テレビ共聴設備の計画

電気設備の知識と技術 > 弱電・放送・避雷設備 > テレビ共聴設備の計画

テレビ受信の考え方について

スポンサーリンク

テレビアンテナで受信するチャンネルとして、VHF放送・UHF放送・BS放送・CS放送があります。VHFは12チャンネル、UHFは50チャンネルの計62チャンネルが、標準テレビジョン放送として使用されています。

VHFとUHFアンテナは、テレビ放送を送信している放送アンテナに向けるようにし、例えば首都圏内であれば東京タワーの方向にアンテナを向けます。都心部ではケーブルテレビが周辺に敷設されている事が多いので、VHFアンテナやUHFアンテナを設置しなくても、ケーブルテレビ契約を行うことで、受信できます。

首都圏以外でも各地方ごとにテレビ電波の中継局があり、全国各所の通信鉄塔から信号が送信されています。近くの放送アンテナに受信用アンテナを向けて調整すれば、テレビを受信できます。ケーブルテレビが普及していない地域であれば、アンテナ受信に頼るしかありません。

なお、地上波アナログとなるVHF放送は停波し、現在ではUHFアンテナを使用した地上波デジタルによる設計が求められます。

地上デジタル放送への移行

地上デジタル放送は、テレビの信号を0と1の信号として取り扱い、情報量の圧縮、妨害などによるエラーを訂正できるなど、テレビ情報の高品質化を図れます。

従来のアナログ放送が地上デジタルに切り替わることにより、少ない帯域でハイビジョン放送や多チャンネル放送を送信できます。地域ニュースや天気などのデータ放送受信、通信回線によるる双方向サービス、ゴーストが発生しない、移動通信機器の受信の安定化、既存の周波数帯域削減など、多数のメリットがあります。

地上デジタル放送は、2011年7月に完全切り替えとなり、以降は従来のアナログ放送でテレビ電波を受信できなくなります。アナログ放送はVHFアンテナを使用して電波を受信していますが、デジタル放送はUHFアンテナを使用して電波を受信します。VHFアンテナのみを設置してアナログ放送を受信していた場合、2011年7月以降はテレビを見ることができなくなります。

対策として、UHFアンテナを新規設置することによる地上デジタル化、ケーブルテレビの事業者と契約し、デジタル放送の供給を受ける方法などがあります。

アナログ放送の受信電波強さ計算

送信局から受信場所の距離を算出

デジタル放送推進協会(Dpa)のホームページを見ると、地域のどこに送信アンテナがあるかを調べることが出来ます。この送信アンテナの位置と受信アンテナ位置との距離を測定します。例として、受信場所から送信アンテナまでの距離を50kmとして計算します

実効輻射電力から送信強さを算出

放送局の送信アンテナの実効輻射電力を無線局情報検索から調査します。例えば、東京タワーから送信されている「日本放送協会」の実効輻射電力(ERP)は69kWです。69kWの実効輻射電力を単位mWに換算し、10log(E*1000) を計算すると、

10×log (69[kW]×1000×1000) = 78.4[dBm]となります。

自由伝播損失の算出

自由伝搬損失を算出するため、20log(4πr/λ)を計算します。UHFを計算するため周波数500MHzで計算します。

20×log (4×3.14×50000[m] / (3×10^8/(500×10^6))) = 119.6[dB]になります。

受信点の電界強度の算出

受信点の電界強度は 78.4 - 119.6 = -41.2[dBm]です。この数値ではブースターの出力値と単位が違うのでdBμVに変換します。簡易手法ですがブースターが75Ω仕様のため、108.8dBを加えます。

-41.2 + 108.8 = 67.6[dBμV]になります。

受信点の電界強度は70dB以上

受信点電界強度は67.6dBと算出されましたが、UHFは70dB以上を受信点で確保するのが原則です。70 - 67.6 = 2.4dB以上の利得を持つアンテナを選定しましょう。日本アンテナやマスプロ電工のカタログにUHFアンテナの利得が記載されています。ここでは8dBのアンテナとして計算します。

67.6 + 8 = 74.6[dBμB]になります。

受信点までの損失計算

74.6dBμVで受信した信号を同軸ケーブルで伝送します。同軸ケーブルは伝送距離に応じて信号が減衰していきます。例えば、500MHzの帯域信号をS-5C-FBケーブルで伝送すると、0.2dB/m程度の減衰になります。

ブースター選定

伝送経路にブースターを設置すると、25~35dBの信号増幅ができます。例えば、70dBの信号をブースターで増幅すると、100dB程度まで増幅できます。ただし、ブースターで増幅するのは、70dBの品質を見かけ上100dBまで増幅しているだけですので、受信品質を増幅点以上まで向上させることはできません。

末端の信号強度を算出

受信点から末端までに設置されている、分配器やケーブルの長さによる減衰量を加算し、末端のアウトレットで何dBになるかを計算します。末端で70dB以上を確保したことを確認できれば、計算は終了となります。

UHFアンテナは20素子を選定しておけば問題ないでしょう。共同住宅やビルのテレビ設計では、アンテナ直後にブースターを入れ、100dB程度を起点として計算を開始します。

4K放送への対応

東京オリンピック開催に向けて、高解像度なテレビ放送の規格として「4K・8K」対応が進められています。「横3,800×縦2,160」の解像度を持つ高画質映像が電波として配信され、家庭のテレビで高画質な映像を受信できるようになります。

現在、BS放送やCS放送は「右旋」と呼ばれる右回りの伝送路で送信されています。この伝送路に「左旋」と呼ばれる左回りの伝送路を重ねあわせ、チャンネル数を増やし、その伝送路を利用して4K・8K放送を送信することが計画されています。

右旋を使用した電波はBS放送とCS放送で活用されており、ブロックコンバータを介して、2,070Mhzまでの帯域を既に使用しています。左旋による伝送路は、2,070Mhzを超え、3,223Mhzまでの高周波帯域を利用するもので、ほぼ倍のチャンネルを利用できます。

高周波帯域の伝送路は、減衰が極めて大きいという欠点があるので、既に敷設されている同軸ケーブルや、分配器・分岐器といった構成機器での減衰が大きく、「放送が開始したらすぐに受信できる」という性質のものではありません。

すでに2,000Mhzの時点で減衰が限界に近い状態であれば、さらに高周波帯域を使用する4K・8K放送では、強度が不足して受信不能となります。同軸ケーブルは、BSやCS放送に対応した「S-4C-FB」「S-5C-FB」といった、「S」が付記されているケーブルは使用可能とされていますが、ブースターは2,000Mhz帯域を超える帯域を増幅することを想定していませんので、対応できないとされています。

古い同軸ケーブルや、配管に収容された同軸ケーブルは、減衰が非常に大きくなる可能性があります。電波強度に対して十分余裕のある配線設計がされている場合でも、受信できないことがあります。高周波帯域に対応したブースターを増設することも検討が必要と思われます。

4K・8K対応の設計対応

2016年現在、4K・8Kの映像を将来的に受信するための設計手法として、「建物内部の同軸ケーブルを全てを引き換える」のを前提とするのは合理的ではありません。ブースターや分配器、分岐器を交換するだけで受信できる設計とするのが妥当です。

一部のテレビ機器メーカーでは、4Kや8Kの対応に考慮した設計ができる体制が整っていますので、これを利用するのも一案です。

衛星放送の受信計算

衛星放送は、上空約38,000kmにある衛星から放送信号を受信する方式で、日本国内で上空が開けている環境であれば、約80dBの信号強度を確保できます。VHFやUHFの計算と違い、どのような地域においても80dBを確保できるので、80dBを基準として計算するのが主流です。

衛星放送には、下記の4種類が代表的です。

  • ①CSデジタル(スカイサービス)
  • ②CSデジタル(パーフェクTV!サービス)
  • ③BSデジタル
  • ④110CSデジタル

全ての放送媒体から信号を受信するには、「①」、「②」、「③と④をセット」としてアンテナ設置します。都心部においては、光パーフェクTVというサービスによって、これらの衛星放送を全てケーブルで受信できるように整備が進んでいますので、サービスエリア内であれば、アンテナを設置せずに衛星放送を視聴できます。

衛星放送の受信電波の強さ計算

受信点の電界強度の算出

衛星放送の受信点における電界強度は、直径40cmのアンテナを使用すれば80dBは確保できます。共同聴視用アンテナでは、75cm~90cm以上のパラボラアンテナを採用するため、天候が不良でも、ある程度良好な受信が可能です。

受信点までの損失計算

80dBで受信した衛星放送の信号を、同軸ケーブルで伝送します。VHF・UHFと同様、伝送距離に応じて信号が減衰しますが、衛星放送は1,300MHz以上の高帯域を使用する信号なので、減衰量がVHFやUHFよりも大きくなります。S-5C-FBケーブルを使用した場合 0.4dB/m 程度の減衰になります。分配器やアウトレットの分配損失や挿入損失も、VHF・UHFより大きくなりますので、計算には注意が必要です。

ブースター選定

末端のアウトレットで必要な信号強度は、国土交通省の基準では57dB以上確保することとされています。受信点から末端までに57dBを下回るようであれば、伝送経路の途中にブースターを設置し、信号を増幅させます。衛星放送の信号を増幅するためのブースターは、BS/CS対応品でなければいけません。VHF/UHF専用のブースターでは、高周波帯域の信号を増幅できません。

末端の信号強度を算出

分配器やケーブルの長さによる減衰を加算し、末端のアウトレットで何dBになるかを計算します。57dB以上を確保したことを確認できれば計算は終了となります。

テレビ共聴設備の構成機器

アンテナ

テレビアンテナには、VHFアンテナとUHFアンテナ、衛星放送用のパラボラアンテナがあります。

VHFアンテナは、アナログ放送を受信するためのアンテナで、12素子の全帯域用、5素子・8素子の広帯域用等がありますが、一般には全帯域用12素子のアンテナが選定されます。地上波アナログ放送が停波したため、今後はもちいられることはありません。

UHFアンテナは、アナログ放送の他、デジタル放送を受信するために使用するアンテナです。20素子のUHFアンテナを選定するのが一般的です。素子数が多いほど受信に有利になりますが、大型・高価となるため、20素子で十分な事が多く、30素子を選定することは稀です。

衛星放送用のパラボラアンテナは、900φを標準として選定すれば、比較的大規模なマンション等でも十分な信号強度を維持できます。詳細は物件ごとに設計が必要ですが、テレビ共聴用アンテナとしては900φ~1,200φが一般的かつ、コストも安価に抑えられます。

混合器

VHF、UHF、パラボラアンテナなど、異なるアンテナで受信した電波を、ひとつの電線で伝送させるための混合装置です。U/V混合器、UV/BS混合器など、アンテナの種類毎に混合器が存在します。混合器はアンテナ直近に設置し、電波ができる限り強い状態で、混合することが望まれます。

増幅器(ブースター)

ブースターは、受信電波の電界強度が低かったり、伝送中に減衰してしまったりする場合に、電波を増幅する装置です。特定の周波数帯だけを増幅するブースターもあるため、用途に応じた選定が必要です。

ブースターは、劣化した電波を修復する装置ではないので、品質が保たれる電界強度以下まで減衰する以前に、ブースターを通す必要があります。例えば、末端で57dBの電化強度が必要な場合、伝送路中に57dBを下回らない点でブースターを通します。

分配器

電線の途中に挿入し、信号を均等に分配するための装置です。主幹線の末端部などで、幹線を2つに分けたい場合などで使用します。2分配、4分配、6分配、8分配の4種類が標準品として販売されています。

分岐器

伝送路を通る信号を、必要分だけ分岐するための装置です。分岐側は比較的大きな減衰を示しますが、伝送幹線の減衰は小さく抑えられています。主幹線からケーブルを分岐したい場合に使用します。

分波器

入力されるテレビ信号を、帯域毎に分けるための装置です。例えば、V/U/BS/CSを混合している場合、U/VとBS/CSに分けられます。チューナー装置側にV/U・BS/CSの端子があり、壁のアウトレットが1つしかない場合は、分波器を設置して低周波側と高周波側に信号を分割し、チューナーに接続できます。

ブロックコンバータ

電波を混合する際に、重複する部分の周波数帯域を変換して、混合を可能にするための装置です。BS-IFは1335MHzまでの帯域を利用し、CS-IFは1293MHz~の帯域を利用し、かつ水平偏波と垂直偏波が存在するため、これを各々独立した周波数帯域に変換することで、1本の同軸ケーブルで伝送が可能になります。

同軸ケーブル

高周波の多重伝送に適したメタルケーブルで、VHFやUHF、BSなどの信号周波数の、70MHzから2,000MHzの高周波信号を伝送するのに使用されています。

同軸ケーブルは、銅心線を発砲ポリエチレンで絶縁し、周囲をアルミ箔テープで巻き、外周を筒状の銅編組という網状の導体で覆い、ビニルシースで外側を包んでいます。アルミ箔テープと銅編組がシールドを構成するので、外部要素によるテレビ信号の悪影響をできます。テレビ共聴用の同軸ケーブルでは、S-5C-FBやS-7C-FBが多く使用されます。

オプティキャストとCATV

オプティキャストとは、CATVの一種で、光ファイバーを用いたテレビ受信サービスです。各種衛生からテレビ情報を受信した受信拠点から、光ファイバーを用いてテレビ情報を受信したい集合住宅などに供給します。地上デジタル、BSアナログ、BSデジタル、スカパー、110度CS、FMラジオ放送などを一挙に受信でき、アンテナなどの設置が不要になるので、非常に便利なシステムサービスです。

従来、集合住宅やビルでテレビを受信するには、受信したいテレビ情報に応じて、屋上にアンテナを数基設置しなければならず、すべてのテレビを受信するには2軸方式、3軸方式のと呼ばれる、複数本の同軸ケーブルを構内に敷設する方式が必要で、高コストとなっていました。

オプティキャストやCATVサービスを利用することで、自営でアンテナを設置せず、テレビ電波を受信でき、コストの削減を図れます。ただし、これらオプティキャストやCATVサービスでは、月々の使用料が必要になるため、長期利用の場合はイニシャルコストとランニングコストの検討が必要となります。

関東都心部では、オプティキャストサービスによりほぼすべてのチャンネルが受信できますが、地方などのCATVでは、全チャンネルが受信できることは稀で、一部の選ばれたチャンネルだけが受信出来るに過ぎません。地域のチャンネルガイドなどで放送チャンネルを確認すると良いでしょう。

FM電波利用

FM放送はラジオ放送用として普及していますが、電気設備分野では「時刻合わせ用」として、FMを受信することがあります。中央監視装置や放送設備を導入する場合、時刻がずれていると、機器の運転や故障履歴、館内放送時間などにずれが生じ、利便性を大きく損ないます。

機器の時刻合わせをは、人の手で行うことも可能です。しかし、一般的なクォーツ時計は1ヶ月あたり10秒もずれてしまいますので、定期的な時刻補正が不可欠です。これを人の手で補正するのは合理的ではないので、機械的に自動補正を行うのが一般的です。

設備機器の時刻補正は、タイムサーバを導入した上で、「GPS」「テレホンJJY」などから時刻情報を取り出して補正するのが一般的ですが、「FM放送」を用いての時刻補正も可能です。毎正時にFMラジオからNHK-FMの時報(880Hz)を検出して時刻補正を行います。NHKの放送を利用しますから、国内での利用に限られます。

FMラジオが聴ける環境であれば時刻補正できますので、幅広く利用されている時刻補正技術です。GPSは衛星が見える位置でなければ時刻補正できませんが、FMは電波を受信できる環境であれば建物内であっても時刻補正できます。

設備時計システムの詳細については電気時計と設備時計・電波時計で解説をしています。

FM補完放送局(ワイドFM)

テレビのVHF放送が、地上デジタル化により不使用となり、一部の周波数が不使用となりました。「VHFローチャンネル」は、アナログテレビ放送用に使用されていた周波数帯域ですが、この有効活用として「FM補完放送局」が開設されています。

FM補完放送局では「都市型難聴対策」「外国波混信対策」「地理的・地形的難聴対策」「災害対策」の4つを目的として、ラジオ放送を行う放送局が、VHFローチャンネルの有効活用が行われています。

電波障害と調査

電波障害とは、建築物や送電線、工事用クレーンなどで電波の障害となり、テレビ電波の適正な受信ができない状態のことです。テレビは正確に深く関わっており、電波障害が紛争の原因となることが多く、建築物を新築する場合は特に、テレビ電波の電波障害調査が重要になります。遮蔽障害

遮蔽障害は、テレビ電波が送信されているテレビ塔などのアンテナに対して、建物が影になることで発生する電波障害です。テレビの適性受信に必要な電波が、建物によって遮られてしまうため、テレビ画像の映りが悪くなります。

反射障害

反射障害は、建物などによってテレビ電波が反射し、直接届く電波だけでなく反射した電波も同時に受信してしまうことで、画像が二重化してしまう障害です。ゴースト障害とも呼ばれています。

電波障害の対策

電波障害が発生した場合、原因を発生させた者が補償することになります。一般的には、電波障害対策用の共同アンテナを設け、テレビ電波の送信所から電波受信した上で、電波障害が発生している建物に有線で供給するという方法が取られます。

CATVが供給されている地域では、電波障害が発生している建物に対し、原因者の負担でCATVを契約し、電波を供給するという方法も採用されます。どちらの場合も継続的なコストが発生するため、建築物を新築する場合の大きな負担となります。

電波障害の対策

電波障害は、高層建築物を建築する場合に必ず発生するものですから、電波障害が発生すると思われる範囲を机上計算で判定し、かつ実測調査によって建物建築前の電波の強度を測定しておきます。

そもそもその地域が電波が弱く、適性な受信ができない地域であることも考えられ、新築した建築物が原因だとクレームを受ける可能性もありますので、実測は重要な記録となります。

カテゴリー

電気設備の知識と技術 > 弱電・放送・避雷設備 > テレビ共聴設備の計画