JP2006054813A - デジタル変調装置およびその変調制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡便に現用送信器を予備送信器との間の各送信波の各ＩＦ信号の間の遅延時間差を測定し、現用送信器を予備送信器に切替えても送信電波に遅延時間差が発生しないデジタル変調装置およびその変調制御方法を実現する。
【解決手段】 ２台の送信器１Ａと１Ｂからの送信波を位相比較器４を用いて測定し２つの送信波の位相を揃え、２台の送信器１Ａと１Ｂからの送信波に含まれる各ＩＦ信号の間に遅延時間差があると、位相比較器４が測定する各送信波の間の位相差誤差信号に発生するパルス状の雑音を検出して、そのパルス状の雑音を最小になるように可変遅延線１５を調整することにより各ＩＦ信号の間の遅延時間差を最小にする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、冗長構成を持つマイクロ波中継を行うデジタル変調装置およびその変調制御方法に関する。

放送局等では、放送用の広帯域な映像情報をセンターから支局や送信所などへマイクロ波により無線中継することがある。この様な無線中継では、中継無線局間を現用回線と予備回線からなる冗長構成を持たせており現用回線に不具合が発生したとき、又は、装置機材の保守点検等を行うときは、現用回線から予備回線に切替えて中継を行う。

最近の映像信号伝送は、デジタルビデオ信号化されていることから、例えば、ビット落ち等の現象により画像にノイズが発生するのを防いで切替えなければならない。そのためには、現用回線と予備回線の間で受信したデジタルビデオ信号の遅延時間差を無くして切替える必要がある。現用と予備回線による冗長化は、中継無線局を構成する送信器、受信器、変調器等の装置のいずれか、又は全てで行われる。

中継無線局の受信側において回線の切替えを行う例として、２台の受信側の復調器で検波復調されたデジタルビデオ信号の各データフレーム情報を抽出し、その抽出されたフレームの間の遅延時間差を測定して、一致するように補正して受信信号を切替えているものがある（例えば、特許文献１参照。）。

即ち、受信側で遅延時間調整を行う場合、２台の受信器に接続されたそれぞれの復調器には遅延時間調整回路が組み込まれており、受信側の切替器の入力では遅延時間差が無くなる。

この様な冗長構成の中継システムでは、ビット落ち、又は重複を防ぐ為に受信側と同様に送信側の切替器の入力でもそれぞれの入力での遅延時間差を無くすようにして切替えることが必要である。

図１０は、従来の変調器を冗長構成にした無線中継局の送信部の構成図である。

図１０において、無線中継局の送信部は、送信器１０Ａ、変調器２０Ａ、変調器２０Ｂ、および切替器３０とから構成される。なお、送信器１０Ａは、ＴＴＬ（Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ ｔｏ Ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ Ｌｉｎｋ）の様に多方向の受信先へ同時に中継送信をする場合には、複数になることもある。

スタジオ装置からのデジタルビデオ信号は、変調器２０Ａを経るルートと、変調器２０Ｂを経るルートとの２つの系統に分けられる。

デジタルビデオ信号は、変調器２０Ａ、２０Ｂで中間周波数の変調波に変換され、切替器３０で、変調器２０Ａ、２０Ｂからのルートのうちいずれか一つからの変調波の信号を選択して送信器１０Ａに出力される。

この様な場合、変調器２０Ａ、２０Ｂを構成する回路部品の差異、配線長等の違いから切替器３０に入力される両変調波の間には、位相、および遅延時間の差ができる。

即ち、変調器２０Ａ、２０Ｂの出力を切替器３０で切替えても受信側で復調されたデジタル信号にビット落ちなどエラーが発生しない様に切替えなければならない。そのためには、切替器３０に入力する２台の変調器２０Ａ、２０Ｂからの変調波の周波数と位相、およびそれらの送信波が変調された変調波の周波数と遅延時間（変調波の包絡線）が揃うことが必要である。

そこで、従来は、変調器２０Ａ、２０Ｂを設置する時、切替器３０の入力側で変調器２０Ａ、２０Ｂの変調波の一部を取り出して、調整用のネットワークアナライザ等で変調波の遅延時間を観測し、変調器２０Ａ、２０Ｂの違いによって発生する遅延時間差が無いように、変調器２０Ａ、２０Ｂにそれぞれ接続される遅延線で遅延時間を調整していた。

しかし、従来の方法では、ネットワークアナライザ等の特殊測定器を用いなければならず、操作に習熟を要するとともに常時遅延時間を監視出来ない欠点があった。また、作業性を改善した遅延時間調整をするために変調波を復調して遅延時間の調整を行う回路を変調器２０Ａ、２０Ｂとに組み込むにしても変調器の形状の大型化、消費電力の増加、またコスト増加等の問題が生じた。
特開平８−１２５６４２号公報（第８頁、第１図）

従来マイクロ波を用いた無線中継局で、特に変調器を冗長構成にした送信系統においては、２台の変調器から切替器に接続された２系統の変調波の間に遅延時間差が無い様にするため、変調器を設置する時にネットワークアナライザ等の測定装置を変調器の傍に設置して測定調整しなければならず作業性が悪かった。また、作業性を高めるために変調波を復調して遅延時間の調整を行う調整回路を変調器に組み込む場合には、変調器が大型化、また高コストになる問題があった。

本発明は上記問題を解決するためになされたもので、現用変調器と予備変調器からの変調波の間の遅延時間差を簡便に測定、調整でき、現用変調器を予備変調器に切替えてもその変調波の間に遅延時間差が発生しないデジタル変調装置およびその変調制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明のデジタル変調装置は、２つの入力端子を有し、出力端子が送信器へ接続される切替器と、共通のスタジオ装置から入力されるデジタルビデオ信号を変調して生成した第１の変調波が前記切替器の一方の入力端子へ出力される第１の変調器と、前記入力されたデジタルビデオ信号を変調して生成した第２の変調波が前記切替器の他方の入力端子へ出力される第２の変調器と、前記切替器の前記２つの入力端子に接続され、前記第１と前記第２の各変調部が出力する変調波の間の位相差からパルス雑音を抽出して前記各変調波の間の遅延時間差誤差信号として出力する位相比較器と、前記位相比較器から前記出力される前記遅延時間差誤差信号の前記パルス雑音が最小となるよう前記第１又は第２の変調器が備える可変遅延線の遅延時間を調整する遅延調整手段とを具備することを特徴とする。

また、本発明のデジタル変調装置の変調制御方法は、第１、第２の変調器が共通のスタジオ装置からデジタルビデオ信号を入力し、前記第１、第２の変調器の出力のいずれか１つが切替器により選択されて送信器に出力される変調装置の変調制御方法において、前記デジタルビデオ信号が入力された前記第１の変調器は、第１の変調波を生成して前記切替器の一方の入力端子へ出力し、前記第２の変調器は、第２の変調波を生成して前記切替器の他方の入力端子へ出力し、前記切替器の前記２つの系統の入力端子に接続される位相比較器は、前記第１と前記第２の変調波の間の位相差の位相差誤差信号からパルス雑音を抽出して前記各変調波の間の遅延時間差誤差信号として遅延調整手段に出力し、前記遅延時間差誤差信号が入力された前記遅延調整手段は、前記第１又は第２の変調器が備える可変遅延線の遅延時間を前記パルス雑音が最小となるよう調整することを特徴とする。

本発明によれば、位相比較器を用いて現用と予備の２台の変調器の各変調波の間の位相差誤差信号とともに、各変調波の間に遅延時間差が有ると位相差誤差信号に発生する雑音が最小になるように可変遅延線を調整することによって各変調波の間の遅延時間差を最小にし、変調波の間に遅延時間差が発生しない様にしたデジタル変調装置とその変調制御方法を提供することができる。

以下、図１乃至図３を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は、本発明のデジタル変調装置の実施例１の構成を示すブロック図である。

図１において、本発明のデジタル変調装置は、変調器１Ａ、変調器１Ｂ、基準発振器２、切替器３、位相比較器４、および遅延調整部５とから構成される。

スタジオ装置から変調装置に出力されたデジタルビデオ信号は、冗長性を持たせるため変調器１Ａと１Ｂの２つの系統に分離されて入力される。

変調器１Ａ、１Ｂは、各々がスタジオ装置から受信したデジタルビデオ信号を共通の基準発振器２を原振信号とする周波数で変調した中間周波数の変調波（以下、ＩＦ信号と称す。）に変換する。そして、変調器１Ａの出力は切替器３の一方の入力端子に、変調器１Ｂの出力は、他方の入力端子に接続される。

切替器３は、変調器１Ａ、１Ｂからのいずれか一方のＩＦ信号を選択して出力端子に接続された送信器へ出力する。

位相比較器４は、切替器３の２つの入力端子に入力されたＩＦ信号の位相差を示す誤差信号Ｖｅ、及びＩＦ信号間に遅延が有る場合にパルス雑音信号Ｅｐを出力する。誤差信号Ｖｅは、位相制御のフィードバック制御に用いられ、変調波、即ち２つのＩＦ信号の間で位相差を最小にする。また、パルス雑音信号Ｅｐは、即ち２つのＩＦ信号の間で遅延時間差がある時、誤差信号Ｖｅに発生する雑音で、この雑音が最小になるように変調器１ＡのＩＦ信号の遅延時間が遅延調整部５によって調整される。

図２は、図１におけるスタジオ装置からデジタルビデオ信号が変調器１Ａ、１Ｂ、および切替器３を経て送信器に接続される系統の変調装置の機能ブロック図である。

図２において、変調器１Ａ、１Ｂは、それぞれインタフェース１１、基準発振器２の原振信号を入力して局部発振信号を生成する局部発振器１３、デジタルビデオ信号と局部発振信号を混合して変調波に、即ちＩＦ信号に変換するモジュレータ１２、モジュレータ１２の出力のＩＦ信号の増幅を行う増幅器１４とを備えている。なお、デジタルビデオ信号に遅延時間を加える可変遅延線１５、およびＩＦ信号の位相を調整するフェーズシフタ１６は、２台の変調器１Ａ、１Ｂが備えることなく、いずれか一方の変調器（ここでは、１Ａとする。）だけが保有するものを調整、制御して他方の変調器１Ｂの信号出力に揃える構成であっても良く、ここでは、変調器１Ａのみが備える構成とする。

また、デジタルビデオ信号は、スタジオ装置から出力される同期信号を基準にタイミングを合わせ変調器１Ａ、１Ｂの各インタフェース１１に入力され、無線フレームフォーマットのデジタル無線ビデオ信号に変換され、更にモジュレータ１２において基準発信器２の周波数を基準にして、両系統の例えば、６４ＱＡＭ（６４値直交振幅変調）変調処理が行われる。

変調器１Ｂでは、デジタル無線ビデオ信号がモジュレータ１２の一方の入力に加えられ、他方の入力には基準発振器２からの変調波基準周波数信号を受信して局部発振器１２が生成した局部発振信号の出力が入力され、混合されることにより所定周波数の変調波（ＩＦ信号）に変換される。このＩＦ信号は、その振幅がデジタル無線ビデオ信号で変調された包絡線になり増幅器１４で増幅されて切替器３の一方の入力（以下Ｂ系統と呼ぶ。）端子に供給される。

また、変調器１Ａでは、デジタル無線ビデオ信号が可変遅延線１５を経てモジュレータ１２の一方の入力に加えられ、モジュレータ１２の他方の入力には、局部発振器１２の出力が加えられて、変調器１Ｂと同じ周波数のＩＦ信号に変換される。そのＩＦ信号はフェーズシフタ１６を経て増幅器１４で増幅されて切替器３の他方の入力（以下Ａ系統と呼ぶ。）端子に供給される。

以上の信号処理により、切替器３が受信する２つの系統では、変調器１Ａ、１ＢからのＩＦ信号の周波数が揃っているが、更に２つの変調器の回路部品等の違いにより発生した２つの系統間でのＩＦ信号の入力位相差およびＩＦ信号の遅延時間を図３に示した位相比較器４により揃える処理を行う。

図３は、図２に示した実施例１における位相比較器４の機能ブロック図である。

図３において、位相比較器４は、Ａ系統とＢ系統の両系統のＩＦ信号を受信し、そのＩＦ信号の間の位相差を検出して誤差信号Ｖｅを出力する位相差検出部４１、位相差検出部４１に接続されるローパスフィルタ４２と、ローパスフィルタ４２に接続されて位相制御信号Ｖｃを生成してフェーズシフタ１６に供給する制御増幅部４３、およびＩＦ信号の遅延時間差を検出するために直流分を除去するローカットフィルタ４４を備えている。なお、ローカットフィルタ４４は誤差信号、直流分を除去し、さらに不要な高域分を除去するバンドパスフィルタであっても良い。

即ち、切替器３のＡ、およびＢ両系統の入力に接続した位相比較器４により２つの変調器１Ａと１ＢからのＩＦ信号の位相差を位相差検出部４１で検出する。そして、その位相差が無くなるよう位相比較器４から位相制御信号Ｖｃをフェーズシフタ１６に加えて位相差を揃える制御を行う。

位相比較器４では、２つの信号入力の位相差を制御するために、Ｂ系統からのＩＦ信号を基準にしてＡ系統からのＩＦ信号を比較する。位相差検出部４１は、両者の位相差に比例した直流レベルの誤差信号Ｖｅの電圧を検出し、ローパスフィルタ４２を通して位相制御信号Ｖｃを生成する。そして、位相制御信号Ｖｃがフェーズシフタ１６に供給され、誤差信号Ｖｅの電圧をＡ、Ｂ両系統間で位相差がない時の基準電圧に等しくなるようにフィードバック制御を行う。

ここでフェーズシフタ１６は、この位相制御信号Ｖｃによりモジュレータ１２が出力するＩＦ信号の位相を変えるので、モジュレータ１２で変調されたＡ系統のＩＦ信号の位相がＢ系統のＩＦ信号と揃うようになる。しかし、このままでは両系統のＩＦ信号のデジタル無線ビデオ信号の間の遅延時間差（以下、ＩＦ信号の遅延時間差と称する。）が一致していないのでＩＦ信号の間の遅延時間差を揃える手順について以下に説明する。

ここで、図４は、位相比較器４が受信した両系統Ａ、Ｂの２つＩＦ信号の間に遅延時間差が有る場合の信号出力を表した説明図である。図４において両系統のデジタル無線ビデオ信号は、ＩＦ信号の包絡線によって表示される。両系統の変調器の差（主にモジュレータ１２の差）による遅延時間差があると包絡線のゼロクロスポイント付近では、誤差信号Ｖｅにパルス状の雑音Ｅｐが発生する。

そこで、本発明では、受信した２つのＩＦ信号の位相差調整を図３に示した様に、位相差検出部４１から得られる直流の誤差信号Ｖｅをローパスフィルタ４２を通して生成した位相制御信号Ｖｃで行ない、その位相制御信号Ｖｃからパルス雑音Ｅｐの成分を除去している。

一方、遅延時間差が大きければ、そのパルス雑音Ｅｐのエネルギーは大きくなるので、その誤差信号電圧を低くするように２つの被測定ＩＦ信号の遅延時間差を調整するため、位相差検出部４１の出力にローカットフィルタ４４を挿入して直流分を除去し、より高い周波数成分のパルス雑音Ｅｐを誤差信号として取り出している。

そして、このパルス雑音Ｅｐを測定しパルス雑音Ｅｐが最小になるように可変遅延線１５を調整することにより両ＩＦ信号間の遅延時間差を最小にする。

図５〜図９は、本発明のＩＦ信号の遅延時間調整方法の実施例１〜実施例５を示す機能構成のブロック図である。

以下、実施例２〜５については、実施例１と異なる点を取り上げて説明する。

図５において、遅延調整部５は、位相比較器４のローカットフィルタ４４の出力波形を直接観測するオシロスコープが用いられる。また、可変遅延線１５は、例えば、コイル遅延線のタップにより遅延時間を設定するもの、又は、セラミック共振を利用した遅延線タップにより遅延時間を設定するもので、遅延時間に応じてタップ端子、又は、タップ選定スイッチ（図示せず。）が設けられている。

また、可変遅延線１５は、シフトレジスタで構成したもので、デジタル無線ビデオ信号がモジュレータ１２へ入力されるタイミングを変えるものであっても良い。そして、調整者が可変遅延線１５のタップを切替えて２つのＩＦ信号の遅延時間差が最小になるとオシロスコープで観測する波形のパルス状の雑音Ｅｐの波形が最小になるので、その時のタップを可変遅延線１５に設定すれば良い。

図６に示す実施例２では、位相比較器４は、調整の作業性が良くなる様に変調器１Ａに組み込んだ点が図５の実施例１と異なる。変調器１Ａでは、位相比較器４のローカットフィルタ４４の出力をオシロスコープに直接接続して波形を観測し、パルス状の雑音Ｅｐの波形が最小になるよう可変遅延線１５のタップを設定して遅延時間を調整する様にしている。

図７に示す実施例３は、遅延調整部５をランプ５１で構成している点が実施例１と異なる。遅延時間差の測定は、位相比較器４のローカットフィルタ４４にランプ５１を接続し、その明暗で遅延時間差の大小を表示する。このローカットフィルタ４４は、キャパシタの様なもので、単純に誤差信号Ｖｅの直流分をカットするものでも良い。そして、ランプ５１が光らない様に可変遅延線１５のタップを設定して遅延時間を調整するものである。

図８に示す実施例４は遅延調整部５を整流回路５２とレベルメータ５３で構成している。そして、ローカットフィルタ４４の出力を整流回路５２で整流し、誤差信号であるパルス波形成分を直流信号に変換し、遅延時間差の大小を示す信号としてレベルメータ５３で表示、測定する。そして、このレベルが最小になる様に可変遅延線１５、又はシフトレジスタの出力タイミングのタップを設定して遅延時間を調整する。また、レベルメータ５３の代わりに、ランプやブザー等を用いてランプの明るさやブザーの警報音を利用して遅延時間差を表示するものであっても良い。

図９は、遅延時間差を自動調整する実施例５を示している。

図９において、遅延調整部５を、整流回路５２と駆動アンプ５４とで構成し、位相比較器４は、自動調整のため常時切替器３に接続されている。ローカットフィルタ４４の出力のパルス雑音Ｅｐは整流回路５２で整流検波された直流の誤差信号Ｅｃになり駆動アンプ５４に変調される。駆動アンプ５４は、受信した誤差信号Ｅｃの電圧に対応して可変遅延線１５の遅延時間を制御する遅延制御信号Ｖｄを生成する。遅延制御信号Ｖｄは、可変遅延線１５に供給されフィードバック制御を行い、Ａ系統のＩＦ信号の遅延時間が、Ｂ系統のＩＦ信号の遅延時間と一致するよう動作する。

可変遅延線１５は、タップが駆動アンプ５４からの遅延制御信号Ｖｄにより設定される。遅延制御信号Ｖｄは、２つのＩＦ信号の遅延時間差に対応して各タップを選択するスイッチ信号であるので実施例５における遅延調整部５は、小規模な回路で実現できる。従って、ＩＦ信号を検波復調してベースバンドのデジタル無線ビデオ信号に戻して遅延時間を調整する回路が不要なので、常時この回路を組み込んでも変調装置の筐体サイズが大型化することがない。

なお、実施例５は、位相比較器４が調整時のみ接続されるものであっても良い。この場合、駆動アンプ５４には、マニュアル調整用の電圧調整ダイヤル（図示せず。）を設けておき、自動調整時に最小遅延時間差を与える遅延制御信号Ｖｄ（例えば、２．５Ｖ）を測定する。そして、駆動アンプ５４から遅延制御信号Ｖｄ２．５Ｖを常に出力するようダイヤルを設定し、位相比較器４を取り外すようにすれば良い。

また、図７〜図９に示された実施例３〜５における位相比較器４と遅延調整部５は、実施例２と同様に変調装置に組み込まれるものであれば、常時遅延時間差の有無をモニタ、又は更に自動調整が可能になる。

以上説明した様に本発明の実施例によるデジタル変調装置は、現用と予備の２つの変調器の出力を汎用測定器、又はメータ等により位相比較器の出力からＩＦ信号のデジタル無線ビデオ信号間の遅延時間差を簡便に測定し、変調装置の切替器へ入力される２つの変調器からのＩＦ信号の間の位相差、およびＩＦ信号のデジタル無線ビデオ信号間の遅延時間差を揃える調整を可能とした。従って、変調器が互いに切替えられてもＩＦ信号のデジタル無線ビデオ信号は遅延時間差無く送信され、受信部で連続的に受信検波、復調出来るので受信側においてデジタル無線ビデオ信号がエラー無く受信でき、変調装置の筐体が大型化することもなく、低コストで冗長性を有する変調装置が提供できる。

本発明のデジタル変調装置の実施例の構成図。 本発明のデジタル変調装置の実施例の送信系統の機能ブロック図。 本発明のデジタル変調装置の実施例の位相比較器の機能構成を示すブロック図。 位相比較器の出力信号を説明する図。 本発明のデジタル変調装置の遅延時間調整方法の実施例１の機能構成を示すブロック図。 本発明のデジタル変調装置の遅延時間調整方法の実施例２の機能構成を示すブロック図。 本発明のデジタル変調装置の遅延時間調整方法の実施例３の機能構成を示すブロック図。 本発明のデジタル変調装置の遅延時間調整方法の実施例４の機能構成を示すブロック図。 本発明のデジタル変調装置の遅延時間調整方法の実施例５の機能構成を示すブロック図。 従来のデジタル無線通信システムの構成図。

符号の説明

１Ａ、１Ｂ 変調器
１１ インタフェース
１２ モジュレータ
１３ 局部発振器
１４ 増幅器
１５ 可変遅延線
１６ フェーズシフタ
２ 基準発振器
３ 切替器
４ 位相比較器
４１ 位相差検出部
４２ ローパスフィルタ
４３ 制御増幅部
４４ ローカットフィルタ
５ 遅延調整部
５１ ランプ
５２ 整流回路
５３ レベルメータ
５４ 駆動アンプ

Claims (4)

1. ２つの入力端子を有し、出力端子が送信器へ接続される切替器と、
   共通のスタジオ装置から入力されるデジタルビデオ信号を変調して生成した第１の変調波が前記切替器の一方の入力端子へ出力される第１の変調器と、
   前記入力されたデジタルビデオ信号を変調して生成した第２の変調波が前記切替器の他方の入力端子へ出力される第２の変調器と、
   前記切替器の前記２つの入力端子に接続され、前記第１と前記第２の各変調部が出力する変調波の間の位相差からパルス雑音を抽出して前記各変調波の間の遅延時間差誤差信号として出力する位相比較器と、
   前記位相比較器から前記出力される前記遅延時間差誤差信号の前記パルス雑音が最小となるよう前記第１又は第２の変調器が備える可変遅延線の遅延時間を調整する遅延調整手段とを具備することを特徴とするデジタル変調装置。
2. 前記位相比較器は、
   前記第１と第２の変調器が出力する変調波の間の位相差を位相差誤差信号とし、
   前記位相差誤差信号をフィルタに通して前記パルス雑音を抽出した前記遅延時間差誤差信号を前記遅延調整手段に出力することを特徴とする請求項１に記載のデジタル変調装置。
3. 第１、第２の変調器が共通のスタジオ装置からデジタルビデオ信号を入力し、前記第１、第２の変調器の出力のいずれか１つが切替器により選択されて送信器に出力される変調装置の変調制御方法において、
   前記デジタルビデオ信号が入力された前記第１の変調器は、第１の変調波を生成して前記切替器の一方の入力端子へ出力し、前記第２の変調器は、第２の変調波を生成して前記切替器の他方の入力端子へ出力し、
   前記切替器の前記２つの系統の入力端子に接続される位相比較器は、前記第１と前記第２の変調波の間の位相差の位相差誤差信号からパルス雑音を抽出して前記各変調波の間の遅延時間差誤差信号として遅延調整手段に出力し、
   前記遅延時間差誤差信号が入力された前記遅延調整手段は、前記第１又は第２の変調器が備える可変遅延線の遅延時間を前記パルス雑音が最小となるよう調整することを特徴とするデジタル変調装置の変調制御方法。
4. 前記位相比較器は、
   前記第１と第２の変調器が出力する変調波の間の位相差を位相差誤差信号とし、
   前記位相差誤差信号をフィルタに通して前記パルス雑音を抽出した前記遅延時間差誤差信号を前記遅延調整手段に出力することを特徴とする請求項３に記載のデジタル変調装置の変調制御方法。

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