JP2007020099A - 放送波中継装置 - Google Patents

Abstract

【課題】デジタル放送帯域において、隣接伝送帯域に影響を及ぼすことなく、しかも伝播特性の変動の影響を受けることなく、回り込み成分のみを補償することができる放送波中継装置を提供する。
【解決手段】伝送特性推定器１５の２次元フィルタ・内挿演算器１５７において、地上デジタル放送波に多重されているＳＰ信号を利用して、受信アンテナで得られ分配器から出力される受信信号から回り込みのない信号特性を検出し、差分抽出器１５４にてこの回り込みのない信号特性と狭帯域フィルタで抽出される部分帯域の信号特性との差分を求めて受信信号に与えられる回り込み成分を修正するための補償信号を作成している。
【選択図】図２

Description

この発明は、例えば地上デジタル放送システムの中継局に用いられる放送波中継装置に関する。

近年、地上波放送システムにおいては、デジタル放送が開始されている。この地上デジタル放送システムでは、移動体向けや携帯向けの携帯受信サービスの開始も予定されている。

このようなデジタル放送においては、受信装置が動き回り受信環境が一定しないため、例えば都市部のビルの谷間などのように電波が届きにくい場所で受信障害が起きてしまう。そのため、このような地域ではビルの屋上等に中継局を設け、放送局から送られてきた放送波を中継局で受信し、当該地域向けに再送信する方式が採られている。

この場合、中継局においては、地上デジタル放送が普及するまでの期間、アナログ放送との混合放送（サイマル放送）が行なわれる関係からアナログ放送の伝送帯域に影響を与えないようにする対策と、回り込み妨害対策を講じる必要がある。そこで、中継局に用いる中継装置にあっては、狭帯域フィルタを用いて、所定セグメントの再送信号を送信するようにしてアナログ隣接チャンネルへの妨害を軽減し、また回り込み妨害を検出してキャンセルする回り込みキャンセラーを備えることで、回り込み妨害を抑圧することが考えられている（例えば、特許文献１及び２）。
特開２００２−７７０９６号公報 特開２００２−１５８６３４号公報。

ところで、上記回り込みキャンセラーを用いる手段では、山の樹木が風で揺れたり、自動車、鉄道などの移動体からの反射等といった親局と中継局との間の伝播特性の影響を受けるため、伝播特性変動の状態によっては系が不安定になるという問題を有している。

そこで、この発明の目的は、デジタル放送帯域において、隣接伝送帯域に影響を及ぼすことなく、しかも伝播特性の変動の影響を受けることなく、回り込み成分のみを補償することができる放送波中継装置を提供することにある。

この発明は、上記目的を達成するために、以下のように構成される。
伝送帯域を複数のセグメントに分割した地上デジタル放送波を受信部により受信し、この受信信号を送信部により同一周波数で再送信する放送波中継装置であって、受信部で得られる受信信号の全セグメントのうち少なくとも一部のセグメントを部分帯域として抽出し、この部分帯域の信号成分を送信部に出力する信号抽出手段と、この信号抽出手段への入力信号と信号抽出手段の出力信号とを取り込み、これら両信号間の相関をとることで両信号間の信号特性の差を求める演算手段と、この演算手段により求められた差に基づいて受信信号の信号特性を補償することで、送信部から受信部への回り込みによる不要波成分を除去する補償手段とを備えるようにしたものである。

この構成によれば、放送受信装置へ送信される信号は、放送局から送信されるデジタル放送信号の全セグメントのうちの一部のセグメント、つまり部分帯域の信号のみであるので、隣接伝送帯域の信号との干渉を軽減することができる。このことは、携帯型放送受信装置に対し非常に有効となる。

また、受信部で受信される受信信号の信号特性と部分帯域の信号の信号特性との差から受信信号に与えられる回り込み成分を修正するための補償信号を作成しているので、特別な測定器等を用いることなく、また伝播特性の変動の影響を受けることなく、回り込み成分のみを補償することができる。

地上デジタル放送波が既知の信号特性を有する基準信号を多重しているとき、演算手段は、受信部で得られる受信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する領域変換手段と、この領域変換手段の出力信号から基準信号を抽出する基準信号抽出手段と、基準信号抽出手段で抽出された基準信号より回り込みのない受信信号の信号特性を検出する信号特性検出手段と、この信号特性検出手段で検出された信号特性と信号抽出手段の出力信号の信号特性との差分を求める差分演算手段と、この差分演算手段で求められた差分信号特性から時間軸上での補償量を演算する補償量演算手段とを備えたことを特徴とする。

この構成によれば、地上デジタル放送波に多重されている基準信号を利用して、受信部で得られた受信信号から回り込みのない信号特性を検出し、この回り込みのない信号特性と部分帯域の信号特性との差分を求めて受信信号に与えられる回り込み成分を修正するための補償信号を作成しているので、ループゲインが１以上のシステムにおいても、伝播特性の変動の影響を受けることなく、回り込み成分のみを補償することができる。

以上詳述したようにこの発明によれば、デジタル放送帯域において、隣接伝送帯域に影響を及ぼすことなく、しかも伝播特性の変動の影響を受けることなく、回り込み成分のみを補償することができる放送波中継装置を提供することができる。

以下、この発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
図１は、この発明に係る地上デジタル放送の中継局に使用される放送波中継装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。

図１において、親局から到来する地上デジタル放送波（ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplex）信号）は、受信アンテナ１１によって受信され、その受信信号が前置増幅器１２に供給される。前置増幅器１２は、入力された受信信号を所定の振幅レベルまで増幅する。この増幅信号は、分配器１３により合成器１４及び伝送特性推定器１５にそれぞれ供給される。このうち合成器１４の入力信号は、合成器１４によりキャンセラー１６の出力信号と合成された後、狭帯域フィルタ１７により数セグメントからなる部分帯域が抽出されて分配器１８によって伝送特性推定器１５、キャンセラー１６及び電力増幅器１９にそれぞれ分配される。

このうち一方の信号は、電力増幅器１９で電力増幅された後、送信アンテナ２０から空間に送出される。

伝送特性推定器１５は、分配器１３，１８の出力信号に基づき受信時における送信アンテナ２０からの回り込みによる回り込み特性を求める。そして、この回り込み特性から回り込み補償成分を示すタップ係数を演算し、キャンセラー１６に出力する。キャンセラー１６は、タップ係数に従って分配器１８の出力の伝送特性を補償し、補償後の信号を合成器１４に出力する。

図２は、上記伝送特性推定器１５の具体的構成を示すブロック図である。
分配器１８の出力信号は、ＦＦＴ処理器（ＦＦＴ１）１５１によりＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理され、時間軸信号から周波数軸信号に変換されてＳＰ抽出器（ＳＰ抽出１）１５２に供給される。

このＳＰ抽出器１５２は、ＦＦＴ処理器１５１から出力される周波数軸信号から、予め周波数軸上に配置されている、信号特性等化用のＳＰ（Scattered Pilot）信号のみを抜き出すもので、ここで得られたＳＰ信号は２次元フィルタ１５３に供給される。２次元フィルタ１５３は、入力されるＳＰ信号をフィルタリングすることで、信号特性信号を生成して出力するもので、その出力は差分抽出器１５４に供給される。

分配器１３の出力信号は、ＦＦＴ処理器（ＦＦＴ２）１５５によりＦＦＴ処理され、時間軸信号から周波数軸信号に変換されてＳＰ抽出器（ＳＰ抽出２）１５６に供給される。

このＳＰ抽出器１５６は、ＦＦＴ処理器１５５から出力される周波数軸信号から、予め周波数軸上に配置されているＳＰ信号のみを抜き出すもので、ここで得られたＳＰ信号は２次元フィルタ・内挿演算器１５７に供給される。２次元フィルタ・内挿演算器１５７は、入力されるＳＰ信号をフィルタリングするとともに、入力されるＳＰ信号を補間し、回り込みのない信号特性信号を生成して出力するもので、その出力は差分抽出器１５４に供給される。

差分抽出器１５４は、２次元フィルタ・内挿演算器１５７から出力される特性信号により、２次元フィルタ１５３から出力される特性信号を補正するもので、その結果、差分抽出器出力は両特性信号の差分に等しい補償信号となる。この補償信号はＩＦＦＴ処理器（ＩＦＦＴ）１５８で周波数軸信号から時間軸信号に変換されて、係数変更器１５９に供給される。係数変更器１５９は、入力される時間軸の補償信号の逆特性を求め、タップ係数としてキャンセラー１６に出力する。

次に、上記構成において、回り込み妨害がある状況での動作を説明する。
上記キャンセラー１６は、狭帯域再送信時に、狭帯域フィルタ１７で除去されるＯＦＤＭ信号成分を用いて、親局から中継局間の伝達特性Ｄ（ｗ）測定を行なうことを特徴としている。狭帯域フィルタ１７のフィルタ特性を図３に示す。

中継局の送信出力は、（ｆｏ−ｆａ）〜（ｆｏ＋ｆａ）の範囲でその外側の信号は狭帯域フィルタ１７で除去され送信されない。

この場合の受信入力の信号特性例を図４に示す。

すなわち、受信信号の特性（ａ）は、伝搬路特性（ｂ）と回り込み特性（ｃ）との合成となることがわかる。従って、何らかの方法で特性（ｂ）を推定し、特性（ａ）を補正すれば、回り込み特性（ｃ）が得られることになる。

なお、（ｆｏ−ｆｂ）〜（ｆｏ−ｆａ）及び（ｆｏ＋ｆａ）〜（ｆｏ＋ｆｂ）の周波数範囲の信号は再送信成分がないため、伝搬路特性のみを示すことになる。従って、この特性から（ｆｏ−ｆａ）〜（ｆｏ＋ｆａ）の周波数範囲を内挿すればよい。

以下、キャンセラー１６の動作を図５に示す伝達関数を用いて説明する。
今、キャンセラー１６の出力をＷ（ｗ）、電力増幅器１９の出力をＧ（ｗ）、回り込み成分をＣ（ｗ）、受信信号をＲ（ｗ）、放送信号をＸ（ｗ）、伝播歪みをＤ（ｗ）とすると、狭帯域フィルタ１７の出力Ｓ（ｗ）は、
Ｓ（ｗ）＝Ｓ（ｗ）・Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）−Ｓ（ｗ）・Ｗ（ｗ）＋Ｒ（ｗ） ［１］
Ｓ（ｗ）＝Ｒ（ｗ）／［１−｛Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）−Ｗ（ｗ）｝］ ［２］
Ｒ（ｗ）＝Ｘ（ｗ）・Ｄ（ｗ） ［３］
となる。

［２］式に、［３］式を代入して、整理すると次式が得られる。

Ｆ（ｗ）＝Ｓ（ｗ）／Ｘ（ｗ）＝Ｄ（ｗ）／［１−｛Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）−Ｗ（ｗ）｝］ ［４］
キャンセラー１６は誤差成分が０となるように逐次制御動作を行なう。

ここで、親局から中継局までの伝達特性が無歪の場合、Ｄ（ｗ）＝１となるから、［４］式は次式のように変換できる。

Ｆ（ｗ）＝Ｓ（ｗ）／Ｘ（ｗ）＝１／［１−｛Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）−Ｗ（ｗ）｝］ ［５］
逐次制御で系が収束した場合、Ｆ（ｗ）→１となるから、収束時の式は次のようになる。

１／［１−｛Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）−Ｗ（ｗ）｝］ → １ ［６］
Ｗ（ｗ） → Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ） ［７］
すなわち、キャンセラー特性Ｗ（ｗ）は回り込み特性Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）に収束し、回り込み成分がキャンセルされることがわかる。

しかしながら、親局から中継局までの伝達特性は通常直接波と自然物（山など）や建造物（鉄塔など）の反射波（マルチパス波）として与えられるため、Ｄ（ｗ）は１とはならず、キャンセラー１６の出力Ｗ（ｗ）は以下の式となる。

Ｗ（ｗ） → ｛Ｄ（ｗ）−１＋Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）｝ ［８］
すなわち、キャンセラー成分は実際の回り込み量に対して｛Ｄ（ｗ）−１｝だけ誤差を生じてしまう。

そこで、本実施形態では、２次元フィルタ・内挿演算器１５７を用いてＤ（ｗ）を推定する。分配器１３の出力は、図４（ａ）に示す受信信号の特性となる。このうち、（ｆｏ−ｆｂ）〜（ｆｏ−ｆａ）及び（ｆｏ＋ｆａ）〜（ｆｏ＋ｆｂ）の周波数範囲の信号は再送信されないため、回り込み成分が０となりその特性は前記［３］式で与えられるＲ（ｗ）となる。

ここで、２次元フィルタ・内挿演算器１５７において、ＳＰ抽出器１５６の出力信号から、送信出力の周波数帯域（ｆｏ−ｆａ）〜（ｆｏ＋ｆａ）のＳＰを除去し、（ｆｏ−ｆｂ）〜（ｆｏ−ｆａ）及び（ｆｏ＋ｆａ）〜（ｆｏ＋ｆｂ）の周波数範囲のＳＰ信号を用いて受信信号の周波数特性を演算し、前記（ｆｏ−ｆａ）〜（ｆｏ＋ｆａ）の周波数範囲に内挿することにより、回り込みがない場合の受信信号特性Ｒ（ｗ）を得ることができる。前記［３］式において、送信信号Ｘ（ｗ）＝１であるから、２次元フィルタ・内挿演算器１５７の出力信号の特性は、前記伝送特性Ｄ（ｗ）に一致する。

したがって、上記［４］式で示されるＦ（ｗ）はＤ（ｗ）に収束することになる。

Ｆ（ｗ）＝Ｓ（ｗ）＝Ｄ（ｗ）／［１−｛Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）−Ｗ（ｗ）｝］ ［９］
Ｆ（ｗ） → Ｄ（ｗ） ［１０］
従って、Ｗ（ｗ）→Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）が成立する。

これにより、伝送路の特性Ｄ（ｗ）の影響を受けることなく、キャンセラー特性は回り込み特性Ｇ（ｗ）・Ｃ（ｗ）に収束する。従って、ループゲインが１以上のシステムにおいてもこのキャンセラー１６を挿入することにより安定に動作させることができる。

以上のように上記実施形態では、伝送特性推定器１５の２次元フィルタ・内挿演算器１５７において、地上デジタル放送波に多重されているＳＰ信号を利用して、受信アンテナ１１で得られ分配器１３から出力される受信信号から回り込みのない信号特性を検出し、差分抽出器１５４にてこの回り込みのない信号特性と狭帯域フィルタ１７で抽出される部分帯域の信号特性との差分を求めて受信信号に与えられる回り込み成分を修正するための補償信号を作成している。

従って、ループゲインが１以上のシステムにおいても、伝播特性の変動の影響を受けることなく、回り込み成分のみを補償することができる。

また、上記実施形態では、放送受信機に対し、放送局から送信される地上デジタル放送波の全セグメントのうちの一部のセグメント、つまり部分帯域の信号のみを送信しているので、隣接伝送帯域の信号つまりアナログ放送信号との干渉を軽減することができる。このことは、携帯型放送受信機に対し非常に有効となる。

尚、本発明は上記実施形態の構成に限定されるものではない。例えば伝送特性推定器１５を図６に示すように構成してもよい。

すなわち、分配器１３の出力信号は、ＦＦＴ処理器３１によりＦＦＴ処理され、時間軸信号から周波数軸信号に変換されてＳＰ抽出器３２に供給される。

このＳＰ抽出器３２は、ＦＦＴ処理器３１から出力される周波数軸信号から、予め周波数軸上に配置されているＳＰ信号のみを抜き出すもので、ここで得られたＳＰ信号は２次元フィルタ３３に供給される。２次元フィルタ３３は、入力されるＳＰ信号をフィルタリングすることで、回り込みのない信号特性信号Ｄ（ｗ）を生成して出力するもので、その出力は逆特性演算器（逆特性）３４に供給される。

逆特性演算器３４は、２次元フィルタ３３の出力の逆特性を求め、分配器１８の出力に対する信号特性の補償信号としてＦＩＲ（巡回形）フィルタ３５に出力する。なお、信号特性の補償信号はＦＩＲフィルタ３５のタップ係数に対応する。

ＦＩＲフィルタ３５は、分配器１８の出力信号に対し補償信号に基づく振幅調整及び位相調整を行なった後、ＦＦＴ処理器（ＦＦＴ）３６に出力する。

ＦＩＲフィルタ３５の出力信号は、ＦＦＴ処理器３６によりＦＦＴ処理され、時間軸信号から周波数軸信号に変換されてＳＰ抽出器３７に供給される。

このＳＰ抽出器３７は、ＦＦＴ処理器３６から出力される周波数軸信号から、予め周波数軸上に配置されているＳＰ信号のみを抜き出すもので、ここで得られたＳＰ信号は２次元フィルタ３８に供給される。２次元フィルタ３８は、入力されるＳＰ信号をフィルタリングすることで、信号特性信号を生成して出力する。

２次元フィルタ３８の出力信号は、ＩＦＦＴ処理器（ＩＦＦＴ）３９で周波数軸信号から時間軸信号に変換されて、係数変更器４０に供給される。係数変更器４０は、入力される時間軸の補償信号の逆特性を求め、タップ係数としてキャンセラー１６に出力する。

このように、分配器１８の出力信号を信号特性信号Ｄ（ｗ）で補正し、補正後の信号を理想特性Ｘ（ｗ）に収束させるようにしても上記実施形態と同様な効果が得られる。

その他、放送波中継装置の構成、伝送特性推定器の回路構成、抽出するセグメントの数、信号特性の補償方法等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。

この発明に係る地上デジタル放送の中継局に使用される放送波中継装置の一実施形態の構成を示すブロック図。 図１に示した伝送特性推定器の具体的構成を示すブロック図。 同実施形態における狭帯域フィルタのフィルタ特性図。 同実施形態における受信信号の信号特性図。 同実施形態におけるキャンセラーの動作を説明するために示す図。 この発明の他の実施形態における伝送特性推定器の具体的構成を示すブロック図。

符号の説明

１１…受信アンテナ、１２…前置増幅器、１３，１８…分配器、１４…合成器、１５…伝送特性推定器、１６…キャンセラー、１７…狭帯域フィルタ、１９…電力増幅器、２０…送信アンテナ、３１，３６，１５１，１５５…ＦＦＴ処理器、３２，３７，１５２，１５６…ＳＰ抽出器、３３，３８，１５３…２次元フィルタ、３４…逆特性演算器、３５…ＦＩＲフィルタ、３９，１５８…ＩＦＦＴ処理器、４０，１５９…係数変更器、１５４…差分抽出器、１５７…２次元フィルタ・内挿演算器。

Claims (4)

1. 伝送帯域を複数のセグメントに分割した地上デジタル放送波を受信部により受信し、この受信信号を送信部により同一周波数で再送信する放送波中継装置であって、
   前記受信部で得られる受信信号の全セグメントのうち少なくとも一部のセグメントを部分帯域として抽出し、この部分帯域の信号成分を前記送信部に出力する信号抽出手段と、
   この信号抽出手段への入力信号と前記信号抽出手段の出力信号とを取り込み、これら両信号間の相関をとることで両信号間の信号特性の差を求める演算手段と、
   この演算手段により求められた差に基づいて前記受信信号の信号特性を補償することで、前記送信部から前記受信部への回り込みによる不要波成分を除去する補償手段とを具備したことを特徴とする放送波中継装置。
2. 前記補償手段は、前記信号抽出手段の出力信号の信号特性を与えられる補償量に基づいて補償して前記受信部で得られる受信信号に加算する回りこみキャンセラーを備え、
   前記演算手段は、前記信号抽出手段への入力信号と前記信号抽出手段の出力信号との差から前記補償量を求め、前記回り込みキャンセラーに供給することを特徴とする請求項１記載の放送波中継装置。
3. 前記地上デジタル放送波が既知の信号特性を有する基準信号を多重しているとき、
   前記演算手段は、
   前記受信部で得られる受信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する領域変換手段と、
   この領域変換手段の出力信号から前記基準信号を抽出する基準信号抽出手段と、
   前記基準信号抽出手段で抽出された基準信号より回り込みのない受信信号の信号特性を検出する信号特性検出手段と、
   この信号特性検出手段で検出された信号特性と前記信号抽出手段の出力信号の信号特性との差分を求める差分演算手段と、
   この差分演算手段で求められた差分信号特性から時間軸上での補償量を演算する補償量演算手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載の放送波中継装置。
4. 前記地上デジタル放送波が既知の信号特性を有する基準信号を多重しているとき、
   前記演算手段は、
   前記受信部で得られる受信信号を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する第１の領域変換手段と、
   この第１の領域変換手段の出力信号から前記基準信号を抽出する第１の基準信号抽出手段と、
   この第１の基準信号抽出手段で抽出された基準信号より回り込みのない受信信号の信号特性を検出し、その逆特性から補償量を求める第１の補償量演算手段と、
   この第１の補償量演算手段で得られた補償量に基づいて、前記信号抽出手段の出力信号の信号特性を補償する特性補償手段と、
   この特性補償手段の出力を時間領域の信号から周波数領域の信号に変換する第２の領域変換手段と、
   この第２の領域変換手段の出力信号から前記基準信号を抽出する第２の基準信号抽出手段と、
   この第２の基準信号抽出手段で抽出された基準信号より前記信号抽出手段の出力信号の信号特性を検出し、この信号特性から時間軸上での補償量を演算する第２の補償量演算手段とを備えたことを特徴とする請求項２記載の放送波中継装置。

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