logc-20logf-20log(4π )-20logd = 69.542-20.762-2.98-5.579 =-205.8(dB) C : アンテナ出力レベル EIRP: 等価等方放射電力 ( 東京のEIRP=59.5dBW) d : 衛星までの距離 ( 東京から衛星までの距離 37,930Km) D : アンテナ実効開口径 η : アンテナ開口効率 (η =75%) Ls : 自由空間伝搬損失 λ : 波長 =c/f f : 周波数 =2.25GHz=2.25 0 9 (Hz) C : 光速 =3 0 8 (m/sec) Gr : アンテナ利得 V : コンバータ出力レベル R : 降雨減衰量 7
-4 衛星放送 EIRP とアンテナ出力 コンバータ出力 (75cm) 東京で 75cm アンテナで受信したときの出力レベル ( 晴天時 ) アンテナの出力レベル C=EIRP+Ls+Gr =59.5(dBW)-205.8(dB)+37.4(dB) =-08.9(dBW) mw に換算すると =-78.9(dBmW) 電圧に換算すると =-78.9+08.8 =29.9(dBμ V) コンバータの出力レベル V= アンテナ出力レベル + コンバータ利得 =29.9+52±4 = 8.9±4(dBμ V) =77.9~85.9(dBμ V) 75cm アンテナの緒元 アンテナ利得 =37.4dB (2.25GHz η=0.6 ) コンバータ利得 =52±4dB 衛星から東京までの自由空間伝搬損失 Ls=0log(λ /4π d) 2 =0log(λ ) 2-0log( 4π d) 2 = 20logc-20logf-20log(4π )-20logd = 69.542-20.762-2.98-5.579 =-205.8(dB) C : アンテナ出力レベル EIRP: 等価等方放射電力 ( 東京のEIRP=59.5dBW) d : 衛星までの距離 ( 東京から衛星までの距離 37,930Km) D : アンテナ実効開口径 η : アンテナ開口効率 (η =60%) Ls : 自由空間伝搬損失 λ : 波長 =c/f f : 周波数 =2.25GHz=2.25 0 9 (Hz) C : 光速 =3 0 8 (m/sec) Gr : アンテナ利得 V : コンバータ出力レベル 8
-5 衛星放送 ---- 受信電力束密度の計算 受信電力束密度 (PFD) は, 次の式で示される PFD=EIRP/4π d 2 衛星の等価等方放射電力 [EIRP] の計算 EIRP=P T + Gt +Lf+Lp =20.8+4.2-2.0-0.5=59.5 (dbw ) 2 衛星から受信点を半径とする球面の表面積 0log(4π d2)=0log [4 3.4 (37930 0 3 ) 2 ] =62.57 62.6(dB) 3 東京における受信電力束密度 (PFD) PFD=EIRP- 0log(4π d2 ) =59.5-62.6=-03. (dbw/m 2 ) mw に換算すると EIRP: 等価等方放射電力 P T :BSAT-3b の送信出力は 20W 20W を db 表示すると 0log20=20.79 20.8(dB) Gt: 衛星の送信アンテナの利得 [4.2(dB)] Lf: フィーダー損失 [ 2.0(dB)] Lp: ポインティング損失 [ 0.5(dB)] d: 衛星までの距離 (m) ( 東京から衛星までの距離 37,930Km) =-03.+30=-73.(dBmW/m 2 ) 9
-6 衛星放送 受信電力束密度とアンテナ出力, コンバータ出力 (45cm) PFD から求める衛星アンテナの出力レベルは, 次の式で示される 東京で 45cm アンテナで受信したときの出力レベル ( 晴天時 ) アンテナの実効開口面積 A 0 を計算する A π D C PFD 4 0 π D =0log 4 2 2 η η R C: アンテナ出力レベル D: アンテナの直径 (45cm) η : アンテナ開口効率 (η =75%) R: 降雨減衰量 V: コンバータ出力レベルコンバータ利得 :53±5dB =0logπ +20logD-0log4+0logη =4.97-6.94-6.02-.25=-9.24-9.2 ( db/m 2 ) 2 アンテナの出力レベル C= 受信電力束密度 (PFD)+ 実効開口面積 (A 0 ) =-73.-9.2=-82.3(dBmW) 電圧に換算すると =- 82.3+08.8=26.5(dBμ V) 3 コンバータの出力レベル V= アンテナ出力レベル + コンバータ利得 =26.5+53±5 = 74.5~84.5(dBμ V) 0
-7 EIRP と C/N の関係 EIRP から求める受信 CN 比は, 次の式で示される C/N = = アンテナ出力レベル 受信アンテナ熱雑音 東京で 45cm アンテナで受信した場合の CN 比 ( 晴天時 ) コンバータ雑音指数.2dB の場合 C/N (db) =EIRP+Ls+R+α +β +Gr-0logKB[0 α /0 Ta+(-0 α /0 )T 0 +(0 F/0 -)T 0 ] =EIRP+Ls+Gr-0logKB( 60+0+(0.2/0 -) 290) =59.5-205.8+34-(-32.7) =-2.3+32.2 =9.9(dB) EIRP: 等価等方放射電力 ( 東京のEIRP=59.5dBW) Ls : 自由空間伝搬損失 (-205.8dB) F : 受信コンハ ータの雑音指数 ( 0.8~.2dB) R : 降雨減衰 (-0dB) Nu : アップリンクCN 比による受信 CN 比の劣化 (- 0dB) α : カップリング損失 ( 0dB) β : ポインテイング損失 (0dB) Gr : 受信アンテナ利得 34.0dB(45cm,2.25GHz) K : ボルツマン定数 (.38 0-23 ) B :BSの帯域幅 ( 28.9MHz) Ta : アンテナ雑音温度 [ 60(K)] To : 基準温度 [ 290(K)]
-8 雑音指数 (NF) と C/N の関係 コンバータ雑音指数 (NF) と CN 比の計算 2コンバータの雑音指数 0.8dBの場合受信アンテナの熱雑音は 0logKB(60+(0 0.8/0 -) 290)= -33.2(dBW) C/N= アンテナ出力レベル-アンテナ熱雑音 C/N=-2.3-(-33.2)=20.9dB 3コンバータの雑音指数 0.5dBの場合受信アンテナの熱雑音は 0logKB(60+(0 0.5/0 -) 290)=-34.2(dBW) C/N= アンテナ出力レベル-アンテナ熱雑音 C/N=-2.3-(-34.2)=2.9dB 2
-9 アンテナ性能指数 G/T G/T は, 次の式で示される G/T = 45cm アンテナの場合分子 = α β Gr =0log(α β Gr) =0logα +0logβ +0logGr =0+0+34.0 = 34.0( db) G/T: アンテナ性能指数 Gr : 受信アンテナ利得 0logGr=34.0dB α : カップリング損失 0logα = 0dB β : ポインテイング損失 0logβ =0dB F: コンハ ータの雑音指数 Ta: アンテナ雑音温度 [ 60(K)] To: 基準温度 [290(K)] 分母 = =0log[ ](db) コンバータの雑音指数.2dB の場合 G/T=34.0-0log[ 60+(0.2/0 -) 290] =34.0-2.8 = 2.2 (db) コンバータの雑音指数 0.8dB の場合 G/T=34.0-0log[ 60+(0 0.8/0 -) 290] =34.0-20.7 = 3.3 (db) コンバータの雑音指数 0.5dB の場合 G/T=34.0-0log[ 60+(0 0.5/0 -) 290] =34.0-9.8 = 4.2 (db) 3
-0 G/T と C/N の関係 G/T から求める受信 CN 比は, 次の式で示される EIRP Ls R Nu C/N=G/T kb 晴天時に G/T=3dB のアンテナで受信した場合の CN 比 EIRP=59.5dBW のとき C/N(dB) =G/T+EIRP+Ls+R+Nu-0log(K B) =3+59.5-205.8-0-0-0log(.38 0-23 28.9 0 6 ) =-33.3-(-54) =20.7(dB) G/T : アンテナ性能指数 EIRP: 等価等方放射電力 Ls : 自由空間伝搬損失 (-205.8dB) R : 降雨減衰 (-0dB) Nu : アップリンクCN 比による受信 CN 比の劣化 (- 0dB) k : ボルツマン定数 (.38 0-23 ) B :BSの帯域幅 ( 28.9MHz) 2EIRP=56.0dBWのとき C/N(dB) =G/T+EIRP+Ls+R+Nu-0log(K B) =3+56-205.8-0-0-0log(.38 0-23 28.9 0 6 ) =-36.8-(-54) =7.2(dB) 4
- 衛星放送の参考 EIRP 59(dBW) 58 56 54 52 50 5
2 受信アンテナに要求される最低レベルとマージンの関係 2- 地上デジタル放送 ( 受信機の要求性能 ) 2-2 衛星放送 ( 受信機の要求性能と降雨減衰 ) 6
2- 地上デジタル放送 ( 受信機の要求性能 ) 項目テレビ受信機の要求性能望ましいテレビ受信機の入力条件 地上デジタル レベル 34dBμ V 46~89dBμ V CN 比 22dB 以上 25dB 以上 BER 2 0-4 以下 フェージングマージン マルチパスマージンテレビ受信機に必要な受信レベルは テレビ受信機の要求性能 + フェージングマージン + 干渉 マルチパス =34+9+3=46(dBμ V) 以上 テレビ受信機に必要な CN 比は テレビ受信機の要求 C/N 比 + 装置化マージン ( 送信 受信 ) =22+3=25 (db) 以上 フェージングマージンサービスエリアの周辺では外気温度 地形などにより受信レベルが変動する 時間率 99% で受信できる受信レベルと受信レベルの差をフェージングマージンと言う 親局は 9dB, 第 段目以降の中継局では 4 ~5dB を見込む必要がある 干渉 マルチパスマージン他の放送局による干渉や建物等の反射波による干渉モデルを設定して数値化したもの 一般に 3dB が使われる 装置化マージン放送局の送信機による CN 劣化とテレビ受信機による CN 劣化を合わせて装置化マージンと呼ぶ 7
2-2 衛星放送 ( 受信機の要求性能と降雨減衰 ) 項目望ましいテレビ受信機の入力条件 レベル 50~8dBμ V 衛星放送 CN 比 7dB 以上 (CS は db 2 以上 ) BER 2 0-4 以下 降雨減衰 降雨減衰は 最も降雨量の多い月の降雨減衰量の時間累積である 降雨減衰量は地域により異なる 衛星回線の設計には時間率 % の降雨減衰量を2dBとする事が多い ( 関東 ) ARIB 標準規格デジタル放送用受信装置 STD-B2( 妨害排除能力を考慮 ) 2 ARIB 標準規格デジタル放送用受信装置 STD-B2( 白色雑音のみ ) 8
3 受信システムの性能計算 3- 受信システムのレベル計算 3-2 ケーブル損失の計算 3-3 分配器の損失と出力レベル計算 3-4 分岐器の損失と出力レベル計算 3-5 システムのレベル計算 ( ホーム用 5 分配システム計算例 ) 3-6 システムのレベル計算 2( ビル共同受信システム 5 階計算例 ) 3-7 システムの CN 比計算 2345 9
3- 受信システムのレベル計算 受信システムの信号レベルは 次の式で示される 信号到達レベル = アンテナ出力または前段ブースタ出力レベル - ケーブル損失 - 分岐器 分配器等の機器損失 ケーブル損失使用する同軸ケーブルの標準減衰量 [db/km] を 実際のケーブル長に換算して求める 任意の周波数のおおよその減衰量は 既知の周波数及び減衰量から次の近似式で求められる 参考 X ( D A) (C B) ((DC) ( B A) F) 減衰量 [db] A : 既知の周波数その [MHz] B : 既知の周波数その2 [MHz] C : 周波数そのでの減衰量 [db] D : 周波数その2での減衰量 [db] D X C F : 減衰量を求める周波数 [MHz] A F B 周波数 [MHz] 20
3-2 ケーブル損失の計算 例 ) S-7C-FB (50m) の 250MHz での損失は標準減衰量 周波数 [MHz] 470 770 000 489 250 2602( 参考 ) S-5C-FB ケーブル損失 [db/km] S-7C-FB ケーブル損失 [db/km] 45 92 224 285 355 (400) 05 40 64 2 265 (300) ケーブル損失 [db] = 標準減衰量 ( ケーブル長 [m]/000) = 300 ( 50/000 ) = 3.3 [db] 例 2) S-7C-FB (50m) の 70MHz での損失は ( 40 X 33.6 470) (05 770) ((40 05) ( 770 470) [db] 70) ケーブル損失 [db] = 33.6 ( 50/000 ) = 6.7 [db] 2
3-3 分配器の損失と出力レベル計算 分配器の損失 ) 分配損失 信号が入力端子からそれぞれの出力端子を通る際の減衰量 OUT 2 分配器の損失 IN 分配損失 周波数帯域 [MHz] 0~76 76~ 300 300~ 770 000~ 489 489~ 250 250~ 2602 分配損失 [db 以下 ] 4.0 3.8 4.0 4.5 5.5 6.5 2 分配器 OUT2 分配損失 例 ) 入力レベル 60dBμ V の時の U52ch (707MHz) の出力レベルは OUT 60dBμ V IN 56dBμ V 2 分配器 OUT2 56dBμ V 22
3-4 分岐器の損失と出力レベル計算 分岐器の損失 ) 挿入損失 信号が入力端子から出力端子を通る際の減衰量 2) 結合損失 信号が入力端子から分岐端子 (BR 端子 ) を通る際の減衰量 IN OUT 分岐器の損失 挿入損失 周波数帯域 [MHz] 0~76 76~ 300 300~ 770 000~ 489 489~ 250 250~ 2602 挿入損失 [db 以下 ].6.3.5 2.0 3.0 4.0 分岐器 BR 結合損失 結合損失 [db 以下 ] 2.0.0 2.0 3.0 4.0 4.5 例 ) 入力レベル 60dBμ V の時の U52ch (707MHz) の出力レベルは IN OUT 60dBμ V 58.5dBμ V 分岐器 BR 48dBμ V 23
3-5 システムのレベル計算 ( ホーム用 5 分配システム計算例 ) ホーム用 5 分配システム計算例 45 型 BS CS アンテナ 4 素子 UHF アンテナ 帯域地上デジタル BS デジタル CS デジタル 周波数 (MHz) 470 70 000 489 2072 2602 アンテナ出力 (dbμ V) 47.0 47.0 74.5 74.5 74.5 74.5 ケーブル (db) (5C)0m.5.8 2.2 2.9 3.5 4.0 ケーブル S-5C-FB(0m) 電界強度 60dBμV/m 2 ブースタ 入力 (dbμ V) 利得 (db) 45.5 45.2 72.3 7.6 7.0 70.5 30 30 20 20 20 20 2 CS BS UHF ブースタ 出力 (dbμ V) 75.5 75.2 92.3 9.6 9.0 90.5 3 ケーブル S-5C-FB(0m) 3 ケーブル (db) (5C)0m.5.8 2.2 2.9 3.5 4.0 4 5 分配 (db) 0.5 0.5.5.5 3.5 3.5 4 5 分配器 5 6 ケーブル (db) テレビ端子 (db) (5C)30m 4.4 5.5 6.7 8.6 0.4 2.0 2 端子 4.5 4.5 5.0 5.0 6.0 7.0 3~6 までの損失合計 (db) 20.9 22.3 25.4 28.0 33.4 36.5 5 ケーブル S-5C-FB(30m) テレビ端子出力 (dbμ V) 計算値 54.6 52.9 66.9 63.6 57.6 54.0 望ましい値 49 以上 54 以上 ( 晴天時 ) 6 テレビ端子 テレビ端子出力レベル ( 70MHz の場合 ) = ブースタ出力レベル - ケーブル損失 - 機器損失 = 75.2 - (.8 + 5.5 ) - ( 0.5 + 4.5 ) = 52.9 dbμ V 24
3-6 システムのレベル計算 ( ビル共同受信システム 5 階計算例 ) ビル共同受信システム 5 階計算例 75 型 BS CS アンテナ 20 素子 UHF アンテナ 帯域地上デジタル BS デジタル CS デジタル 周波数 (MHz) 470 70 000 489 2072 2602 アンテナ出力 (dbμ V) 48.2 50.0 77.9 77.9 77.9 77.9 ケーブル S-5C-FB(0m) 電界強度 60dBμV/m 2 ブースタ CS BS UF-W 型 2 ケーブル (db) ブースタ (5C)0m.5.8 2.2 2.9 3.5 4.0 入力 (dbμ V) 利得 (db) 46.7 48.2 75.7 75.0 74.4 73.9 30 30 30 30 40 40 4 4 分配器 3 ケーブル S-7C-FB(50m) 3 ケーブル (db) 出力 (dbμ V) 76.7 78.2 05.7 05.0 4.4 3.9 (7C)50m 5.3 6.7 8.2 0.5 3.0 5.0 4 4 分配 (db) 8.0 8.0 9.0 9.0 0.5.5 5 ケーブル (db) (7C)30m 3.2 4.0 4.9 6.3 7.8 9.0 3~5 までの損失合計 (db) 6.5 8.7 22. 25.8 3.3 35.5 5 ケーブル S-7C-FB(30m) 6 ブースタ (2 段目 ) 到達レベル 60.2 59.5 83.6 79.2 83. 78.4 6 ブースタ (2 段目 ) ブースタ (2 段目 ) 到達レベル ( 70MHzの場合 ) = ブースタ ( 段目 ) 出力レベル - ケーブル損失 - 機器損失 = 78.2 - ( 6.7 + 4.0 ) - 8.0 = 59.5 dbμ V 25
3-6 システムのレベル計算 2( ビル共同受信システム 5 階計算例 ) ビル共同受信システム 5 階計算例 ( 続き ) 帯域地上デジタル BS デジタル CS デジタル 周波数 (MHz) 470 70 000 489 2072 2602 入力 (dbμ V) 60.2 59.5 83.6 79.2 83. 78.4 6 ブースタ 2 段目 利得 (db) 30 30 30 30 40 40 出力 (dbμ V) 90.2 89.5 3.6 09.2 23. 8.4 7 ケーブル (db) (7C)m 0. 0. 0. 0. 0. 0.2 8 4 分岐器 6 ブースタ (2 段目 ) 7 ケーブル S-7C-FB(m) 8 4 分岐 (db)( 挿入損失 ) 4.5 4.5 5.5 5.5 6.0 7.0 9 ケーブル (db) (7C)9m 0.9.2.5.9 2.3 2.7 0 6 分配 (db).0.0 2.0 2.0 4.0 6.0 ケーブル (db) (7C)3m.4.7 2. 2.7 3.4 3.9 2 4 分配 (db) 8.0 8.0 9.0 9.0 0.5.5 3 ケーブル (db) (5C)2m.7 2.2 2.7 3.4 4.2 4.8 9 ケーブル S-7C-FB(9m) 4 テレビ端子 (db) 2 端子 4.5 4.5 5.0 5.0 6.0 7.0 7~4 までの損失合計 (db) 32. 33.2 37.9 39.6 46.5 53. テレビ端子出力 (dbμ V) 計算値 58. 56.3 75.7 69.6 76.6 65.3 望ましい値 49 以上 54 以上 ( 晴天時 ) ケーブルS-7C-FB(3m) 4 テレビ端子 0 6 分配器 2 4 分配器 3 ケーブルS-5C-FB(2m) テレビ端子出力レベル ( 70MHz の場合 ) = ブースタ (2 段目 ) 出力レベル - ケーブル損失 - 機器損失 = 89.5 - ( 0. +.2 +.7 + 2.2 ) - ( 4.5 +.0 + 8.0 + 4.5 ) = 56.3 dbμ V 26
3-7 システムの CN 比計算 () レベル計算 系統図 ( ホーム共同受信 ) 地デジアンテナ BSCSアンテナ レベル計算表 CN 比計算例で表中の計算値を使用します 地上デジタル放送 UHF (70MHz) 0 度 CS 放送 (2072MHz) 電界強度 dbμ V/m 60.0 - アンテナ利得 db 0.5-0m 0m 30m 0m 0m ブースタ 5 分配器テレビ端子分波器テレビ受像機 アンテナ実効長 db -7.4 - 開放値から終端値への換算 db -6.0 - アンテナ出力 dbμ V 47. 74.5 ケーブル (S-5C-FB) 0m db -.8-3.5 ブースタ入力 dbμ V 45.3 7.0 ブースタ利得 db 30.0 20.0 ブースタ出力 dbμ V 75.3 9.0 ケーブル (S-5C-FB) 0m db -.8-3.5 5 分配器 db -0.5-3.5 ケーブル (S-5C-FB) 30m db -5.4-0.5 テレビ端子 (2 端子 ) db -4.3-6.0 テレビ端子出力 dbμ V 53.3 57.5 ケーブル (S-5C-FB) 0m db -.8-3.5 UV BSCS 分波器 db -.5-2.5 テレビ受像機入力 dbμ V 50.0 5.5 ケーブル損失を (70MHz):.8dB/0m (2072MHz): 3.5dB/0m として計算 27
3-7 システムの CN 比計算 2 (2)- 地上デジタル放送 ( ブースタを使用している場合 ) 地デジアンテナ アンテナ出力の C/N 値 (CN) が 32.2dB の場合 ( 中継局 3 段中継後の受信に相当 ) CN = 32.2 db 0m 0m ブースタ入力レベル =45.3 dbμ V ブースタ雑音指数 NF 3 db 2 ブースタ単体でのCN 比を計算 (CN2) CN2 = ( ブースタ入力レベル )-( 熱雑音 )-( ブースタ雑音指数 :NF) = 45.3-2.3-3 = 40.0 db 3 テレビ受像機単体のCN 比を計算 (CN3) CN3 = ( テレビ入力レベル )-( 熱雑音 )-( テレビ雑音指数 :NF) = 50.0-2.3-7 = 40.7 db 4 全体の CN を計算 (CN CN2 CN3 を電力加算 ) 30m 0m テレビ端子出力レベル = 53.3 dbμ V テレビ受像機入力レベル = 50.0 dbμ V テレビ受像機雑音指数 CN 0log 0 0log 0 CN 0 32.2 0 0 0 CN2 0 40.0 0 0 0 CN3/0 40.7/0 3.0 db NF 7 db 地上デジタル放送の熱雑音 = 2.3 db 28
3-7 システムの CN 比計算 3 (2)-2 地上デジタル放送 ( ブースタを使用していない場合 ) アンテナ出力の C/N 値 (CN) が 32.2dB の場合 ( 中継局 3 段中継後の受信に相当 ) 地デジアンテナ アンテナ出力レベル =47. dbμ V CN = 32.2 db 2 テレビ受像機単体のCN 比を計算 (CN2) テレビ受像機の入力レベル = 47. -.8 = 45.3 db CN2 = ( テレビ入力レベル )-( 熱雑音 )-( テレビ雑音指数 :NF) 0m ケーブル損失 =.8 db = 45.3-2.3-7 = 36.0 db 3 全体の CN を計算 (CN CN2 を電力加算 ) テレビ受像機入力レベル = 47.-.8 = 45.3 dbμ V テレビ受像機雑音指数 NF 7 db CN 0log 0 0log 0 CN 0 32.2 0 0 0 CN2 0 36.0 0 30.7dB 地上デジタル放送の熱雑音 = 2.3 db 29
3-7 システムの CN 比計算 4 (3)- 0 度 CS 放送 ( ブースタを使用している場合 ) BSCS アンテナ アンテナ出力での 0 度 CS 放送 C/N 値 (CN) が 9.0dB の場合 CN = 9.0 db 0m 0m アンテナ出力レベル =74.5 dbμ V ブースタ入力レベル =7.0 dbμ V ブースタ雑音指数 NF 0 db 2 ブースタ単体でのCN 比を計算 (CN2) CN2 = ( ブースタ入力レベル )-( 熱雑音 )-( ブースタ雑音指数 :NF) = 7.0-9.4-0 = 5.6 db 3 テレビ受像機単体のCN 比を計算 (CN3) CN3 = ( テレビ入力レベル )-( 熱雑音 )-( テレビ雑音指数 :NF) = 5.5-9.4-8 = 34. db 4 全体の CN を計算 (CN CN2 CN3 を電力加算 ) 30m 0m テレビ端子出力レベル = 57.5 dbμ V テレビ受像機入力レベル = 5.5 dbμ V テレビ受像機雑音指数 CN 0log 0log 0 0 CN 0 9.0 0 0 0 CN2 0 5.6 0 0 0 CN3/0 34./0 8.9dB NF 8 db BS デジタル放送 0 度 CS 放送の熱雑音 = 9.4 db 30
3-7 システムの CN 比計算 5 (3)-2 0 度 CS 放送 ( ブースタを使用していない場合 ) BSCS アンテナ 0m アンテナ出力レベル =74.5 dbμ V ケーブル損失 =3.5 db アンテナ出力での0 度 CS 放送のC/N 値 (CN) が 9.0dBの場合 CN = 9.0 db 2 テレビ受像機単体のCN 比を計算 (CN2) テレビ受像機の入力レベル = 74.5-3.5 = 7.0 db CN2 = ( テレビ入力レベル )-( 熱雑音 )-( テレビ雑音指数 :NF) = 7.0-9.4-8 = 53.6 db 3 全体のCNを計算 (CN CN2を電力加算 ) テレビ受像機入力レベル = 74.5-3.5 = 7.0 dbμ V テレビ受像機雑音指数 NF 8 db CN 0log 0 0log 0 CN 0 9.0 0 0 0 CN2 0 53.6 0 9.0dB BS デジタル放送 0 度 CS 放送の熱雑音 = 9.4 db 3
4 ブースタの縦続接続 4- ブースタ縦続接続時の運用レベル調整方法 4-2 ブースタ縦続接続の運用レベル調整 4-3 ブースタ縦続接続時の総合 IM3 の算出 4-4 ブースタ縦続接続時の運用レベル参考表 32
4- ブースタ縦続接続時の運用レベル調整方法 ブースタを縦続接続する場合 歪成分が加算される為 各ブースタの出力レベルを 次の式で示すレベルまで下げて運用しなければならない 縦続接続したブースタの出力レベルを同一レベル下げて運用する場合 運用レベル (dbµv) = 定格出力 -0logM M: 縦続台数 計算例 定格出力 5dBµV のブースタと定格出力 0dBµV のブースタを 2 台縦続接続する場合 段目運用レベル (dbµv) = 5-0log2 = 5-3 = 2 22 段目運用レベル (dbµv) = 0-0log2 定格出力 : 5dBµV 定格出力 : 0dBµV = 0-3 = 07 縦続段 縦続台数 台運用レベル 2 台での運用レベル 段目 定格出力 5(dBµV) 2 段目 定格出力 0(dBµV) 3 段目 定格出力 0(dBµV) 5 - - 2 (5-3) 07 (0-3) - 3 台での運用レベル 0 (5-5) 05 (0-5) 05 (0-5) 33
4-2 ブースタ縦続接続の運用レベル調整 ブースタを縦続接続した際に それぞれの運用レベルを調整したい場合 計算例 2 段目の運用レベルを高くしたい場合 (2 段目を定格出力よりdB 下げた場合 ) 定格出力 : 0dBµV 定格出力 : 0dBµV 運用レベル : 03dBµV 運用レベル : 09dBµV IM 3 :-60dB IM 3 :-60dB IM 3 :-74dB IM 3 :-62dB 歪が加算されるため 運用レベルを調整する 2 段目を定格出力 0dBµV より db 下げた場合 運用レベルは 09dBµV となる IM 3 は 運用レベル db の変化に対して 2dB ずつ変化するため 定格時の -60 から -62dB となる 22 段目を上記レベルで運用し 総合 IM3 を -60 とするためには 前段ブースタの IM 3 を IM 3 ( 前段 )= 20log(0 IM3( 総合 )/20-0 IM3( 後段 )/20 ) = 20log(0-60/20-0 -62/20 ) = -74(dB) としなければならない 3 前段ブースタの IM 3 を -74(dB) とするための出力レベルは出力レベル ( 前段 )= 定格出力 -{ 定格出力時の IM 3 規格値 - IM 3 ( 前段 )}/2 = 0 -{-60-(-74)}/2 となる =03(dBµV) 34
4-3 ブースタ縦続接続時の総合 IM 3 の算出 総合 IM 3 の算出 IM 3 ( 総合 )= 20log(0 IM3( 前段 )/20 +0 IM3( 後段 )/20 ) 定格出力 : 0dBµV IM 3 :-60dB 定格出力 : 0dBµV IM 3 :-60dB それぞれ定格出力で運用した場合の総合 IM 3 は IM 3 ( 総合 )= 20log(0 IM3( 前段 )/20 +0 IM3( 後段 )/20 ) = 20log(0-60/20 +0-60/20 ) = -54(dB) となり 歪成分が増加する 運用レベル : 07dBµV IM 3 :-66dB 運用レベル : 07dBµV IM 3 :-66dB それぞれ定格出力から -3dB とし 同一レベルで 運用した場合の総合 IM 3 は IM 3 ( 総合 )= 20log(0 IM3( 前段 )/20 +0 IM3( 後段 )/20 ) = 20log(0-66/20 +0-66/20 ) = -60(dB) となり 定格出力で 台運用したレベルとなる 運用レベル : 03dBµV IM 3 :-74dB 運用レベル : 09dBµV IM 3 :-62dB 後段の運用レベルを高く調整した場合 IM 3 ( 総合 )= 20log(0 IM3( 前段 )/20 +0 IM3( 後段 )/20 ) = 20log(0-74/20 +0-62/20 ) = -60(dB) となり 定格出力で 台運用したレベルとなる 35
4-4 ブースタ縦続接続時の運用レベル参考表 2 台縦続接続時の運用レベル例 ( 定格出力 0dBµV のブースタの場合 ) 前段運用レベル (dbµv) 後段運用レベル (dbµv) 0 運用不可 09 03 08 05 07 07 06 07 05 08 04 08 03 09 運用不可 0 36
5 熱雑音 抵抗体の発生する熱雑音は次の式で示される 熱雑音 Ni(V) KTBR K: ボルツマン定数.38 0-23 (J/K) T: 絶対温度 290(K) B: 帯域幅地上デジタル放送 5.6(MHz) BS 0 度 CS 放送 28.86(MHz) R: 抵抗値 75(Ω) 計算例 ( 地上デジタル放送の場合 ) 熱雑音 Ni KTBR.290.3(µV) これを db で表すと.380 6 23 (V) Ni(dB) 20log.3 2.3(dB) 2905.60 6 75 帯域 熱雑音 Ni(dB) 地上デジタル放送 2.3 BS 0 度 CS 放送 9.4 37
6 電力 (dbmw) から電圧 (dbμ V) への換算式 75Ω 系の場合 0dBm (mwを基準としてdbで表示する) の場合,75Ω 抵抗でmW 消費されている この場合の抵抗の両端電圧 Eは, 下記のようになる P E R したがって,mW 時の電圧値は E PR 2 dbμ V は μ V が基準のため, E 0-3 PR 75 P: 電力 E: 電圧 R: 抵抗値 0.27386 (V) 電力 dbm 電圧 db μ V 75 [ Ω ] 20log E 20log(0.27386 0 6 ) 08.8 ( dbμv) 電圧値 電力値 db 真数 db 真数 75Ω 08.8dBμ V 0.274V 0dBmW mw 50Ω 07dBμ V 0.224V 0dBmW mw ブースタ等の入出力基準インピーダンスは 75Ω 送信機等の入出力基準インピーダンスは 50Ω となっているので インピーダンスの違いにより電力値は同じでも電圧値が異なる 38
7 各種資料編 7- ハイトパターンとは 7-2 送信電力と距離と電界強度 7-3 UHF チャンネルのアンテナ実効長 7-4 リターンロス 反射係数 VSWR との関係 7-5 BS 放送周波数一覧 7-6 0 度 CS 放送周波数一覧 7-7 同軸ケーブル減衰量 ( 参考 ) 7-8 20 年以降の BS デジタル放送予定 39
7- ハイトパターンとは p UHF 電波は アンテナの高さを変えると左図のようにアンテナ出力レベルが変化する (ch によって異なる ) これをハイトパターンと呼び 送信所の近くでは m の変化でも出力レベルが数 db 変化することがある アンテナを設置する際 場所 高さに留意 特に高さはこまめに調整する 時にはアンテナ高を下げてみる < 高さ調整で必ず改善できるか?> アンテナを高くしても 必ずしも受信レベルを確保できるとは限らない アンテナの高さ調整に併せて アンテナの設置位置などを変えながら C/N の最良地点を探す必要がある また 20 素子などの高性能 UHF アンテナを使用することにより 海面反射や大地反射の影響を軽減し 受信レベルを確保できる場合がある ハイトパターンのピッチ p は 送信点からの距離を d 送信アンテナの高さを h 受信電波の波長を λ とすると (d>>h の場合 ) p=λ d/2h で算出される 破線 : 理論値実線 : 実測値 ( 大地反射波が家屋等で乱されるため不規則な変化を示す ) 40
7-2 送信電力と距離と電界強度 自由空間電界強度 自由空間電界強度 E(V/m) は 周波数に関係なく 実効放射電力 (ERP:Effective Radiated Power) と送受信点間距離で決まる ( 電界強度の算出には 送信電力として実効放射電力を用いる ) E(V/m) 7 ここで P: 実効放射電力 (W) d: 送受信点間距離 (m) 計算例 : 実効放射電力 P=0kW 送受信点間距離 d=20km の場合の自由空間電界強度 E は デシベルに換算すると E(dB)=20log(35000)=90.9dB(μ V/m) 自由空間伝搬損失 P d P 00 E 7 7 3 d 200 3 0.035 (V/m) 電波の波長を λ 距離 d 離れた地点の伝搬損失を Γ (db) とすると Γ (db) =0log(4π d/λ ) 2 で算出される 計算例 : 放送衛星 BSAT から東京までの自由空間伝搬損失は 距離 d=37930km 周波数 2GHz とすれば 波長 λ =2.5x0-2 (m) となるので Γ =20log((4π x3.793x0 7 )/(2.5x0-2 )) =20log4π +20log(3.793x0 7 )- 20log2.5x0-2 =22+.6+40-8+40=205.6(dB) 4
7-3 アンテナ実効長 表 7. UHF チャンネルのアンテナ実効長 UHFチャンネル 中心周波数 (MHz) アンテナ実効長 (db) UHFチャンネル 中心周波数 (MHz) アンテナ実効長 (db) 3 473.429-3.90 33 593.429-5.86 4 479.429-4.0 34 599.429-5.95 5 485.429-4. 35 605.429-6.03 6 49.429-4.22 36 6.429-6.2 7 497.429-4.33 37 67.429-6.20 8 503.429-4.43 38 623.429-6.29 9 509.429-4.53 39 629.429-6.37 20 55.429-4.63 40 635.429-6.45 2 52.429-4.74 4 64.429-6.54 22 527.429-4.83 42 647.429-6.62 23 533.429-4.93 43 653.429-6.70 24 539.429-5.03 44 659.429-6.78 25 545.429-5.3 45 665.429-6.85 26 55.429-5.22 46 67.429-6.93 27 557.429-5.32 47 677.429-7.0 28 563.429-5.4 48 683.429-7.09 29 569.429-5.50 49 689.429-7.6 30 575.429-5.59 50 695.429-7.24 3 58.429-5.68 5 70.429-7.3 32 587.429-5.77 52 707.429-7.39 波長を λ (m) とすると アンテナ実効長は 20log(λ /π ) で算出される 42
7-4 リターンロス 反射係数 VSWR との関係 表 7.2 リターンロス 反射係数 VSWR 一覧表 リターンロス RL(dB)=-20logγ で算出されるので VSWR から 反射係数を計算すれば RL が求められる 反射係数と定在波比 (VSWR) 線路のインピーダンスをZ 負荷のインピーダンスをR とすると VSWR=Z/R 又はR/Z ( 但しVSWR ) =(+γ )/(-γ ) (γ : 反射係数 0 反射係数 ) また反射係数 γ = (Z-R)/(Z+R) なので分母分子を R で割れば =(VSWR-)/ (VSWR+) となる RL(dB) 反射係数 VSWR RL(dB) 反射係数 VSWR.0 0.89 7.35 6.0 0.6.38 2.0 0.79 8.7 7.0 0.4.33 3.0 0.7 5.84 8.0 0.3.29 4.0 0.63 4.4 9.0 0..25 5.0 0.56 3.57 20.0 0.0.22 6.0 0.50 3.0 2.0 0.09.20 7.0 0.45 2.6 22.0 0.08.7 8.0 0.40 2.32 23.0 0.07.5 9.0 0.35 2.0 24.0 0.06.3 0.0 0.32.92 25.0 0.06.2.0 0.28.78 26.0 0.05. 2.0 0.25.67 27.0 0.04.09 3.0 0.22.58 28.0 0.04.08 4.0 0.20.50 29.0 0.04.07 5.0 0.8.43 30.0 0.03.07 43
7-5 BS 放送周波数一覧 表 7.3 BS 放送周波数一覧 ( 拡張チャンネルを含む ) チャンネル番号 BS 周波数範囲 (GHz) 中心周波数 (GHz) BS-IF 映像周波数 ( MHz) BS-IF 中心周波数 ( MHz) BS-.7023~.74473.72748 032.23~066.73 049.48 BS-3.74859~.78309.76584 070.59~05.09 087.84 BS-5.78695~.8245.8042 08.95~43.45 26.2 BS-7.8253~.8598.84256 47.3~8.8 64.56 BS-9.86367~.8987.88092 85.67~220.7 202.92 BS-.90203~.93653.9928 224.03~258.53 24.28 BS-3.94039~.97489.95764 262.39~296.89 279.64 BS-5.97875~2.0325.996 300.75~335.25 38 BS-7 2.07~2.056 2.03436 339.~373.6 356.36 BS-9 2.05547~2.08997 2.07272 377.47~4.97 394.72 BS-2 2.09383~2.2833 2.08 45.83~450.33 433.08 BS-23 2.329~2.6669 2.4944 454.9~488.69 47.44 44
7-6 0 度 CS 放送周波数 表 7.4 CS 放送周波数一覧 ( 右旋円偏波 ) チャンネル番号 CS 周波数範囲 (GHz) 中心周波数 (GHz) CS-IF 周波数範囲 (MHz) CS-IF 中心周波数 (MHz) ND-2 2.27375~2.30825 2.29 595.75~630.25 63 ND-4 2.3375~2.34825 2.33 635.75~670.25 653 ND-6 2.35375~2.38825 2.37 675.75~70.25 693 ND-8 2.39375~2.42825 2.4 75.75~750.25 733 ND-0 2.43375~2.46825 2.45 755.75~790.25 773 ND-2 2.47375~2.50825 2.49 795.75~830.25 83 ND-4 2.5375~2.54825 2.53 835.75~870.25 853 ND-6 2.55375~2.58825 2.57 875.75~90.25 893 ND-8 2.59375~2.62825 2.6 95.75~950.25 933 ND-20 2.63375~2.66825 2.65 955.75~990.25 973 ND-22 2.67375~2.70825 2.69 995.75~2030.25 203 ND-24 2.7375~2.74825 2.73 2035.75~2070.25 2053 45
7-7 同軸ケーブル減衰量 ( 参考 ) 表 7.5 同軸ケーブルの減衰量及び抵抗値 単位 :db/km Ω /Km ケーブルの種類 S-4C-FB S-5C-FB S-7C-FB 周波数 (MHz) 90 220 470 770 300 550 770 2000 250 2600 最大値 87 39 209 275 368 407 439 472 49 55 標準値 76 20 82 239 320 354 382 40 427 478 35.7 最大値 68 09 67 22 300 335 362 39 408 460 標準値 59 95 45 92 26 29 35 340 355 400 2. 最大値 48 78 2 6 222 247 269 29 305 345 標準値 42 65 05 40 93 25 234 257 265 300 0.4 抵抗値 (Ω ) S-5C-HFL 最大値 59 93 39 82 242 266 286 306 39 355 (-SS) 標準値 5 8 2 58 20 23 249 266 277 309 6.6 S-7C-HFL 最大値 40 64 97 28 7 90 205 220 226 256 (-SS) 標準値 35 56 84 49 65 78 9 99 223 7.2 46
7-8 20 年以降の BS デジタル放送予定 (202 年 3 月現在 ) ch 3ch 3ch 5ch BS 朝日総合編成 BS-TBS 総合編成 WOWOW プライム [ 有料 ] BS Japan 総合編成 BS 日テレ総合編成 BS フジ総合編成 NHK BS NHK BS プレミアム ウエサ ーニュース 5ch 7ch 9ch ch WOWOW ライブ [ 有料 ] WOWOW シネマ [ 有料 ] スターチャンネル 2 [ 有料 ] 3 [ 有料 ] BS アニマックスアニメ [ 有料 ] ディズニー チャンネル総合娯楽 SD [ 有料 ] BS 総合編成 スターチャンネル [ 有料 ] TwellV 総合編成 FOX (Bs238) [ 有料 ] BS スカパ -! 総合娯楽 [ 有料 ] 放送大学大学教育放送 7ch 9ch 2ch 23ch 地上デジタル放送の衛星利用による暫定的な難視聴解消のための放送 SD7 番組 205 年 3 月終了 ( 予定 ) グリーンチャンネル農林水産情報 中央競馬 一部有料 ジェイ スポーツ J Sports スポーツ 有料 J Sports 2 スポーツ 有料 IMAGICA 映画 有料 ジェイ スポーツ J Sports4 スポーツ 有料 J Sports3 スポーツ 有料 BS 釣りビジョン娯楽 趣味 有料 日本映画専門チャンネル映画 有料 D-Life 総合編成 BS 放送のテレビ番組のチャンネル配列図 47