JP2012175435A - 送信システム - Google Patents

Abstract

【課題】複数のサービスエリア毎の使用量に応じて放送信号を制御して送信する、効率のよい送信システムを提供する。
【解決手段】複数のサービスエリア（Ａ１〜Ａ４）をもつ放送のための放送信号を生成する送信装置１２と、複数のサービスエリアに対応して複数に分配された放送信号のそれぞれの位相または振幅の少なくとも一方を、外部から受けた複数のサービスエリア毎の利用量を示す情報に従って制御する制御手段（Ｐ１〜Ｐ４、Ｔ１〜Ｔ４）と、制御手段からの複数の放送信号を受けて放射する、複数のサービスエリアにそれぞれ対応した複数のアンテナ（ＡＮＴ１〜ＡＮＴ４）を有する送信システム。
【選択図】図１

Description

この発明に係る実施形態は、放送用の送信システムに関し、特に、各サービスエリアの利用量に応じて振幅または位相を制御する送信システムに関する。

従来、放送用の送信システムにおいては、信号の受信者が一定条件下において受信が可能なように目標となるゲインが設定され、これに応じて送信出力が決定される。

このような送信システムにおいては、送信信号や装置の構成を工夫することにより通信効率をさらに向上させることが知られており、通信効率を向上させることを目的とした技術が多く知られている。

特開２００１−５３６９１号公報 特開２００４−２０７８３９号公報 特開２００１−３６９４７号公報 特開２００１−１８５９４８号公報 特開２００４−７０５６号公報 特開２００５−２０２３１号公報 特開平６−１７７６１４号公報 欧州特許出願公開第２８９６９号明細書

財団法人電子通信学会、「アンテナ工学ハンドブック」、日本、オーム社、昭和５５年１０月３０日、ｐ．３１３

しかし、従来の放送用の送信システムにおいては、送信設備から提供されるサービスエリアの利用情報（アクセス量、利用量、ユーザーの位置情報）に応じて、例えば、送信装置の出力電力、送信アンテナの指向性パターン、複数送信アンテナ間の電力比を変更する等の処理が行われることがないため、必ずしも十分な省電力化を行うことができない。

本発明は、複数のサービスエリア毎の使用量等に応じて放送信号を制御して送信することにより効率的な送信システムを提供することを目的とする。

課題を解決するための実施形態は、
複数のサービスエリアをもつ放送のための放送信号を生成する送信装置と、
前記複数のサービスエリアに対応して複数に分配された前記放送信号のそれぞれの位相または振幅の少なくとも一方を、外部から受けた前記複数のサービスエリア毎の利用量を示す情報に従って制御する制御手段と、
前記制御手段からの前記複数の放送信号を受けて放射する、前記複数のサービスエリアにそれぞれ対応した複数のアンテナと、
を具備することを特徴とする送信システムである。

すなわちこの発明によれば、送信設備から提供されるサービスエリアの利用情報（アクセス量、利用量、ユーザーの位置情報）に応じて、送信装置の出力電力、送信アンテナの指向性パターン、複数送信アンテナ間の電力比等を変更することで、より小さい出力電力の送信設備でも広範囲のカバー率を実現し、効率的な運用が可能となるため省電力化を図ることができる。これにより、環境面での貢献度が高く、ランニングコストを低減したシステム構築が可能になる。

本発明の一実施形態に係る送信システムの構成図。 各送信用アンテナ部に対応するサービスエリアを説明する模式図。 送信システムの基本的構造を示すブロック図。 送信システムの基本的構造を示す概観図。 本発明の一実施形態に係る送信システムの送信装置の構成を示すブロック図。 同じく送信装置の給電経路切替器の構成の一例を示すブロック図。 同じく送信装置の他の給電経路切替器の構成の一例を示すブロック図。 本発明の一実施形態に係る送信システムの送信アンテナの一例を示す接続図。 同じく送信システムの送信アンテナの他の一例を示す接続図。 同じく送信システムの給電経路切替器の機能を特定する行列式を示す説明図。 同じく送信システムの給電経路切替器の位相の扱いを特定する表を示す説明図。

以下、図面を参照してこの発明に係わる実施形態を説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る送信システムの構成図、図２は、各送信用アンテナ部に対応するサービスエリアを説明する模式図、図３は、送信システムの基本的構造を示すブロック図、図４は、送信システムの基本的構造を示す概観図である。

ここで、図１乃至図４の例では送信用アンテナを４台備えた場合とする。送信システムの基本的構造として図３および図４に示すように、まず、送信装置１２の出力端を分配器１３の入力端に接続し、ジャンクションボックス等の分配器１３により送信信号を４分配し、分配器１３は４つの分配出力を有する。分配出力は、ケーブル２７を介して、各送信用アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４に供給される。送信装置１２は、図４に示すように、例えば、局舎２０の中に設けられる。

このような基本構造をもった送信システムに対して、本発明の一実施形態の送信システムは、図１に示すように、各送信用アンテナの位相調整、振幅調整を可変することを目的として、分配器１３の分配出力から各送信用アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４の間にそれぞれ可変型位相制御部、可変型振幅制御部が設けられる。

具体的な構成を、図面を用いて以下に詳細に説明する。
分配器１３の第１の分配出力を第１の可変型振幅制御部Ｔ１に接続し、その出力を第１の可変型位相制御部Ｐ１に接続し、その出力を第１の送信用アンテナＡＮＴ１に接続する。同様に、分配器１３の第２の分配出力を第２の可変型振幅制御部Ｔ２に接続し、その出力を第２の可変型位相制御部Ｐ２に接続し、その出力を第２の送信用アンテナＡＮＴ２に接続する。同様に、分配器１３の第３の分配出力を第３の可変型振幅制御部Ｔ３に接続し、その出力を第３の可変型位相制御部Ｐ３に接続し、その出力を第３の送信用アンテナＡＮＴ３に接続する。同様に、分配器１３の第４の分配出力を第４の可変型振幅制御部Ｔ４に接続し、その出力を第４の可変型位相制御部Ｐ４に接続し、その出力を第４の送信用アンテナＡＮＴ４に接続する。

これにより、送信装置１２の出力端から送出された信号は、分配器１３および各可変型振幅制御部、可変型位相制御部を経由して各送信用アンテナからそれぞれ送出され、所定のサービスエリアに任意のサービスを提供することができる。

次に、アンテナ・送信装置用制御部１１は、第１の可変型振幅制御部Ｔ１、第１の可変型位相制御部Ｐ１、第２の可変型振幅制御部Ｔ２、第２の可変型位相制御部Ｐ２、第３の可変型振幅制御部Ｔ３、第３の可変型位相制御部Ｐ３、第４の可変型振幅制御部Ｔ４、第４の可変型位相制御部Ｐ４、および送信装置１２にそれぞれ接続する。

アンテナ・送信装置用制御部１１には、サービスエリアの受信利用量、アクセス量の情報を入力させる必要があるが、その一例として以下に述べる。

まず、サービスエリアで提供されるサービスを受信するための受信装置として、通信機能を有する携帯電話端末を例に説明する。サービスエリア内にてユーザが携帯電話端末でサービスを受信する際に、既存の携帯電話通信網を利用して、アクセスしている意思を信号として自動的に発信し、この情報を管制局Ｈ等で受信し管理・集計する。ここで、携帯電話通信網は既存のキャリア事業者の通信網を指す。この情報には携帯電話端末が有するＧＰＳ機能にてユーザの位置情報も含まれるものとする。同様に、複数のユーザからのアクセス情報が管制局で受信・集計されることで、どのサービスエリアでどのくらいアクセス数（利用量）があるか、管制局にて把握できることになる。

系統図にて説明すると、第１の携帯電話端末Ｋ１からのアクセス情報が管制局Ｈで受信され、同様に、第２の携帯電話端末Ｋ２、第３の携帯電話端末Ｋ３と、複数の携帯電話端末からのアクセス情報が管制局Ｈで受信され、管理・集計される。

次に、管制局では集計された情報から、サービスが受信されているエリア（位置情報）、および利用量情報をサービスエリアを提供している送信設備に教える必要があるが、これは送信設備に備えられた遠方監視制御装置１０を利用し、通信回線にて情報を提供する。この通信回線は専用電話回線、Ｆｏｍａ回線などがある。

この遠方監視制御装置１０から、サービスが受信されているエリアの利用量情報、位置情報を、アンテナ・送信装置用制御部１１に送出する。

次に、アンテナ・送信装置用制御部１１では、得られた各サービスエリアの利用量、位置情報から、各制御を行う。これについては図３も用いて説明する。

図２は、各送信用アンテナ部に対応するサービスエリアを説明する模式図である。図２において、送信用アンテナ部を上面から見た場合の各サービスエリアが示されている。まず、第１の送信用アンテナＡＮＴ１で提供される第１のサービスエリアＡ１にてアクセス情報があるが、第２の送信用アンテナＡＮＴ２で提供される第２のサービスエリアＡ２にてアクセス情報がない場合を想定する。

この場合、第１のサービスエリアＡ１には電波を送出する必要があるが、第２のサービスエリアＡ２には電波を送出する必要はないため、第１の送信用アンテナＡＮＴ１からは規定の電波が送出されるようにアンテナ・送信装置用制御部１１から第１の可変型振幅制御部Ｔ１および第１の可変型位相制御部Ｐ１を制御するとともに、第２の送信用アンテナＡＮＴ２から出力される電波の強さを抑えるように、第２の可変型振幅制御部Ｔ２および第２の可変型位相制御部Ｐ２を制御する。

第１の可変型振幅制御部Ｔ１と第１の可変型位相制御部Ｐ１は、一体に構成することができ、例えば、特許文献５に記載された可動スラグを備える同軸形インピーダンス整合器が利用でき、或いは、特許文献６に記載されたスタブ素子や、特許文献７に記載された調整リングを備えるインピーダンス補償回路等を組合わせて実現することができる。

アンテナ・送信装置用制御部１１は、可変型振幅制御部Ｔ１〜Ｔ４等を制御する間、分配器１３の入力側から見たインピーダンスを一定に保つことが望ましい。また送信用アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４の種類や配置にも依存するが、一般に送信用アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４への給電位相も一定に保った方がよい。給電位相を変化させると指向性の自由度が増すが、隣り合う送信用アンテナ（例えば、ＡＮＴ１、ＡＮＴ２）の間の方向への放射電力が落ち込み、アンテナ全体としても望ましくない指向性になることが多い。

アンテナ・送信装置用制御部１１による最も簡単な制御は、各送信用アンテナへの給電位相および出力インピーダンスを殆ど変化させずに可変型振幅制御部の入力インピーダンスを変化させる制御値の組（対を成す可変型振幅制御部と可変型位相制御部に与える制御値の組）を予めテーブル化して記憶しておき、電波を強めたい送信アンテナに対応する制御値の組を電力が増える方向（入力インピーダンスが小さくなる方向）に微小量変化させ、分配器１３の入力端における定在波比を最小化するように、最急降下法等で他の送信アンテナに対応する制御値を適応更新する、という動作を繰返すものである。分配器１３がジャンクションボックスである場合、可変型振幅制御部Ｔ１〜Ｔ４の夫々の入力インピーダンスの並列合成値を一定（例えば５０Ωの純抵抗）に保つことができれば、どのような制御でも良い。

次に、第１のサービスエリアＡ１のうち、中心部となる第１のサービスエリアＡ１’にアクセス情報が集中し、その他の第１のサービスエリアＡ１内でのアクセス情報が少ない場合を想定する。この場合は、第１の可変型振幅制御部Ｔ１および第１の可変型位相制御部Ｐ１にて、第１の送信用アンテナＡＮＴ１の指向性パターンを中心部となる第１のサービスエリアＡ１’が強調されるように制御することで対応可能である。このとき、中心部となる第１のサービスエリアＡ１’内の携帯電話端末での受信感度は増加するが、それ以外の第１のサービスエリアＡ１内の受信電界強度は低下する。

次に、第１のサービスエリアＡ１と第２のサービスエリアＡ２の間のフリンジエリアおよび不感領域である中間サービスエリアＡ５にて、アクセス情報が集中している場合を想定する。この場合は、第１の可変型振幅制御部Ｔ１および第１の可変型位相制御部Ｐ１、第２の可変型振幅制御部Ｔ２および第２の可変型位相制御部Ｐ２にて、第１の送信用アンテナＡＮＴ１およびの第２の送信用アンテナＡＮＴ２の指向性パターンを中間サービスエリアＡ５が強調されるように制御することで対応可能である。

次に、第１のサービスエリアＡ１、第２のサービスエリアＡ２、第３のサービスエリアＡ３、第４のサービスエリアＡ４すべてにてアクセス情報がない場合を想定すると、アンテナ・送信装置用制御部１１から送信装置１２に対して送出される電力を抑えるように制御を行う。この制御は送信装置に対して、電圧制御による電力調整機能（例えばＰＩＮ型減衰器）を備えておけば実現可能である。

同様に、第１のサービスエリアＡ１、第２のサービスエリアＡ２、第３のサービスエリアＡ３、第４のサービスエリアＡ４すべてにてアクセス情報があり、特に各サービスエリアのフリンジ部にてアクセス情報が多い場合を想定すると、アンテナ・送信装置用制御部１１から送信装置１２に対して送出される電力を増力するように制御を行う。この制御も上述同様に、送信装置１２に対して、電圧制御による電力調整機能を備えておけば実現可能である。

但し、送信装置１２の出力電力の増減は電波法の観点からもある規定制限の範囲内で制御できる必要があるが、これは例えばオペアンプ、コンパレータを用いてしきい値での動作範囲を設けることで実現は容易である。

ここで、本送信設備が減力運転となり、所定のサービスエリアが縮小しアクセスしようとする携帯電話端末がサービスエリアの範囲外となっていた場合でも、携帯電話通信網の範囲内であれば、アクセスした携帯電話端末をサービスエリア内にさせることができるため、サービスの提供は可能である。

また、受信装置の例として携帯電話としたが、通信機能・位置情報発信機能を有する機器であれば、カーナビ、モバイル端末、ゲーム機、音楽プレイヤー等もサービス受信状況を提供することができる機器として、本発明の対象になりえる。

また、本発明のうち遠方監視制御装置を設置する本来の目的は送信設備の装置の状態、品質の監視または制御を遠方から行うためであり、本発明のために別途設置するものではなく、新たに追加が必要な機器ではない。

（第１実施形態）
第１実施形態は、複数のサービスエリア毎の使用量等に応じて放送信号を制御して送信することにより効率的な送信システムを提供する。図５は、第１実施形態に係る送信装置１２の構成の一例を示すブロック図である。この実施形態の送信装置１２では、高い自由度でアンテナの水平指向性を可変でき、電力増幅器の故障にも対応できる構成を、安価に実現することを主眼にしている。

送信装置１２は、放送ＴＳ（Transport Stream）信号が与えられる励振器３１−１、３１−２，３１−３、３１−４と、これらの後段に設けられる電力増幅器３８−１〜３８−４と、これらの後段に設けられる給電経路切替器３９と、これらの後段に設けられる給電ケーブル４２−１〜４２−４と、これらの後段に設けられる送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４と、これらの動作を制御する全体制御部３０とを備える。励振器３１−１、３１−２、３１−３、３１−４は、ＩＳＤＢ−Ｔに規定される放送ＴＳストリームを入力されると、ＯＦＤＭ変調等を行い、所望の位相や利得に制御した後、放送される周波数帯の信号に変換して、対応する電力増幅器３８−１に供給する。

電力増幅器３８−１は、例えば、６ＭＨｚ帯域当たりの出力が２００Ｗ程度のＶＨＦ帯電力増幅器であり、最終段は４〜８個の増幅素子の出力がウィルキンソン合成器等で４〜８合成される構成になっている。電力増幅器３８−１は、出力を停止したり減力したりする際に使用する制御信号入力を有する。

給電経路切替器３９は、４入力４出力の機器であり、通常時は、電力増幅器３８−１〜３８−４の出力を、送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４に１対１に接続し、電力増幅器３８−１の故障時は、電力増幅器３８−１を切離すとともに電力増幅器３８−２の出力を２分配して送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４に供給できるようにする。他の故障時も同様である。給電経路切替器３９は各アンテナへの給電路上でＶＳＷＲや直流抵抗を検出する検出器４１−１〜４１−４を備える。

送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４は、２ダイポール、双ループなどの平面反射板付きアンテナであり、それらを所定の回転対称軸（例えば鉛直軸）に対して外側を向きつつ４回対称に配置することで、適切に給電すればほぼ水平無指向性を得ることができる多面合成アンテナを構成する。送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４は、それぞれ給電ケーブル４２−１〜４２−４を介して給電経路切替器３９に接続される。例えば各面が東西南北を向いた４面合成アンテナにおいて送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４が東西南北に夫々対応しているとすると、給電ケーブル４２−１からの送信信号は全て東向きに放射されることになる。

全体制御部３０は、先のアンテナ・送信装置用制御部１１に相当し、遠方監視制御装置１０からの指示に基づき、所定の放射パターンおよび放射電力になるように、４対の位相制御値および振幅制御値を生成し、対応する励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４に夫々与える。また給電経路切替器３９が検出したＶＳＷＲ等の異常に応じて、電力増幅器３８−１〜３８−４を停止させたり、遠方監視制御装置１０にアラームを伝送したり、全体制御部３０が備える表示器に所定の表示を行ったりする。

このようにこの実施形態の送信装置１２では、非常時以外互いに独立した同構成の系統（励振器および電力増幅器）をアンテナ数（正確にはアンテナへの給電ケーブル４２の本数）と同数備え、送信アンテナへの給電位相や振幅の制御を励振器においてベースバンドで行えるようにしたものであり、指向性を微調整するために送信アンテナ側（放射素子への給電端）に設けられることが多い位相（インピーダンス）調整機構も不要にできる場合がある。

続いて励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４の詳細を説明する。ＯＦＤＭ変調器３２は、入力された放送ＴＳ（Transport Stream）信号をＡＲＩＢＳＴＤ−Ｂ３１に従い、帯域幅６ＭＨｚの伝送信号（ベースバンドのＩ／Ｑ信号）に変換する。アップサンプラー３３は、後段の処理に適するように伝送信号のサンプルレートを数倍に変換（アップサンプル）する。ｆ特補償部３４は、電力増幅器３８−１や給電経路切替器３９で受ける周波数特性の逆特性に相当する特性を、アップサンプラー３３からの伝送信号に与えて出力するフィルタである。ＤＰＤ（Ｄigital Pre-Ｄistorter）３５は、電力増幅器３８−１で発生する非線形歪みの逆特性に相当する特性を有し、ｆ特補償部３４からの伝送信号に予歪みを与える。アップコンバータ（Up-converter）３６は、ＤＰＤ３５からの伝送信号をデジタル直交変調後、Ｄ／Ａ変換し、内蔵するルビジウム発振器を源振として生成した局部信号と混合して得られる無線周波送信信号を出力する。

制御部３７は、ＯＦＤＭ変調器３２、ｆ特補償部３４、ＤＰＤ３５およびアップコンバータ３６に対して必要な制御や監視を行う。また全体制御部３０から入力された位相制御量と振幅制御量を、ＤＰＤ３５に固定移相量、固定ゲインとして与えたり、各励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４内のＯＦＤＭ変調器３２の動作を同期させる信号を与える。つまりこの実施形態のＤＰＤ３５は、通常の予歪みとしての移相やゲインの制御量に、この固定移相量および固定ゲインを加算した制御量で、伝送信号を制御する。なお、励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４にリミッタを設ける場合は、ｆ特補償部３４とＤＰＤ３５の間に挿入する。

続いて、給電経路切替器３９の詳細を説明する。電力増幅器３８−１、３８−２の出力は、Ｕリンク装置の２つの入力ポートに夫々入力される。Ｕリンク装置は、等距離（例えば正方格子状）に配置された複数のポートを架け替え自在に接続するＵ字状の同軸金属管（或いは導波管）であり、Ｕリンクの接続を片側を支点にして機械的に（手動で）架け替えることで、高周波電力信号の経路を切り替えるものである。ここでは３つのＵリンクがあり、図５で実線で示した接続が通常時（直結）、破線が非常時（２分配）のものであり、非常時には電力増幅器３８−１か３８−２の一方の出力が中央側のポートに接続され、Ｔ分岐に導かれる。Ｔ分岐では入力電力を２等分配し、送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４に供給できるようになる。

この実施形態の説明では、励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４の夫々にＯＦＤＭ変調器３２やアップサンプラー３３を設けたので、帯域分割等、４つのＯＦＤＭ変調器３２の出力を異ならせる使い方も可能であるが、通常は４つのＯＦＤＭ変調器３２の出力は同一であり、４重の冗長になる。その場合、ＯＦＤＭ変調器３２の出力を電力増幅器に分配出力して共用し、台数を減らしても良い。また、送信アンテナの数と給電ケーブルの本数を同数として説明したが、例えば給電ケーブルを４本とし、鉄塔のアンテナ設置場所付近でそれぞれ２分岐させて８個のアンテナ（例えば８面構成の多面合成アンテナ）に給電してもよい。

送信アンテナとしては、４回対称に配置されうるものであれば、平面反射板付きアンテナに限らず、スキューアンテナやスーパーターンスタイルアンテナ等、多様なものが利用でき、同相給電と位相差給電のどちらにも対応できる。位相差給電とは、４面合成アンテナ構成時に隣り合う送信アンテナＡＮＴ１〜ＡＮＴ４への給電に９０度ずつ位相差を与えるものであり、その位相差は経路切替前後で位相を保つために給電経路切替器３９の後で発生させることが望ましい。

（第２実施形態）
第２実施形態は、第１実施形態の送信システムに加えて、給電経路切替器を用いた送信システムを提供する。図６は、第２実施形態に係る送信装置１２で用いられる給電経路切替器３９の内部構成図である。この実施形態の送信装置１２も、第１実施形態同様、アンテナ指向性の任意可変できることと、運転増幅器数の減少時も指向性を維持することを目標とし、特許文献８や非特許文献１のように、バトラーマトリクスを用いてそれを試みたものである。給電経路切替器以外の構成は第１実施形態と同様であるので図示および説明を省略する。

一般に、バトラーマトリクス（バトラーアレイ、バトラーネットワークとも呼ばれる）は、９０度或いは１８０度ハイブリッドや位相器等を組合わせて離散的フーリエ変換機能を持たせたものであり、Ｎ個の入力ポートからの信号は、Ｎ個の出力ポートから入力ポートに対応する一定の位相差（Ｎ＝４の場合、例えば±４５度と±１３５度）で出力される。バトラーマトリクスは、例えば、無指向アンテナに応用することができる。

この実施形態の給電経路切替器３９は、１８０度ハイブリッド（マジックＴ）であるハイブリッド５１〜５４と、０〜９０度の範囲で進み又は遅れ移相量を可変できる移相器（インピーダンス変換線路）５５〜５８と、ＶＳＷＲ・直流抵抗検出器５９〜６２と、切替器制御部６３を備えている。

ハイブリッド５１〜５４は、第１〜第４のポート（夫々、Ａ、Ｄ（ＤＥＬＴＡ）、Ｂ、Ｓ（ＳＵＭ）と呼ばれる）を有する、実質的に無損失な受動回路であり、Ｄ−Ａ間、Ａ−Ｓ間、Ｓ−Ｂ間が位相π／２に相当する線路で接続され、Ｂ−Ｄ間が位相３π／２に相当する線路で接続された回路網（ラットレース）に相当する。この回路網のはたらきは、固定位相を省略した図１０が示す散乱行列で表現される。

ハイブリッド５１は、電力増幅器３８−１、３８−２の出力をＡポートおよびＢポートに夫々入力され、ＤポートおよびＳポートから出力する。ハイブリッド５２は、電力増幅器３８−３、３８−４の出力をＢポートおよびＡポートに夫々入力され、ＳポートおよびＤポートから出力する。

移相器５５は、ハイブリッド５１のＤポートの出力を所定量移相して出力する。移相器５６は、ハイブリッド５２のＤポートの出力を所定量移相して出力する。

ハイブリッド５３は、移相器５５の出力とハイブリッド５２のＳポートの出力をＢポートおよびＡポートに夫々入力され、ＤポートおよびＳポートから系統Ａ（Ｂｒ−Ａ）およびＢｒ−Ｃへの出力とし夫々出力する。ハイブリッド５２は、移相器５６の出力とハイブリッド５１のＳポートの出力をＢポートおよびＡポートに夫々入力され、ＳポートおよびＤポートからＢｒ−ＢおよびＢｒ−Ｃへの出力とし夫々出力する。

次に、図６の給電経路切替器３９の作用を説明する。電力増幅器３８−１〜３８−４から夫々入力される信号ａ〜ｄは、夫々電力を４等分されてＢｒ−Ａ〜Ｂｒ−Ｄに出力される。ここで簡単のために、信号ａ〜ｄは位相および振幅のみ異ならせることができる同一信号とし、移相器５５〜５８の移相量を全て０とすると、Ｂｒ−Ａ〜Ｂｒ−Ｄの出力の位相は図１１に示す対照表で特定される。

図１１の表において、ある系統（例えばＢｒ−Ａ）に互いに逆相で現れる信号の対（例えば信号ｂと信号ｂ以外のどれか）は、始めからハイブリッドから分岐されなかったと考えることができ、入力数が４であるのに対照表中の数の和が８であるので、対照表中の１は、入力信号の１／２に相当する。

信号ｂとｃの位相が逆相（−１）になるように励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４を設定すれば、Ｂｒ−Ａ〜Ｂｒ−Ｄに現れる電力増幅器３８−１〜３８−４の合成出力は、全て１になる。また、信号ｂとｄの位相を９０度進相になるように励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４を設定すれば、Ｂｒ−Ａ〜Ｂｒ−Ｄに現れる合成出力は、夫々−ｊ、ｊ、１、−１になる。前者が同相給電、後者が位相差給電に対応する。

次に、電力増幅器３８−１〜３８−４のいずれか１つが故障し、対応する入力信号が０になった場合を考える。通常時の位相設定のままでは、同相給電では位相差は生じないものの電力比で３倍の差が生じ、位相差給電では電力比でルート５倍の差が生じるとともに位相もずれてしまう。そこで切替器制御部６３は、励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４に設定する位相（および振幅）と移相器５５〜５８の移相量を変更して、故障の影響を少なくする制御を行う。一例として移相器５５は、位相差給電で信号ａとｂに９０度位相差を与えていたときに一方の信号が途絶えた場合でも、ハイブリッド５１からの出力の位相差を９０度に保つために役立つ。

故障時の制御方法としては、現在のアンテナ指向性を極力維持する方法（方法Ａ）、特定の方向への放射電力を下げて他方向の放射電力（指向性）を維持する方法（方法Ｂ）、生き残った電力増幅器の出力を増大させて（信号品質を犠牲にして）指向性や電力を極力維持する方法（方法Ｃ）、等がある。いずれの方法においても、アンテナの特性が関係するので、最適な設定するには、事前の測定等により作成したテーブルを参照して制御を行うことになる。各系統に対応する４つのアンテナ間の結合が強い場合、本来の給電位相からずれるとインピーダンスが変化し、その影響は全ての電力増幅器に及ぶ。必要に応じて、隣り合うアンテナ間に２次元マッシュルーム（ＥＢＧ）等の右手／左手系複合寄生素子を配置し、結合を抑制する。

上記した方法Ａ乃至方法Ｃのいずれの方法によっても、１台の故障に対して完全な等電力分配を保つのは不可能で、必ず出力の低い系統が生じる。しかし、この実施形態の給電経路切替器３９の特徴として、その低出力系統を、故障した電力増幅器３８とは無関係に任意に選ぶことができ（通常、視聴者の少ない方角に選ぶ）、しかもそれは電力増幅器の負荷インピーダンスの不整合を更に悪化させることなく励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４への位相設定のみで可能なので、方法Ｂは比較的容易である。

方法Ｃによれば、方法ＡやＢで生じる低出力系統を軽減できる。２〜３台の故障に対しては等電力分配が可能であり、現用の電力増幅器を始めから２台にしてもよい。

この実施形態の説明では、ハイブリッド５１〜５４は１８０度のものとしたが、９０度のもの（カプラ）でも同様に動作するバトラーマトリクスを構成でき、移相器の可変範囲も少なくてすむ。また、移相器５５〜５８は必須ではなく、移相器５５、５６のみ備えてもよく、全て無くても良い。

（第３実施形態）
第３実施形態は、簡略化された給電経路切替器を用いた送信システムを提供する。図７は、第３実施形態に係る送信装置１２で用いられる給電経路切替器３９およびその周辺の内部構成図である。この実施形態の送信装置１２は、給電の系統数を２とし構成を大幅に簡略化しつつ、図６の第２実施形態に近い効果が得られるものである。第１実施形態と同様な構成は、図示および説明を省略する。この実施形態の給電経路切替器３９’は、４入力２出力の機器であり、同一構成の２個のλ／２線路型多合成器４０−１’および４０−２’からなる。λ／２線路型多合成器４０−１’および４０−２’は、同一構成の複数個の線路となるハイブリッド５１、５２、５３、５４と、移相器５５，５６と、合成点４３，４４とを有する。

線路であるハイブリッド５１は、電力増幅器３８−１の出力整合回路の出力端（電力増幅器３８−１の出力インピーダンスが５０Ωだとして、その５０Ωが得られた直後の場所）と、合成点４３との間を所定の電気長で接続する線路であり、例えば一定の特性インピーダンスを持つ同軸ケーブルが用いられる。所定の電気長は、ｊｋｍに接続される複数の電力増幅器３８の間のアイソレーションを大きくでき（つまり１つが故障或いは停止したときの他の電力増幅器３８の出力の損失を少なくでき）、またそのような時に故障した電力増幅器３８側に異常な高電圧が発生しないような値に選べばよく、通常はλ／４の奇数倍を避けてλ／２の整数倍付近に設定される。ハイブリッド５２も同様である。

移相器５３、５６は、線路であるハイブリッド５１、５２（または５４、５５）からの並列合成により低下したインピーダンスを所定のインピーダンス（５０Ω）に変換して出力するλ／４線路である。このようにこの実施形態の給電経路切替器３９には任意に給電経路を切替えられる機能は無いが、便宜的にそう呼ぶことにする。

λ／２線路型多合成器４０−１’および４０−２’の出力は、給電経路切替器３９’を出て検出器（不図示）を介して給電ケーブル５７，５８に接続される。給電ケーブル５７はアンテナ側端部で２分配され、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２に接続される。給電ケーブル５８も同様に２分配され、送信アンテナＡＮＴ３、ＡＮＴ４に給電される。送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２は互いに反対向き（例えば東と西）であり、また送信アンテナＡＮＴ３、ＡＮＴ４も同様に反対向きで、送信アンテナＡＮＴ１、ＡＮＴ２とは９０度ずれた関係にある。

次に、本実施形態の作用を説明する。λ／２線路型多合成器４０−１’によって合成される電力増幅器３８−１と３８−２の出力が同相、同利得で合成されるよう、励振器３１−１，３１−２に与える位相、利得は連動させる。励振器３１−３，３１−４の扱いも同様である。この結果、給電ケーブル５７，５８で給電される送信信号の位相（相対位相）と利得（相対利得）を、励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４への設定により任意に可変できることになる。２つの給電信号の利得比のみ制御すれば、東西方向或いは南北方向に利得が高い繭型の指向性を得ることができ、位相の制御も合わせれば、指向性の方向を東西や南北以外に向けることができる。励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４に与える位相等を制御する全体制御部３０は、複数の想定される指向性（放射パターン）を実現する位相制御量等の組み合わせおよびそのときのアンテナ利得の周波数偏差をシミュレーションにより事前に求めておき、遠方監視制御装置からの指示に応じ、励振器３１−１、３１−２，３１−３，３１−４等に与える位相制御量等を連続的に変化させて指向性の変更を行うとともに、周波数偏差を補償する特性をｆ特補償部３４に設定する。

なお、この実施形態では、λ／２線路型多合成器４０−１’、４０−２’の合成数を２としたが、より多いほうが、合成される電力増幅器３８の１台が故障したときの影響が少なく、望ましい。

（第４実施形態）
第４実施形態は、上下方向に３段で構成される４面合成アンテナを用いた送信システムを提供する。図８および図９は、第４実施形態に係る送信装置１２で用いられる送信アンテナの接続図である。この実施形態の送信装置１２は、２系統の給電の片方が停止しても、指向性が大きく変化しないようにしたもので、先の実施形態と組みあせることができる。以下、第３実施形態と組み合わせた場合を説明する。

図８および図９の接続図は、どちらも、４面合成アンテナを上下方向に３段設けた場合の接続例であり、上段を構成する送信アンテナ７１ａ〜７１ｄと、中段を構成する送信アンテナ７２ａ〜７２ｄと、下段を構成する送信アンテナ７３ａ〜７３ｄとからなる。送信アンテナ７１ａ、７２ａ，７３ａがＡ面を構成し、送信アンテナ７１ｂ、７２ｂ，７３ｂがＢ面を構成し、送信アンテナ７１ｃ、７２ｃ，７３ｃがＣ面を構成し、送信アンテナ７１ｄ、７２ｄ，７３ｄがＤ面を構成する。なおこの実施形態のＡ面〜Ｄ面は、先の実施形態と異なり、水平面で順次９０度ずつ回転させた方向（例えば西、南、東、北）を向くものである。図８では、給電ケーブル５７のアンテナ側端部がジャンクションボックスに接続され、そこで６分配されて送信アンテナ７１ａ、７１ｃ、７２ｂ，７２ｄ，７３ａ，７３ｃに給電され、給電ケーブル５８のアンテナ側端部も同様に６分配されて送信アンテナ７１ｂ、７１ｄ、７２ａ，７２ｃ，７３ｂ，７３ｄに給電される。

同様に、図９では、給電ケーブル５７のアンテナ側端部が６分配されて送信アンテナ７１ａ〜７１ｄ、７２ａ，７２ｃに給電され、給電ケーブル５８のアンテナ側端部も同様に６分配されて送信アンテナ７２ｂ，７２ｄ，７３ａ〜７３ｄに給電される。

なお、実際には６分配後、各送信アンテナ毎に固有の移相を与える。すなわち、山頂等に設置される送信所では方角によって市街地までの距離が異なるため、方角毎にチルトを設定する必要があるためである。通常時は、給電ケーブル５７，５８から同移相、同利得（同電力）で給電されるものとして、中段の送信アンテナ７２ａ〜７２ｄの位相を基準として上段と下段の送信アンテナ毎に進みや遅れの移相量を設定しておく。

図８、図９のどちらの場合も、給電ケーブル５７の系統ａは、Ａ面とＣ面には送信アンテナが２面あるのに対しＢ面とＤ面には１面しかない。給電ケーブル５８の系統ｂは、Ｂ面とＤ面には送信アンテナが２面あるのに対しＡ面とＣ面には１面しかない。このため、系統ａと系統ｂの給電電力比を可変することで、繭型の指向性を発生させ制御することができる。その際、上段から下段にかけての電力比が上下対称であるので、チルトの変動を少なくできる。

（効果）
以上のように本発明によれば、送信設備から提供されるサービスエリアの利用情報（アクセス量、利用量、ユーザの位置情報）に応じて、送信装置１２の出力電力、送信アンテナの指向性パターン、複数送信アンテナ間の電力比を変更することができるため、より小さい出力電力の送信設備でも広範囲のカバー率を実現し、より効率的な運用が可能になり省電力化を図ることができる。以上より、環境面での貢献度が高く、ランニングコストを低減したシステム構築が可能になる。

特に、深夜帯や、駅前周辺、観光地、山間部など時間帯、時期によってアクセス量の変化が大きい場所のサービスエリアに対しては本発明がより効果的に活用できると思われる。

具体的には、海水浴場周辺では一般的に夏季に集中的にサービスの利用量が増加するが、冬季はサービスの利用状況は極端に低下すると思われる。同様に、スキー場では冬季のみサービスの利用量が増加しシーズンオフ時はほとんど利用されないと思われる。

また、レジャーランドにおいても閉園後はほぼ利用はなくなり、サービスエリアを確保する必要はなくなる。

したがって、サービスの必要がない無駄なエリアにはサービスを提供しないで運用できるようになり、無駄を削減した効率的な運用が可能である。

さらに、各放送所におけるサービスエリア範囲を可変できるため、置局数を最小限にし、指向性パターンを制御することで同じ出力電力でもより遠くまで、また、通常受信電界強度が低いエリアにサービスエリアを拡大させることも可能になり、効率的なエリアカバー率の確保を実現できる。したがって、設備設置費用に関わる投資額のコストダウンを図ることができる。

加えて、災害時にはサービスエリアを拡大させて緊急放送を効率的に提供可能にすることも期待できる。例えば、２００Ｗ出力が可能な送信設備を通常は減力にて１００Ｗ運用としてサービスエリアを確保し、災害時は２００Ｗに増力してより広範囲に緊急放送を提供できるようにする。これにより、より不感帯エリアを削減できるとともに、もし地震等で近隣の放送所が破壊されてしまった場合でもサービスの受けられないエリアを極力減らせ、災害時の支援への貢献をすることが期待できる。

要するにこの発明は、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、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

１…送信システム、１０…遠方監視制御装置、Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３…携帯電話、Ｈ…管制部、１１…アンテナ・送信装置用制御部、１２…送信装置、１３…分配器、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４…可変型振幅制御部、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４…可変型位相制御部、ＡＮＴ１、ＡＮＴ２、ＡＮＴ３、ＡＮＴ４…送信用アンテナ。

Claims (2)

1. 複数のサービスエリアをもつ放送のための放送信号を生成する送信装置と、
   前記複数のサービスエリアに対応して複数に分配された前記放送信号のそれぞれの位相または振幅の少なくとも一方を、外部から受けた前記複数のサービスエリア毎の利用量を示す情報に従って制御する制御手段と、
   前記制御手段からの前記複数の放送信号を受けて放射する、前記複数のサービスエリアにそれぞれ対応した複数のアンテナと、を具備することを特徴とする送信システム。
2. 前記送信装置は、前記複数のサービスエリア毎の利用量に応じて前記複数の放送信号のそれぞれの出力電力を制御する制御部をさらに有することを特徴とする請求項１記載の送信システム。

Images