JP3387460B2 - 中継放送装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は中継放送装置に係
り、特に同一（又は単一）周波数ネットワーク（ＳＦ
Ｎ：Single Frequency Network）を構成する地上波ディ
ジタル放送波を中継する中継放送装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】同一の周波数を用いて同一内容の信号
（番組）を送信するＳＦＮにおいては、複数の送信所
（あるいは演奏所、放送局）又は中継放送装置から送ら
れてきた複数の放送信号の受信点の到着時刻が必ずしも
一致せず、マルチパスのある信号を受信したときと同様
になる。

【０００３】一方、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ：Or
thogonal Frequency Division Multiplex）方式は、送
信するディジタル情報で変調された多数の搬送波を周波
数分割多重する方式であり、各搬送波の変調速度が遅い
ことからガードインターバルと呼ばれる時間軸上の冗長
期間を付加でき、ＳＦＮの受信点における同一周波数帯
の複数の搬送波のそれぞれの遅延時間が、このガードイ
ンターバル期間内であれば、ＯＦＤＭ信号の受信が可能
である。従って、地上波ディジタル放送方式では、変調
方式にＯＦＤＭ方式を採用することにより、ＳＦＮが可
能となる。ＳＦＮは電波の周波数スペクトラムという限
られた資源を有効に活用するために非常に有効な手段で
ある。

【０００４】現在のアナログ放送方式では、それぞれの
放送局の搬送波周波数が異なるのが一般的であるが、Ｓ
ＦＮでは、サービスエリアの中央の放送局（送信所ある
いは演奏所）をはじめ、同一番組を送出するサービスエ
リア内の中継放送装置はすべて同一搬送波周波数を使用
することになる。なお、ＯＦＤＭ信号は互いに異なる周
波数の多数の搬送波の周波数分割多重信号であり、中継
放送装置が受信して再送信するＯＦＤＭ信号は受信ＯＦ
ＤＭ信号と各々同一搬送波周波数の多数の搬送波の周波
数分割多重信号であり、これを便宜上、「同一搬送波周
波数」といっている。

【０００５】この場合、中継放送装置は送出内容を上位
の放送局又は中継放送装置の電波を受信することによっ
て得ており、受信したＯＦＤＭ信号と同一内容で同一周
波数スペクトラムのＯＦＤＭ信号を再送信する。このＳ
ＦＮでは、送信所から中継放送装置まで専用の回線を必
要とせず、中継放送装置の運用経費を削減することに大
きく寄与している。

【０００６】しかしながら、ＳＦＮでは中継放送装置の
受信する電波の周波数と、中継放送装置の再送信する電
波の周波数が同一となり、送信アンテナから輻射された
中継放送装置自身の電波と伝送内容を得るために受信し
ている上位の放送装置の電波を分離することが困難にな
る。従って、ＳＦＮでは、受信局と送信局を別々の場所
に設置する分離受信方式や有線回線によってデータを受
信する方式が実用的とされている。

【０００７】ところが、分離受信方式は、中継放送装置
の伝送内容を受信するための受信局を別に設ける方式で
あり、中継放送装置の設置経費を大きく増大させるとい
う問題がある。他方、有線回線によって伝送内容を配信
する方式は、例えば通信業者による専用回線が必要であ
る。ディジタルテレビ放送のデータ量は数十Ｍｂｐｓに
達し、大きな回線容量を必要とするばかりでなく、中継
放送装置は元来、放送の難視聴地域に設置されることか
ら、専用回線の利用にかかる経費は、中継放送装置の運
用経費を大きく増大させるという問題がある。

【０００８】そのため、ＳＦＮでは、分離受信局や専用
回線を用いることなく、伝送内容を得ることが望まれて
いる。この要求に応えるため、従来より、放送機の出力
の一部を入力に戻すことで、中継放送装置の送信アンテ
ナから受信アンテナに漏洩する信号を相殺し、これによ
り受信している他の放送装置の電波を分離することを可
能にする、キャンセル回路を備えた中継放送装置が開示
されている（例えば、実開昭６２−０４９３６８号公
報）。また、従来、キャンセル回路の特性を自動調整す
る手段を備えた中継放送装置も知られている（例えば、
特許第２９５４１８１号）が開示されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、実開昭６２
−０４９３６８号公報記載の従来装置では、キャンセル
回路の特性を自動調整する手段を有していないため、送
信アンテナと受信アンテナ並びに伝搬経路の変動に伴い
キャンセル量が変化し、その結果、キャンセル回路に安
定した動作が望めないという欠点がある。

【００１０】一方、特許第２９５４１８１号記載の従来
装置では、キャンセル回路を有してはいるが、そのキャ
ンセル回路の伝達関数が単純であり、送信アンテナから
受信アンテナに至る経路にマルチパスが存在する時に対
応できないという欠点がある。つまり、この従来装置で
はキャンセル回路の自動調整の際にキャンセルする帯域
について考慮されておらず、自動調整により十分な帯域
が確保されない欠点を有する。

【００１１】本発明は以上の点に鑑みなされたもので、
広帯域にわたり自動調整可能なキャンセル回路と自動調
整回路を備えた中継放送装置を提供することを目的とす
る。

【００１２】本発明の他の目的は、設置・運用経費の少
ない中継放送装置を提供することにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、上位局から送信された放送波を受信して
同一周波数帯で再送信する中継放送装置において、放送
波を受信アンテナを用いて受信する受信部と、周波数が
可変可能なパイロットトーンを発生するパイロットトー
ン発生手段と、受信部からの受信信号にパイロットトー
ン発生手段からのパイロットトーンを付加する付加手段
と、付加手段からの信号を送信する送信アンテナと、受
信部からの受信信号からパイロットトーンを抽出して、
そのパイロットトーンの信号レベルを検出するレベル検
出器と、付加手段からの信号の振幅及び位相を調整した
信号を生成して受信部からの受信信号と演算することに
より、受信信号中の送信アンテナにより送信された信号
成分をキャンセルするキャンセル回路と、パイロットト
ーン発生手段から出力されるパイロットトーンの周波数
を設定すると共に、レベル検出器の出力検出信号に基づ
いて、キャンセル回路の出力端にてパイロットトーンの
信号強度が最小になるように、キャンセル回路の特性を
制御する制御回路とを有する構成としたものである。

【００１４】この発明では、受信部からの受信信号にパ
イロットトーンを付加して送信アンテナから受信放送波
を再送信すると共に、受信信号から抽出したパイロット
トーンのレベルに基づいて、キャンセル回路の出力端に
てパイロットトーンの信号強度が最小になるように、キ
ャンセル回路の特性を制御するようにしたため、受信ア
ンテナに回り込んだ上記の送信信号を最小にして受信し
た放送波だけを識別して所定の基本中継放送処理を施し
た後、パイロットトーンと共に再送信することができ
る。

【００１５】また、本発明は上記の目的を達成するた
め、制御回路を、マルチパスの状況に合わせてキャンセ
ル回路の出力端にてパイロットトーンの信号強度が最小
になるように、パイロットトーン発生手段から出力され
るパイロットトーンの周波数を可変すると共に、キャン
セル回路の特性を可変制御することを特徴とする。

【００１６】この発明では、パイロットトーンの周波数
を可変してマルチパスの特性を調査し、マルチパスの状
況に合わせてキャンセル回路の特性を制御することがで
きる。

【００１７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の一実施の形態につ
いて図面と共に説明する。図１は本発明になる中継放送
装置の一実施の形態の回路系統図を示す。同図に示すよ
うに、この実施の形態は、中継すべき放送信号を受信す
る受信部１０と、キャンセル回路２０と、レベル検出器
３０と、基本中継放送処理部４１と、制御回路４２と、
制御回路４２により出力パイロットトーンの周波数が可
変設定されるパイロットトーン発振器４３と、基本中継
放送処理部４１の出力信号とパイロットトーンとを加算
する加算器４４と、電力増幅器４５と、入力信号を２分
配する分配器４６と、中継した放送信号を再送信するた
めの送信アンテナ４７とよりなり、前述した地上波ディ
ジタルテレビ放送のＳＦＮの中継放送装置を構成してい
る。

【００１８】受信部１０は例えば２つの受信アンテナ１
１及び１２と、これら受信アンテナ１１及び１２で受信
されたＯＦＤＭ信号を合成する合成器１３とからなる。
２つの受信アンテナ１１及び１２を設けたのは、指向性
を十分に得るためであり、個数自体はこれに限定される
ものではない。

【００１９】中継放送装置の受信アンテナ１１、１２
は、上位局（送信所あるいは中継放送装置）が送信する
電波を十分な強さで受信し、かつ、送信アンテナ４７と
の結合量を最小に止める性能が要求される。例えば、送
信アンテナ４７と同一の塔に受信アンテナ１１及び１２
が設置された場合には、受信アンテナ１１及び１２に同
一構成のグリッドパラボラ型アンテナをλ／２（λは受
信波長）の間隔で垂直方向にアレーにし、かつ、同位相
で給電することにより、垂直方向にヌルを作り、送信ア
ンテナ４７との結合量を低減することで上記の要求に近
付けることができる。

【００２０】しかし、結合量を低減することは容易でな
く、送信アンテナ４７と受信アンテナ１１及び１２との
結合量を皆無にはできないので、受信アンテナ１１及び
１２の出力には、上位局から送信された放送信号（希望
波）の受信信号だけでなく、多少なりとも中継放送装置
自身が送信した信号（妨害波）も含まれることになる。

【００２１】キャンセル回路２０は、等化器２１と加算
器２２とからなり、電力増幅器４５−分配器４６−送信
アンテナ４７−受信部１０−加算器２２出力に至る第１
の経路の伝達関数と、電力増幅器４５−分配器４６−加
算器２２出力に至る第２の経路の伝達関数が同振幅・逆
位相となるように、等化器２１の伝達関数が調整される
ことにより、受信部１０からの受信信号中からこの中継
放送装置自身が送信した信号を相殺する作用を有する。

【００２２】等化器２１は例えば図２のブロック図に示
すように、同軸ケーブル５１〜５４を別々に介して信号
が入力される可変減衰器５５〜５８からなるトランスバ
ーサルフィルタにより構成される。可変減衰器５５〜５
８の各減衰係数（タップ係数あるいはフィルタ係数）
は、制御回路４２の出力制御信号により互いに独立して
制御される。

【００２３】なお、同軸ケーブル５２、５３及び５４は
タップ付き遅延線であり、入力信号に対して互いに異な
る遅延量を付与して可変減衰器５６、５７及び５８に入
力する。このトランスバーサルフィルタは、入力信号の
振幅と位相の特性を操作できる公知のフィルタである。

【００２４】レベル検出器３０は、パイロットトーン抽
出部３１と増幅器３２とレベル検出用ダイオード３３と
よりなり、受信信号の中からパイロットトーンを抽出
し、その抽出パイロットトーンの包絡線に応じた検波信
号を出力する。パイロットトーン抽出部３１は、局部発
振器と、この局部発振器からの局部発振周波数信号と入
力受信信号との周波数変換を行って中間周波数信号を出
力する周波数変換器と、この周波数変換器の出力中間周
波数信号からパイロットトーンを濾波する帯域フィルタ
とからなる。

【００２５】なお、パイロットトーンの周波数は後述す
るように可変可能とされているので、パイロットトーン
抽出部３１は、制御回路４２の出力制御信号により、パ
イロットトーンの周波数に連動して上記の局部発振周波
数が可変される構成とされている。

【００２６】制御回路４２は、レベル検出器３０の出力
信号レベルが最小となるように、キャンセル回路２０の
特性を自動制御する。分配器４６は電力増幅器４５の出
力信号を２分配し、キャンセル回路２０と送信アンテナ
４７へ供給する。

【００２７】パイロットトーン発振器４３は、この中継
放送装置が再送信する放送信号（ＯＦＤＭ信号）に付加
されるパイロットトーンを発生する可変周波数発振器で
あり、制御回路４２により出力するパイロットトーンの
周波数が可変設定される。このパイロットトーンは加算
器４４で基本中継放送処理部４１からの再送信する放送
信号に付加されるので、例えば再送信する放送信号の帯
域幅が約６ＭＨｚであるものとすると、通常は、図３に
ａあるいはｂで示すように、放送信号帯域よりもやや低
い周波数、又はやや高い周波数に設定される。なお、図
３中、ｃは送信周波数許容範囲を示すスペクトラムマス
クである。

【００２８】このパイロットトーンは、伝送に必要不可
欠な周波数成分ではないので、不要輻射にほかならな
い。しかし、中継放送装置から出力することが許されて
いるスペクトラムマスクｃの周波数範囲内であれば、輻
射することも許される。勿論パイロットトーンは、伝送
内容に影響を与えない程度に、図３にａ、ｂで示すよう
に小さくなくてはならない。

【００２９】次に、この実施の形態の動作について説明
する。送信所あるいは別の中継放送装置から送信された
ＯＦＤＭ信号形態の放送信号が受信アンテナ１１及び１
２で受信された後合成器１３で合成され、受信信号とし
てキャンセル回路２０内の加算器２２を通して、レベル
検出器３０と基本中継放送処理部４１にそれぞれ供給さ
れる。ここで、前述したように、送信アンテナ４７から
再送信された放送信号とパイロットトーンからなる信号
も受信アンテナ１１及び１２に回り込むため、上記の受
信信号中にはこの中継放送装置自身が送信した信号も含
まれている。

【００３０】この受信信号は、キャンセル回路２０を通
してレベル検出器３０内のパイロットトーン抽出部３１
に供給されてパイロットトーンが抽出され、その抽出さ
れたパイロットトーンが増幅器３２で増幅された後、ダ
イオード３３により包絡線検波されて制御回路４２に入
力される。

【００３１】一方、上記の受信信号はキャンセル回路２
０を通して基本中継放送処理部４１に供給され、ここで
中継放送に必要な公知の処理を施された後、加算器４４
においてパイロットトーン発振器４３から発振出力され
たパイロットトーンが付加され、更に電力増幅器４５で
所望電力に電力増幅される。電力増幅器４５から取り出
された受信放送信号とパイロット信号とからなる信号
は、分配器４６に供給されて２分配され、一方はキャン
セル回路２０内の等化器２１に供給され、他方は送信ア
ンテナ４７より送信される。

【００３２】等化器２１は制御回路４２からの制御信号
に基づいて、図２に示した可変減衰器５５〜５８の各減
衰係数（タップ係数あるいはフィルタ係数）が、互いに
独立して制御され、電力増幅器４５−分配器４６−送信
アンテナ４７−受信部１０−加算器２２出力に至る第１
の経路の伝達関数と、電力増幅器４５−分配器４６−加
算器２２出力に至る第２の経路の伝達関数が同振幅・逆
位相となるように制御される。

【００３３】これにより、等化器２１の出力信号と受信
部１０の出力信号を加算器２２で加算することにより、
理想的な場合は、受信信号中の送信アンテナ４７から送
信された送信信号成分（再送信する放送信号とパイロッ
トトーン）がキャンセルされて出力されず、上位局から
送信されて受信した放送信号のみが加算器２２から取り
出されることになる。

【００３４】しかし、この場合、上記の第１の経路の伝
達関数と第２の経路の伝達関数の振幅と位相に偏差があ
ると、必要なキャンセル量を確保することができない。
ここで、キャンセル量は次式

【００３５】

【数１】

【００３６】で表される。従って、例えば、振幅誤差が
０．０３（０．２５ｄＢ）で位相誤差が０であれば、キ
ャンセル量は−３０ｄＢであり、振幅誤差が０で位相誤
差が０．０３［ｒａｄ］＝１．７［ｄｅｇ］であれば、
キャンセル量は−３０ｄＢである。また、振幅誤差が
０．０１（０．１ｄＢ）で位相誤差が０であれば、キャ
ンセル量は−４０ｄＢであり、振幅誤差が０で位相誤差
が０．０１［ｒａｄ］＝０．６［ｄｅｇ］であれば、キ
ャンセル量は−４０ｄＢとなる。日本の地上波ディジタ
ル放送の占有周波数帯域はおよそ６ＭＨｚであるので、
この占有周波数帯域内で振幅・位相の精度を保つ必要が
ある。

【００３７】しかし、受信アンテナ１１及び１２への回
り込みは送信アンテナ４７からの直接波だけでなく、中
継放送装置の近くにある建造物等により反射された電波
もあり得る。このようなマルチパスが発生すると、前記
第１の経路の伝達関数が複雑になり、単純な回路ではキ
ャンセルできない。そこで、この実施の形態では、制御
回路４２はマルチパスの状況に合わせてパイロットトー
ン発振器４３の出力パイロットトーンの周波数を可変
し、等化器２１の伝達関数を調整する。制御回路４２
は、パイロットトーンの周波数を可変する際には、同時
にパイロットトーン抽出部３１内の局部発振周波数信号
を可変することにより、所定周波数の中間周波数信号を
出力させ、この中間周波数信号からパイロットトーン抽
出部３１内の帯域フィルタによりパイロットトーンを濾
波させる。

【００３８】このように、この実施の形態では、制御回
路４２がレベル検出器３０から入力されるパイロットト
ーンの包絡線検波信号レベルに基づき、受信アンテナ１
１及び１２で受信されたパイロットトーンのみの信号強
度を測定し、キャンセル回路２０の出力端、すなわち加
算器２２の出力端においてパイロットトーンの信号強度
が最小になるように、パイロットトーンの周波数を図３
のａ又はｂ又はそれらの近傍に可変設定すると共に等化
器２１の伝達関数を調整することで、マルチパスを伴う
干渉波を良好にキャンセルすることができる。

【００３９】なお、本実施の形態の送信アンテナ４７か
ら送信された放送波及びパイロットトーンは、下位の中
継放送装置にて受信されることとなるが、この下位の中
継放送装置も図１の構成である場合は、パイロットトー
ンの周波数を互いに異ならせるか、パイロットトーンを
送信する時間帯を異ならせるようにすればよい。

【００４０】なお、本発明は上記の実施の形態に限定さ
れるものではなく、例えば加算器４４は上記の実施の形
態では基本中継放送処理部４１と電力増幅器４５の間の
経路に設けたが、加算器４４はキャンセル回路２０の出
力端から分配器４６の入力端に至る信号経路中のどこに
設けてもよい。

【００４１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受信アンテナに回り込んだ上記の送信信号を最小にして
受信した放送波だけを識別して所定の基本中継放送処理
を施した後、パイロットトーンと共に再送信するように
したため、送信アンテナと受信アンテナとの間の干渉を
抑圧することができ、よって、分離受信局の設置や専用
回線の敷設を不要とする中継放送装置を設置することが
でき、中継放送装置の設置経費と運用経費の低減を実現
できる。

【００４２】また、本発明によれば、パイロットトーン
の周波数を可変してマルチパスの特性を調査し、マルチ
パスの状況に合わせてキャンセル回路の特性を制御する
ようにしたため、マルチパスを伴う状況下にあっても、
受信信号中の自局の送信信号をキャンセルすることがで
き、送信アンテナと受信アンテナとの間の干渉を抑圧す
ることができ、広帯域にわたり安定したキャンセル特性
を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態の回路系統図である。

【図２】図１中の等化器の一例のブロック図である。

【図３】パイロットトーンの説明図である。

【符号の説明】

１０ 受信部 １１、１２ 受信アンテナ １３ 合成器 ２０ キャンセル回路 ２１ 等化器 ２２、４４ 加算器 ３０ レベル検出器 ３１ パイロットトーン抽出部 ３２ 増幅器 ３３ 検波用ダイオード ４１ 基本中継放送処理部 ４２ 制御回路 ４３ パイロットトーン発振器 ４５ 電力増幅器 ４６ 分配器 ４７ 送信アンテナ ５５〜５８ 可変減衰器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−13430（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−3523（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−202763（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−209940（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−288496（ＪＰ，Ａ) 特許2954181（ＪＰ，Ｂ２) 濱住啓之，今村浩一郎，居相直彦，渋 谷一彦，地上デジタル放送ＳＦＮのため の放送波中継用回り込みキャンセラの検 討，映像情報メディア学会技術報告, 1999年３月16日，第23巻，第24号，ｐ. 49−56 (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H04B 1/76 - 3/44 H04B 3/50 - 3/60 H04B 7/005 - 7/015 H04B 7/14 - 7/22 H04B 15/00 H04N 5/21

Claims (6)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上位局から送信された放送波を受信して
   同一周波数帯で再送信する中継放送装置において、 前記放送波を受信アンテナを用いて受信する受信部と、 周波数が可変可能なパイロットトーンを発生するパイロ
   ットトーン発生手段と、 前記受信部からの受信信号に前記パイロットトーン発生
   手段からのパイロットトーンを付加する付加手段と、 前記付加手段からの信号を送信する送信アンテナと、 前記受信部からの受信信号から前記パイロットトーンを
   抽出して、そのパイロットトーンの信号レベルを検出す
   るレベル検出器と、 前記付加手段からの信号の振幅及び位相を調整した信号
   を生成して前記受信部からの受信信号と演算することに
   より、該受信信号中の前記送信アンテナにより送信され
   た信号成分をキャンセルするキャンセル回路と、 前記パイロットトーン発生手段から出力される前記パイ
   ロットトーンの周波数を設定すると共に、前記レベル検
   出器の出力検出信号に基づいて、前記キャンセル回路の
   出力端にて前記パイロットトーンの信号強度が最小にな
   るように、前記キャンセル回路の特性を制御する制御回
   路とを有することを特徴とする中継放送装置。
2. 【請求項２】 前記制御回路は、マルチパスの状況に合
   わせて前記キャンセル回路の出力端にて前記パイロット
   トーンの信号強度が最小になるように、前記パイロット
   トーン発生手段から出力される前記パイロットトーンの
   周波数を可変すると共に、前記キャンセル回路の特性を
   可変制御することを特徴とする請求項１記載の中継放送
   装置。
3. 【請求項３】 前記キャンセル回路は、前記付加手段か
   らの信号に対して前記制御回路により制御された特性で
   位相及び振幅を調整する等化器と、該等化器の出力信号
   を前記受信部の出力受信信号に加算して該受信信号中の
   前記送信アンテナにより送信された信号成分をキャンセ
   ルする加算器とよりなることを特徴とする請求項１記載
   の中継放送装置。
4. 【請求項４】 前記レベル検出器は、前記制御回路によ
   る前記パイロットトーンの周波数の可変設定に応じて、
   該制御回路により周波数が可変設定される局部発振周波
   数信号を用いて前記キャンセル回路から出力される信号
   を中間周波数信号に変換する変換手段と、前記中間周波
   数信号から前記パイロットトーンを濾波するフィルタ
   と、前記フィルタの出力パイロットトーンの包絡線検波
   を行う検波器とよりなることを特徴とする請求項２記載
   の中継放送装置。
5. 【請求項５】 前記送信アンテナと前記受信部を構成す
   る受信アンテナとは、互いの結合量が最小となるように
   設置されていることを特徴とする請求項１記載の中継放
   送装置。
6. 【請求項６】 前記放送波は、同一周波数ネットワーク
   における送信所又は他の中継放送装置から送信された直
   交周波数分割多重信号によるディジタルテレビ放送波で
   あることを特徴とする請求項１乃至５のうちいずれか一
   項記載の中継放送装置。