CATV 수신대책(원거리)
가. 개요
1. 수신상의 문제점
CATV 시설을 설치하는 경우는 방송파의 수신점에서 수신화상의
양부가 가장 중요한 문제이다.
충분한 수신화상을 얻기 위해서는 수신점의
선정, 안테나의 선택 및 여러 가지 수신장해에 대한 개선책을 충분히 검토해야
한다. 일정한 곳에 수신점을 선정하고 후에 수신점을 이동하고 시설을 대폭 변경하는
경우가 발생하기 때문이다.
현재 시가지에 설치된 CATV시설에서는 고층건물의
반사파로 인한 ghost 장해가 발생하며 방송파의 송신안테나에서 원거리에 있는
CATV 시설에서는 해상 및 산을 넘어 도달하는 回折波(회절파)를 수신하는 경우가
많아 저전계의 문제 및 Fading, Beat, 혼신, Ghost, 잡음 등이 발생하여 수신장해에
대한 대책이 필요하고 있다. 방송파 수신상의 문제로서 송신안테나에 가까운
거리에 있는 근거리 수신의 경우와 원거리 수신(벽지 공청시설포함)의 경우로
대별해서 그 대책을 설명한다.
나. 원거리 수신상의 문제점 및 대책
1. 문제점
1-1. 수신전계강도
방송파의 송신안테나가 일반적으로 가시거리밖에 있는
경우가 많으므로 우선 양호한 수신점을 조사해서 충분한 수신전계강도를 확보할
수 있는 지점을 선택해야 한다. 또한 필요한 수신레밸을 얻기 위해 고이득 수신안테나를
사용하고 잡음지수가 뛰어난 수신증폭기를 사용하는 등 대책을 고려하여야 한다.
1-2. 수신전계의 안정도
원거리수신의 경우에는 수신전계가 시간적으로 변동하는
요소가 많으므로 그 레벨변동을 고려해서 수신레벨을 검토하여야 한다.
1-3. beat 및 잡음
희망하는 전파의 수신전계가 낮을 때에는 약한 방해파도
beat의 원이이 되는 경우가 많으므로 그 대책이 문제가 된다.
1-4. ghost
양호한 수신화상을 얻기 위해서는 지형,지물의 반사파에서
발생하는 ghost 장해를 제거하여야 한다.
2. 대책
2-1. 원거리 수신점 선정
수신점을 선정하기 위해서는 희망파의 전계강도 및 안정도,방해파,잡음의
상황,수신점의 입지조건의 면에서 검토하여야 한다.
2-1-1. 희망파, 전계강도 및 안정도
1) 전계강도
희망파의 수신전계강도에 요구되는 명확한 기준이 있는
것은 아니나 안테나 출력레벨에서는 VHF에서는 50dBμ, UHF는 54dBμ(종단시
영상선두치) 이상을 용이하게 얻을 수 있어야 한다. 8소자 수신안테나, 피더
10m(7c-2V)를 상정하여 상기의 값에 대응하는 전계강도의 표준치를 구하면 VHF
50dB, UHF 70dB가 되어야 한다. 또한 수신전계는 장소에 따라 크게 변화하지
않아야 한다.
2) 전계안정도
수신점을 현지조사하여 전계변동폭을 추정하고 전계저하시
1)의 전계강도에서 10dB이상 저하하지 않아야 한다. 현지조사결과 영상신호와
음성신호의 레벨차가 극히 큰 수신점은 수신전계 안정도가 나쁘므로 한층 검토가
요구된다.
2-1-2. 방해파와 잡음의 상황
동일채널파, 인접채널파, ghost, 고주파기기의 不要防射
또는 외래잡음의 장해가 되어서는 안된다. 장해가 일어날 때에는 안테나로 대책을
강구하여야 한다.
2-1-3. 입지조건
수신점을 선정할 때에는 입지조건도 검토할 것이 요구된다.
2-2. 低전계대책
전기한 안테나의 출력을 얻기 위해서는 통상 2기 이상의
다기 합성안테나 또는 특히 고이득 안테나를 사용하며 레벨이 부족한 경우는
저잡음이 전치증폭기(안테나 출력과 수신증폭기입력 사이에 들어가는 증폭기로서
head-end의 일부로 그 중간에 들어가는 경우도 있다. 보통 독립된 유니트로 고려되며
저잡음 증폭기라 한다)를 사용 CN 비를 개선한다.
2-2-1. 高이득 안테나
저전계 대책으로 사용하는 안테나는 일반적으로 15dB
이상의 것이 요구되고 지역에 따라서는 더 높은 것을 요구할 때가 있다. 높은
이득을 얻기 위해 현재 사용하고 있는 대표적인 것은 야기 안테나(VHF 및 UHF帶)
및 parabola(UHF帶) 안테나가 있다.
1) 채널전용 야기안테나 사용
10소자 이상의
다소자형에 있어서는 소자수의 증가로 이득의 증가를 높게 기대하기는 어렵다.
따라서 12소자형은 12.5dB정도(케이블손실 불포함) 고려된다. 또 12.5dB 이상의
이득이 요구될 때에는 다기합성의 구성에 의한다.
이 경우 접속 케이블은
CATV 시설의 말단화질의 영향도 고려해서 시설의 총합잡음지수를 다소 감소시키기
위해 저 손실케이블을 사용하여야 한다.
2) 다기 합성에 의한 구성
접속케이블 및
혼합기에 의한 손실이고 이득의 증가는 2기의 경우 2~2.5dB, 4기의 경우 4~5dB
정도이다. 따라서 채널 전용 12소자 안테나를 2기 합성하는 경우 혼합기 및 수신증폭기(또는
head-end) 사이의 케이블손실을 0.5dB라 가정하면 총합이득은 14~14.5dB(4기
합성의 경우 15.5~17dB)가 된다.
이상은 전계의 균일분포를 전제로 한 것이고
원거리 수신의 경우는 그 수치를 얻는데는 한계가 있다. 이것은 傳搬路의 조건,
근방의 반사파 등에 의해 수신전계의 불균일 분포도 고려되어야 한다.
일반적으로
전계가 불균일한 분포의 경우 다기합성으로서도 계산치 정도의 이득을 얻기는
어렵다.
한편 單基고이득 안테나, 예로 parabola 안테나 등과
같이 개구면이 큰 안테나에도 전계의 불균일분포하에서 이득은 일반적으로 설계이득보다
낮게 되므로 이점도 고려하지 하여야 한다.
大開口面의 안테나는 광대한 용지가 필요하면 건설비가
커져 VHF대에서 실용은 드물다. 따라서 일반적인 전계분포의 경우 VHF대 안테나에
의한 저전계 대책은 다기합성 안테나로 실시한다.
구체적으로는 전계의 high
pattern 및 slide pattern에 기초를 두어 假 안테나에 의한 수평 또는 수직 ?은
그것을 조합하여 시험하고 현지의 실제조건에 적합하게 하고 총합이득을 높이도록
구성되어야 한다.
2-2-2. 低 잡음 증폭기
원거리에서는 전계의 변동이 있으므로 안테나로 최종치
출력을 얻을 수 없을 때에는 저 잡음 증폭기를 안테나 출력계에 접속하면 CN비가
개선된다.
"예"로서 잡음지수 4dB의 저잡음증폭기(이득 10dB이상)를
안테나 출력 및 수신증폭기(잡음지수를 1-dB라 가정) 사이에 사용하면 CN比를
약 6dB정도 개선할 수 있다. 저 잡음증폭기는 잡음지수가 수dB이하로 설계되는데
보통 20dB 정도 이득의 것이 많다.
최근 CATV 시설의 대형화와 함께 많은
시설에서 활용되고 있다. 표4.5는 저 잡음증폭기의 사양 규격을 표시한 "예"이다.
2-3. Fading 대책
1) 2基 합성안테나
일반적으로 CATV시설의
수신시설은 수신증폭기(또는 head end)에 AGC(자동이득제어)를 설치하여 ± 15dB정도의
fading에 대한 대처가 되어있다. 수신신호는 직접파 및 각종 반사파등의 Factor
화도 고려되어 있다. 반사물체의 반사율, 대기??율의 시간적 변동 및 지상에
대해서 기상조건의 변화 등에 의해 fading 현상이 발생한다. 따라서 안정한 수신을
하기 위해서는 직접파에 대한 지물,기상의 영향을 유발하는 지점을 선정하고
또 반사파에 대하여 충분히 차폐하는 경우도 필요하다.
海上傳搬波의 경우 최대한 반사를 예상할 수 있는 해면에서는
해수의 간만에 의해 수신전계가 크게 변동하고 영상반송파와 음성반송파에 대한
선택성 fading으로 상대 레벨차가 반전하는 경우도 있고 상기 AGC의 제어범위를
이탈할 때도 있다. 수직 2기 합성안테나는 해상전반파에 대해서도 상기 문제의
경감이 가능하다.
그림 4.12는 지형을 이용한 해상전반파에 대한 Fading
대책을 나타낸 것이다.
2-3. Beat 및 잡음대책
1) 2基합성안테나
비이트 혼신은 동일 채널의 방해주파수에 의한 것과 인접
채널의 방해주파수에 의한 것으로 대별된다. 2기합성안테나의 안테나간격 d(m)는
인접채널의 혼신 중 통상 상측 인접파의 경우는 영상반송파의 파장을 또 하측인접파의
경우는 음성반송파의 파장을 각각 사용해서 산출된다. 보통 잡음에 대해서는
피방해 채널의 중심 주파수에 상응하는 파장을 사용한다.
2基합성은 구조적으로
희망파에 대해서는 同相으로 혼합(A1,A2의 양출력은 동상에서, 같은 길이의 케이블로
혼합기에 도입)하고 방해파에 대해서는 역상(路長波가 λ/2)이 되도록 한다.
그러므로 방해파의 통로장파가 λ/2의 기수배가되는 간격이면 충분하다.
지형에 의해서 그림 4.13(a)와 같은 배열이 아닐 때에는 그림 4.13(b)와 같은
방법에 의해 같은 효과를 얻을 수 있다. 이 경우 θ,d1 및 d2의 관계에서 식
4.1의 조건을 만족하면 된다.
비이트혼신 및 인공잡음의 장해는 2기합성안테나에 의해
10~15dB(DU比) 정도 개선된다.
수직면에 포함된 수평이외 방향의 방해파("예"
수신점이 산인 경우 그의 산 방향에 의한 잡음 등)는 수직2기 합성이 유효하다.
2기합성안테나에서는 A1,A2 안테나의 접속케이블 길이 및 안테나의 위치관계를
합의 조합시킨 것도 가능하므로 실제적인 구성은 다야하며 수평2基 합성에서는
희망파도래방향(θ=0度) 및 역방향(θ=180度)의 방해파에 대해 효과가
있다.
일반적으로 방향은 ±20度 이외의 것이 널리 사용되고 있다
2) 고 지향성 안테나
parabola 안테나 등과 같은 고지향성 안테나는 반치폭이
적으므로 정방향 ±10度에서는 상당한 개선이 되고 또 안테나는 반사면을
갖고 있어 전후비도 높고 후방의 방해파에 대해서도 효과가 크다.
CATV시설에서는
parabola 안테나는 UHF帶에서 사용되고 저전계 대책에서 사용된다. 또 beat 혼신
및 인공잡음등의 경감에도 우수한 성능의 안테나이다.
3) 차폐망
희망파의 전계가 충분한 경우는 일반적으로 야기안테나로
방해파 차단이 비교적 용이하다.
한편 경제적 면에서는 VHF帶는 8소자 야기
안테나 1기를 수평면에서 차폐하는 것으로 한번 4파장 이상의 차폐망이 필요하다.
이 경우 10dB정도 효과가 있다.
각기 합성안테나의 경우는 대형의 것이 필요하고
또 강설지역에서는 풍압하중의 증가 등에 대한 강도상의 배려도 요구된다.
4) Filter와 인접파 Trap
인접 채널에 의한 장해는 원거리 수신의 경우 지방국
또는 고전력국에 의한 경우가 많다. 이런 경우 안테나 대책으로는 충분한 DU比를
얻을 수 있으나 filter 또는 인접국 trap이 필요할 경우가 있다.
filter는
low pass filter, high pass filter 또는 이것을 조합한 다소자형이 있다. 인접파
trap은 흡수형 간이구조로 소형이고 경량이며 low ch용, high ch용의 2가지가
있다.
표4.6은
filter 및 trap의 성능을 나타낸다. filter 또는 trap에 의해 보통 20~30dB정도의
DU比가 개선된다. 또 그 이상이 요구될 때에는 복수로 사용한다.
다. 수신개선대책의 구체적인 예(일본의 경우)
1. 저전계대책
2. Fading 대책
- 수신상황
00도는 지리적인 요인에 의해 @@국을 수신하는
이외의 방법은 없다. 그의 전달로도 약 158km이고 한편 가시거리내의 해상이다.
따라서 큰 수신전계의 변동이 예상되므로 예비조사를 봄부터 가을까지 5회정도
실시했다.
조사방법은 안테나를 그림 4.16과 같이 설치해서 A1, A2, A3의
3基 안테나로 수신레벨을 연속 기록하고 각각의 안테나 수신레벨의 상관관계를
조사한결과 A1과 A2가 역 상관의 관계( r1= -0.516)에 있어 A1,A2 안테나를 채용했다.
- 수신상황
수신예정점과 희망국 ch35와의 위치관례는
그림 4.17과 같다.
00內海의 湖의 간만의 차는 4m이고 해상에서 반사파의
위상이 시간과 함께 변동하고 수신전계의 대폭적인 변동이 발생하며 심한 경우는
영상반송파레벨이 30dB로 저하한다. 희망국과 50度의 방향에서 동일채널의 방해파가
관측되고 있다.
- 수신안테나의 구성
해면에서 반사파를 제거하기
위해 수직 2기 합성안테나를 채용한다.
안테나의 간격 d는 다음 식으로 구해지는데
n=1을 취하면 H=4.56이다.
방해파는 상기의 수직합성된 안테나를 수평 2기합성해서 제거한다.
그 간격은 (4.3)식에 의해 n=2라면 d= 0.95m가 된다.
실제의 수신안테나의
구성은 90度 corner 안테나 4기를 수평과 수직으로 합성하여 수신전계변동을
수 dB로 억제한다.
3. 인공잡음 대책
- 수신상황
신간선의 잡음대책용 공동수신설비의 수신안테나는
대책集落 근처에 잡음영향이 적고 양호한 화상을 얻기 위한 장소에 설치하는
것이 요망되나 본"예"와 같이 용지확보등의 문제에서 잡음레벨이 높은
지점을 수신점으로 하지 않으면 안되는 경우는 조합시킨 안테나로 잡음을 어느
정도 제거하여야 한다.
본"예"의 수신점은 신간선에 대해 지각방향에
75m 떨어진 水田가운데 있고 잡음은 신간선에 대해서 거의 직각방향이 가장 강하고
ch1 및 ch3 만 장해를 유발한다.
- 수신안테나의 구성
low채널용의 8소자 야기안테나
2기를 그림 4.18과 같이 배열해서 희망하는 同相, 잡음파는 逆相이 되도록 조정함에
의해 잡음파를 억제한다.
대책 후 100㎒의 잡음레벨(quasi peak dB)는 17~26dBμ
희망파의 영상반송레벨은 ch1이 73dB, ch3이 70dB이다. 잡음장해는 거의 나타나지
않았다.
◆ 잡음레벨은 電測計의 통과대역폭 80㎑, 준선두치계의 검파시정수를
충전 1㎳, 방전 60㎳에 seting해서 측정한다.
4. 직접파 장해대책
4-1. 가입자의 공급신호레벨
옥내 전계강도에 따라서 CATV시설의 공급신호레벨을 높이는
것이 유효한 대책이다. 일반적으로 강전계지역의 CATV시설에서는 가입자의 공급신호레벨을
높은 값으로 설정해서 설계한다. 그러기 위해서는 분기증폭기의 고출력와, 저손실
동축케이블의 사용 또는 1분기증폭기당 분배수를 줄이고 증폭기의 대수를 늘리는
등의 조치가 필요하다.
4-2. 채널변환
미국에서 사용하고 있는 방법으로 채널을 변환해서 空채널로
전송하는 방법이다. 이 방법은 직접파장해는 거의 없어지나 필요한 공 채널수(자주방송을
실시하는 경우에는 그 채널포함)를 확보하는 것.
채널변환기가 필요하고
가입자가 채널버호에 대한 image의 배려문제가 있다.
4-3. 전송로의 차폐
CATV시설의 가입자단자까지의 부분은 차폐가 충분한 재료를
사용하여야 한다.
- 동축케이블의 외부도체의 구조가 알미늄시이즈 및
알미늄테이프시이즈 등과 같은 차폐가 좋은 케이블을 사용한다.
- 선로증폭기 및 분기기 몸체는 알루미늄 다이케스틴
구조 등으로 차폐가 충분한 구조라야 하고 몸체의 덮개와 본체와의 접촉이
양호해야 한다.
- 선로증폭에서 전원공급기 등에 의해 급전할 때에는
전원측에 유기하는 고주파전력이 CATV시설의 전송로에 유입하지 않도록 차폐특성이
양호한 filter를 사용한다.
4-4. 가입자의 옥내설비의 차폐
CATV 가입자 수신기입력까지의 시설에서 가장 많은 문제가
있는 것이 가입자 종단이후의 옥내설비이다. 사용되는 기재를 중심으로 차폐대책을
보면 다음과 같다.
- 동축케이블
알루미늄테이프케이블 및 2중편조
시일드 케이블 등의 차폐가 충분한 케이블을 사용한다.
- 콘넥터
인입용 콘넥터는 도시의 번화가 및 해안지대등에서
금속의 부식에 의해 접촉불량이 발생하는 경우가 있으므로 부식에 적합한
규격품을 사용한다.
- 가입자보안기
보안기의 구조로는 인입케이블의
외부도체에 직접파가 유기되어 TV수신기까지 들어와 직접파장해를 일으키는
경우가 있으므로 강전계지역에서는 보안기의 선정도 중요한 문제가 된다.
- 옥내 분배,분기용기기
옥내분기,분배용기기를
사용하는 공청설비는 중,고층의 아파트에 장해가 일어나기 쉬우므로 차폐가
양호한 것을 사용하여야 한다. TV 수신기의 출력단자에는 임피던스 300Ω의
노출형이 쓰이나 직접파장해를 일으키는 경우가 많으므로 F형 콘넥터와 직렬유니트를
사용한다.
- 정합기
75Ω 對 300Ω의 정합기는 CATV용으로
차폐가 양호한 것을 사용하여야 하며, 출력측의 리이드선은 짧게 한다.
5. 인접채널장해와 방지대책
5-1. 인접채널장해의 발생원인
- 상위 채널의 영상신호가 하위 채널의 영상신호에
방해를 주고 混變調(혼변조)에 의한 window wiper 장해가 발생한다.
- 하위 채널의 음성신호반송파가 상위측 채널의 영상신호에
방해를 주고 1.5㎒의 beat장해가 화면에 발생한다. 이러한 장해의 발생요인으로는
양 채널의 각 반송파간의 레벨차와 수신기의 선택도 특성 때문이다.
- CATV에서의 신호레벨차
인접하는 채널의 兩영상반송파간의
레벨차는 ±3dB 이하이어야 하며 하위측 채널의 음성반송파는 그 채널의
영상반송파레벨이 -9 ~ -14dB의 범위에서 억제되어야 한다.
5-2. 인접채널장해의 방지대책
인접채널 장해발생방지를 위한 CATV 시설측 대책으로는
인접채널간의 레벨차를 어떤 일정한 관계內에서 설정해서 유지하는 것이다. 그러므로
시설에 사용되는 경우는 다음에 유의하여야 한다.
- Head-end
수신된 방송파 채널간의 레벨차와
동일채널內의 영상, 음성반송파의 레벨차는 전파의 전달특성에 의해 크게
변화하는 경우가 있다. 인접채널과의 안정한 레벨관계를 얻기 위해 수신출력레벨은
AGC등에 의해 충분히 안정화를 도모할 필요가 있다. 또 영상신호와 음성신호의
레벨간의 일정한 레벨차를 설정하기 위해 영상신호와 음성신호를 분리하고
각각의 레벨차를 조정하는 등 목적에 적합한 처리장치를 채용할 배려가 필요하다.
- 전송기
인접채널 장해와 발생은 전송로에 사용하는
중계증폭기의 특성과도 밀접한 관계가 있다. 양호한 성능을 가진 광대역
증폭기는 증폭기의 주파수 특성이 특히 문제가 있지 않고 중계단수가 증가해서
개개의 증폭기에 약간 존재하는 주파수 특성의 편차가 누적해서 이득 주파수
특성이 크게 파급되는 경우가 있다.
또한, 전송선로의 VSWR가 나쁜 경우에도
같은 문제가 있다. 축적된 주파수편차 특성을 가진 것의 사용을 피하고
전송로에서 반사성분의 발생을 억제하는 것과 전송로가 장거리에 미치는
경우 殘差等化器등을 사용하여 레벨의 주파수 특성을 같게 하는 등 인접채널의
레벨차를 적게 하여야 한다. 또 전송로의 특성은 주위의 온도변화에 영향이
있으므로 긴 구간을 전송하면 동작기준레벨이 어긋나 장해를 일으키는 원인이
되므로 AGC방식을 채용하여 레벨안정화를 기하여야 한다.
- 옥내설비
옥내설비기기의 대다수가 건물내의
공용안테나 수신을 전제로 해서 제조되고 있으므로 CATV설비에 접속해서
사용할 때에는 그 성능을 충분히 검토해서 사용할 것이 요망된다.
