JP4131483B2 - 単一送信装置による音声のアナログ・デジタル混合放送方法およびそのための装置 - Google Patents

Description

関連する技術分野
本発明は、従来の振幅変調放送から、例えば、デジタルラジオ放送への移行を可能とする、アナログとデジタルとの混合放送方法に関する。本発明は、特に短波長領域の放送送信装置に適用することができる。
従来の技術
技術的、政治的あるいは経済的理由により現在使用されている振幅変調放送用送信装置を用いて、すぐにデジタル放送を行うことはできない。このことは、比較的長い移行期間にわたって、同一のプログラムを放送するためにアナログシステムとデジタルシステムが並存することを意味する。この解決策は非常に高くつき、また、移行期間が終了するときには設備の半分に相当するアナログ放送装置を廃棄しなければならないという点でも望ましいものではない。
技術的課題
本発明の課題は、このような問題を解決することである。
解決方法
この目的を達成するため、振幅変調または単一サイドバンド受信装置およびマルチサブキャリア復調用デジタル受信装置によって受信されることを意図して、単一の送信装置でアナログとデジタルの混合信号を放送する方法であって、周波数スペクトルが振幅変調（ＡＭ変調）または単一サイドバンドに対応する第１のアナログスペクトルとマルチサブキャリアに対応する第２のスペクトルからなる複合信号、第１および第２のスペクトルは連続しない２つの周波数バンドを占める、を送信することを特徴とする。
本発明は、また、上記の方法を実施するための装置に関する。
有利な効果
本発明の利点は、市販されているAM受信機に何ら手を加えることなく受信可能で、またデジタル信号の復調用受信装置でも同じように受信可能なアナログとデジタル同時放送を単一の送信装置によって同時に行うことができることである。
本発明のこれ以外の利点および特徴は、図面を参照して行う以下の説明によって一層明瞭になる。
【図面の簡単な説明】
図１は、単一のキャリアによって送信されるデジタル送信のスペクトルと、多くのサブキャリアで送信される同一ビットレートのデジタル送信のスペクトルを比較して示す図である。
図２は、既知の振幅変調方法によって変調された波の周波数スペクトルである。
図３は、既知の単一サイドバンド変調によって変調された波の周波数スペクトルである。
図４ないし７は、本発明に基づく混合信号の作成方法を示す複数の例である。
図８は、本発明に基づく方法を実施するための装置の例である。
図９は、図８に示した装置の一部を構成する、残留キャリアのレベルを調整する装置の実施例である。
図１０は、図９に示した調整装置を設置した場合の一般的なスペクトルを示す。
図１１ａ、１１ｂ、１１ｃは、送信される音声周波数の信号の振幅の関数として示した、図９に示す装置のキャリア残留変調の有無によるキャリアの時刻歴波形である。
発明の実施をするための形態
本発明に基づけば、アナログ受信装置でもデジタル受信装置でも受信することができる同一のプログラムを単一の送信装置によって同時に放送するための放送信号は、音声周波数信号と当該音声周波数信号をマルチサブキャリアで変調したデジタル信号の和である複合信号を変調して得られる。デジタル信号のスペクトルは、図１中の曲線Ａで示されるように、例えば“２直角パス振幅変調”QAMとして知られる複数位相状態変調によって個別に変調された多くの等間隔のサブキャリアで示される。デジタル信号のスペクトルはすべてのサブキャリアのスペクトルを包含するバンド幅Ｂ_nである。個々のサブキャリアのバンド幅が狭いために、単一キャリアデジタル変調方法によった場合のスペクトル図１のBとは異なり、デジタル信号のスペクトル全体は周波数領域で明瞭に区別することができる。
アナログ信号は、既知のダブルサイドバンド振幅変調または省略してＳＳＢと称する片側バンド振幅変調によって送信する。ＡＭと略称する“振幅変調”の場合は、アナログ信号は、変調された信号が消滅することが無いよう注意を払いつつ純粋なキャリアを振幅変調することによって得られる。振幅変調の場合、変調すべき信号がS(t)であれば、送信機の出力信号はcos(2πF₀t)(S₀+S(t))となる。ここにおいて、S₀は正の振幅を確保するためのバイアス、F₀はキャリアの周波数である。スペクトルは、図２に示されるように、２つの周波数バンドを有し、そのそれぞれは、信号S(t)に対応するスペクトルS(f)であり、周波数F₀に対して対称の位置に有る。この方法の場合、残留キャリア自体は情報を伝達せず、情報はすべてスペクトルS(f)の中に有るにもかかわらず、残留キャリアが全体のパワーの７０％を搬送する。
片側バンド振幅変調の場合、図３に示すようにスペクトルの密集部分は半分になっている。振幅変調とみなすことができる変調によって、スペクトルの半分と残留キャリアの一部または全部がフィルタされる。伝達パワーの減少は、残留キャリアの減少度合いに依存する。残留キャリアが完全に取り除かれれば、伝送に必要なパワーは振幅変調AMの１５％未満で済む。残念ながら、市販されている受信装置は、残留キャリアが無い信号を完全に復調することはできないので、振幅変調の場合に不可避的に発生する変形を押さえるために残留キャリアが必要になる。
図４ないし７に示すように、本発明にしたがって単一の送信機から送信される複合信号は、バンド幅Baのアナログ信号とバンド幅Bnのデジタル信号の合計である。変形例では、信号S(t)のバンド幅はBsで示され、バンド幅B₀と概ね一致する。Bnはデジタル信号S(t)をそのビットレートで送信するために必要なバンド幅である。考えられる総てのスペクトルの組み合わせにおいて、スペクトルS(f)の急峻な山の周波数はデジタル信号のスペクトルに可能な限り近く設定される。そのため、市販の受信装置が誤ってデジタル信号のうちの周波数の幾つかを受信した場合にも高い周波数に限定されたノイズが発生するだけになる。高い周波数のノイズは低い周波数のノイズほど耳障りでなく、さらに市販の振幅変調受信装置は高い周波数をより強く減衰させる。
さらに同じ搬送周波数について比較すれば、デジタル送信に必要な信号／ノイズ比はアナログ送信に必要なSN比よりも格段に小さく、デジタル成分によって搬送されるパワーはアナログ成分のパワーと同等かそれ以下である、つまり、送信信号の総パワーは、アナログ信号のみを送信する振幅変調AM送信に必要なパワーと同等以下である。図４ないし７において、それぞれアナログ残留キャリアとデジタルの中心周波数を表す周波数F₀とF₁の間のギャップは、送信信号の総バンド幅Btが現在の放送基準を満たすように決定される。
図５に示すように、移行期間中においては、デジタル信号のみの振幅変調が総ての使用可能なバンド幅を占領するか、図６に示すように、デジタル信号をS(t)アナログ信号の急峻な周波数成分よりもさらに外側の周波数領域にある特別な“信号”と解釈してアナログ信号とデジタル信号の振幅変調信号を同時に送信することも可能である。図７に示すさらに別の変形例では、アナログ信号の送信は振幅変調AMまたはVSB（残留サイドバンド）変調を用いて低周波領域での変形が抑制され、デジタル信号の高周波数または低周波数サイドバンドの変形が抑制される。
上記の方法を実施するための装置を図８に示す。装置は、順に音声周波数コーダ２と、コーダ２から送られる信号とサービスと補助データに関する伝送制御装置３と、マルチサブキャリア変調装置４と、第１の入力部がこれに接続された加算装置１を有する。加算装置１の第２の入力部はさらに、基本的にはローパスフィルタ５で構成される第２の変調入力パスに接続される。
加算装置１の出力は、振幅AM変調器または片側サイドバンドSSB変調器からなる変調器６の入力部に与えられる。変調器６から出力される変調信号はサイドバンド選択フィルタ７によってフィルタ処理される。ローパスフィルタ５との間に制御装置８が介在し、変調器６から供給される残留キャリアのレベルを調整する。後者は図９に示すように２つのパスを有する。第１のパスは、ローパスフィルタ１１による減算器１０の入力部に接続され信号S(t)の最小値を予測する装置を有する。第２のパスは、第１のパスの信号S(t)の処理時間に基づいて決定される特定の時間Ｔだけ信号を遅延させる遅延回路１２を有し、目標値９を掛ける積算回路１３を経由して減算回路１０の第２の入力部に接続される。
減算回路１０の出力部は、図８に示した変調器６の制御入力部に接続される。この構成にしたがって、信号S(t)が最小値を推定する装置９と遅延装置１２に同時に与えられる。制御装置８が信号S(t)の時刻と共に変化するパワーにしたがって残留キャリアを常に調整することで大きな残留キャリアによるエネルギーの無駄が排除される。信号S(t)のパワーが小さい場合、ひずみは無視することができる。信号S(t)のパワーが小さくなければ、ひずみは許容可能な範囲に圧縮される。このために、信号S(t)の最小値の推定が常に行われ、聞こえることがないように遮断周波数が１０Hzのローパスフィルタ１１で常にフィルタ処理が行われ、得られた信号には時間Ｔだけ遅延させられ信号S(t)から引く前に１よりも小さいゲインｇが与えられる。
選択フィルタ７の出力部で得られるアナログ信号のスペクトルは図１０に示す形状であり、残留キャリアは非常に狭いバンド幅内に変調されている。
残留キャリアの変調を行った場合と行わなかった場合のキャリアの波形を、信号S(t)の振幅の関数として図１１ａ、１１ｂおよび１１ｃに示す。

Claims (3)

1. 単一の送信装置でアナログ信号とデジタル信号との混合信号を放送する方法であって、
   アナログ信号のパワーを検出する工程と、
   アナログ信号と複数のデジタル変調信号とから成る混合信号に基づいて振幅変調または片側サイドバンド変調を実行して送信信号を生成する工程と、
   検出されたアナログ信号のパワーに応じて、送信信号における残留キャリアレベルを調整する工程とを有し、
   割り当てられた周波数帯域（Ｂｔ）において、複数のデジタル変調信号に係る送信信号成分が占める周波数帯域（Ｂｎ）が、アナログ信号に係る送信信号成分が占める周波数帯域（Ｂａ）と離間されるとともにより周波数の高い側にのみ配置されることを特徴とする方法。
2. 複数のデジタル変調信号が、互いに独立にマルチプル位相状態変調法により変調され等距離にある所定数のサブキャリアから成ることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. アナログ信号とデジタル信号との混合信号を放送する送信装置であって、
   アナログ信号をデジタル信号に変換する音声周波数コーダ（２）と、
   該音声周波数コーダ（２）により生成されたデジタル信号に基づいて、複数のデジタル変調信号を生成するマルチサブキャリア変調器（４）と、
   アナログ信号と複数のデジタル変調信号とを重畳して、混合信号を生成する加算器（１）と、
   混合信号に基づいて振幅変調または片側サイドバンド変調を実行して送信信号を生成する変調器（６）と、
   入力されるアナログ信号のパワーに基づいて、前記変調器（６）における残留キャリアレベルを調整する信号を出力する制御手段（８）とを有して構成され、
   割り当てられた周波数帯域（Ｂｔ）において、複数のデジタル変調信号に係る送信信号成分が占める周波数帯域（Ｂｎ）が、アナログ信号に係る送信信号成分が占める周波数帯域（Ｂａ）と離間されるとともにより周波数の高い側にのみ配置されることを特徴とする装置。

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