Onderzoek naar verstoring van digitale kabel TV door 800 MHz mobiele LTE toepassingen Rapportage over 1e en 2e tranche metingen
27 November 2009
Copyright :
Onderdeel Ministerie van Economische Zaken
Agentschap Telecom ©2009
Agentschap Telecom
1 Inleiding In het kader van 'Digital Dividend' wordt mogelijk een deel van het spectrum rond 800 MHz veranderd van toewijzing. In plaats van omroep wordt dit banddeel mogelijk bestemd voor mobiel gebruik. Met het gebruik van mobiele apparaten in deze band kan een risico ontstaan dat ontvangst van kabeltelevisie gestoord wordt door een mobiel apparaat. Mobiele apparaten kunnen namelijk op korte afstand van de kabeltelevisie huisinstallaties worden gebruikt waardoor ter plaatse van de huisinstallatie een relatief hoge veldsterktewaarde kan ontstaan die de televisieontvangst kan verstoren. Naar aanleiding van een alarmerend rapport uit Duitsland1 en verschillende andere Europese onderzoeken2 (waarbij opgemerkt dat de onderzoeken in Duitsland en in het Verenigd Koninkrijk werden uitgevoerd door of in opdracht van indirect belanghebbenden), heeft het agentschap, op verzoek van DGET, in augustus en september 2009 een oriënterende 1e tranche van metingen uitgevoerd. Aanvullend zijn er in een 2e tranche voor 4 verschillende huisinstallaties optimalisaties uitgevoerd om te bepalen of het mogelijk was de stoorgevoeligheid te reduceren.
3
De resultaten van deze oriënterende onderzoeken worden in deze rapportage gegeven. Een uitgebreider onderzoek in een derde tranche wordt nadrukkelijk aanbevolen omdat het meer inzicht zal geven in de problematiek en de oplossingsmogelijkheden. Een rapportage daarover kan dan in 2010 worden gegeven. Hierover dient nog nadere afstemming plaats te vinden met de opdrachtgever DGET.
2 Samenvatting Gezien de grote verscheidenheid aan mogelijke ontvangstconfiguraties is met DGET afgesproken dat bij dit onderzoek alleen uit zal worden gegaan van een standaardconfiguratie. Een standaardconfiguratie wil in dit verband zeggen dat de huisinstallatie gebruik maakt van digitale ontvangst met een goed afgeschermde (StAI) bekabeling voor het deel van het abonnee overnamepunt naar de televisie maar geen aanpassing van de overige bekabeling. In de eerste meettranche zijn bij 11 huishoudens metingen uitgevoerd ter vaststelling van de stoorgevoeligheid van de huisinstallatie voor mobiele LTE toepassingen. Er is een meetzender gebruikt die het LTE signaal genereert en met verschillende bandbreedtes kan uitzenden (te weten 1,25 MHz, 5 MHz, 10 MHz en 20 MHz). Als meetantenne is een (logperiodische) richtantenne gebruikt die op een afstand van 3 meter tot de televisie werd geplaatst. Vanuit die positie werd de antenne zo gedraaid, gericht en gepolariseerd dat de verstoring maximaal was. In de antennestand waar de huisinstallatie het meest gevoelig voor was, werd het signaalniveau vastgelegd waarbij net verstoring ontstond. Hier werd het e.r.p. (effectieve uitgestraalde vermogen ten opzichte van een dipoolantenne) uit afgeleid. Van de waarden verkregen uit deze 11 steekproeven werd de gemiddelde waarde en de standaard deviatie bepaald. Uit de hierbij aangenomen normale Gaussische verdeling zijn stoorkansen berekend op basis van een LTE mobiel die zendt met een vermogen van 25 dBm (erp). De resultaten van de metingen laten zien dat de stoorkansen hoog zijn en dat de standaardconfiguratie niet voldoende immuun is om storing te voorkomen. In het 2e tranche onderzoek is voor 4 verschillende cofiguraties van de huisinstallatie onderzocht of de stoorgevoeligheid kon worden gereduceerd door maatregelen te nemen die verder gingen dan alleen het plaatsen van een goed afgeschermde (StAI) kabel van het abonnee overnamepunt naar de televisie zoals is gedaan in de 1e tranche. Bij dit onderzoek is gekeken of het mogelijk was door aanpassing van overige 1
Duitsland: Beeinflussung der Dienste auf TV-Kabel-Infrastrukturen durch bidirektionale terrestrische Anwendungen LTE (Long Term Evolution) im UHF-Bereich. Een rapport door IRT, Institut für Rundfunktechnik GmbH en ANGA, Verband Deutscher Kabelnetzbetreiber e.V.
2
Zwitserland: BAKOM-Bericht Die Auswirkungen der Einstrahlung ins CATV – Netz, Das CATV - Netz ist moduliert mit analogem und digitalem CATV – Signal
3 UK: Draft CEL-DD01 V1.1 (2009-09), Implications of the digital dividend proposals;Cable Europe Labs testing programme Part 1: Privately Owned Household Equipment (POHE)
2
Onderzoek naar verstoring van digitale kabel TV door 800 MHz mobiele LTE toepassingen
snoeren en kabels, alsmede de ligging hiervan, de stoorgevoeligheid te verlagen. Bij het optimaliseren van de huisinstallaties is ervan uit gegaan dat de bekabeling een zo compact mogelijke geometrie moet krijgen. Van de 11 huishoudens zoals genoemd in paragraaf 3.1 zijn de 4 configuraties met de slechtste resultaten op die wijze verbeterd. Optimalisatie leidt tot een duidelijke verbetering. Echter, bij de geoptimaliseerde situatie trad in 2 van de 4 gevallen storing op een afstand van 1 meter tot de televisie. De volgende conclusies zijn indicatief, gezien het zeer beperkt aantal steekproeven, namelijk de voornoemde 11 metingen aan standaardconfiguraties en de 4 metingen aan de geoptimaliseerde configuraties. -
Indien een LTE mobiele telefoon met een zendvermogen zoals gegeven in de concept EC decision op een afstand van 3 meter van de televisie wordt gebruikt, zal uitgaande van een standaard configuratie, bij drie op de vier van deze televisies storing ontstaan.
-
In de helft van de gevallen zal onder bovengenoemde condities storing optreden door een LTE toepassing bij de kabelontvangst van de buren.
-
Bij vier huisinstallaties zijn aanvullende maatregelen genomen (om de stoorgevoeligheid verder te reduceren) die verder gingen dan alleen het gebruik van een StAI kabel van het abonnee overnamepunt naar de televisie. Deze optimalisatie hebben geleid tot een duidelijke verbetering. Echter, ook hierbij is vastgesteld dat bij de vaak optredende LTE bandbreedtes van 5 tot 10 MHz, na optimalisatie rekening moet houden met 50 % kans op verstoring wanneer een mobiele toepassing op 1 meter van de televisie wordt gebruikt.
-
De kwaliteit van afscherming en aansluiting van de overige kabels (anders dan die van het abonnee overnamepunt naar de televisie) bleken, bij de optimalisering van de configuratie, van invloed te zijn op de stoorgevoeligheid van de huisinstallatie.
3
Agentschap Telecom
3 Onderzoek ter bepaling van de stoorgevoeligheid van kabel TV voor LTE mobiele toepassingen
3.1 Meetonderzoek 1e tranche: de standaardconfiguratie In de eerste meettranche zijn bij 11 huishoudens metingen uitgevoerd ter vaststelling van de stoorgevoeligheid van de kabelomroepinstallatie voor mobiele LTE toepassingen. De metingen zijn uitgevoerd door afdeling Toezicht van Agentschap Telecom. Er is een meetzender gebruikt die het LTE signaal genereert en met verschillende bandbreedtes kan uitzenden namelijk 1,25 MHz, 5 MHz, 10 MHz en 20 MHz. Het LTE signaal van de meetzender werd via een kabel met een log-periodische antenne verbonden. Deze was op een afstand van 3 m tot de TV geplaatst en werd met de hoofdbundel gericht naar de televisie ontvanger, daarna werd vanuit die positie de antenne gedraaid in een richting van waaruit de kabel TV installatie het meest gevoelig bleek voor de LTE signalen. Het volgende meetprotocol is gehanteerd: 1.
2. 3.
4. 5. 6.
7.
8.
9.
De test werd eerst uitgevoerd in een bestaande situatie in de betreffende woonkamer met de bekabeling en televisie zoals daar aanwezig en met de signalen op de kabel zoals gegenereerd door de kabelomroepmaatschappij. De aangetroffen situatie alsmede de niveaus van de gewenste signalen op de kabel werden vastgelegd. De TV werd ingesteld op een daadwerkelijk, op de kabel, aanwezig kanaal in de buurt van de 800 MHz. De meetzender werd ingesteld op een LTE signaal met bandbreedtes van respectievelijk 1,25 MHz, 5 MHz, 10 MHz en 20 MHz. Dit zijn de bandbreedtes die naar verwachting door LTE toepassingen gebruikt gaan worden. De frequentie van de meetzender werd op dezelfde frequentie als de frequentie van het televisiekanaal afgestemd. De uitgang van de meetzender werd gekoppeld aan de log-periodische antenne. De log-periodische antenne werd op een afstand van 3 m van de televisie-ontvanger geplaatst, met de hoofdbundel gericht naar de televisie. Vervolgens werd vanuit die positie de antenne gedraaid in een richting van waaruit de kabel TV installatie het meest gevoelig was. Het zendervermogen van de testzender werd zodanig afgeregeld dat verstoring net optrad. Als criterium voor storing op analoge TV’s zijn de criteria uit CISPR 204 gehanteerd. Bij digitale TV’s ligt het criterium bij het ontstaan van ‘blokjes’ in het beeld. Door bij het zendvermogen van de meetzender (in dBm) 3 dB op te tellen werd het uitgestraalde vermogen in de hoofdbundel in dBm(erp) verkregen5. Deze waarde werd genoteerd als de meetuitkomst. Deze waarde geeft feitelijk het equivalente zendvermogen aan waarmee een LTE mobiel (met een dipoolantenne) had moeten zenden om storing te veroorzaken op een afstand van 3 meter tot een televisie. De meetuitkomst werd vergeleken met het zendvermogen van 25 dBm (23 dBm +2 dBm tolerantie) dat voor zover nu bekend6 door LTE mobiele toepassingen gebruikt mag gaan worden binnen een willekeurige bandbreedte.
Hierna is hetzelfde protocol (met uitzondering van punt 1) herhaald voor de gewijzigde configuratie. De aanwezige bekabeling werd vervangen door 2 gekoppelde 5 meter “StAI kabels” 7 vanaf het overnamepunt naar de TV. De eventueel andere kabels (bv naar DVD speler) zijn in deze 1e tranche niet vervangen door kabels van betere kwaliteit en ongemoeid gelaten. Bovendien werd zowel analoge8 4 IEC CISPR 20 Sound and television broadcast receivers and associated equipment – Immunity characteristics – Limits and methods of measurement 5 De factor van 3 dB wordt verkregen uit de waarden van de antenneversterking van de log-periodische antenne (4 dB t.o.v.dipool) en de verliezen van de aansluitkabel (1dB). 6 Concept EC beschikking zoals behandeld in de RSC vergadering van oktober 2009 7 StAI, Stichting Aanpak Interferentie. Stichting met als doel een goede kabelontvangst mogelijk te maken. Een van de middelen is het verstrekken van kabelmateriaal dat aan zeker minimum eisen (75 dB afschermingsdemping) voldoet. Stai kabels hebben op deze frequentie dezelfde afscherming als de norm van NLKabel (Kabelkeur)) 8 Bij de 11 huishoudens werd in 10 gevallen een LCD of plasmascherm aangetroffen. Slechts in 1 geval was er een CRT TV. In alle gevallen betrof het echter een analoge tuner. Met de aanwezige bekabeling werd dit de testinstelling voor analoge ontvangst.
4
Onderzoek naar verstoring van digitale kabel TV door 800 MHz mobiele LTE toepassingen
als digitale9 ontvangst getest. Dit is gebeurd in een aantal stappen zodat per huishouden 4 configuraties werden bekeken. De configuratie met een StAI kabel en digitale ontvangst beschouwen we als de standaardconfiguratie.
3.2 Onderzoeksresultaten meetonderzoek 1e tranche Tabel 1 geeft het te verwachten percentage van kabeltelevisieontvangers dat gestoord wordt indien een LTE mobiele toepassing wordt gebruikt op de aangegeven locatie met aangeven vermogen. Dit er van uitgaande dat de mobiele toepassing zendt op dezelfde frequentie als die van het TV kanaal waarnaar wordt gekeken. De percentages zijn afgeleid uit een beperkt aantal (11) steekproeven die zijn verkregen zoals omschreven in paragraaf 3.1. Van de waarden verkregen uit deze 11 steekproeven werd de gemiddelde waarde en de standaard deviatie bepaald en werd een “Gaussische verdeling” geconstrueerd. Deze “Gaussische verdeling” is gebruikt als basis voor de bepaling van de stoorkansen in onderstaande tabel. Tabel 1 laat zien dat de stoorkansen hoog zijn en dat de standaardconfiguratie niet voldoende is om storing te voorkomen. De gedefinieerde standaard configuratie kenmerkt zich door een lange kabel van het overnamepunt naar de TV of STB (set top box). Deze lange kabel gaat een RF stroom op zijn buitenmantel voeren als een mobiele toepassing in de buurt van de TV of kabel komt. Deze RF stroom koppelt in op de coaxiale antenne-ingang in de TV of STB of bij een andere stekerverbinding. Bij een goede kabel lijkt de TV of de STB zelf de zwakke plaats.
9
Digitale ontvangst is getest door tussenschakeling van een set top box met SCART kabel.
5
Agentschap Telecom
Tabel 1: Het te verwachten percentage van kabeltelevisieontvangers dat gestoord wordt indien een LTE mobiele toepassing wordt gebruikt op de aangegeven locatie met aangeven vermogen. Dit er van uitgaande dat de mobiele toepassing zendt op dezelfde frequentie als die van het TV kanaal waarnaar wordt gekeken. Bovendien is uitgegaan van een standaard configuratie (Stai kabel van AOP naar TV+ digitaal ontvangst). Locatie van LTE mobiele toepassing t.o.v. ‘TV”. Mobiele toep. zendend met 25 dBm erp10,8
LTE B=1,25 MHz
LTE B=5 MHz
LTE B=10 MHz
LTE B=20 MHz
Op 3 meter van TV in woonkamer
73 %
74 %
72 %
69 %
Op 1 meter van TV in woonkamer11
91 %
91 %
91 %
90 %
Op 1 m afstand tot TV van buren (berekend met muurdemping) 12
73 %
74 %
72 %
69 %
Op 3 meter afstand van TV van buren (met muurdemping)
46 %
46 %
43 %
39 %
3.3 Meetonderzoek 2e tranche: Optimalisatieonderzoek De Tabel 1geeft aan dat de te verwachten stoorkans bij de standaardconfiguratie aanzienlijk is. In het 2e tranche onderzoek is voor 4 situaties onderzocht of de stoorgevoeligheid kon worden gereduceerd door maatregelen te nemen die verder gingen dan alleen het plaatsen van een Stai kabel van AOP naar TV zoals is gedaan in de 1e tranche. Bij dit onderzoek is gekeken of het mogelijk was door aanpassing van overige snoeren en kabels, alsmede de ligging hiervan, de storingsgevoeligheid te verlagen. Bij het optimaliseren van de huisinstallaties is ervan uit gegaan dat de bekabeling een zo compact mogelijke geometrie moet krijgen. Van de 11 huishoudens zoals genoemd in paragraaf 3.1 zijn de 4 met de slechtste resultaten zo verbeterd. Dit heeft geleid tot de immuniteitswaarden zoals aangegeven in Tabel 2.
10 Dit komt overeen met het maximale uitgestraalde vermogen (23 dBm + 2 dB tolerantie) dat volgens de concept EC beschikking wordt toegelaten voor LTE mobiele toepassingen. 11 Uit de immuniteitswaarden die verkregen zijn bij 3 m kan de immuniteitswaarde op 1 m afstand worden afgeleid. Op een afstand van 3 m is er theoretisch gezien een vermogenstoename van 9,5 dB nodig om hetzelfde stooreffect te verkrijgen als op 1 m. 12 In de komende jaren mogen we verwachten dat de gemiddelde TV een aan de muur hangende digitale TV is. De TV bij de buren kan zich dus vlak bij de eigen TV bevinden, ruggelings naar elkaar toe met de muur ertussen. Ze staan dan dus op dezelfde afstand van een verstorende mobiel. Bij de bepaling van de stoorgevoeligheid van buur TV installaties is 10 dB demping in rekening gebracht. Dit volgt uit COST Action 231 en de Chesterovereenkomst.
6
Onderzoek naar verstoring van digitale kabel TV door 800 MHz mobiele LTE toepassingen
Tabel 2: Zendvermogen van een LTE toepassing waarbij op 1 m afstand storing ontstaat op de TV bij een (qua immuniteit) geoptimaliseerde situatie. LTE bandbreedte situatie 1,25 MHz 5 MHz 10 MHz 20 MHz
Zendvermogen (in dBm) nodig om op 1 m van de TV storing te veroorzaken 1 17 21 24 > 33
2 19 22 22 > 33
6 15 15 19 > 33
8 18 20 > 33 > 33
Gemiddeld 17,25 dBm 19,5 dBm 24,75 dBm > 33 dBm
Het getal in dBm dat in Tabel 2 bij elke LTE bandbreedte is gegeven is het gemiddelde immuniteitsniveau van de 4 geoptimaliseerde huisinstallaties bij een afstand van 1 m tot de TV. Hier is duidelijk het te verwachten verloop aanwezig: de hogere bandbreedtes brengen een lager stoorsignaal mee en er treedt dan een hogere immuniteit op. Optimalisatie leidt tot een duidelijke verbetering. Echter, bij de geoptimaliseerde situatie trad in 2 van de 4 gevallen storing op op een afstand van 1 meter tot de televisie. Maar dit moet men vergelijken met de circa 90 % kans op verstoring bij een mobiel op 1 meter in een niet geoptimaliseerde configuratie. Zie tabel 1.
3.4 Verder onderzoek Naast antwoorden zijn uit deze onderzoeken ook vragen opgekomen. Hiertoe is aanvullend onderzoek gewenst: • • •
Waarom is bij de metingen aan de 11 huisinstallaties geen invloed van de bandbreedte te zien geweest? Dit is onvoldoende duidelijk en maakt verder onderzoek nodig. Zoals eerder afgesproken zal een grotere variëteit aan configuraties onder beschouwing worden genomen. Op basis van de gegevens uit dit onderzoek en de gegevens uit het buitenland kan men concluderen dat bij gebruik van goede kabels de verbindingen zoals met het overnamepunt, TV en andere aangesloten apparatuur het zwakke punt is. Dit moet echter verder worden geverifieerd voordat hier algemene conclusies aan verbonden kunnen worden
4 Conclusies De volgende conclusies zijn indicatief gezien het zeer beperkt aantal steekproeven, namelijk de voornoemde 11 metingen aan standaardconfiguraties en de 4 metingen aan de geoptimaliseerde configuraties.
-
Indien een LTE mobiele telefoon met een zendvermogen zoals gegeven in de concept EC decision op een afstand van 3 meter van de TV wordt gebruikt zal uitgaande van een standaard configuratie, bij drie op de vier van deze TV’s storing ontstaan.
-
In de helft van de gevallen zal onder bovengenoemde condities storing optreden door een LTE toepassing bij de buren.
-
Bij vier huisinstallaties zijn aanvullende maatregelen genomen (om de storingsgevoeligheid verder te reduceren) die verder gingen dan alleen het gebruik van een StAI kabel van overnamepunt naar TV. Deze optimalisatie hebben geleid tot een duidelijke verbetering. Echter, ook hierbij is vastgesteld dat bij de vaak optredende LTE bandbreedtes van 5 tot 10 MHz, na optimalisatie rekenen moet houden met 50 % kans op verstoring wanneer een mobiele toepassing op 1 m van de TV wordt gebruikt.
7
Agentschap Telecom
-
8
De kwaliteit van afscherming en aansluiting van de overige kabels (anders dan die van overnamepunt naar TV) bleken, bij de optimalisering van de configuratie, van invloed te zijn op de stoorgevoeligheid van de huisinstallatie.
