Více

Rozdíly v příjmu analogové a digitální televize

V minulém článku jsem se snažil přiblížit rozdíly mezi analogovou (A-TV) a digitální (DVB-T) zemskou televizí z hlediska technologie přenosu. Dnes bych se rád zabýval příjmem signálu a anténami. Vzhledem k tomu, že DVB-T je šířeno stejně jako A-TV, bylo by docela logické, kdyby pro obě tyto technologie platily i stejné příjmové podmínky a používaly se stejné antény. Přesto, že to zní docela logicky, je to pravda jen částečně. Kolem příjmu DVB-T a používání antén se šíří stejně tak mnoho nesmyslů jako o DVB-T samotném.

Příjem signálu A-TV / DVB-T

V případě A-TV se osvědčily různé modifikace Yagiho antén. Tyto antény mají velmi dobré vlastnosti jak elektrické, tak i směrové. Dobré směrové vlastnosti antén pro příjem A-TV jsou velice důležité. Signál z vysílače se šíří ve směru vyzařování od vysílací antény k anténě přijímací. Na této trase dochází k různým druhům zkreslení signálu. Jedná se především o odrazy od různých překážek, od zemského povrchu, o ohyb v atmosféře, o lom na ostrých hranách v terénu a pod. Všechny tyto deformace způsobují zpožďování signálu oproti původnímu a společně se dostávají na přijímací anténu. Pokud anténa není schopna rozlišit směr dopadajícího signálu a přijímá tak přímý signál z vysílače spolu se zpožděnými, dochází ke sčítání těchto signálů a k vytváření nežádoucích změn v přenášeném obraze.

Anténa analogová

Čím lepší směrové vlastnosti má přijímací anténa, tím méně odrazů přijímá a poskytuje lepší obraz. Ideální anténa by byla taková, která by přijímala jen přímý signál z vysílače. Taková anténa ale neexistuje. Odraz, ohyb a lom signálu sečtené spolu s přímým signálem z vysílače nezpůsobují jen duchy, ale i změny v podání barev. A-TV používá amplitudovou modulaci obrazu, takže změna jasu v obraze mění velikost (amplitudu) nosné vlny. Barvonosná složka je modulována amplitudově-fázovou modulací (PAL a NTSC). V případě deformovaného signálu pak vzniká nenapravitelná změna v podání barev, takže barva zobrazená na TV není stejná jako barva, kterou nasnímala kamera. Vzniklá chyba sice nepromění červenou barvu v zelenou, ale změní odstín a sytost původní barvy. Soustava PAL tuto chybu umí částečně korigovat cyklickým otáčením fáze při přenosu barvonosné složky. Jedná se však jen o částečnou kompenzaci zkreslení, která už není na velkých obrazovkách dostatečná. Z tohoto pohledu je zřejmé, že kvalita příjmu A-TV je přímo úměrná kvalitě použité antény.

Pro představu je možné si vypočítat, jaké zkreslení obrazu odpovídá konkrétnímu zpoždění signálu. Doba trvání viditelného řádku na televizní obrazovce je asi 52us. To je přibližně 1cm/us na obrazovce s úhlopříčkou 63 cm. Rychlost šíření elektromagnetických vln je cca 300 000 km/s = 300 m/us. Z výpočtu vyplývá, že prodloužení dráhy signálu o 300 m způsobí posunutí obrazu o 1 cm. Dopadne-li tedy na anténu přímý signál spolu se zpožděným, vznikne zdvojený obraz. Vzhledem k tomu, že tento zpožděný signál bývá slabší než přímý, je vzniklý „duch“ méně zřetelný než hlavní obraz. Některé odrazy jsou velmi slabé a zaniknou, některé změní natolik směr, že se k přijímači vůbec nedostanou. Jiné způsobí viditelné zkreslení na obrazovce, které nelze odstranit.

Je známo, že u DVB-T duchy nevznikají. Mohlo by se tedy zdát, že pro příjem DVB-T není potřeba používat směrové antény. To je ovšem velký omyl! Vysílání DVB-T má oproti vysílání A-TV jednu zásadní zvláštnost. Každý multiplex je vysílán ze všech vysílačů v síti jen na jednom kanále (synchronní provoz vysílačů). Použitá modulace ODFM totiž takovýto provoz umožňuje. V případě A-TV to není možné! Z pohledu využití kmitočtového pásma je to nepředstavitelná úspora. Zatímco dnes používáme pro šíření čtyř programů všechny kanály dostupné v televizních pásmech, při použití DVB-T nám pro jeden multiplex (4–5 programů) bude stačit jediný kanál. Vysílání MPXu na jednom kanále ze všech vysílačů v síti tak bude znamenat, že na přijímací anténu bude dopadat signál jednoho MPXu z více směrů od různých vysílačů.

Pokud bude pro příjem použita kvalitní směrová anténa, nasměrovaná na některý z blízkých vysílačů, nebude s příjmem žádný problém. Bude-li anténa přijímat z více směrů, budou se všechny signály na anténě sčítat. Mohlo by se tak zdát, že na anténě bude silnější signál než v případě použití směrové antény. To ovšem není pravda. Anténa se směrovým účinkem má větší „zisk.“ Zisk je udáván v dB a vyjadřuje, kolikrát je anténa výkonnější než půlvlnný dipól. Pokud má anténa zisk např.12dB, bude na jejích svorkách 4× vyšší napětí než na svorkách samotného dipólu. Je tedy zřejmé, že směrová anténa poskytne lepší signál.

Anténa analogová II.

Pokud jde o sčítání signálů na anténě, pak neplatí, že výsledný signál je prostým součtem jednotlivých dílčích signálů. Součet signálů na anténě nebude algebraický, ale geometrický! Vlna šířící se od vysílače je totiž rotující vektor, který je nutné sčítat s jiným vektorem. Vezmeme-li tedy v úvahu extrémní případ, kdy budou dopadat na anténu například čtyři vektory o stejné velikosti a každý z nich bude pootočený o 9 0st. oproti předchozímu, bude součet napětí na svorkách antény roven nule! Nejedná se sice o běžný případ, ovšem v praxi jej nelze vyloučit. Příjmové podmínky se totiž mění v čase, a to takřka neustále v závislosti na mnoha faktorech, jako je teplota, vlhkost, déšť, sníh, vítr apod. Proto nikdy nelze vyloučit, že vlivem těchto faktorů dojde v místě příjmu k vymizení (úniku) signálu do takové míry, že nebude možný spolehlivý příjem.

Použití méně kvalitní antény pro příjem DVB-T tak připadá v úvahu pouze v bezprostřední blízkosti některého vysílače, kde nehrozí markantní únik. Je celkem snadné si spočítat, jak lehce může k úniku dojít. Vezmu-li v úvahu spodní konec UHF pásma, pak k21 má vlnovou délku přibližně 63 cm. V takovém případě stačí změnit dráhu jednoho ze signálů o 31,5 cm a součet obou se bude rovnat nule. K něčemu takovému stačí výkyv anténního stožáru ve větru. K vymizení signálu pod hranici možného příjmu však může dojít i v jiných případech.

Ti z vás, kdo mají realizovaný příjem DVB-T, se mohou o platnosti tohoto tvrzení celkem snadno přesvědčit. Stačí se podívat na bargrafy kvality a síly signálu. Pokud přijímáte na „kus drátu“, pak budou nejspíš oba ukazatele neustále kolísat, a to až v desítkách procent. Máte-li anténu umístěnou v bytě, pak i pohyb osob v místnosti, poblíž antény, vyvolá změnu v síle i kvalitě signálu. Ti, kdo přijímají na venkovní směrovou anténu, mají signál mnohem stabilnější.

Signál, šum a zesilovač

Nejlepším zesilovačem je kvalitní anténa. Tato věta se stala zlatým pravidlem radioamatérů a anténářů. Představa, že anténu lze nahradit kusem drátu, a silný signál získat pomocí zesilovače, je nesmyslná. Každý radiový signál je definován několika parametry. Mezi ně patří: úroveň signálu, odstup signálu od šumu a rušení. Stejně tak i přijímače mají definované meze vstupních parametrů. Takovým parametrem je citlivost, kdy je uveden nejslabší možný signál, který je ještě možno zpracovat v požadované kvalitě. Dalším důležitým parametrem je nejmenší přípustný rozdíl mezi úrovní vstupního signálu a šumu, přicházejících společně do přijímače (C/N). V případě šumu se jedná převážně o termický šum vznikající na činném odporu vodičů. Šum na svorkách antény je téměř konstantní a je dán její absolutní teplotou. Je tedy zřejmé, že potřebný odstup signálu od šumu (C/N) lze získat jedině dostatečně výkonnou anténou.

Anténa DVB-T

Šum na svorkách antény je docela malý, nedosahuje ani 3 dB, a se ziskem antény se nemění. Pokud k takovéto anténě připojíme nějaký zesilovač, abychom zesílili její výstupní signál, pak musíme k šumu antény přičíst i zisk a šum tohoto zesilovače. Je-li, na svorkách antény signál např. 40 dB, pak odstup signálu od šumu činí asi 37 dB. Připojíme-li k této anténě zesilovač se ziskem 30 dB a vlastním šumem 5 dB, pak výsledná úroveň signálu bude 40 + 30 = 70 dB a úroveň šumu 3 + 30 + 5 tedy 38 dB. Na první pohled je vidět, že C/N se snížil z 37 dB na 70 – 38 = 32 dB! Z toho jasně vyplývá, že bezdůvodné a nesprávné používání zesilovačů v anténních rozvodech snižuje kvalitu signálu a zhoršuje příjem.

Anténní zesilovač má opodstatnění jen tehdy, má-li nahradit ztráty v anténním rozvodu, anebo má-li zesílit signál na úroveň potřebnou pro zpracování přijímačem. V obou případech musí být ovšem volen tak, aby bylo dosaženo alespoň minimálního odstupu C/N. Z uvedeného je naprosto zřejmé, že použijeme-li nevhodnou anténu s malým ziskem a příliš slabý signál se pokusíme vylepšit výkonným zesilovačem, nedosáhneme požadovaného výsledku. Do přijímače přivedeme obrovské množství šumu, který výsledek znehodnotí.

Na tomto místě bych rád upozornil, že toto je právě případ síťových antén se zesilovačem a aktivních antén. Pokud jsou tyto antény použity v místě, kde s jejich pomocí nelze dosáhnout potřebného odstupu C/N, je výsledný signál nekvalitní a tomu odpovídá i obraz. Uvedené pravidlo platí pro jakýkoliv druh radiového provozu. Rozdíl je jen v tom, že špatný signál se projevuje jinak u A-TV a jinak u DVB-T. V případě A-TV se nekvalitní signál projevuje zrněním v obraze, u DVB-T pixelizací, výpadky v příjmu a „zamrzáním obrazu.“ V extrémním případě není možné takový signál vůbec naladit.

Rušení

Rušení je situace, kdy je užitečný signál na anténě znehodnocen jiným signálem, a dochází tak ke snížení kvality příjmu. Rušení je možné rozdělit do několika skupin: trvalé, dlouhodobé, krátkodobé a impulsní. Vysvětlovat tyto pojmy zřejmě není třeba.

Rušení v případě A-TV se projevuje především v obraze. Frekvenčně modulovaný zvuk je proti rušení odolnější. Projevy rušení můžou být velmi rozdílné, a je nesnadné je výstižně popsat. Obecně lze říct, že za rušení je možné považovat každý signál zhoršující výsledný obraz.

V případě DVB-T se rušení projevuje výpadkem činnosti STB. V okamžiku, kdy je signál rušen v takové míře, že jej STB není schopen zpracovat, dojde k „zamrznutí“ obrazu a výpadku zvuku. Velmi krátké (impulsní) rušení, se projevuje „pouhou“ pixelizací obrazu a krátkým písknutím ve zvuku. Takové rušení bývá velmi těžké odhalit.

Několik vysvětlivek

dB – decibel - logaritmická jednotka vyjadřující poměr mezi dvěma hodnotami stejné veličiny (dB = 20 x log U1/U2) Napětí nebo proud zvýšené o 20 dB jsou desetinásobkem původní hodnoty. V případě výkonu platí dB = 10 x log P1/P2. Výkon zvýšený o 10 dB je desetinásobkem původní hodnoty. Užití konstanty 20 pro napětí a proud a 10 pro výkon není matematický rozmar, ale logika. Zvýšíme-li napětí v obvodu 10 x, tedy o 20 dB, současně s napětím stoupne i proud, a to taktéž 10 x, tedy o 20 dB. 10 x vyšší napětí vynásobené 10 x vyšším proudem je 100 x vyšší výkon, tedy o 20 dB. Pak platí, že zvýšením napětí v obvodu o 20 dB (10 x), stoupne i výkon o 20 dB (100 x).

Jednotka dB se v anténařině používá v souvislosti s úrovní signálu a šumu. V takovém případě se za vztažnou jednotku používá 1 uV ( jeden mikrovolt). Někdy se používá dBm, pak je vztažnou jednotkou 1 mW ( jeden miliwatt). Výkon vysílačů bývá uváděn v dBW. Vztažná jednotka 1 W (jeden Watt).

C/N – Carrier to Noise – vyjádření poměru mezi úrovní nosné vlny a šumu. Jedná se o údaj platící pro VF signál, například na vstupu tuneru (není totožný s S/N).

ERP – Effective Radiate Power – efektivní vyzářený výkon. Jedná se o údaj uváděný u vysílačů a vyjadřuje výkon vyzářený vysílací anténou včetně jejího zisku. ERP je vždy vyšší, než je technologický výkon vysílače. Příklad: technologický výkon vysílače je 1000 W. Zisk vysílací antény je 10 dB (10 x). ERP = 1000×10 = 10 000 W.

Fantom – křížová modulace – signál na výstupu zesilovače, který nebyl obsažen ve vstupním signálu. Vzniká přebuzením zesilovače, jeho rozkmitáním a transpozicí signálu na jiné místo spektra. Dojde tak k tomu, že se např. objeví signál programu z k24 i na k40, přestože na k40 žádný vysílač v okolí nevysílá.

Něco z praxe

Znám mnoho lidí, kteří se rozhodli, že si televizní anténu nainstalují sami. Bez jakékoliv znalosti problematiky si v obchodě koupili anténu, která jim padla do oka a s několika metry koaxiálu se chopili nástrojů. Vždycky ale nakonec stejně volali odborníka. Dnes, kdy je „éter“ přeplněn vším možným, je amatérská instalace antény velmi nejistým podnikem. Nejhorší, co muže zákazník udělat, je, že si koupí tu nejlevnější anténu se zesilovačem 36 dB a snaží se ji zapojit v místě, kde je přímo vidět na vysílač s výkonem 600 kW ERP, a na měřící anténě (0 dB) je signál 75 dB. I když vše správně zapojí, stejně nedosáhne očekávaného výsledku. 75 dB signálu je dostatečných pro napájení nejméně osmi televizorů. Pokud k 75 dB připočtu zisk zesilovače, pak už je na výstupu antény signál o úrovni 111 dB.

V první řadě tento zesilovač už není schopen takový signál bez zkreslení zpracovat, a vytvoří nepřeberné množství „fantomů.“ Výsledný obraz pak bývá znehodnocen prolínáním jiného programu na pozadí obrazu. Takováto anténa je zcela nepoužitelná. Majitel si však vůbec neuvědomuje, že ze své antény vytvořil rušičku, která dokáže znemožnit příjem v okruhu až několika set metrů. Dalším vážným prohřeškem je fakt, že 111 dB pouštět do tuneru televizoru, konstruovaného na max. 85 dB, je přinejmenším neslušné. Takto přebuzený tuner není schopen příliš silný signál zpracovat a stává se, že se i poškodí. Vždyť na jeho vstupu je o 26 dB (20 x) vyšší napětí, než je přípustné. Což ve skutečnosti znamená, že namísto maximálně povolených cca 17 mV je do něj přivedeno 355 mV. Nemyslím, že by někdo chtěl použít 12 V žárovku do svítidla na 230 V.

Jak správně na to

Anténa prutová DVB-T

Přestože není nejmoudřejší pouštět se do montáže televizní antény bez měřících přístrojů a hlavně bez patřičných znalostí, je možné alespoň experimentovat a něčemu se přiučit. V každém případě je ale zapotřebí vědět jak na to.

Především je velký rozdíl v příjmu A-TV a DVB-T. Nemám na mysli výše uvedené rozdíly, ale parametry vysílačů a STB. Výkony vysílačů A-TV dosahují stovek kW ERP. Lokální vysílače a převaděče desítky W ERP. V případě vysílačů DVB-T 25 kW ERP. Už sám tento údaj něco vypovídá o nové technologii. Zatímco televizory pro A-TV potřebují pro kvalitní obraz úroveň signálu alespoň 60 dB a odstup C/N větší než 43 dB, je v případě DVB-T set-top-boxů situace zcela odlišná. Tyto přístroje si vystačí se signálem kolem 30 dB a odstupem C/N kolem 20 dB. Konkrétní hodnoty jsou závislé na dalších parametrech přenosu. Nicméně zájemce o tyto údaje mohu odkázat na zveřejněné výsledky testů několika STB zde na DigiZone.

Z uvedeného je naprosto zřejmé, že DVB-T má mnohem menší nároky na sílu a kvalitu signálu než A-TV. Zabývat se dnes příjmem A-TV mi přijde už zbytečné a myslím, že by bylo vhodnější se věnovat příjmu DVB-T. Především je nutno říct, že dosahy vysílačů a uváděné pokrytí v mapkách jsou údaje z matematického modelu, a nikoliv prakticky změřené. Ve skutečnosti je dostupnost signálu téměř vždy větší, než jsou oficiální údaje. Je to především z důvodu jisté rezervy.

V úvahu je potřeba brát také vliv blízkého vysílače A-TV na sousedním kanále. Toto je případ vysílače Cukrák na K25, kdy na sousedním kanále vysílá ČT 1 výkonem 1000 kW ERP. Podobné potíže vznikají i v Brně, kde se vedle DVB-T na k40 nachází STV 2 na K39 z Velké Javořiny a TV Nova na K41 z Tlusté hory.

Pro experimentování s příjmem DVB-T je potřeba si pořídit set-top-box. Vše ostatní vyplyne už jaksi samo. Pro začátek doporučuji začínat s příjmem na kus drátu. Velkou výhodou STB je přítomnost bargrafů signalizujících sílu a kvalitu signálu. Je sice možné, že na kus drátu žádný obraz nenaladíte, ale STB vám poskytne alespoň informaci o stavu signálu v místě zamýšleného příjmu. Pokud STB zachytí nějaký signál nebo dokonce naladí obraz, je velmi pravděpodobné, že se správně zvolenou anténou se podaří zajistit spolehlivý příjem. Pokud se nepodaří najít signál na kus drátu, což může být celkem časté, pak je vhodné použít síťovou anténu TVA 21–60, tzv. „plzeňské síto“. V každém případě bez zesilovače! Pokud nezachytíte signál ze směru vysílače ani na tuto anténu, je třeba postupně otáčet anténou v malých úhlech a kontrolovat stav signálu. Je totiž celkem možné zachytit odražený signál od nějaké terénní nerovnosti. To bývá časté v případě, kdy je směr k vysílači zastíněn lesem nebo kopcem.

Z praxe takto znám případ, kdy se podařil velmi kvalitní příjem vysílače z Ostravy, v úzkém údolí, na vzdálenost asi dvaceti kilometrů. Signál z vysílače dopadal na protilehlou stranu údolí, od které se odrážel na přijímací anténu. Analogový signál byl v tomto místě nepoužitelný. Pokud ani tímto způsobem nelze zachytit signál, zbývá jediná možnost – vyhledat vhodnější místo pro umístění antény. Podaří-li se zachytit alespoň nějaký signál, pak má smysl uvažovat o zlepšení příjmu pomocí výkonnější antény nebo zesilovače.

Velmi důležitou podmínkou úspěchu je použití co možná nejkratšího a hlavně kvalitního koaxiálního kabelu mezi anténou a STB. Koaxiální kabely malých průměrů (3–5 mm) a účastnické šňůry k televizorům jsou naprosto nevhodné. Pro tyto účely je potřeba použít kabely o průměru alespoň 7 mm určené pro satelitní příjem. Tento požadavek bývá velmi často podceňovaný. Je vhodné si STB připojit k anténě jen krátkým kabelem a pokud není k dispozici přenosný televizor, pak teprve od STB použít delší kabel k televizi a poprosit o spolupráci dalšího člena rodiny. Důvod je velmi prostý. Je-li v místě příjmu na anténě signál s úrovní 30 dB, a C/N větším než 20 dB, což jsou hodnoty právě potřebné pro možný příjem, a anténa bude k STB připojena kabelem o délce 2 m s útlumem 0,4 dB, STB dokáže signál zpracovat a naladit.

Použijeme-li kabel o délce 20 m s útlumem 4 dB, pak už STB nebude mít dostatek signálu pro správnou funkci. Taková situace ovšem dává možnost použití kvalitního kanálového zesilovače, který je nutné nainstalovat co nejblíže k anténě. Tento zesilovač nahradí ztráty v kabelu, aniž by výrazně zhoršil poměr C/N, což umožní příjem. Takový zesilovač by měl mít především malý šum (do 2 dB) a zisk mírně převyšující ztráty v anténním svodu. Při použití „satelitních“ koaxiálů je možné počítat s útlumem 0,2 dB/m.

Pokud po připojení STB krátkým kabelem dojde k zachycení nestabilního signálu, je pravděpodobné, že některý z parametrů je těsně pod potřebnou hranicí. Neexistuje ovšem způsob, jak bez měřících přístrojů stanovit, který parametr nevyhovuje. Pak je vhodné využít bargrafy v STB. Ukazuje-li bargraf slabý signál, může pomoci velmi kvalitní kanálový zesilovač s extrémně malým šumem (kolem 1 dB). V opačném případě je signál sice silný, ale znehodnocený šumem nebo vzdáleným vysílačem A-TV. V takovém případě je jediným řešením kvalitnější a výkonnější anténa nebo anténní soustava.

Poskytnout zde podrobný návod na úspěšný příjem DVB-T je prakticky nemožné. Proto se o to ani nebudu snažit. Konkrétní případy je nutné řešit individuelně. Takže pokud má někdo potíže s příjmem, může se dotázat v diskusi.

Závěrem

Na závěr bych chtěl upozornit na to, že existují desítky, možná i stovky různých typů a provedení antén. Každá z nich má svoje místo a použití. V případě mnoha z nich je možné je velmi často mezi sebou zaměnit. Naopak v některých případech je příjem možný jen s jedním typem antény. Nelze proto dát obecnou radu pro výběr té nejvhodnější. I zkušený odborník volí anténu na základě svých zkušeností, znalosti příjmových podmínek v konkrétním místě a za pomocí měřících přístrojů. I tak se někdy stane, že tu pravou anténu „trefí“ až na několikátý pokus. Jedinou radu, kterou je možné dát, je: „Nezačínat se zesilovačem!“ Zesilovač je velmi záludná věc, a je-li nevhodně zvolen a někdy i nesprávně namontován, způsobí nemalé potíže a zklamání. Nezřídka nese vinu za nezdařený příjem zesilovač, který je namontovaný např. u souseda a způsobuje rušení.

Přečtěte si také minulý článek z této série:

Anketa

Kdo vám instaloval anténu pro příjem zemské digitální televize (DVB-T)?

78 názorů Vstoupit do diskuse
poslední názor přidán 8. 3. 2008 20:22

Sledujte DigiZone.cz

Facebook Google+