JP2008306410A - 送信方法、送信装置、受信装置及び地上デジタル放送システム - Google Patents

Abstract

【課題】より高い伝送レートで付加情報データを送信可能な送信装置を提供する。
【解決手段】送信装置は、主情報データに従って特定サブキャリアに対し位相変調を行って生成される第１の変調サブキャリア信号を含むＯＦＤＭ方式に基づく第１の放送波を受信する受信ユニット、付加情報データに従って第１の変調サブキャリア信号に対して振幅変調を施すことにより付加情報データの多重化を行って第２の変調サブキャリア信号を生成する多重化器、及び第２の変調サブキャリア信号を含むＯＦＤＭ方式に基づく第２の放送波を送信する送信ユニットを有する。
【選択図】 図３

Description

この発明は、地上デジタル放送システムに適した送信方法、送信装置、受信装置及び地上デジタル放送システムに関する。

現在、日本では地上デジタル放送システムの標準仕様として、ＩＳＤＢ(Integrated Services Digital Broadcasting)−Ｔ方式を採用している。ＩＳＤＢ−Ｔでは、多重方式として直交周波数分割多重（Orthogonal Frequency Division Multiplexing：ＯＦＤＭ)を使用している。放送波の１チャンネル当たり６ＭＨｚの帯域幅内に１４個のＯＦＤＭセグメントを配置し、そのうち１セグメントは無信号とし、残りの１３セグメントを使用して放送を行う。

日本での地上デジタル放送の運用方法によると、放送波の中央の１セグメントは携帯電話のような移動体受信向けにいわゆる“ワンセグ”（１セグ）放送で使用され、残りの１２セグメントは固定受信向けにハイビジョン放送（high-definition broadcast、以下、ＨＤ放送という）に使用されている。各セグメント内には、本来テレビジョン放送で送信したい映像コンテンツなどの主情報データのためのサブキャリアだけでなく、パイロット信号（ＳＰ:Scattered Pilot）、制御情報（ＴＭＣＣ:Transmission and Multiplexing Configuration Control）及び付加情報データ（ＡＣ:Auxiliary Channel）に使用されるサブキャリアが含まれている。付加情報データに使用されるサブキャリアをＡＣサブキャリアと呼ぶことにする。

ＡＣサブキャリアの使用方法は非特許文献１に示されているように、ＡＣサブキャリアによって文字データや音声データ等の任意のデータを伝送することを容認している。一方、特許文献１には放送局から送信されるＡＣサブキャリアに載せた付加情報データを中継局においてそのまま再送信せずに、異なるデータ（ローカルデータ）を載せ代えて再送信する技術が開示されている。この方法によって、ある地域にだけローカルデータを放送することが可能になる。
特開２００６−２７９２７７号公報 「地上デジタルテレビジョン放送の伝送方式」 標準規格ＡＲＩＢ−ＳＴＤ−Ｂ３１ １．０版 平成１３年５月３１日策定

ＡＣサブキャリアの数は、現在運用されているＩＳＤＢ−Ｔ（モード３）では１セグメントあたり８サブキャリアである。このため１セグメント内のＡＣサブキャリアによる付加情報データの伝送レートは、７ｋｂｐｓ程度である。もし、１３セグメントすべてのＡＣサブキャリアを使用したとしても、７×１３＝９１ｋｂｐｓ程度の低い伝送レートしか得られない。このような低い伝送レートで伝送できる付加情報データは、文字データのような小容量のデータに限られる。

本発明は、より高い伝送レートで付加情報データを送信可能とするような地上デジタル放送システムに適した送信方法、送信装置、受信装置及び地上デジタル放送システムを提供することを目的とする。

本発明の一観点では、主情報データに従って第１の変調方式によりキャリアを変調して生成される第１の変調キャリア信号を含む第１の変調信号を受信するステップと；
付加情報データに従って前記第１の変調方式と直交関係にある第２の変調方式により前記第１の変調キャリア信号を変調することにより前記付加情報データの多重化を行って第２の変調キャリア信号を生成するステップと；前記第２の変調キャリア信号を送信するステップと；を具備する送信方法を提供する。

本発明の第２の観点によると、主情報データに従って位相変調を行って生成される第１の変調信号を受信する受信ユニットと；付加情報データに従って前記第１の変調信号に対して振幅変調を施すことにより前記付加情報データの多重化を行って第２の変調信号を生成する多重化器と；前記第２の変調信号を送信する送信ユニットと；を具備する送信装置が提供される。

本発明の第３の観点によると、主情報データに従って少なくとも一つの特定サブキャリアに対し位相変調を行って生成される第１の変調サブキャリア信号を含む、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式に基づく第１の放送波を受信する受信ユニットと；付加情報データに従って前記第１の変調サブキャリア信号に対して振幅変調を施すことにより前記付加情報データの多重化を行って第２の変調サブキャリア信号を生成する多重化器と；前記第２の変調サブキャリア信号を含む、ＯＦＤＭ方式に基づく第２の放送波を送信する送信ユニットと；を具備する、放送局から送信される放送波を中継するために再送信する送信装置を提供する。

本発明の第４の観点によると、主情報データに従って少なくとも一つの特定サブキャリアに対し位相変調を行って生成される第１の変調サブキャリア信号を含む、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式に基づく放送波を受信する受信ユニットと；前記放送波中の前記第２の変調サブキャリア信号に対して位相復調を行って前記主情報データを得る第１の復調器と；前記放送波中の前記第２の変調サブキャリア信号に対して振幅復調を行って前記付加情報データを得る第２の復調器と；を具備する受信装置を提供する。

本発明の第５観点によれば、主情報データに従って少なくとも一つの特定サブキャリアに対し位相変調を行って生成される第１の変調サブキャリア信号を含む、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式に基づく第１の放送波を送信する放送局と；前記第１の放送波を受信する受信ユニット、付加情報データに従って前記第１の変調サブキャリア信号に対して振幅変調を施すことにより前記付加情報データの多重化を行って第２の変調サブキャリア信号を生成する多重化器、及び前記第２の変調サブキャリア信号を含む、ＯＦＤＭ方式に基づく第２の放送波を送信する送信ユニットを含む中継局と；前記第１の放送波及び前記第２の放送波を受信可能な受信局と；を具備する地上デジタル放送システムを提供する。

本発明によると、主情報データに従って第１の変調方式により変調を行って生成される変調キャリア信号を、付加情報データに従って第１の変調方式と直交関係にある第２の変調方式により変調することで付加情報データの多重化を行うことにより、主情報データに影響を与えることなく、高い伝送レートで付加情報データを送信することが可能になる。

（地上デジタル放送システム）
本発明の一実施形態について、日本で実施されている地上デジタル放送方式であるＩＳＤＢ−Ｔを例として説明する。地上デジタル放送システムは、図１に示されるように放送局１と中継局２及び受信局３からなっている。受信局３は、一般ユーザによって所有されるＴＶ受信機（単体のＴＶチューナも含む）あるいは１セグ受信機のような受信装置であり、放送局１のカバーエリア内または中継局２のカバーエリア内に配置される。中継局２は、少なくとも受信アンテナが放送局１のカバーエリア内に配置され、放送局１のカバーエリア外の地域をカバーしている。すなわち、中継局２は放送局１からの放送波を放送局１のカバーエリア外の地域に存在する受信局へ中継して送信するための再送信装置を有する。

ここで、ＩＳＤＢ−ＴにおけるＯＦＤＭ信号の構成について簡単に説明しておく。図２は、ＩＳＤＢ−Ｔに基づく放送波の伝送スペクトル上のＯＦＤＭセグメント配置を示している。放送波の１チャンネル当たり６ＭＨｚの帯域幅内に１４個のＯＦＤＭセグメントが配置され、そのうち１セグメントを無信号とし、残りの１３セグメントを使用して放送が行われる。

ＩＳＤＢ−Ｔの現在の運用方法では、１３セグメントの中央の１セグメントが移動体受信、すなわち１セグ放送で使用され、残りの１２セグメントは固定受信、すなわちハイビジョン（ＨＤ）放送で使用される。１セグ放送で使用されている１セグメントでは、サブキャリア変調にデジタル位相変調方式の一つであるＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying：４位相偏移変調）が使用される。ＨＤ放送で使用される１２セグメントでは、一般には６４ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）が使用されるが、ＩＳＤＢ−ＴではＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどの使用も許容している。

各ＯＦＤＭセグメントには、本来送信したい映像コンテンツに代表される主情報データのためのデータサブキャリア（ＩＳＤＢ−Ｔでは３８４サブキャリア）のみでなく、パイロット信号（ＳＰ:Scattered Pilot）、制御情報（ＴＭＣＣ:Transmission and Multiplexing Configuration Control）及び付加情報データ（ＡＣ:Auxiliary Channel）の送信のためのサブキャリアも存在する。ここで、ＴＭＣＣにはフレーム同期を行うための同期信号、上位局で決められた各階層のＯＦＤＭセグメント数及び変調方式等の情報を含む階層情報が含まれている。

さらに、データサブキャリアのうちＨＤデータや１セグデータなどの主情報データが載せられているサブキャリアに対しては、フェージング対策として周波数インタリーブやセグメント間インタリーブなどが行われている。ただし、１セグ放送に使用される部分受信用セグメント（中心のセグメント）では、セグメント間インタリーブは行われない。ＨＤ放送を受信するためには、６ＭＨｚの全帯域を受信しないと復調できないが、１セグデータを受信するには、中心の１セグメントのみを受信すればよいからである。

このように放送局１からは、ＨＤデータのような主情報データに従って６４ＱＡＭによりサブキャリアを変調して生成される変調サブキャリア信号（以下、ＨＤサブキャリア信号という）と、１セグデータに従ってＱＰＳＫによりサブキャリアを変調して生成される変調サブキャリア信号（以下、１セグサブキャリア信号という）と、パイロットサブキャリア信号のようなその他のサブキャリア信号を含むＯＦＤＭ信号が放送波として送信される。

（中継局の再送信装置）
中継局２は、図３に示されるような再送信装置を有する。図３の再送信装置では、受信アンテナ１０１、ＲＦ受信部１０２、同期処理部１０３及びＦＦＴ（高速フーリエ変換）ユニット１０４を含む受信ユニットによって、放送局１からのデジタル放送波が受信される。この後、チャネル推定器１０６により制御されるチャネル等化器１０５、制御チャネル復調器１０７、階層分割器１０８、再マッピング部１０９、多重化器１１２、付加情報データ処理器１１３及び階層合成器１１４を経て、ＯＦＤＭシンボル生成器１１５、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）ユニット１１６、ＲＦ送信部１１７及び送信アンテナ１１８を含む送信ユニットによって、ＯＦＤＭ信号よりなる放送波の再送信が行われる。

すなわち、放送局１から送信されるＯＦＤＭ信号である地上デジタル放送波が受信アンテナ１０１によって受信され、受信ＲＦ(Radio Frequency)信号が出力される。受信ＲＦ信号は、低雑音増幅器（ＬＮＡ）、周波数変換器及びアナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ）を含むＲＦ受信部１０２に入力される。ＲＦ受信部１０２では、受信ＲＦ信号に対して電圧増幅と周波数変換（ダウンコンバート）及びアナログ−デジタル変換が行われ、デジタル複素ベースバンド信号が生成される。同期処理部１０３では、ＲＦ受信部１０２からのデジタル複素ベースバンド信号を用いてＯＦＤＭ信号のシンボル同期が行われ、シンボル同期後のＯＦＤＭ信号とタイミング情報が生成される。

同期処理部１０３によって生成されるＯＦＤＭ信号及びタイミング情報は、ＦＦＴユニット１０４に入力される。ＦＦＴユニット１０４では、同期処理後のＯＦＤＭ信号から前記タイミング情報に基づいて１ＯＦＤＭシンボル期間分の時間領域の信号が抽出され、さらに時間領域の信号に対して高速フーリエ変換が行われることによって、周波数領域の信号、すなわちサブキャリア毎の信号（サブキャリア信号）が出力される。

ＦＦＴユニット１０４から出力されるサブキャリア信号は、チャネル等化器１０５及びチャネル推定器１０６に入力される。チャネル推定器１０６では、ＯＦＤＭ信号の各ＯＦＤＭシンボルのパイロットサブキャリアに乗せられたパイロット信号（例えば、Scatter Pilot）を使用して放送局１から中継局２までの伝搬路のチャネル推定、すなわちチャネル応答の推定が行われ、チャネル応答を示すチャネル推定値が生成される。チャネル等化器１０５では、チャネル推定値に従ってＦＦＴユニット１０４からのサブキャリア信号に対して等化が行われる。

チャネル等化器１０５から出力される等化後のサブキャリア信号は、制御チャネル復調器１０７及び階層分割器１０８に入力される。制御チャネル復調器１０７では制御チャネルのサブキャリア信号が復調され、制御チャネルに挿入されている情報が取得される。具体的には、制御チャネル復調器１０７では前述したフレーム同期を行うための同期信号と、上位局（ここでは放送局１）で決められた各階層のＯＦＤＭセグメント数及び各階層の変調方式等を示す情報を含む階層情報が取得される。

階層分割器１０８では、制御チャネル復調器１０７により取得された階層情報に基づいて、チャネル等化器１０５からの等化後のサブキャリア信号から階層分割、すなわち１セグサブキャリア信号とＨＤサブキャリア信号との分割が行われる。１セグサブキャリア信号及びＨＤサブキャリア信号は、再マッピング部１０９に入力される。再マッピング部１０９は、６４ＱＡＭマッピング部１１０及びＱＰＳＫマッピング部１１１を有する。再マッピング部１０９では、１セグサブキャリア信号（ＱＰＳＫ信号）及びＨＤサブキャリア信号（６４ＱＡＭ信号）についてＩ−Ｑコンスタレーション上での再マッピングが行われ、再マッピングされた６４ＱＡＭ信号１２０及びＱＰＳＫ信号１２１が出力される。再マッピングの具体的な処理については、後に詳しく述べる。

再マッピング後のＱＰＳＫ信号１２１は多重化器１１２に入力される。多重化器１１２では、ＱＰＳＫ信号１２１に対して付加情報データ処理器１１３からの付加情報データ１２２によって振幅変調が施される。これによりＱＰＳＫ信号１２１に対して、付加情報データ１２２の多重化が行われる。

この場合、ＱＰＳＫ信号１２１に対する振幅変調によって付加情報データ１２２の多重化が行われるため、ＱＰＳＫ信号１２１の位相情報を損なうことはない。従って、多重化によってＱＰＳＫ信号１２１に乗っている１セグデータに与えられる影響は僅かである。

また、このような多重化方法を用いることによって、後述するように、ＡＣサブキャリアを用いて付加情報データを送信する方法に比べ付加情報データ１２２の伝送レートを高くすることができる。一般的に、振幅変調は位相変調に比較して歪みに弱く、伝送エラーが発生しやすい。しかしながら、付加情報データ１２２の送信は中継局２のカバーエリアに対してスポット的に行われ、中継局２から受信局２までの距離が短いため、伝送エラーの問題は少ない。

以下、多重化器１１２について詳しく説明する。多重化器１１２は、図４に示されるように振幅変調器１３０と及び電力調整器１３５を有し、振幅変調器１３０はタイミング調整器１３１、乗算器１３２、乗算係数選択器１３３及びデータ判定器１３４によって構成される。

多重化器１１２に入力された再マッピング後のＱＰＳＫ信号１２１は、乗算器１３２において、乗算係数選択器１３３により選択された係数（乗算係数という）と乗算される。データ判定器１３４では、付加情報データ処理器１１３からの付加情報データ１２２に対する判定、すなわちデータ１２２の各ビットが“１”であるか“０”であるかの判定が行われる。乗算係数選択器１３３は、データ判定器１３４からの判定結果に従い乗算係数を選択して乗算器１３２に与える。この結果、ＱＰＳＫ信号１２１に対して付加情報データ１２２により振幅変調が施される。

タイミング調整器１３１は、乗算係数選択器１３３から乗算器１３２に与えられる乗算係数がＱＰＳＫ信号１２１のシンボルタイミングに同期して切り替わるように、つまり１つのＱＰＳＫシンボルの間では乗算係数の値が変化しないように、係数選択器１３３を制御する。

このように乗算器１３２においては、再マッピング後のＱＰＳＫ信号１２１に対して乗算係数選択器１３３からの乗算係数が乗算されることによって振幅変調、すなわちＡＳＫ（Amplitude Shift Keying：振幅偏移変調）が施され、ＱＰＳＫとＡＳＫとを組み合わせた変調サブキャリア信号（以下、ＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号という）が生成される。生成されたＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号は電力調整器１３５によって平均電力が調整され、電力調整後のＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号１２３は多重化器１１２から出力される。

付加情報データ処理器１１３は、例えば図５Ａに示されるようにリードソロモン（ＲＳ）符号化器１４１及び畳み込み符号化器１４２を有する。すなわち、付加したい元の情報データ１４０に対してリードソロモン符号化が行われ、さらに畳み込み符号化が行われることによって、符号化された付加情報データ１２２が生成される。なお、図５Ｂに示されるように、畳み込み符号化器１４２の前段と後段にインタリーバ１４３及び１４４をそれぞれ挿入してもよい。

再マッピング部１０９からの再マッピング後の６４ＱＡＭ信号１２０と多重化器１１２から出力されるＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号１２３は、階層合成器１１４により合成された後、ＯＦＤＭシンボル生成器１１５に入力され、ＯＦＤＭシンボルが生成される。生成されたＯＦＤＭシンボルは、ＩＦＦＴユニット１１６により逆高速フーリエ変換が行われることによって時間領域の信号に変換されてＯＦＤＭ信号とされ、さらにガードインターバル（ＧＩ）が付加された後、ＲＦ送信部１１７に入力される。

ＲＦ送信部１１７は、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）、周波数変換器及び電力増幅器（ＰＡ）を含む。ＲＦ送信部１１７では、ＧＩ付加後のＯＦＤＭ信号がアナログ信号に変換された後、周波数変換（アップコンバート）されることによりＲＦ信号が生成される。生成されたＲＦ信号は、電力増幅がなされた後、送信アンテナ１１８に供給され、送信アンテナ１１８から移動局３向けの放送波として送信される。

（再マッピング部１０９の動作例）
図６及び図７を用いて再マッピング部１０９の具体的な動作例について説明する。再マッピング部１０９では、前述したようにＱＰＳＫ信号及び６４ＱＡＭ信号に対して再マッピング、すなわちマッピング点の修正が行われる。図６及び図７はＱＰＳＫ信号のＩ−Ｑコンスタレーションを示しており、図７ではさらに受信信号の位置も示されている。

例えば、ＱＰＳＫ信号における理想マッピング点を図６の記号“×”で示される位置であるとき、受信信号（階層分割器１０８から出力されるＱＰＳＫ信号）点が図７の記号“○”で示されるように、理想マッピング点から外れた位置にあったとすると、再マッピング部１０９は受信信号点から最も近い理想マッピング点の位置へ受信信号点を移動させるという操作を行う。再マッピング部１０９は、ＨＤ放送用の６４ＱＡＭ信号についても同様に、受信信号（階層分割器１０８から出力される６４ＱＡＭ信号）点を６４ＱＡＭの最も近い理想マッピング点へ移動させるという操作を行う。再マッピング部１０９では、このような操作によって再マッピングされた６４ＱＡＭ信号１２０及びＱＰＳＫ信号１２１が出力される。

（多重化器１１２の動作例）
図３に示される多重化器１１２では、付加情報データ１２２が“０”と“１”の２値データであるとすると、まずデータ判定器１３４によって“０”，“１”の判定が行われる。乗算係数選択器１３３では、データ判定器１３４の判定結果に従って、付加情報データ１２２の“０”に対しては乗算係数が“１”、付加情報データ１２２の“１”に対しては乗算係数が“Ｍ”（ただし、１＜Ｍ≦２）にそれぞれ設定される。すなわち、この例では振幅変調はＱＰＳＫ信号の振幅を２段階に変化させる２値変調が用いられる。ここで、Ｍは振幅変調の深さ（変調度）に対応し、Ｍが大きいほど変調は深くなる。

今、例えば多重化器１１２に入力されるＱＰＳＫ信号１２１の系列のｉ番目の信号を｛Ｘ(i)，Ｙ(i)｝とする。ｉは１セグサブキャリア信号の番号である。１セグメント当たりのデータサブキャリア数は３８４であるので、ＩＳＤＢ−Ｔモード３（固定受信用）では、ｉ＝０，１，２，，，３８３である。

ここで、例えば付加情報データ１２２を“１００１１０１０・・・”とすると、乗算係数Ｃ(i)はＣ(0)＝Ｍ，Ｃ(1)＝１，Ｃ(2)＝１，Ｃ(3)＝Ｍ，Ｃ(4)＝Ｍ，Ｃ(5)＝１，Ｃ(6)＝Ｍ，Ｃ(7)＝１，・・・となる。この場合、乗算器１３２から出力されるＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号の系列は、｛Ｃ(i)・Ｘ(i)，Ｃ(i)・Ｙ(i)｝（ただし、ｉ＝０，１，２，，，，３８３）と書ける。ＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号のマッピング点は、図８の記号“×”で示される。この例によると、付加情報データ１２２の伝送レートはＱＰＳＫ信号１２１による１セグデータの伝送レート（約４００ｋｂｐｓ）の半分程度となり、付加情報データの伝送にＡＣサブキャリアを用いる従来の方式に比較して格段に高くなる。

図８の例では、ＱＰＳＫ信号１２１のシンボルと付加情報データ１２２のビットを１対１に対応させているが、必ずしもこうする必要はない。例えば、ＱＰＳＫ信号１２１のシンボルと付加情報データ１２２のビットを２対１で対応させた場合、付加情報データ１２２を“１００１・・・”とすると、乗算係数はＣ(0)＝Ｍ，Ｃ(1)＝Ｍ，Ｃ(2)＝１，Ｃ(3)＝１，Ｃ(4)＝１，Ｃ(5)＝１，Ｃ(6)＝Ｍ，Ｃ(7)＝Ｍ，・・・となる。このとき付加情報データ１２２の伝送レートは、ＱＰＳＫ信号１２１のシンボルと付加情報データ１２２のビットを１対１に対応させた場合と比較して２分の１となるが、付加情報データの伝送にＡＣサブキャリアを用いる従来の方式に比較すれば高い。

一方、受信機における誤り訂正能力は、ＱＰＳＫ信号１２１のシンボルと付加情報データ１２２のビットを１対１に対応させた場合より向上する。よって、付加情報データ１２２に必要な伝送レートに応じてＱＰＳＫ信号のシンボルと付加情報データ１２２のビットとの対応比率を変えればよい。

多重化器１１２における振幅変調における乗算係数をさらに段階以上に変化させることも可能である。例えば、ＱＰＳＫシンボルと付加情報データ１２２のビットを１対２で対応させる場合、乗算係数を１，Ｍ１，Ｍ２及びＭ３の４段階に変化させる。ただし、１＜Ｍ１＜Ｍ２＜Ｍ３である。このときのＩ−Ｑコンスタレーションは図９に示される。このとき付加情報データ１２２のうち系列“００”に対して乗算係数を“１”とし、以下同様に系列“０１”に対しては“Ｍ１”、系列“１０”に対しては“Ｍ２”、系列“１１”に対しては“Ｍ３”とする。付加情報データ１２２を“１００１１０１１００・・・”とすると、乗算係数はＣ(0)＝Ｍ２，Ｃ(1)＝Ｍ１，Ｃ(2)＝Ｍ２，Ｃ(3)＝Ｍ３，Ｃ(4)＝１，・・・となる。このようにＭの大きさ、すなわち振幅変調の深さを多段階に変化させることにより、付加情報データの伝送レートをきめ細かく変えることができる。

乗算係数のうちＭの値、すなわち振幅変調の深さについては、付加情報データ１２２を送信したいエリアの大きさによって決めることが好ましい。例えば、中継局２のカバーエリア全域に付加情報データ１２２を送信したい場合にはＭ＝２とし、また中継局２の近傍の領域のみに付加情報データ１２２を送信したい場合にはＭを１に近い値にする。すなわち、付加情報データ１２２を送信したいエリアが狭いほど振幅変調の深さを小さくする。このようにＭを最小限にすることにより、ＱＰＳＫ信号である１セグ放送に対する悪影響を抑えることができる。

乗算器１３２において再マッピング後のＱＰＳＫ信号１２１に対して、付加情報データ１２２に応じて乗算係数が乗じられることにより生成されるＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号は、電力調整器１３５に入力される。電力調整器１３５では、多重化器１１２の入力（再マッピング後のＱＰＳＫ信号１２１）と出力（ＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号１２３）との間で、１ＯＦＤＭシンボル分の電力が等しくなるように、ＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号に対する平均電力の調整が行われる。

例えば、再マッピング後のＱＰＳＫ信号１２１のシンボル数をＮとすると、電力調整器１３５では乗算器１３２から出力されるＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号に対して、例えば以下の係数Ｃｐが乗じられる。

付加情報データ１２２のビットパターンはランダムと仮定した場合、係数Ｃｐは以下のように設定されてもよい。

電力調整器１３５から出力される、係数Ｃｐが乗じられたＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号１２３は、以下のように表される。

このように多重化器１１２の入力のＱＰＳＫ信号１２１及び出力のＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号１２３の１ＯＦＤＭシンボル分の電力が互いに等しくなるように、電力調整器１３５によってＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号に対する電力調整が行われる。この結果、放送波に要求される所定の送信スペクトルマスクを維持できる。

送信スペクトルマスクとは、送信スペクトルについて定められた許容範囲である。送信スペクトルマスクを維持するためには、図２の場合は１３個のＯＦＤＭセグメント（１セグ放送で使用される１セグメントとＨＤ放送で使用される１２セグメント）の各スペクトルの振幅は、できるだけ均一であることが望まれる。そこで、本実施形態では１セグ放送用の１セグメントに付加情報データ１２２が多重されても既定の送信スペクトルマスクが満たされるように、ＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号の電力調整が行われる。

次に、階層合成器１１４において再マッピング部１１０からの６４ＱＡＭ信号１２０と多重化器１１２からのＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号１２３とが階層合成された後、ＯＦＤＭシンボル生成器１１５に入力される。ＯＦＤＭシンボル生成器１１５では、階層合成後の信号と制御信号（パイロット信号も含む）がそれぞれに対応するサブキャリアに割り当てられ、ＯＦＤＭシンボルが生成される。

このようにして生成されたＯＦＤＭシンボルは、ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）ユニット１１６によって逆高速フーリエ変換が行われ、周波数領域の信号から送信のための時間領域の信号（ＯＦＤＭ信号）へと変換される。ＯＦＤＭ信号は、ガードインターバル（ＧＩ）が付加された後、デジタル−アナログ変換器（ＤＡＣ）、周波数変換器及び電力増幅器（ＰＡ）を含むＲＦ送信部１１７に入力される。ＲＦ送信部１１７では、ＧＩ付加後のＯＦＤＭ信号に対してデジタル−アナログ変換、周波数変換（アップコンバート）及び電力増幅が行われることにより、送信ＲＦ信号が生成される。送信ＲＦ信号は、送信アンテナ１１８によって受信局３へ向けた放送波として送信される。

（ＴＶ受信機）
次に、放送局１から送信される放送波、または中継局２によって再送信される放送波を受信する受信局３に含まれるＴＶ受信機について説明する。
図１０に示されるように、ＴＶ受信機は受信アンテナ２０１、ＲＦ受信部２０２、同期処理部２０３、8192ポイントのＦＦＴユニット２０４、チャネル等化器２０５、チャネル推定器２０６、制御チャネル復調器２０７、階層分割器２０８、データ復調部２０９、ビタビ復号器２１２及び２１３、リードソロモン（ＲＳ）復号器２１４及び２１５、振幅復調器２１８、ビタビ復号器２１９及びリードソロモン復号器２２０を含み、ＨＤデータ２１６、１セグデータ２１７及び付加情報データ２３３を取得する。

放送局１から送信される放送波、または中継局２の再送信装置によって中継により再送信される放送波が受信アンテナ２０１によって受信され、受信ＲＦ信号が出力される。受信ＲＦ信号はＬＮＡ、周波数変換器及びＡＤＣを含むＲＦ受信部２０２に入力される。ＲＦ受信部２０２では、受信ＲＦ信号から所望の帯域（帯域幅６ＭＨｚ）のチャネルの信号が選択され、電圧増幅と周波数変換（ダウンコンバート）及びアナログ−デジタル変換が行われることにより、デジタル複素ベースバンド信号が生成される。同期処理部２０３では、ＲＦ受信部２０２からのデジタル複素ベースバンド信号を用いてＯＦＤＭ信号のシンボル同期が行われ、シンボル同期後のＯＦＤＭ信号とタイミング情報が生成される。

同期処理部２０３によって生成されるＯＦＤＭ信号及びタイミング情報は、ＦＦＴユニット２０４に入力される。ＦＦＴユニット２０４では、同期処理後のＯＦＤＭ信号から前記タイミング情報に基づいて１ＯＦＤＭシンボル期間分の時間領域の信号が抽出され、さらに時間領域の信号に対して高速フーリエ変換が行われることによって、周波数領域の信号が出力される。

ＦＦＴユニット２０４から出力される周波数領域の信号は、チャネル等化器２０５及びチャネル推定器２０６に入力される。チャネル推定器２０６では、ＯＦＤＭシンボルに挿入されているパイロット信号（例えば、Scatter Pilot）を使用して放送局１から受信局３まで、あるいは中継局２から受信局３までの伝搬路のチャネル推定が行われ、チャネル応答を示すチャネル推定値が生成される。チャネル等化器２０５では、チャネル推定値に従ってＦＦＴユニット２０４からの出力信号に対して等化が行われる。

チャネル等化器２０５からの等化後の信号は、制御チャネル復調器２０７及び階層分割器２０８に入力される。制御チャネル復調器２０７では制御チャネルが復調され、制御チャネルに挿入された情報が取得される。具体的には、制御チャネル復調器２０７では前述したフレーム同期を行うための同期信号と、上位局（放送局１または中継局２）で決められた各階層のＯＦＤＭセグメント数及び各階層の変調方式等を示す情報を含む階層情報が取得される。

階層分割器２０８では、制御チャネル復調器２０７により取得された階層情報に基づいて、チャネル等化器２０５による等化後の信号から階層分割、すなわちＨＤサブキャリア信号２３０と１セグサブキャリア信号２３１との分割が行われる。ＨＤサブキャリア信号２３０及び１セグサブキャリア信号２３１は復調部２０９に入力される。

復調部２０９は、６４ＱＡＭ復調器２１０及びＱＰＳＫ復調器２１１を有する。復調部２０９においては、ＨＤサブキャリア信号２３０及び１セグサブキャリア信号２３１についてそれぞれ６４ＱＡＭ復調及びＱＰＳＫ復調が行われる。この後、ビタビ復号器２１２及び２１３によるビタビ復号、さらにリードソロモン復号器２１４及び２１５によるリードソロモン復号が行われることによって、ＨＤデータ２１６及び１セグデータ２１７が再生される。

階層分割器２０８から出力される１セグサブキャリア信号２３１は、さらに付加情報データを取り出すために振幅復調器２１８へも入力される。振幅復調器２１８は、例えば図１２に示されるようにタイミング調整器２５１、振幅測定器２５２及び判定器２５３を有する。階層分割器２０８からの１セグサブキャリア信号２３１は、タイミング調整器２５１及び振幅測定器２５２に入力される。タイミング調整器２５１では、振幅測定器２５２の測定タイミングをＱＰＳＫ信号のシンボルタイミングに同期するように調整する。

図８に示したようにＱＰＳＫ信号のシンボルと付加情報データとが１対１に対応している場合、つまりＱＰＳＫ信号の１シンボルに付加情報データの１ビットが多重されているとすると、振幅測定器２５２ではＱＰＳＫ信号のシンボルの振幅Ａ(i)が測定される。ここで、ｉは１セグサブキャリアの番号に対応しており、ＩＳＤＢ−Ｔのモード３（固定受信用）では、ｉ＝０，１，２，，，３８３である。

判定器２５３では、振幅測定器２５２により測定された振幅Ａ(i)が閾値Ｔｈよりも大きいか小さいかの閾値判定が行われる。判定器２５３は、Ａ(i)＜Ｔｈならば判定結果として“０”を出力し、Ａ(i)≧Ｔｈならば“１”を出力する。ここで、閾値Ｔｈは例えばＯＦＤＭシンボルに含まれているパイロット信号（ＳＰ）の振幅に基づいて決定される。地上デジタル放送（ＩＳＤＢ−Ｔ）の場合、パイロット信号はデータ部の平均振幅の４／３倍の大きさで送信されているため、パイロット信号の平均振幅をＡｐとしたとき、閾値Ｔｈは以下のようにすればよい。

もし、例えばＱＰＳＫシンボルと付加情報データとが２対１に対応している場合には、ＱＰＳＫシンボル２つ分の平均値（Ａ(2i)＋Ａ(2i+1)）／２と閾値Ｔｈとを比較して判定すればよい。

また、ＱＰＳＫシンボルと付加情報データが１対２に対応している場合には、閾値を以下のＴｈ１，Ｔｈ２，Ｔｈ３の３つとする。

この場合、判定器２５３は振幅Ａ(i)が
Ａ(i)＜Ｔｈ１ならば “００”
Ｔｈ１≦Ａ(i)＜Ｔｈ２ならば “０１”
Ｔｈ２≦Ａ(i)＜Ｔｈ３ならば “１０”
Ｔｈ３≦Ａ(i)ならば “１１”
のように、判定を行えばよい。判定器２５３の判定結果は、振幅復調器２１８から付加情報復調信号２３２として取り出される。

こうして振幅復調器２１８から出力される付加情報復調信号２３２に対して、ビタビ復号器２１９によるビタビ復号、さらにリードソロモン復号器２２０によるリードソロモン復号が行われることによって、付加情報データ２３３が再生される。このように付加情報データ２３３の再生を簡易な方法で行うことが可能である。

（１セグ受信機）
次に、デジタル放送波（特に中継局２から再送信されるデジタル放送波）のうち１セグデータを受信するための、受信局３に含まれる１セグ受信機について説明する。図１１に示されるように、１セグ受信機は受信アンテナ２０１、ＲＦ受信部２０２、１セグ用フィルタ２４０、同期処理部２０３、512ポイントのＦＦＴユニット２４４、チャネル等化器２０５、チャネル推定器２０６、制御チャネル復調器２０７、データ復調部２０９、ビタビ復号器２１３、リードソロモン（ＲＳ）復号器２１５、振幅復調器２１８、ビタビ復号器２１９及びリードソロモン復号器２２０を含み、１セグデータ２１７及び付加情報データ２３３を取得する。

図１１の１セグ受信機では、多くの部分が図１０に示したＴＶ受信機と共通しており、図１０と異なる部分は１セグ用フィルタ２４０が追加され、ＦＦＴユニットが512ポイントのＦＦＴユニット２４４に置き換えられ、さらに図１０中に示した階層分割器がないことである。１セグ用フィルタ２４０はアナログフィルタであり、１セグ放送に対応する帯域幅の通過帯域を持つ。

ＲＦ受信部２０２では、受信ＲＦ信号から所望の帯域（帯域幅５００ｋＨｚ程度）が選択され、電圧増幅と周波数変換（ダウンコンバート）及びアナログ−デジタル変換が行われることにより、デジタル複素ベースバンド信号が生成される。これ以降の処理に関しては、ＨＤデータに関する復調再生処理がない点を除いて、図１０に示したＴＶ受信機と同様である。

（他の実施形態）
以上の実施形態は日本が採用しているＩＳＤＢ−Ｔ方式に基づいて記述してあるが、ＩＳＤＢ−Ｔだけに限ることはなく、他の方式にも本発明を適用できる。すなわち、主情報データのためのサブキャリア変調方式として位相変調（例えばＢＰＳＫ，ＱＰＳＫ，８ＰＳＫまたは１６ＰＳＫなど）を使用している方式の場合には、主情報データにより位相変調が施されている変調キャリア信号に対して、付加情報データによって振幅変調を施すことにより付加情報データを多重することが可能になる。

一方、主情報データのためのサブキャリア変調方式として振幅変調（ＡＳＫ）を用いる場合には、付加情報データの多重を以下のようにすればよい。図１３は、ＡＳＫ信号におけるＩ−Ｑコンスタレーションの例を示している。図１３の例では、Ｉ軸上のみに８値のマッピングポイント（−７，０），（−５，０），（−３，０），（−１，０），（１，０），（３，０），（５，０），（７，０）が設定されている。

このときＡＳＫ信号に対して付加情報データを多重する場合には、Ｑ軸上に付加情報データをマッピングすればよい。すなわち、付加情報データのマッピングポイントを例えば（０，−７），（０，−５），（０，−３），（０，−１），（０，１），（０，３），（０，５），（０，７）に設定する。このようにして付加情報データをＡＳＫ信号に多重した後の変調キャリア信号（ＡＳＫ＋ＡＳＫ信号）のＩ−Ｑコンスタレーションは、例えば図１４に示されるようになる。

要するに、主情報データのための第１の変調方式と付加情報データの多重のための第２の変調方式とは、互いに直交関係にあればよい。例えば、第１の変調方式が位相変調の場合は第２の変調方式を振幅変調とし、逆に第１の変調方式が振幅変調の場合は第２の変調方式を位相変調とする。

付加情報データの伝送レートをあまり高速にする必要がない場合には、付加情報データのマッピングポイントを例えば（０，−３），（０，３）のように少なくしてもよい。この場合の付加情報データ多重後のＡＳＫ＋ＡＳＫ信号のＩ−Ｑコンスタレーションは、例えば図１５に示される。

上述した実施形態では、付加情報データに従って１セグサブキャリア信号を位相変調方式で変調することにより付加情報データの多重化を行ったが、ＨＤサブキャリア信号、あるいは１セグサブキャリア信号とＨＤサブキャリア信号を含むデータサブキャリア信号を付加情報データに従って変調して多重化を行ってもよい。これにより付加情報データの伝送レートをさらに上げることができる。

本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

地上デジタル放送システムの概略図 ＩＳＤＢ−Ｔ方式の地上デジタル放送における伝送スペクトル上のＯＦＤＭセグメントを示す図 本発明の一実施形態に従う中継局に設けられる再送信装置を示すセグメント図 図３中に示す多重化器を示すセグメント図 図４中に示す付加情報データ処理器の一例を示すセグメント図 図４中に示す付加情報データ処理器の他の例を示すセグメント図 ＱＰＳＫ信号のＩ−Ｑコンスタレーションを示す図 Ｉ−Ｑコンスタレーション上における受信信号点の例を示す図 同実施形態における付加情報データによる変調後のＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号のＩ−Ｑコンスタレーションの一例を示す図 同実施形態における付加情報データによる変調後のＱＰＳＫ＋ＡＳＫ信号のＩ−Ｑコンスタレーションの他の例を示す図 同実施形態に従う地上デジタル放送受信機を示すセグメント図 同実施形態に従う１セグ受信機を示すセグメント図 図１０及び図１１中に示す振幅復調器の一例を示すセグメント図 ＡＳＫ信号のＩ−Ｑコンスタレーションを示す図 他の実施形態に従う付加情報データによる変調後のＡＳＫ＋ＡＳＫ信号のＩ−Ｑコンスタレーションの一例を示す図 同実施形態に従う付加情報データによる変調後のＩ−Ｑコンスタレーションの他の例を示す図

符号の説明

１・・・放送局
２・・・中継局
３・・・受信機
１０１・・・受信アンテナ
１０２・・・ＲＦ受信部
１０３・・・同期処理部
１０４・・・ＦＦＴユニット
１０５・・・チャネル等化器
１０６・・・チャネル推定器
１０７・・・制御チャネル復調器
１０８・・・階層分割器
１０９・・・再マッピング部
１１０・・・６４ＱＡＭ再マッピング部
１１１・・・ＱＰＳＫ再マッピング部
１１２・・・多重化器
１１３・・・付加情報データ処理器
１１４・・・階層合成器
１１５・・・ＯＦＤＭシンボル生成器
１１６・・・ＩＦＦＴユニット
１１７・・・ＲＦ送信部
１１８・・・送信アンテナ
１３０・・・振幅復調器
１３１・・・タイミング調整器
１３２・・・乗算器
１３３・・・乗算係数選択器
１３４・・・データ判定器
１３５・・・電力調整器
２０１・・・受信アンテナ
２０２・・・ＲＦ受信部
２０３・・・同期処理部
２０４・・・ＦＦＴユニット
２０５・・・チャネル等化器
２０６・・・チャネル推定器
２０７・・・制御チャネル復調器
２０９・・・復調部
２１０・・・６４ＱＡＭ復調器
２１１・・・ＱＰＳＫ復調器
２１８・・・振幅復調器
２４０・・・１セグ用フィルタ
２４４・・・ＦＦＴユニット

Claims (19)

1. 主情報データに従って第１の変調方式によりキャリアを変調して生成される第１の変調キャリア信号を含む第１の変調信号を受信するステップと；
   付加情報データに従って前記第１の変調方式と直交関係にある第２の変調方式により前記第１の変調キャリア信号を変調することにより前記付加情報データの多重化を行って第２の変調キャリア信号を生成するステップと；
   前記第２の変調キャリア信号を送信するステップと；を具備する送信方法。
2. 前記第１の変調方式は位相変調方式であり、前記第２の変調方式は振幅変調方式である請求項１記載の送信方法。
3. 前記第１の変調方式は振幅変調方式であり、前記第２の変調方式は位相変調方式である請求項１記載の送信方法。
4. 主情報データに従って位相変調を行って第１の変調信号を生成する変調器と；
   付加情報データに従って前記第１の変調信号に対して振幅変調を施すことにより前記付加情報データの多重化を行って第２の変調信号を生成する多重化器と；
   前記第２の変調信号を送信する送信ユニットと；を具備する送信装置。
5. 放送局から送信される放送波を中継するために再送信する送信装置において、
   主情報データに従って少なくとも一つの特定サブキャリアに対し位相変調を行って生成される第１の変調サブキャリア信号を含む、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式に基づく第１の放送波を受信する受信ユニットと；
   付加情報データに従って前記第１の変調サブキャリア信号に対して振幅変調を施すことにより前記付加情報データの多重化を行って第２の変調サブキャリア信号を生成する多重化器と；
   前記第２の変調サブキャリア信号を含む、ＯＦＤＭ方式に基づく第２の放送波を送信する送信ユニットと；を具備する送信装置。
6. 前記第１の放送波は複数のセグメントに分割されており、前記特定サブキャリアは前記複数のセグメントのうちの少なくとも一つのセグメントに属している請求項５記載の送信装置。
7. 前記第１の放送波は複数のセグメントに分割されており、前記特定サブキャリアは前記複数のセグメントのうち移動体向けの放送のための一つのセグメントに属している請求項５記載の送信装置。
8. 前記多重化器は、前記付加情報データに応じて選択される係数を前記第１の変調サブキャリア信号に乗じることによって前記振幅変調を行うように構成される請求項５記載の送信装置。
9. 前記多重化器は、前記第１の変調サブキャリア信号の平均電力と前記第２の変調サブキャリア信号の平均電力が等しくなるように前記第２の変調サブキャリア信号の電力を調整する電力調整器を有する請求項５記載の送信装置。
10. 前記多重化器は、前記振幅変調のタイミングを調整するタイミング調整器を有する請求項５記載の送信装置。
11. 前記多重化器は、前記振幅変調の深さ（変調度）を変化させることができるように構成される請求項５記載の送信装置。
12. 前記多重化器は、前記第２の変調サブキャリア信号のＩ−Ｑコンスタレーション上でのマッピング点の位置が可変であるように構成される請求項５記載の送信装置。
13. 前記セグメントの数は１３であり、前記位相変調として４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）を用いる請求項５記載の送信装置。
14. 主情報データに従って少なくとも一つの特定サブキャリアに対し位相変調を行って生成される第１の変調サブキャリア信号を含む、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式に基づく放送波を受信する受信ユニットと；
    前記放送波中の前記第２の変調サブキャリア信号に対して位相復調を行って前記主情報データを得る第１の復調器と；
    前記放送波中の前記第２の変調サブキャリア信号に対して振幅復調を行って前記付加情報データを得る第２の復調器と；を具備する受信装置。
15. 前記第２の復調器は、前記第２の変調サブキャリア信号の振幅を測定する振幅測定器と、前記振幅を閾値判定して前記付加情報データを得る判定器と、を含む請求項１４記載の受信装置。
16. 前記放送波は複数のセグメントに分割され、前記特定サブキャリアは前記複数のセグメントのうちの少なくとも一つのセグメントに属している請求項１４記載の受信装置。
17. 前記放送波は１３セグメントに分割され、前記特定サブキャリアは前記１３セグメントのうちの少なくとも一つのセグメントに属しており、前記位相変調は４位相偏移変調（ＱＰＳＫ）であり、前記振幅変調は２値変調である請求項１４記載の受信装置。
18. 主情報データに従って少なくとも一つの特定サブキャリアに対し位相変調を行って生成される第１の変調サブキャリア信号を含む、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）方式に基づく第１の放送波を送信する放送局と；
    前記第１の放送波を受信する受信ユニット、付加情報データに従って前記第１の変調サブキャリア信号に対して振幅変調を施すことにより前記付加情報データの多重化を行って第２の変調サブキャリア信号を生成する多重化器、及び前記第２の変調サブキャリア信号を含む、ＯＦＤＭ方式に基づく第２の放送波を送信する送信ユニットを含む中継局と；
    前記第１の放送波及び前記第２の放送波を受信可能な受信局と；を具備する地上デジタル放送システム。
19. 前記受信局は、前記第２の放送波中の前記第２の変調サブキャリア信号に対して位相復調を行って前記主情報データを得る第１の復調器と、前記第２の放送波中の前記第２の変調サブキャリア信号に対して振幅復調を行って前記付加情報データを得る第２の復調器と、を含む受信装置を具備する請求項１８記載の地上デジタル放送システム。

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