JP2011049951A - 単一周波数を用いてデジタル放送波信号を送信する送信局及び送信システム - Google Patents

Abstract

【課題】単一周波数を用いたデジタル放送システムについて、送信局における同一の放送波信号における干渉をできる限り抑制すると共に、少ない数の送信局で広いサービスエリアを確保することができる送信局及び送信システムを提供する。
【解決手段】放送センタ設備から放送データを受信する放送データ受信手段と、該放送データを符号化データに符号化する符号化手段と、該符号化データを放送波信号に変調する変調手段と、該放送波信号を単一周波数を用いて送信するアンテナとを有する送信局に関する。アンテナは、指向性アンテナである。変調手段から出力された放送波信号を遅延させる遅延手段と、放送波信号における上位送信局との間の距離に基づいて遅延時間を算出する遅延時間算出手段と、遅延手段にその遅延時間を設定する遅延時間設定手段とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、単一周波数を用いてデジタル放送波信号を送信する送信局及び送信システムに関する。

従来、広大なエリアに同一内容の放送波信号を放送するデジタル放送システムは、サービスエリアを多数のセルに分割している。各セルには、１つの送信局が配置される。通常、送信局は、無指向性アンテナを設置し、当該送信局の周囲に放射方向に、放送波信号を送信する。

図１は、放送波信号の送信システムにおけるシステム構成図である。

図１によれば、複数の送信局１が、放送センタ設備２から受信した同一内容の放送データを受信する。放送センタ設備２は、例えば放送番組を生成するテレビ局である。送信局は、その放送番組の放送波信号を実際にエアに送信する放送所である。複数の送信局１は、放送データを放送波信号に変調し、その放送波信号をできる限り同一時刻で送信する。そのために、放送センタ設備２から送信局１へ送信する放送データは、例えば放送衛星又は光ファイバのような伝送路を介して伝送される。

ここで、複数のセルが交錯する境界エリアに位置する端末３は、複数の送信局１から、同一内容の放送波信号をほぼ同一時刻に受信する。そのために、干渉抑制技術が必要となる。

第１に、隣接送信局に異なる周波数を割り当てて、ＭＦＮ(Multi Frequency Network：複数周波数ネットワーク)を構成する技術がある。この技術によれば、同一周波数における受信エリアが重畳しないために、干渉が生じない。しかしながら、周波数の有効利用を必要とする地上波デジタル放送によれば、周波数帯域幅が限定されるので、ＭＦＮは適切でない。

第２に、周波数分割多重(Frequency Division Multiplex)を用いて、ＳＦＮ(Single Frequency Network：単一周波数ネットワーク)を構成する技術がある。地上デジタル放送の伝送方式として、ＩＳＤＢ−Ｔ（Integrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial）と称されるＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重）伝送方式が規格化されている。この伝送方式によれば、マルチパスやゴーストに対する特性が優れており、複数の送信局が、同一内容の放送波信号を、単一周波数を用いて同時に送信することができる。

ＯＦＤＭ伝送方式は、周波数方向で互いに直交する多数の搬送波を用いてデータを変調する伝送方式である。有効シンボル期間とガードインターバルとによって時間方向に構成された伝送シンボルを単位として伝送する。有効シンボル期間は、実際にデータを伝送する期間であり、ガードインターバルは、マルチパスによる影響を軽減するための期間である。ガードインターバルは、有効シンボル期間の信号波形の一部を巡回的に操り返したものである。

特開平１０−２８１０５号公報 特開２００１−３３３０４０号公報

図２は、ガードインターバルと遅延との関係を表す説明図である。

上位送信局Ａ及び送信局Ｂは、同一の放送波信号をほぼ同時刻（図２ｂによれば、ｔａ_０＝ｔｂ_０）に送信している。そのために、下位送信局Ｃ／端末３（以下「下位送信局Ｃ」として説明する）は、上位送信局Ａから送信された電波ａと、送信局Ｂから送信された電波ｂとを受信する場合がある。電波ａ及び電波ｂの到達時間差がガードインターバル長以下である場合、下位送信局Ｃにとってこれら放送波信号は、互いに干渉とならない。しかしながら、下位送信局Ｃと上位送信局Ａとの間の距離と、下位送信局Ｃと送信局Ｂとの間の距離とによっては、これら放送波信号の到達時間差がガードインタバル長よりも長くなる場合がある。この場合、下位送信局Ｃにとってこれら放送波信号は、互いに干渉となる。

図２によれば、下位送信局Ｃから近い距離に位置する送信局Ｂから受信した電波ｂは、遅延ｄ_ｂ−ｃで受信される。一方で、下位送信局Ｃから遠い距離に位置する上位送信局Ａから受信した電波ａは、遅延ｄ_ａ−ｃで受信される。また、図２によれば、これら放送波信号の到達時間差は、ガードインタバル長よりも長い。従って、下位送信局Ｃにとって、送信局Ｂからの電波ｂに対して、上位送信局Ａからの電波ａは、干渉となる。

そのため、端末に対する複数の放送波信号の到達時間差がガードインタバル長よりも長くなることがないように、ガードインタバル長を十分長く設定するか、又は、セルの半径を十分小さく設定する必要があった。ガードインタバル長を十分長く設定した場合、周波数利用効率を劣化させることとなる。また、セルの半径を十分小さく設定した場合、より多くの送信局を配置する必要がある。

そこで、本発明は、単一周波数を用いたデジタル放送システムについて、送信局における同一の放送波信号における干渉をできる限り抑制すると共に、少ない数の送信局で広いサービスエリアを確保することができる送信局及び送信システムを提供することを目的とする。

本発明によれば、放送センタ設備から放送データを受信する放送データ受信手段と、該放送データを符号化データに符号化する符号化手段と、該符号化データを放送波信号に変調すると共にガードインターバル時間を付加する変調手段と、該放送波信号を単一周波数を用いて送信するアンテナとを有する送信局において、
アンテナは、上位送信局に対して逆向きに設置された指向性アンテナであり、
変調手段から出力された放送波信号を遅延させる遅延手段と、
放送波信号における上位送信局との間の距離に基づいて遅延時間を算出する遅延時間算出手段と、
遅延手段に、遅延時間を設定する遅延時間設定手段と
を有することを特徴とする。

本発明の送信局における他の実施形態によれば、
遅延時間算出手段は、当該送信局と上位送信局との間の距離を、放送波信号の電波伝搬速度で除算することによって、遅延時間を算出することも好ましい。

本発明の送信局における他の実施形態によれば、
上位送信局から送信された放送波信号を受信する上位放送波受信手段を更に有し、
遅延時間算出手段は、放送データ受信手段によって受信された放送データの送信時刻と、上位放送波受信手段によって受信された放送波信号の受信時刻との差から遅延時間を算出することも好ましい。

本発明の送信局における他の実施形態によれば、
指向性アンテナは、水平面内指向性アンテナであり、
変調手段は、符号化データを、放送波信号としてのＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重)信号に変換することも好ましい。

本発明の送信局における他の実施形態によれば、
放送データ受信手段は、放送センタ設備から、放送衛星又は光ファイバを介して、放送データを受信することも好ましい。

本発明によれば、上位送信局と、前述した当該送信局と、該送信局から見た下位送信局及び／又は端末とを有する送信システムであって、
当該送信局は、上位送信局における指向性アンテナの最大指向方向に配置されると共に、当該送信局の指向性アンテナの最大指向方向は、上位送信局に対して逆向きに配置されることを特徴とする。

本発明の送信システムにおける他の実施形態によれば、
最上位送信局として、無指向性アンテナを用いて単一周波数の放送波信号を放送する中央送信局を更に有し、
送信局は、上位送信局となる中央送信局の周囲の放射方向に配置されると共に、当該送信局の指向性アンテナは、中央送信局に対して逆向きに設置され、
送信局における遅延時間は、当該中央送信局と送信局との間の距離に基づいて設定されることも好ましい。

本発明の送信システムにおける他の実施形態によれば、
中央送信局からの放射方向に対して垂直な同一直線上にあって、中央送信局から同一距離に位置する送信局は、同一の遅延時間を設定することも好ましい。

本発明の送信システムにおける他の実施形態によれば、
中央送信局が、放送センタ設備から受信した放送データを放送波として送信する第１の時刻が、送信局が、放送センタ設備から放送データを受信する第２の時刻よりも早い場合、
中央送信局は、第１の時刻と第２の時刻との時間差だけ、放送波を遅延させる遅延手段を更に有することも好ましい。

本発明の送信局及び送信システムによれば、単一周波数を用いたデジタル放送システムについて、上位送信局に対して逆向きに設置された指向性アンテナと、下位送信局との間の距離に基づいて放送波信号を遅延させることによって、送信局における同一の放送波信号における干渉をできる限り抑制すると共に、少ない数の送信局で広いサービスエリアを確保することができる。

放送波信号の送信システムにおけるシステム構成図である。 ガードインターバルと遅延との関係を表す説明図である。 本発明における送信局の遅延時間の説明図である。 本発明における送信局の機能構成図である。 本発明における大規模な無線ネットワークのシステム構成図である。

以下では、図面を用いて、本発明を実施するための形態について詳細に説明する。

本発明の特徴となる送信局は、上位送信局から送信された放送波信号を中継する中継局ではない。本発明における送信局は各々、放送センタ設備から受信した放送データに基づく放送波信号を、エアに送信しているだけである。

図３は、本発明における送信局の遅延時間の説明図である。

上位送信局Ａ及び送信局Ｂは、同一の放送波信号を送信しており、下位送信局Ｃは、上位送信局Ａ及び送信局Ｂから同一の放送波信号を受信している。図３によれば、上位送信局Ａが送信する放送波信号（電波ａ）と、送信局Ｂが送信する放送波信号（電波ｂ）との到達時間差が、一致するように（少なくともガードインターバル長よりも短くなるように）、送信局Ｂが、送信すべき放送波電波（電波ｂ）を遅延させる。下位送信局Ｃにとって、送信局Ｂから送信された放送波信号に対して、上位送信局Ａから送信された放送波信号が干渉しないようにする。

本発明によれば、送信局Ｂが、上位送信局Ａとの間の距離に基づいて遅延ｄ_ａ−ｂを算出し、その遅延ｄ_ａ−ｂだけ、送信すべき放送波信号を遅延させる。また、上位送信局Ａは、指向性アンテナを設置することによって、その指向方向に位置する送信局Ｂを特定する。勿論、送信局Ｂも、指向性アンテナを設置し、その指向方向に位置する下位送信局及び／又は端末を特定する。例えば、指向性角度は１８０度以下に設定する。

送信局Ｂによって遅延させる所定遅延時間ｄ_ａ−ｂは、上位送信局Ａと送信局Ｂとの間の距離を、放送波信号の電波伝搬速度で除算することによって算出される。例えば、上位送信局Ａと送信局Ｂとの間の距離を、Ｄ＝５００００［ｍ］とし、放送波信号の電波伝搬速度を、ｃ＝３．０×１０＾８［ｍ／ｓ］とすると、以下のように所定遅延時間ｄ_ａ−ｂが算出される。
ｄ_ａ−ｂ＝Ｄ／ｃ＝５００００［ｍ］／３．０×１０＾８［ｍ／ｓ］＝１６７μｓ

図４は、本発明における送信局の機能構成図である。

図４によれば、送信局１は、放送データ受信部１０１と、符号化部１０２と、変調部１０３と、遅延部１１１と、指向性アンテナ１１２と、遅延時間算出部１１３と、遅延時間設定部１１４とを有する。放送データ受信部１０１及び指向性アンテナ１１２以外の機能構成部は、送信局に搭載されたコンピュータを機能させるプログラムを実行することによって実現される。

放送データ受信部１０１は、放送センタ設備２から放送データを受信する。放送データ受信部１０１は、放送センタ設備２から、放送衛星又は光ファイバを介して、放送データを受信する。受信された放送データは、符号化部１０２へ出力される。

符号化部１０２は、放送データを符号化データに符号化する。具体的には、エネルギー拡散処理、誤り訂正符号化処理、差動符号化処理、マッピング処理及びインターリーブ処理が実行される。符号化データは、変調部１０３へ出力される。

変調部１０３は、符号化データを、放送波信号としてのＯＦＤＭ信号に変換し、放送波信号を出力する。具体的には、フレーム同期化信号及びサービス識別信号を多重化するフレーム処理と、ＩＦＦＴによって周波数軸上データから時間軸上データへの変換処理と、ガードインターバル付加処理とが実行される。ＯＦＤＭ信号は、遅延部１１１へ出力される。

遅延部１１１は、変調部１０３から出力されたＯＦＤＭ信号を、所定遅延時間だけ遅延させる。遅延させられたＯＦＤＭ信号は、周波数変換器により送信周波数に変換され、電力増幅器により電力が増幅される。その放送波信号は、指向性アンテナ１１２へ出力される。

指向性アンテナ１１２は、上位送信局に対して逆向きに設置された水平面内指向性アンテナであり、遅延部１１１から受信した放送波信号を送信する。

遅延時間算出部１１３は、放送波信号における上位送信局との間の距離に基づいて遅延時間ｄ_ａ−ｂを算出する。遅延時間算出部１１３は、当該送信局と上位送信局との間の距離を、放送波信号の電波伝搬速度で除算することによって、遅延時間ｄ_ａ−ｂを算出する。従って、送信局１は、当該送信局と上位送信局との間の距離を予め保持することが必要となる。遅延時間ｄ_ａ−ｂは、遅延時間設定部１１４へ出力される。

尚、遅延時間算出部１１３は、上位放送波受信部１０４から、上位送信局から受信された放送波信号の受信時刻を取得することも好ましい。遅延時間算出部１１３は、放送データ受信部１０１によって受信された放送データの送信時刻と、上位放送波受信部１０４によって受信された放送波信号の受信時刻との差から遅延時間ｄ_ａ−ｂを算出することもできる。

遅延時間設定部１１４は、遅延部１１１の所定遅延時間を、遅延時間ｄ_ａ−ｂに設定する。

また、特別な形態として、放送センタ設備が中央送信局の近くに配置される場合、中央送信局が、放送センタ設備から受信した放送データを放送波として送信する第１の時刻が、送信局が、放送センタ設備から放送データを受信する第２の時刻よりも早い場合がある。これは、光ファイバや衛星回線を経由する遅延時間が、送信局間の距離をエアで経由する遅延時間よりも長い場合である。このとき、送信局が、時間差を補正することができなくなる。そのために、中央送信局は、遅延回路を設け、第１の時刻と第２の時刻との時間差だけ、放送波を遅延させる。これによって、全ての送信局が、放送センタ設備から放送データを受信するまで、中央送信局から放送波が放送されないようにする。

図５は、本発明における大規模な無線ネットワークのシステム構成図である。

図５によれば、大規模セルを中心セルとし、その周辺セルに、本発明の送信局を配置している。これによって、大規模セル、中規模セル及び小規模セルが、互いに干渉することなく配置される。例えば、大規模セルには、最上位送信局としての中央送信局を配置し、無指向性アンテナを用いて単一周波数の放送波信号を放送する。

中規模セルとなる送信局は、中央送信局の周囲の放射方向に配置されると共に、当該送信局の指向性アンテナは、中央送信局に対して逆向きに設置される。また、送信局における遅延時間は、当該中央送信局と送信局との間の距離に基づいて設定される。

これによって、中央送信局からの放射方向に対して垂直な同一直線上にあって、中央送信局から同一距離に位置する送信局は、同一の所定遅延時間が設定される。

以上、詳細に説明したように、本発明の送信局及び送信システムによれば、単一周波数を用いたデジタル放送システムについて、上位送信局に対して逆向きに設置された指向性アンテナと、下位送信局との間の距離に基づいて放送波信号を遅延させることによって、送信局における同一の放送波信号における干渉をできる限り抑制すると共に、少ない数の送信局で広いサービスエリアを確保することができる。

前述した本発明の種々の実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲の種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。前述の説明はあくまで例であって、何ら制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定するものにのみ制約される。

１ 送信局
１０１ 放送データ受信部
１０２ 符号化部
１０３ 変調部
１０４ 上位放送波受信部
１１１ 遅延部
１１２ 指向性アンテナ
１１３ 遅延時間算出部
１１４ 遅延時間設定部
２ 放送センタ設備
３ 端末

Claims (9)

1. 放送センタ設備から放送データを受信する放送データ受信手段と、該放送データを符号化データに符号化する符号化手段と、該符号化データを放送波信号に変調すると共にガードインターバル時間を付加する変調手段と、該放送波信号を単一周波数を用いて送信するアンテナとを有する送信局において、
   前記アンテナは、上位送信局に対して逆向きに設置された指向性アンテナであり、
   前記変調手段から出力された放送波信号を遅延させる遅延手段と、
   前記放送波信号における上位送信局との間の距離に基づいて遅延時間を算出する遅延時間算出手段と、
   前記遅延手段に、前記遅延時間を設定する遅延時間設定手段と
   を有することを特徴とする送信局。
2. 前記遅延時間算出手段は、当該送信局と前記上位送信局との間の距離を、前記放送波信号の電波伝搬速度で除算することによって、前記遅延時間を算出することを特徴とする請求項１に記載の送信局。
3. 上位送信局から送信された放送波信号を受信する上位放送波受信手段を更に有し、
   前記遅延時間算出手段は、前記放送データ受信手段によって受信された前記放送データの送信時刻と、前記上位放送波受信手段によって受信された前記放送波信号の受信時刻との差から前記遅延時間を算出する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の送信局。
4. 前記指向性アンテナは、水平面内指向性アンテナであり、
   前記変調手段は、前記符号化データを、前記放送波信号としてのＯＦＤＭ(Orthogonal
   Frequency Division Multiplexing：直交周波数分割多重)信号に変換することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の送信局。
5. 前記放送データ受信手段は、前記放送センタ設備から、放送衛星又は光ファイバを介して、前記放送データを受信することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の送信局。
6. 前記上位送信局と、請求項１から５のいずれか１項に記載の当該送信局と、該送信局から見た下位送信局及び／又は端末とを有する送信システムであって、
   当該送信局は、前記上位送信局における前記指向性アンテナの最大指向方向に配置されると共に、当該送信局の前記指向性アンテナの最大指向方向は、前記上位送信局に対して逆向きに配置されることを特徴とする送信システム。
7. 最上位送信局として、無指向性アンテナを用いて単一周波数の放送波信号を放送する中央送信局を更に有し、
   前記送信局は、上位送信局となる前記中央送信局の周囲の放射方向に配置されると共に、当該送信局の前記指向性アンテナは、前記中央送信局に対して逆向きに設置され、
   前記送信局における前記遅延時間は、当該中央送信局と前記送信局との間の距離に基づいて設定される
   ことを特徴とする請求項６に記載の送信システム。
8. 前記中央送信局からの放射方向に対して垂直な同一直線上にあって、前記中央送信局から同一距離に位置する前記送信局は、同一の遅延時間を設定することを特徴とする請求項７に記載の送信システム。
9. 前記中央送信局が、前記放送センタ設備から受信した前記放送データを放送波として送信する第１の時刻が、前記送信局が、前記放送センタ設備から前記放送データを受信する第２の時刻よりも早い場合、
   前記中央送信局は、第１の時刻と第２の時刻との時間差だけ、前記放送波を遅延させる遅延手段を更に有することを特徴とする請求項７又は８に記載の送信システム。

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