JP3989831B2

JP3989831B2 - 中継装置

Info

Publication number: JP3989831B2
Application number: JP2002504046A
Authority: JP
Inventors: 順一長野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-06-20
Filing date: 2000-06-20
Publication date: 2007-10-10
Anticipated expiration: 2020-06-20
Also published as: DE60033666D1; EP1204223B1; WO2001099308A1; US6888881B1; EP1204223A1; EP1204223A4

Description

【技術分野】
【０００１】
この発明は、受信周波数と送信周波数が同一の周波数を用いた、地上放送等で使用される中継装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
地上ＴＶ放送システムにおいては、山間部等の電波が届きにくい地域に放送電波を送出するために、中継局に中継装置を設置している。この中継装置は、親局からの放送電波を受信し増幅して再送信している。
【０００３】
また、デジタル地上放送の伝送方式として、欧州及び日本ではＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘ）方式の採用が決まっている。このＯＦＤＭ方式では、同一エリア内で同じ周波数の信号を用いることができるため、ＳＦＮ（ＳｉｎｇｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＮｅｔｗｏｒｋ：単一周波数ネットワ−ク）が可能となる。
【０００４】
このような背景のもと、地上波デジタル放送ではＳＦＮを構成し、周波数の有効利用を図るために、中継装置の受信周波数と送信周波数を同一にすることが検討されている。中継装置の受信周波数と送信周波数が同じ場合には、中継装置の受信アンテナには、親局電波と自局の送信電波の両方が受信されてしまい、中継装置の増幅部の発振等を生じて放送サ−ビスが行えなくなる可能性がある。
【０００５】
中継装置の増幅部が発振しない条件として、親局波の受信電力Ｄと自局の送信波（回り込み波）の受信電力Ｕの間に、Ｄ＞Ｕの条件が必要となる。しかし、中継装置の送信電力は受信電力と比較すると十分大きいため、Ｄ＞Ｕの条件を満たすことは一般には容易ではない。このため、回り込み波を除去し、自局の送信波の受信電力Ｕを十分小さくする方法が各種提案されている。
【０００６】
受信アンテナを利用して回り込み波を除去する方法として、受信アンテナを複数用いて回り込み波をキャンセルする方式が提案されている。第１図は特開平１１−２９８４２１号公報に開示された従来の中継装置の構成を示すブロック図である。
図において、１は親局波（周波数ｆ１）及び自局からの回り込み波を受信する主受信アンテナ、２は自局からの回り込み波を受信する補助受信アンテナ、３は補助受信アンテナ２で受信した受信信号の振幅を予め設定された減衰率で変化させる可変減衰器、４は可変減衰器３から出力された信号の位相を予め設定された位相量だけ変化させる移相器、５は主受信アンテナ１により受信した親局波の信号及び回り込み波の信号と移相器４からの信号とを合成する合成器、６は合成器５からの信号を増幅する増幅部、７は増幅部６からの信号により自局の送信波（周波数ｆ１）を送信する送信アンテナである。
【０００７】
次に動作について説明する。
主受信アンテナ１は親局方向に指向性を持っており、主に親局波を受信するが、自局の送信アンテナ７からの回り込み波も混入している。親局波と回り込み波が混合した受信信号は合成器５に入力される。補助受信アンテナ２は送信アンテナ７の方向を向いており、自局の送信アンテナ７からの回り込み波を受信する。可変減衰器３は予め設定された減衰率で受信信号の振幅を変化させ、移相器４は予め設定された位相量だけ受信信号の位相を変化させて合成器５に出力する。
【０００８】
合成器５は、主受信アンテナ１で受信された親局波と回り込み波の混合波の信号と、補助受信アンテナ２で受信され、振幅と位相が調整された回り込み波の信号を合成する。このとき、主受信アンテナ１で受信された回り込み波の信号と、補助受信アンテナ２で受信された回り込み波の信号を、同振幅で逆位相で合成するように、可変減衰器３の減衰率と移相器４の位相量を設定しておけば、回り込み波の信号はキャンセルされ、合成器５の出力は親局波成分の信号のみとなる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
従来の中継装置は以上のように構成されているので、風雪等による環境変化によって、主受信アンテナ１，補助受信アンテナ２，送信アンテナ７の特性変化が変化すると、合成器５に入力される２つの回り込み波が同振幅で逆位相であるという条件がくずれてしまい、回り込み波を完全には除去できないという課題があった。
【００１０】
また、環境変化に自動追随させようとした場合、上記公報に示すように、回り込み波を識別するために、送信アンテナ７から送信される自局の送信波に、自局識別信号を重畳しなければならないという課題があった。
【００１１】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、自局識別信号を重畳することなく、風雪等による環境変化に追随して回り込み波をキャンセル可能な中継装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【発明の効果】
【００１２】
この発明に係る中継装置は、親局波を受信し増幅して、上記親局波と同一周波数の送信波を送信するものにおいて、上記親局波及び自局からの回り込み波を受信する主受信アンテナと、上記自局からの回り込み波を受信する補助受信アンテナと、上記補助受信アンテナで受信した回り込み波の信号の振幅を指示された減衰率で変化させる可変減衰器と、上記回り込み波の信号の位相を指示された位相量で変化させる移相器と、上記主受信アンテナで受信した親局波の信号及び自局からの回り込み波の信号と、上記可変減衰器により振幅の変化を受け、上記移相器により位相の変化を受けた信号とを合成する合成器と、上記合成器から出力される合成電圧を抽出する方向性結合器と、上記方向性結合器が抽出した合成電圧より合成電力を求める電力検出器と、電源投入時に、上記可変減衰器に指示する減衰率を変化させて、上記電力検出器が求めた合成電力の平均値が最小になる減衰率を検出して上記可変減衰器の初期動作点とし、上記移相器に指示する位相量を変化させて、上記電力検出器が求めた合成電力の平均値が最小になる位相量を検出して上記移相器の初期動作点とすると共に、受信環境が変化した場合に、上記電力検出器が求めた合成電力の平均値が最小になるように、上記可変減衰器に指示する減衰率と、上記移相器に指示する位相量を制御するマイコンとを備えたものである。
このことにより、可変減衰器及び移相器の初期動作点を自動で検出することができ、環境変化に追随して回り込み波をキャンセルできるという効果がある。
【００１３】
この発明に係る中継装置は、マイコンからの指示に基づき、電源投入時に自局からの送信波の出力を制御する出力制御器を備えたものである。
このことにより、中継装置の電源投入時に、中継装置が発振するのを抑制することができるという効果がある。
【００１４】
この発明に係る中継装置は、マイコンが可変減衰器及び移相器の初期動作点を検出する際に、上記マイコンからの指示に基づき、自局からの送信波の出力を制御する出力制御器を備えたものである。
このことにより、マイコンにより初期動作点を自動検出している際に、中継装置が発振するのを抑制することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための最良の形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
第２図はこの発明の実施の形態１による中継装置の構成を示すブロック図である。図において、８は合成器５から出力される合成電圧を抽出する方向性結合器、９は方向性結合器８が抽出した合成電圧により合成電力を求める電力検出器、１０は電力検出器９が求めた合成電力の平均値が最小になるように、可変減衰器３の減衰率及び移相器４がシフトする位相量を制御するマイコンである。その他は従来の第１図に示す構成と同等である。
【００１６】
次に動作について説明する。
方向性結合器８は合成器５から出力される合成電圧を抽出し、電力検出器９は方向性結合器８が抽出した合成電圧より合成電力を求め、求めた合成電力をマイコン１０に入力する。
主受信アンテナ１に入力される親局波の電圧Ｖ_M1を、
Ｖ_M1＝Ｖ_d ｆ（ｔ）（１）
とすると、主受信アンテナ１に入力される回り込み波の電圧Ｖ_M2は、
Ｖ_M2＝Ｖ_U1ｅ^j ^θ ¹ｆ（ｔ−Δｔ）（２）
となる。ここで、Ｖ_d は親局波の平均電圧、Ｖ_U1は主受信アンテナ１に入力される回り込み波の平均電圧、θ１は主受信アンテナ１に入力される回り込み波の位相で、Δｔは、親局波を受信してからこの中継装置を通り送信アンテナ７から送信されて、主受信アンテナ１又は補助受信アンテナ２に入力されるまでに要する時間であり、ＴＶ中継装置の場合には、通常１μｓ以上である。
【００１７】
同様に、補助受信アンテナ２に入力される回り込み波の電圧Ｖ_S2は、
Ｖ_S2＝Ｖ_U2ｅ^j ^θ ²ｆ（ｔ−Δｔ）（３）
となる。ここで、Ｖ_U2は補助受信アンテナ２に入力される回り込み波の平均電圧、θ２は補助受信アンテナ２に入力される回り込み波の位相である。
そこで、主受信アンテナ１に受信される電圧Ｖ_M は
Ｖ_M ＝Ｖ_M1＋Ｖ_M2＝Ｖ_d ｆ（ｔ）＋Ｖ_U1ｅ^j ^θ ¹ｆ（ｔ−Δｔ）（４）
となる。
【００１８】
補助受信アンテナ２に入力される回り込み波の電圧Ｖ_S2が、可変減衰器３により振幅がα倍（減衰率がα）、移相器４により位相がφの変化を受ける（シフトする位相量がφ）とすれば、合成器５から出力される合成電圧Ｖ₀ は、
Ｖ₀ ＝Ｖ_d ｆ（ｔ）＋（Ｖ_U1ｅ^j ^θ ¹＋αＶ_U2ｅ^j( ^θ ²⁺ ^φ ⁾ ）ｆ（ｔ−Δｔ）
（５）
となる。そして、電力検出器９は合成電圧Ｖ₀ を２乗して合成電力を求める。
Ｖ₀ ²＝Ｖ_d ²ｆ² （ｔ）＋（Ｖ_U1ｅ^j ^θ ¹＋αＶ_U2ｅ^j( ^θ ²⁺ ^φ ⁾ ）² ｆ² （ｔ−Δｔ）＋２Ｖ_d （Ｖ_U1ｅ^j ^θ ¹＋αＶ_U2ｅ^j( ^θ ²⁺ ^φ ⁾ ）ｆ（ｔ）ｆ（ｔ−Δｔ）
（６）
となる。
【００１９】
ここで、地上波デジタル放送のＯＦＤＭの性質から、Δｔ≧１μｓの条件下では、ｆ（ｔ）ｆ（ｔ−Δｔ）の平均値は０となるため、
|Ｖ₀ ²|＝|Ｖ_d ²ｆ² （ｔ）|＋|（Ｖ_U1ｅ^j ^θ ¹＋αＶ_U2ｅ^j( ^θ ²⁺ ^φ ⁾ ）² ｆ² （ｔ−Δｔ）| （７）
となる。なお、｜ａ｜はａの平均値を示す。この合成電力の平均値を求めるのは、電力検出器９が求めてマイコン１０に出力しても良いし、マイコン１０が求めても良い。
そして、回り込み波をキャンセルするためには、可変減衰器３の減衰率αの設定は下記となる。
Ｖ_U1＝αＶ_U2 → α＝Ｖ_U1／Ｖ_U2 （８）
また、移相器４の位相量φの設定は下記となる。
θ２＋φ＝θ１＋π → φ＝θ１−θ２＋π （９）
この（９）式の条件が満足しているとき、
ｅ^j( ^θ ²⁺ ^φ ⁾ ＝ｅ^j( ^θ ¹⁺ ^π ⁾ ＝ｅ^j ^θ ¹ｅ^j ^π ＝−ｅ^j ^θ ¹
となり、さらに（８）式の条件を満足していれば、（７）式の第２項は０となり、合成器５から出力される合成電圧には、回り込み波がキャンセルされていることがわかる。
【００２０】
以上のことから、合成電力の平均値｜Ｖ₀ ²｜が最小値となる可変減衰器３の減衰率α及び移相器４のシフトする位相量φを、それぞれの動作点とするとき、回り込み波をキャンセルしている状態であることがわかる。
【００２１】
以上のように、この実施の形態１によれば、風雪等により環境が変化した場合には、合成電力の平均値｜Ｖ₀ ²｜が最小になるように、マイコン１０により、可変減衰器３の減衰率及び移相器４がシフトする位相量を制御することで、環境変化に追随して回り込み波をキャンセルできるという効果が得られる。なお、このアルゴリズムによれば、回り込み波を識別するための自局識別信号を重畳する必要はない。
【００２２】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、可変減衰器３及び移相器４の初期動作点が、中継装置の設置時に設定されていることを前提とし、環境が変化した場合にも追随可能であることを示したが、初期動作点を自動的に求めることも可能である。
【００２３】
第３図は可変減衰器３の減衰率αを変化させたときの合成電力の平均値｜Ｖ₀ ²｜の変化特性を示す図である。第３図に示すとおり、合成電力の平均値｜Ｖ₀ ²｜は可変減衰器３の減衰率αの２次曲線となり、回り込み波をキャンセルする動作点は、第３図において、合成電力の平均値｜Ｖ₀ ²｜が最小となるところである。そこで、電源投入時等に、マイコン１０により減衰率αを少しずつ変化させて最小点を見つければ良い。
【００２４】
第４図は移相器４がシフトする位相量φを変化させたときの合成電力の平均値｜Ｖ₀ ²｜の変化特性を示す図である。第４図に示すとおり、合成電力の平均値｜Ｖ₀ ²｜はシフトする位相量φのコサイン曲線となり、回り込み波をキャンセルする動作点は、第４図において、合成電力の平均値｜Ｖ₀ ²｜が最小となるところである。そこで上記と同様にして、マイコン１０によりシフトする位相量φを少しずつ変化させて最小点を見つければ良い。
【００２５】
以上のように、この実施の形態２によれば、マイコン１０により、合成電力の平均値｜Ｖ₀ ²｜が最小となる初期動作点を自動的に求めることが可能となるため、中継装置の設置時に、回り込み波の振幅と位相を測定して、可変減衰器３及び移相器４の動作点を求めることが不要となるという効果が得られる。
【００２６】
実施の形態３．
上記実施の形態１では、可変減衰器３及び移相器４の初期動作点を、中継装置の設置時に測定により求めて設定しておくことを前提にしていたが、測定誤差等のため、いきなり電源を投入すると回り込み波を十分にキャンセルすることができず、中継装置が発振する可能性がある。
【００２７】
また、上記実施の形態２では、可変減衰器３及び移相器４の初期動作点を、マイコン１０により自動検出しているが、検出中は回り込み波を十分にキャンセルすることができず、同様に中継装置が発振する可能性がある。
第５図はこの発明の実施の形態３による中継装置の構成を示すブロック図であり、図において、１１は増幅器６からの出力をマイコン１０により制御して送信アンテナ７に出力する出力制御器である。
【００２８】
次に動作について説明する。
中継装置の電源投入時は、マイコン１０により出力制御器１１の出力をゼロにし、中継装置から送信波を出力しないよう制御し、そのときの電力検出器９の出力値をマイコン１０で保持しておく。この値は回り込み波がないので、親局波の受信レベルを示している。その後、マイコン１０により出力制御器１１を制御し、中継装置の出力レベルを少しずつ上げていくことで規定出力レベルにすれば、中継装置の発振を回避することができる。
【００２９】
このとき、電力検出器９で検出される電力が、先にマイコン１０が保持した値に対し、予め設定したしきい値（しきい値はマイコン１０が保持した値の１．０〜２．０倍の範囲内の値に設定する）以上になるときは、可変減衰器３及び移相器４の設定がずれており、回り込み波がキャンセルされていないことを示している。この場合は、出力制御器１１により中継装置の出力をその点で固定し、環境変化の場合と同様にして、マイコン１０にて最適動作点を探したうえで、中継装置の出力を上げていけば良い。
【００３０】
また、可変減衰器３及び移相器４の初期動作点を、マイコン１０を用いて自動検出中は、マイコン１０からの指示に基づき、出力制御器１１の出力レベルを規定出力レベルに対し、０．５倍以下の適当なレベルに固定しておけば、中継装置の発振条件を満足しないので発振を回避できる。
【００３１】
以上のように、この実施の形態３によれば、マイコン１０の制御に基づき、出力制御器１１により中継装置の出力レベルを制御することで、中継装置の電源投入時や、マイコン１０により初期動作点を自動検出している際に、中継装置が発振するのを抑制することができるという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
以上のように、この発明に係る中継装置は、受信した親局波と同一の周波数の送信波を送信するもので、風雪等のよる環境変化に追随して回り込み波をキャンセルするのに適している。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】第１図は従来の中継装置の構成を示すブロック図である。
【図２】第２図はこの発明の実施の形態１による中継装置の構成を示すブロック図である。
【図３】第３図はこの発明の実施の形態２による可変減衰器の減衰率を変化させたときの合成電力の平均値の変化特性を示す図である。
【図４】第４図はこの発明の実施の形態２による移相器がシフトする位相量を変化させたときの合成電力の平均値の変化特性を示す図である。
【図５】第５図はこの発明の実施の形態３による中継装置の構成を示すブロック図である。

Claims

親局波を受信し増幅して、上記親局波と同一周波数の送信波を送信する中継装置において、
上記親局波及び自局からの回り込み波を受信する主受信アンテナと、
上記自局からの回り込み波を受信する補助受信アンテナと、
上記補助受信アンテナで受信した回り込み波の信号の振幅を指示された減衰率で変化させる可変減衰器と、
上記回り込み波の信号の位相を指示された位相量で変化させる移相器と、
上記主受信アンテナで受信した親局波の信号及び自局からの回り込み波の信号と、上記可変減衰器により振幅の変化を受け、上記移相器により位相の変化を受けた信号とを合成する合成器と、
上記合成器から出力される合成電圧を抽出する方向性結合器と、
上記方向性結合器が抽出した合成電圧より合成電力を求める電力検出器と、
電源投入時に、上記可変減衰器に指示する減衰率を変化させて、上記電力検出器が求めた合成電力の平均値が最小になる減衰率を検出して上記可変減衰器の初期動作点とし、上記移相器に指示する位相量を変化させて、上記電力検出器が求めた合成電力の平均値が最小になる位相量を検出して上記移相器の初期動作点とすると共に、受信環境が変化した場合に、上記電力検出器が求めた合成電力の平均値が最小になるように、上記可変減衰器に指示する減衰率と、上記移相器に指示する位相量を制御するマイコンとを
備えたことを特徴とする中継装置。
マイコンからの指示に基づき、電源投入時に自局からの送信波の出力を制御する出力制御器を
備えたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の中継装置。
マイコンが可変減衰器及び移相器の初期動作点を検出する際に、上記マイコンからの指示に基づき、自局からの送信波の出力を制御する出力制御器を
備えたことを特徴とする請求の範囲第１項記載の中継装置。