JP3582814B2 - 双方向伝送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つの伝送帯域を用いて、時間的に交互に送信と受信を切り換えて双方向に情報を伝送する双方向伝送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
動画像信号の地上伝送用として、ＦＰＵ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｉｃｋ Ｕｐ）通信装置（以下、ＦＰＵと称す）が広く普及している。
ところで、ＦＰＵなどの移動無線あるいは半固定無線の用途では、カメラ等が設置される移動局から、放送センタ等の基地局に伝送される主信号の動画像が、正しく伝送されているかどうかを確認するため、基地局で受信した動画像を再び移動局に返送するためのリターン信号の要求が強く、実際に、２つの伝送帯域を用いた一対向の双方向伝送可能なＦＰＵが製品化され利用されている。
一方、１つの伝送帯域を用いて双方向伝送を行う方法も検討されており、その動作概要は、図４に示す様に、移動局側から基地局側への伝送回線（ 以下、上り回線 ）と、基地局側から移動局側への伝送回線（以下、下り回線）を時間的に交互に切り換えて伝送を行うものであり、定められた同一周波数帯で、双方向伝送が可能である。
【０００３】
上り、下り回線の各伝送信号は、図７に示す様にフレーム構造をなし、数種類の同期シンボル群と、情報符号の伝送を行うデータシンボル群、およびフレーム後半のシンボルは、受信期間及び電波の伝搬時間を考慮した時間間隔の休止期間から構成されている。
ここで、同期シンボル群の一構成例としては、第一シンボルとして、信号電力強度が０であるヌルシンボル、第二シンボルとして自己相関関数が鋭いピーク値を持ち、時間軸上の特定の時点を指し示すためのスイープシンボル等がある。
これらのデータシンボル群の変調方式としては、４相位相偏移変調方式（ＱＰＳＫ：Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ｐｈａｓｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）や、１６値直交振幅変調（１６ＱＡＭ：１６ Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）などを用いることが可能である。しかし、同期シンボルや、同期ヘッダ等を含まない変調方式である、アナログＡＭ／ＦＭ方式等を適用することは困難である。
【０００４】
次に、双方向伝送装置の動作を説明する。この双方向伝送装置の基地局の構成を図２に、移動局の構成を図３に示す。
図２に示す基地局送信部１Ｔでは、外部装置からの情報符号を変調部１Ｔ１に入力し、変調部１Ｔ１で情報符号に変調を施し、データシンボルを出力する。
この出力は同期挿入部１Ｔ２に入力され、同期シンボル群が挿入されて、前述の伝送フレームが構成される。
フレームカウンタ１Ｔ３は、基地局、移動局を含めた伝送系の伝送同期を司るマスタであり、フレーム周期を決定する機能を有している。
フレーム周期提示器１Ｔ４には、フレーム周期を伝送装置のクロック単位で換算したフレーム周期の値があらかじめ記憶されており、この値をフレームカウンタ１Ｔ３に入力する。
フレームカウンタ１Ｔ３は、このフレーム周期提示器１Ｔ４から入力された値と等しくなるまで、伝送装置のクロック単位でカウントを行い、フレームカウンタ１Ｔ３とフレーム周期提示器１Ｔ４の値が等しくなった時に、送信側同期信号ＭＳＹＮＣを出力し、伝送信号のフレーム周期を決定する。
フレームカウンタ１Ｔ３の出力ＭＳＹＮＣは、変調部１Ｔ１、同期挿入部１Ｔ２に入力され、基地局送信部１Ｔは、フレームカウンタ１Ｔ３のタイミングに基づいて、伝送信号Ｔｍを上記伝送フレーム単位で送信する。
【０００５】
伝送信号Ｔｍを送信する場合、図４に示す基地局送信部からの送出時刻Ｔａ_０と移動局受信部の到達時刻Ｔａ_１には電波の伝搬遅延時間による時間差（Ｔａ_１−Ｔａ_０）が発生する。 例えば、最大伝送距離を１００ｋｍと想定した場合、伝搬遅延時間は約３００ ｓｅｃ となり、例えば、約５０ ｓｅｃ の伝送シンボル長に対しては、６シンボル分に相当し、伝搬遅延時間が無視できなくなる。
従って、フレームカウンタは、下記式（１）に示す様に、フレーム周期を基地局から移動局への実伝送期間と、移動局から基地局への実伝送期間及び電波の往復伝搬時間を考慮した周期間隔に設定する必要がある。

図２に示す基地局送信部１Ｔは、送信終了後（図４のＴａ_２）、次フレームに再び送信を行うまでの期間（図４のＴａ_２からＴａ_６）待機して、休止期間となり、基地局受信部１Ｒは、送信信号の休止期間に受信を行う。
基地局からの送信信号Ｔｍは、伝搬遅延時間（図４におけるＴａ_１−Ｔａ_０）を伴って移動局受信部２Ｒに到達し、受信信号Ｒｓとして受信される。
【０００６】
移動局受信部２Ｒにおいて、スイッチ２Ｓの出力Ｒｓは同期検出部２Ｒ１及び復調部２Ｒ３に入力される。
同期検出部２Ｒ１では、例えば前記同期シンボル群構成においてはＲｓ信号のヌルシンボルからフレーム同期信号を抽出し、フレームカウンタ２Ｒ２に入力して移動局側のフレーム開始タイミング及びシンボル開始タイミングを決定する。次に、スイープシンボルから、受信側クロックを再生し、基地局と移動局間の同期を確立する。
同期確立後、フレームカウンタ２Ｒ２から出力される同期信号ＳＳＹＮＣは、復調部２Ｒ３、変調部２Ｔ１及び同期挿入部２Ｔ２に入力される。
復調部２Ｒ３では、同期信号ＳＳＹＮＣのタイミングに基づいて受信信号Ｒｓの復調を行い、外部装置に復調データを送出する。
移動局はフレームカウンタ２Ｒ２のカウンタ値から受信期間が終了したことを確認した後（図４のＴａ_３）、逆に移動局送信部２Ｔから基地局に向けて送信を開始する。
移動局送信部２Ｔでは、基地局送信部１Ｔと同様に、外部装置からの情報符号を変調部２Ｔ１に入力し、変調部２Ｔ１において情報符号に変調を施し、データシンボルを出力する。この出力は、同期挿入部２Ｔ２に入力され、同期シンボル群が挿入された後、伝送フレーム単位で伝送信号Ｔｓが送信される。
【０００７】
データ送信時における送信信号Ｔｓの電力は、受信信号Ｒｓの電力と比較して数千倍の電力強度を有しているため、移動局では、受信期間と送信期間が、同一時点に重ならないように、受信期間と送信期間をスイッチ２Ｓにて、図４の時刻Ｔａ_３にて時間的に切り換え、受信時における送信信号Ｔｓからの干渉を避ける。移動局送信部２Ｔからの送信信号Ｔｓは、伝搬遅延時間を伴って、図４の時刻Ｔａ_４にて基地局受信部１ＲでＲｍ信号として受信される。
受信信号Ｒｍはスイッチ１Ｓを介して出力され、同期検出部１Ｒ１及び復調部１Ｒ３に入力される。
同期検出部１Ｒ１においても、同期検出部２Ｒ１と同様の同期検出処理を行い、検出結果はフレームカウンタ１Ｒ２を経由して復調部１Ｒ３に入力される。
復調部１Ｒ３では、フレームカウンタ１Ｒ２からのタイミングに従って受信信号Ｒｍを復調し、復調データを外部装置へ出力する。
以上、基地局、移動局共に、前述の送信、受信処理をフレーム毎に繰り返して行い、双方向伝送を実現する。
また、下り回線と上り回線の時間領域の分割比率（図４の（Ｔａ_２−Ｔａ_０）：（Ｔａ_６−Ｔａ_４））は、それぞれの伝送レートにより自由に定めることが可能である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術において、前述の式（１）で示される様に伝送信号のフレーム周期期間は、送信期間と受信期間及び電波の往復伝搬時間帯から決定される。
電波の往復伝搬時間帯は使用される最長の伝送距離に基づいて設計されるため、図４に示す様に、伝送装置を最大伝送距離付近で使用した場合は、フレーム周期内に時間的に冗長な期間が無く、定められた時間を有効に利用している。
しかし、最長伝送距離よりも更に短い距離で使用した場合には、電波の伝搬時間も短くなり、フレーム内に設定された伝搬時間帯よりも短い時間で電波の伝搬が終了するため、フレーム周期内に時間的に冗長な期間が発生してしまう。
このことを、図５を用いて説明する。
時刻Ｔｂ_０に基地局から送信されたＴｍ信号は、移動局でＲｓ信号として受信され、Ｒｓ信号を受信終了直後、移動局からＴｓ信号を送信する。
基地局では、移動局からのＲｍ信号を受信し、時刻Ｔｂ_６に受信を終了する。
伝送装置のフレーム周期は、最長伝送距離に基づいて、定められた周期で一定となっているため、時刻Ｔｂ_６から次のフレームの開始時刻Ｔｂ_７までの期間は送信も受信も行われない冗長な期間となる。
伝送装置の性能を決定する要因として、単位時間内に伝送できるビット数で表される伝送レートがあるが、上記従来技術では冗長期間が発生するため、限られた時間を有効利用することが出来ず、伝送レートの向上は望めないという欠点がある。
そこで、本発明では、上記課題を解決するため、近距離で伝送を行う場合に、前述したフレーム期間内の冗長期間を除くことで、伝送レートを向上させ、伝送装置全体の性能を向上することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を解決するため、送信期間と受信期間を時間的に切り換えて双方向伝送を行う基地局伝送装置と移動局伝送装置とを備えた伝送装置において、前記基地局伝送装置にフレーム期間内の冗長期間を算出するための冗長期間算出部と、フレーム周期を変更する機能を有するフレーム周期変換部を付加し、フレーム周期を伝送距離に応じた時間間隔に可変させて、フレーム期間内の冗長期間を除くことで、伝送レートを向上させたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明によるディジタル伝送装置について、図示の実施形態により詳細に説明する。
図１は本発明の一実施例であり、この実施形態は、図２にて説明した従来技術による基地局伝送装置において、送信部と受信部の間に冗長期間算出部１１を設け、フレーム周期提示器１Ｔ４を、フレーム周期変換部１２に置き換えた構成であり、その他の構成は、図２の従来技術と同じである。
冗長期間算出部１１にはフレームカウンタ１Ｔ３の出力であるＭＳＹＮＣ及びフレームカウンタ１Ｒ２の出力であるＫＳＹＮＣを入力し、出力をフレーム周期変換部１２に入力する。 フレーム周期変換部１２の出力は、フレームカウンタ１Ｔ３及びフレームカウンタ１Ｒ２に入力する。
冗長期間算出部１１の一構成例を図８に示し、その動作を図５を用いて詳細に説明する。
フレームカウンタ１Ｔ３から、図５の時刻Ｔｂ_０で発生する、フレーム同期信号ＭＳＹＮＣをカウンタ１１１のリセット端子に入力し、カウンタ１１１のクロック端子には、伝送装置のクロックを入力する。
【００１１】
カウンタ１１１の出力ＣＮＴは、基地局送信部１Ｔのフレーム開始時点を示すＭＳＹＮＣパルスが入力された時にリセットされ、伝送装置のクロック単位で出力を１つずつインクリメントする。
カウンタ１１１の出力ＣＮＴは、Ｄ−ＦＦ（フリップ・フロップ）１１２に入力され、Ｄ−ＦＦ１１２のイネーブル端子には、フレームカウンタ１Ｒ２からの受信信号Ｒｓのフレーム開始時点を示すＫＳＹＮＣを入力する。
Ｄ−ＦＦ１１２の出力値は、ＫＳＹＮＣパルスが入力された時に、Ｄ−ＦＦ１１２の入力信号の値を保持する。
この時のＤ−ＦＦ１１２の出力値は、ＭＳＹＮＣ（Ｔｄ_０）からＫＳＹＮＣ（Ｔｄ_１）までの期間を、伝送装置のクロック単位で換算したときの値であり、基地局から移動局への送信期間に加えて、実際の伝送距離における電波の往復伝搬時間を表している。
【００１２】
また、図５におけるフレーム期間内の冗長期間を式（２）に示す。

式（２）において、フレーム周期、Ｒｍ期間は既知であり、同期信号の時間差はＤ−ＦＦ１１２の出力信号であるため、式（２）を演算することにより冗長期間を算出することが可能となる。
減算部１１３では、式（２）を演算するため、＋端子には固定値提示器１１４の出力値を入力し、−端子にはＤ−ＦＦ１１２の出力であるＭＳＹＮＣ（Ｔｄ_０）からＫＳＹＮＣ（Ｔｄ_１）までの期間を、伝送装置のクロック単位で換算したときの値を入力する。
固定値提示器１１４には、上記式（２）の前半部分の演算である（フレーム周期−Ｒｍ期間）を、あらかじめ算出しておき、その値を記憶させている。
減算器１１３は、固定値提示器１１４の出力値からＤ−ＦＦ１１２の出力値を減算して、式（２）の演算を行う。
従って、減算器１１３からは、フレーム周期内の冗長期間を伝送装置のクロック単位で換算した値が出力される。
【００１３】
次に、フレーム周期変換部１２の一構成例を図９に示し、動作を説明する。
フレーム周期変換部１２は、最長フレーム周期提示器１２１、減算器１２２から構成される。 上記最長フレーム周期提示器１２１は、上記式（１）を満足するように、本伝送装置を使用する際の最長伝送距離に応じたフレーム周期を、あらかじめ伝送装置のクロック単位で換算し、その値を記憶させておく。
最長フレーム周期提示器１２１からは、前記最長フレーム周期が出力される。最長フレーム周期提示器１２１の出力は、減算器１２２の＋端子に入力され、減算器１２２の−端子には冗長期間算出部１１の出力を接続する。
減算器１２２は、最長伝送距離におけるフレーム周期から、近距離伝送で発生する時間的な冗長期間を減算し、出力する。
この値は、即ち伝送距離に応じた最適フレーム周期であり、フレーム周期内に冗長期間が発生することの無いフレーム周期である。
フレームカウンタ１Ｔ３は、フレーム周期変換部１２から出力される伝送距離に応じた最適フレーム周期の値を受け取り、フレーム周期変換部１２の出力値と等しい値になる迄カウントし、等しい値になった時、カウンタをリセットする。基地局フレームカウンタ１Ｔ３は、伝送装置全体のフレーム周期を司るマスタであり、基地局及び移動局の各モジュールは、フレームカウンタ１Ｔ３に従って動作する。
【００１４】
以上説明した処理をフレーム周期毎に行い、伝送距離が変化するに従って逐次フレーム周期を最適値に更新する。
本発明の適用例として、画像伝送を行うＦＰＵなどの半固定無線での性能向上が挙げられる。
例えば、１００ｋｍまで伝送可能なＦＰＵに対し、伝送距離を２０ｋｍで使用するような近距離伝送を行う場合に、その画質を比較した場合、本発明により、近距離伝送では伝送レートを向上させることが出来るため、より高画質な画像を伝送することが可能となる。
また、伝送レートが向上することにより、外部のデータ多重装置から映像信号に音声信号やデータを多重化して伝送することも出来る。
【００１５】
前述までの説明は、１対向の双方向伝送装置に関するものであるが、図１０に示す様に本システムを応用して、マスタが１機に対してスレーブがＮ機（例えば、Ｎ＝１０）の１対Ｎの双方向伝送システムを構成する場合において、主として使用される。
ここで、マスタ機と各スレーブ機の伝送信号のフレーム構成は、上記にて説明した１対向の双方向伝送装置と同様の構成である。
また、マスタ機と伝送を行なうスレーブ機の切り替えは、図１１に示す様に、第１のスレーブ機との伝送が終了した時点で、マスタ機は次のスレーブ機と伝送を開始し、スレーブ機を時分割的に順次切り換えて伝送を行う。
この時、マスタ機が、全てのスレーブ機と伝送を終了する周期（ Ｔ_{ｔｏｔａｌ}）を、例えば、Ｔ_{ｔｏｔａｌ} ＝２０ｍ ｓｅｃ として、マスタ機と各スレーブ機が双方向伝送を行うフレーム周期（Ｔ_{ｆｒａｍｅ}）を等時間間隔、各フレーム期間内（Ｔ_{ｆｒａｍｅ}）でマスタ機とスレーブ機が伝送を行う上り時間と下り時間の比率を、１：１と設定した時における、近距離伝送時と遠距離伝送時の性能比較を以下に説明する。
前記設定下で、電波伝搬時間を含めてマスタ機と各スレーブ機が、１対向で伝送を行う場合のフレーム周期（Ｔ_{ｆｒａｍｅ}＝２０ｍ ｓｅｃ）における実質的割り当て時間は、２ ｍ ｓｅｃであり、フレーム期間内でマスタ機とスレーブ機が所有する伝送時間は、各１ ｍ ｓｅｃである。
【００１６】
まず、電波伝搬時間が無視できるような近距離伝送においては、本発明では、フレーム期間内の冗長期間を除去し、割り当てられた伝送時間を全て使用することが出来るため、フレーム期間内（ Ｔ_{ｆｒａｍｅ}）のマスタ機とスレーブ機の実伝送時間は、それぞれ、１ ｍ ｓｅｃである。
それに対して１００ｋｍ程の遠距離伝送では、電波伝搬時間が約０．３ｍ ｓｅｃとなり、フレーム期間内（Ｔ_{ｆｒａｍｅ} ）のマスタ機とスレーブ機の実伝送時間は、割り当てられた伝送時間から電波伝搬時間を除いた０．７ｍ ｓｅｃである。
ここで、実伝送期間中の単位時間当たりの伝送ビット数を１０Ｍｂｐｓとすると、前記近距離伝送の例においては、１フレーム中の総伝送ビット数は、
１．０ｍｓｅｃ×１０Ｍｂｐｓ＝１０ｋビット であるが、前記遠距離伝送の例においては、０．７ｍｓｅｃ×１０Ｍｂｐｓ＝７ｋビット に減少する。
従来の双方向伝送装置では、最長伝送距離すなわち前記遠距離伝送の例で伝送フレームを構成するため、１フレーム期間中の総伝送ビット数は伝送距離にかかわらず、７ｋビットである。
このように、本発明により近距離伝送時にフレーム期間中の冗長期間を除去することにより、従来の双方向伝送装置よりも約１．４倍ものビット数、データが伝送出来ることとなる。
【００１７】
【発明の効果】
本発明により、送信期間と受信期間を時間的に切り換えて双方向伝送を行う伝送装置の基地局伝送装置と移動局伝送装置を備えた伝送装置において、フレーム期間内の冗長期間を除く様に、伝送距離に応じて最適のフレーム周期に更新することが出来る。
その結果、近距離での伝送において、伝送レートを向上させ、伝送装置全体の性能の向上を図ることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いる伝送装置の基地局の構成を示すブロック図
【図２】従来双方向伝送装置の基地局の構成の構成を示すブロック図
【図３】従来双方向伝送装置の移動局の構成の構成を示すブロック図
【図４】伝送信号のタイムチャート
【図５】近距離にて使用した時の伝送信号のタイムチャート
【図６】フレーム周期を最適化した時の伝送信号のタイムチャート
【図７】伝送信号のフレーム構成を示すブロック図
【図８】冗長期間算出部１１の構成を示すブロック図
【図９】フレーム周期変換部１２の構成を示すブロック図
【図１０】１対Ｎの双方向伝送システムの構成を示すブロック図
【図１１】１対Ｎの双方向伝送システムにおける各スレーブ機の伝送時間の切り替え
【符号の説明】
１１：冗長期間算出部、１２：フレーム周期変換部、１Ｔ：送信部、１Ｒ：受信部、１Ｔ１：変調部、１Ｔ２：同期挿入部、１Ｔ４：フレーム周期提示器、１Ｔ３，１Ｒ３：フレームカウンタ、１Ｒ１：同期検出部、１Ｒ３：復調部、１１１：カウンタ、１１２：Ｄ−ＦＦ、１１３，１２２：減算器、１１４：固定値提示器、１２１：最長フレーム周期提示器。

Claims (3)

1. 基地局伝送装置と移動局伝送装置から構成され、送信期間と受信期間を時間的に切り換えて双方向伝送を行い、上記送信期間と上記受信期間及び電波の往復伝播時間をフレーム周期とする双方向伝送装置の基地局伝送装置において、
   送信信号のフレーム開始時点を示す第１のフレーム同期信号を出力する送信部と、
   受信信号から抽出した該受信信号のフレーム開始時点を示す第２のフレーム同期信号を出力する受信部と、
   上記送信部と上記受信部に接続され、上記送信部より入力される上記第１のフレーム同期信号と該第１のフレーム同期信号の次に上記受信部より入力される上記第２のフレーム同期信号との入力時間差を換算し、該換算した上記入力時間差と上記フレーム周期と上記受信期間とに基づいて上記フレーム周期内の冗長期間を算出する冗長期間算出部と、
   該冗長期間算出部の出力値に基づき、上記フレーム周期を上記移動局伝送装置との伝送距離に応じた時間間隔に制御し、上記フレーム周期内の冗長期間を無くし最適化するフレーム周期変換部を付加したことを特徴とする基地局伝送装置。
2. 請求項１に記載の基地局伝送装置において、
   該冗長期間算出部が、当該基地局伝送装置のクロック単位でカウントを行うカウンタと、該カウンタの出力値を保持、出力する保持手段と、所定の期間値を記憶、出力する固定値提示器と、該固定値提示器の出力値から上記保持手段の出力値を減算する減算器から構成され、
   上記フレーム周期変換部が、最長伝送距離におけるフレーム周期を記憶し、出力する最長フレーム周期提示器と、該最長フレーム周期提示器の出力値から上記冗長期間算出部の出力値を減算する減算器から構成されることを特徴とする基地局伝送装置。
3. 請求項２に記載の基地局伝送装置において、
   その伝送方式として、直交周波数分割多重変調方式を用いることを特徴とする基地局伝送装置。

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