Jak skutecznie odseparować sygnał LTE/5G od sygnałów DVB-T/T2.
Dynamiczny rozwój telefonii komórkowej GSM oraz bezprzewodowego internetu (LTE 4G, LTE 5G) stanowi jednocześnie wyzwanie dla producentów urządzeń SMATV (Single Master Antenna Television) oraz projektantów sieci opartych na tym sprzęcie.
Decyzja Komisji Wykonawczej (UE) dotycząca przekazania w użytkowanie operatorom sieci telekomunikacyjnych części pasma UHF – pierwotnie częstotliwości 790-862MHz (tzw. I dywidenda cyfrowa – LTE 4G), a następnie 703-788MHz (tzw. II dywidenda cyfrowa – LTE 5G) spowodowała zawężenie użytecznego zakresu przeznaczonego do transmisji sygnałów DVB-T/T2 do 690MHz.
Rys. Podział pasma UHF na zakresy przeznaczone dla DVB-T/T2 oraz LTE.
Tak wąski wycinek pasma UHF (od 470 do 690MHz) pozostający do dyspozycji nadawców DVB-T/T2 oraz zwiększająca się liczba multipleksów w połączeniu z mnogością nadajników emitujących telewizję cyfrową powoduje, że oprócz pasma VHF (od 170 do 230MHz) wykorzystywany jest cały dostępny fragment pasma UHF, począwszy od kanału K21 (474MHz) do ostatniego kanału TV z tego zakresu – K48 (690MHz).
Sąsiedztwo kanałów DVB-T/T2 (ostatni kanał: K48 – pasmo 686 … 694MHz) z kanałami LTE 5G (703-733MHz Uplink i 758-788MHz Downlink) generuje problemy związane z wzajemnym zakłócaniem się tych sygnałów.
Powodem tych zakłóceń są duże różnice między mocami sygnałów DVB-T/T2 i LTE występujących w eterze (sygnały LTE są znacznie silniejsze), które wnikając do sieci SMATV powodują często „przesterowanie” elementów aktywnych (tranzystorowych czy scalonych wzmacniaczy półprzewodnikowych) znajdujących się w urządzeniach stanowiących medium transmisyjne DVB-T/T2.
Z punktu widzenia odbiorcy sygnałów telewizyjnych DVB-T/T2 zakłócający wpływ sygnałów GSM i LTE (w szczególności LTE 5G z powodu ich znacznie wyższych mocy) na multipleksy cyfrowe ma szczególne znaczenie. Przedostające się do sieci TV sygnały niepożądane (w tym przypadku LTE 5G) powodują pogorszenie parametrów w szczególności MER, BER czy S/N (stosunek sygnał/szum) odbieranych kanałów DVB-T/T2, co objawia się „pikselowaniem” obrazu, a nawet jego zanikiem.
Z uwagi na fakt, że silne sygnały LTE występują w całej otaczającej nas przestrzeni, bardzo łatwo o ich wniknięcie do instalacji SMATV poprzez:
– szerokopasmową antenę TV,
– nieszczelną elektromagnetycznie instalację SMATV (złej jakości złącza, słabe kable koncentryczne – o niedostatecznych właściwościach ekranujących),
– niewłaściwie ekranowane urządzenia,
Aby zapobiec niebezpiecznemu zjawisku wnikania sygnałów LTE do sieci SMATV jak również wypromieniowywaniu sygnałów DVB-T/T2 z tych sieci, należy właściwie odseparować oba te media transmisyjne. Wymagania dotyczące separacji częstotliwości DVB-T/T2 i LTE/5G (określające selektywność filtrów rozdzielających powyższe częstotliwości) oraz kompatybilności elektromagnetycznej (EMC – Electromagnetic Compatibility) urządzeń SMATV, określa Dyrektywa Radiowa (RED) 2014/53/EU. Nie dotyczy to urządzeń, które nie są przeznaczone wyłącznie do zawężonego pasma. W przypadku urządzeń niestanowiących pierwszego elementu instalacji podłączanego bezpośrednio do anteny zastosowanie ma dyrektywa kompatybilności elektromagnetycznej 2014/30/UE (dyrektywa EMC).
Aby spełnić wymagania wynikające z wymienionych wyżej dyrektyw, producenci sprzętu SMATV stosują wiele rozwiązań eliminujących lub znacznie ograniczających wnikanie do sieci SMATV niepożądanych sygnałów z zewnątrz oraz wypromieniowywanie ich na zewnątrz sieci. Zapobiega się w ten sposób wzajemnym negatywnym interakcjom sygnałów telefonii komórkowej czy bezprzewodowego Internetu z sygnałami DVB-T/T2 transmitowanymi w tych sieciach.
Do rozwiązań pozwalających na ograniczenie lub całkowite wyeliminowanie zjawiska wnikania zakłóceń do sieci SMATV czy też wypromieniowywania z niej sygnałów (w szczególności DVB-T/T2), stosowanych przez producentów tego typu sprzętu należą:
- Zastosowanie w urządzeniach SMATV odpowiednich komponentów, np. filtry dolnoprzepustowe lub pasmowe np. wykonane w technologii SAW (Surface Acoustic Wave), o dużej selektywności chroniące przed przesterowaniem elementów aktywnych zbyt silnymi sygnałami LTE (przykład Rys. Schemat blokowy instalacji antenowej z filtrem wycinającym częstotliwości LTE).
Zaletą stosowania filtrów SAW w porównaniu z filtrami LC o podobnych parametrach, oprócz wysokiej selektywności i powtarzalności parametrów (bez konieczności strojenia), jest znaczne ograniczenie powierzchni przez nie zajmowanej na płytce drukowanej PCB (Printed Circuit Board). Fakt ten ma szczególne znaczenie w przypadku przedwzmacniaczy antenowych, które ze względu na występowanie w bezpośredniej bliskości dipola anteny powinny cechować się niewielką powierzchnią PCB, aby ograniczyć ich wpływ na charakterystykę anteny. (Fot. 1. Przykładowy filtr wykonany w technologii SAW) 
- Projektowanie przy użyciu odpowiedniego oprogramowania, anten przeznaczonych do odbioru sygnałów DVB-T/T2 o ograniczonym paśmie pracy do 700MHz, co zwiększa tłumienie sygnałów niepożądanych,
- Zastosowanie zaawansowanych wzmacniaczy z selektywnymi filtrami kanałowymi i automatyczną regulacją poziomu sygnałów w urządzeniach odbiorczych sieci SMATV (wzmacniacze wielozakresowe),
- Stosowanie właściwego ekranowania urządzeń poprzez:
- odpowiedniego typu obudowy – odlewy ZnAl,
- ekranowanie wrażliwych elementów znajdujących się wewnątrz urządzenia (np. układów scalonych czy tranzystorów).
Zastosowanie powyższych rozwiązań możliwe jest dzięki wykorzystaniu wielu nowoczesnych narzędzi oraz technik projektowania urządzeń elektronicznych, takich jak:
– symulatory obwodów RF,
– symulatory pola EM,
– drukarki 3D,
– sprzęt pomiarowy.
Wymienione narzędzia ułatwiają czy to bezpośrednie projektowanie samych urządzeń, czy też kontrolę parametrów elektrycznych uzyskiwanych w wyniku pomiaru modeli prototypowych.
[O niektórych narzędziach wspomagających projektowanie urządzeń elektronicznych wykorzystywanych w firmie Telkom-Telmor, mowa będzie w następnym artykule blogu.]
Autor: Andrzej Osiecki – Konstruktor Elektroniki W.Cz. – Dział Badań i Rozwoju