テレビのデジタル放送波を使って受信機の周波数を校正する方法



テレビがデジタル放送になって、手軽な校正用の信号が無くなってしまったなんて思っていませんか？
　
クロマから信号が取れなくなったのは残念ですが、
実は、デジタルＴＶ放送波そのものに、精度の良い信号が含まれています

これはＱＥＸjapan誌13号（2014.12）で公開した方法です
原理などは同誌をご覧ください

ここには結論だけ書きます
デジタル放送波を構成しているOFDMキャリアの上端に、連続キャリアがあり、これが校正に利用できるのです。


1チャンネルあたり6MHzという帯域幅はアナログ時代と変わっていませんが、周波数分布は大きく変わっています

　
これが地上デジタルTV放送のスペクトラム。6MHz弱の帯域の中に5717本のキャリアが密集しています
しかもキャリアは変調されています。このままでは周波数標準にはなりそうもありません


しかし、このうちの上端、ちょうど5717本目のキャリアだけは、QPSK変調されていません
このためスペクトラムを観測すると、ここだけが立っているように見え、
実際に受信してみると連続キャリアの存在が確認できます。(注：BPSK変調は掛っている）

規格書であるARIB STD-B31を調べればこのキャリアの周波数がわかります。
また、地上デジタル放送波は±1Hz以下であることを要求されています。（無線設備規則別表１より）
実際の運用においては周波数偏差は±0.5Hz以下。0.001ppm！
10のマイナス9乗　素晴らしいでしょ！

受信装置の校正をする場合は、最低でも1Hz未満に合わせこまないとこの精度が無駄になります。
では、どうするか。
計算が面倒な場合はこのWEBページで計算できます
チャンネルを自動的に判断しているので、読み取った周波数を入力するだけで使用可能です

元信号は±0.5Hz、復調音確認の精度も0.5Hz（2秒に１回のビート）とすると、
全体の合わせ込みは1Hz以内ということになり、信号周波数が500MHzなら、0.002ppmの精度で
表示上の受信周波数と実際に受信している周波数のズレを確認した事となります

簡単でしょ


リグの受信範囲が狭い場合でも諦めるのは早い！



この周波数チェック方法は、一発周波数管理、なおかつ、SSB機であることが条件なのですが、
最近のオールモード機はTV放送帯を受信範囲にしていない物が多いようです。
デジタルTV放送のザーという音を聴いてもしょうがないという事でしょうか（笑）。

でも、諦めるのはまだ早いです。
イメージ受信で受けられる場合があります。


この写真はFT-991Aの受信基板(底面にあります。黄色マークの1.5D2Vを探してください)ですが、
矢印のポイントに、TVアンテナの出力を接続すると、
430MHz帯を受信するときに、138.9MHz上の周波数も同時に受信する事ができるようになります。
最適点はここではありませんが、トラブルを避けるためにこの場所にしています。

558.9MHz〜608.9MHzを受信できる、言い換えれば物理チャンネルの27ch〜35chを
受信できるわけです。

作業するときは以下の点に注意してください。

リークの無い、良質のはんだごてを使い、
細い線を利用して、この基板には力が掛からないように注意する事。
（力が掛かるとパターンや部品がはがれる恐れがあります）
必ず自己責任でお願いします。トラブルがあっても私は一切関知しません！。


メインダイヤルで周波数表示を高くすると実際の受信周波数も上がりますが、
イメージ受信ですからUSB,LSBは反転します。
つまり、LSBモードの方が周波数が低くなり、USBモードの方が高い周波数で受かるようになります。
同じトーンになる処を探して両者の周波数を足し、２で割るという手順は同じです。

計算例を一つ　IFが69.450000MHzのリグの場合です。
物理チャンネル30ch、すなわち上限キャリアが577.928571MHzの放送で、
USBのゼロビート寸前ポイントが439.025760MHz
LSBのゼロビート寸前ポイントが439.031350MHz
とすると、この信号の周波数はリグの上では439.028555MHz
実際はイメージを受けていますから69.45MHz×2を足すと577.928555MHz
物理チャンネル30chとの差は0.028ppm
表示の方が高いので、表示よりも0.028ppm低いのが真の周波数という事になります。

送信波は法令上の誤差1Hz、受信側は5Hzステップの為、0.5+2.5=3Hz以下は意味を持ちません。
これは0.007ppmにあたりますので、実際の誤差は0.028±0.007≒0.03ppmと受け取るべきでしょう。
なお、このリグのTCXOは0.5ppm、これは通常使用時の保証値ですから、
実際の偏差0.03ppm（表示の方が高い）という測定結果は一桁精度をアップする測定値と言えます。
ちなみにこれは433MHzに於いて、実際の周波数は表示よりより13Hz下にずれているという事ができます。
ただしリグは5Hzステップなので実際はここまで確認できないように思われるかもしれませんが、
リグの表示が433.000000MHzでビートが2Hz、433.000005MHzでビートが3Hzであれば、
リグの表示は433.000002MHzとして真の周波数を算出することができます。432.999989MHz(±3Hz)ですね。

簡単でしょ

誤差は比率で決まりますから、HF帯であれば、簡単に1Hz以下の精度で周波数の測定ができます。

あ、普段はこのアンテナは外してくださいね。イメージ混信が生じます。
なお、TVの強電界地域では、テレビアンテナを直接アンテナ端子に接続しても
受信できる場合があります。


SDRの周波数補正にもこの信号は役立つ！



SDRは外付けのハードウェア（たいていはUSBメモリの様な小さな物＝ドングル）を利用しますが、
この周波数はたいていズレています。そのために改造ドングルも売られているぐらいです。
430MHz帯を受信した時など、10kHz近くズレている場合もあります。

でも、デジタル放送の上限キャリアを利用すればこの問題も改善されます。

これはSDR#の画面ですが、カンの良い方なら、いえ、技術力のある方なら、
なにをやっているかすぐにわかると思います。

モードはUSBで、周波数を上限キャリアより1kHz低くセットします。
そして、コントローラ画面の周波数補正値を変えていき、復調音が１kHzに近くなるように
するのです。

SDR#の補正値は1ppm単位なので完全には補正しきれません。この例では577.9Hz単位での補正になりますが、
577.9/2≒289Hzまでは補正できます。
これは430MHz帯では215Hz,144MHz帯では72Hzに相当します。
局発を高安定品に変えていたとしても、安定度にほぼ見合った精度が得られます。
簡単でしょ

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ついでにおまけです。
最近の一発周波数管理、BFOピッチを変えるとサイドトーン周波数も変わるリグで、
10Hz未満の表示が無い場合の受信周波数の確認方法も書いておきます。

周波数が判っている電波で練習しておくと後が楽です。
10MHzの海外の標準電波、もしくは8006kHz、5006kHzのJG2XAを受信してみてください。
この時、リグは10Hzステップにセットします。（5Hzにしないように！）

公称周波数でCWで受信してサイドトーンとの１秒あたりのうねりの回数を読んでください。
次に10Hz上げて読みます。更に10Hz下げて読みます。

最初が3回/秒、10Hz上げた時が7回／秒　下げた時は毎秒10回以上　であれば、
リグの周波数は＋3Hzになっています。（表示より実周波数は3Hz低い）

最初が7回/秒、10Hz上げた時が毎秒10回以上　下げた時は3回／秒　であれば、
リグの周波数は-7Hzになっています。（表示より実周波数は7Hz高い）

毎秒6回とか、8回といった回数は正確に測れないかもしれませんが、
その時、もう一つの読みは4回、２回、つまり、10からその数字を引いた数になりますから
こちらを正確に読めばあとは10以上かどうかを判定するだけで済みます。

簡単でしょ
C JJ1GRK 2016-2017