JP4373860B2

JP4373860B2 - テレビ放送システム用中継放送装置

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Publication number: JP4373860B2
Application number: JP2004196016A
Authority: JP
Inventors: 幸彦中川; 孝基柴田
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2024-07-01
Also published as: JP2006020086A

Description

本発明は、回り込み除去器を備えるＳＦＮ（ＳｉｎｇｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＮｅｔｗｏｒｋ）方式の中継放送装置に関する。

地上波テレビ放送システムにおいてネットワークを構築する方式として、放送波中継方式がある。この方式では、上位局から送信される無線信号を受信して下位局に送信する中継放送局を設け、サービスエリアを拡大するものである。ここで上位局とは、放送信号を送信する放送局あるいは他の中継放送局をいい、下位局とは、放送信号を受信する放送局、他の中継放送局あるいは一般家庭用受信機をいう。放送中継方式では、中継回線毎に割り当てられた数種の周波数を繰り返し利用することができるため、周波数有効利用の観点から有利である。また、さらに周波数有効利用を図るために、同一プログラムを単一の周波数で中継を行うＳＦＮ（ＳｉｎｇｌｅＦｒｅｑｕｅｎｃｙＮｅｔｗｏｒｋ）方式がある。この方式は、地上波ディジタル放送システムにおいて採用されているものであり、同システムの変調方式に用いられるＯＦＤＭ（ＯｒｔｈｏｇｏｎａｌＦｒｅｑｕｅｎｃｙＤｉｖｉｓｉｏｎＭｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）がゴースト耐性を有し、隣接エリア間の干渉に強いという性質を有することから可能となっている。

ＳＦＮ方式の中継放送局に設けられる中継放送装置は、上位局から送信される無線信号を受信する受信機と、それを下位局に送信する送信機とから構成される送受信機を備える。ここで、送受信機では送信信号と受信信号で同一の周波数を用いるため、送信系統と受信系統との間の信号のアイソレーションが十分に確保されない場合にはループ発振を起こす。そのため中継放送装置の送受信機には、送信系統から受信系統へ回り込む信号を除去する回り込み除去器を設けることが一般的である。

特開２００１−２８５６２号公報には、回り込み信号と同振幅逆位相の関係にある相殺信号を生成し、これを回り込み信号に加算することで回り込み信号を除去する回り込み除去器の構成が開示されている。この構成では、回り込み信号によって干渉を受けた中継放送装置の出力信号を周波数解析し、その結果についてフーリエ変換による波形解析を行う。そして、その波形解析から知ることができる回り込み信号成分が低減されるよう、相殺信号を生成する際の回路の減衰量や遅延量を決定しテーブルを作成する。回り込み除去器が動作する際にはそのテーブルを参照することで回路の応答性を向上させている。

特開２００２−２７１２９５号公報および特開２００２−２９０３７０号公報には、回り込み信号によって干渉を受けた中継放送装置の出力信号を周波数解析して求めた周波数スペクトラムの逆数から回り込み伝達関数を算出し、その回り込み伝達関数に基づいて相殺信号を生成する回り込み除去器の構成が開示されている。ここで、回り込み伝達関数とは、中継放送装置の受信アンテナから中継放送装置内部回路を経て中継放送装置の送信アンテナへ至り、さらに中継放送装置の送信アンテナから中継放送装置外部の空間を経て中継放送装置の受信アンテナへ至るまでの伝搬路の伝達関数をいう。

中継放送装置は、故障時あるいは点検や調整などを行う際には非稼働状態としなければならない。しかしながら、中継放送装置の点検や調整などのために放送サービスを停止するのは好ましくない。そこで、一般的に中継放送装置は２台方式で構成されることが多い。これは、アンテナ等から構成される入力系統を共有した２台の送受信機を並列に稼働させ、送信アンテナを選択スイッチを介して片方の送受信機に接続し、送受信機を非稼働状態とする必要が生じた場合には、選択スイッチを切り換えることで送信アンテナをもう片方の送受信機に接続するものである。以下、稼働状態から非稼働状態とすべき送受信機を現用送受信機と、もう片方の送受信機を予備送受信機とする。

特開２００１−２８５６２号公報特開２００２−２７１２９５号公報特開２００２−２９０３７０号公報

この２台方式で構成された中継放送装置の送受信機に、回り込み除去器を設けた場合の一般的な構成を図８に示す。受信アンテナ９０を介して受信された信号は、分配器９４によって第１の送受信機１０および第２の送受信機へと分配される。送受信機切り換えスイッチ９８は第１の送受信機１０の出力を送信アンテナ９２に接続するか、第２の送受信機４０の出力を送信アンテナ９２に接続するかを選択し、送信アンテナ９２からは送受信機切り換えスイッチ９８によって接続された送受信機から出力された信号が送信される。また、第１の送受信機１０および第２の送受信機４０においては、受信機１２と送信機１４との間に回り込み除去器７０が挿入されている。

ここでは、現用送受信機を第１の送受信機１０、予備送受信機を第２の送受信機４０とし、送受信機切り換えスイッチ９８が第１の送受信機１０の出力側に接続されている状態について考える。送信波は所望の下位局のみに向けて放射されることが理想的であるが、送信アンテナ９２と受信アンテナ９０との間のアイソレーションを無限に大きく設計することは不可能である。そのため、仮に回り込み除去器７０が設けられていないものとすれば、送信波の一部が回り込み信号として受信アンテナ９０で受信され、再び送受信機を介して送信アンテナ９２から送信されるという回り込み経路が形成され、この経路を多重に帰還した多重回り込み信号が重畳された信号が送信アンテナ９０から送信されることとなる。

回り込み除去器７０は、相殺信号を生成して回り込み信号にこれを加算して相殺することで回り込み信号を除去する。したがって、送受信機切り換えスイッチ９８が第１の送受信機１０の出力側に接続され、第１の送受信機１０の回り込み除去器７０が動作しているときには、上述のように多重回り込み信号が重畳された信号がアンテナから出力されることはない。一方、第２の送受信機４０においては、第１の送受信機１０と同一の信号を受信しているが、出力にはアンテナが接続されていないため第２の送受信機４０から出力される信号による回り込み信号は発生しない。また、回り込み信号は第１の送受信機１０の回り込み除去器７０により除去されるので、第２の送受信機４０には１回目の回り込み信号のみが入力され、多重回り込み信号は入力されない。そのため、第１の送受信機１０と第２の送受信機４０とでは、回り込み除去器７０の内部で生成される相殺信号の振幅および位相は異なる。

この状態において送受信機切り換えスイッチ９８を第２の送受信機４０の出力側に接続すると、回り込み除去器７０は回り込み信号を除去可能な状態とはなっていないため、切り換え直後には回り込み信号が発生する。一般に中継放送装置は、このような回り込み信号の発生を低減するため、回り込み除去器７０が回り込み信号を除去可能な状態に収束するまでの間は送信波の出力を低減し、収束と共に徐々に出力を増大するよう設計されることが多い。この場合、放送が一時的に中断されてしまう蓋然性が高い。

本発明は、このような課題に対してなされたものであり、送信アンテナの接続を現用送受信機から予備送受信機へ切り換えた場合においても、回り込み信号の発生がなく、送信波を低減する必要のない中継放送装置を提供する。

本発明は、共通のアンテナで信号を受信し、受信した信号の周波数と同一周波数の信号をそれぞれが送信する第１の送受信機および第２の送受信機と、前記第１の送受信機を用いるか前記第２の送受信機を用いるかを選択する選択手段と、を備え、前記第１の送受信機と前記第２の送受信機のうちいずれか１つを選択して、上位局から送信されたＯＦＤＭ無線信号を受信し、受信したＯＦＤＭ無線信号の周波数と同一周波数のＯＦＤＭ無線信号を下位局に送信するテレビ放送システム用中継放送装置であって、前記第１の送受信機は、前記テレビ放送システム用中継放送装置から送信され、前記アンテナを介して前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された回り込み信号を、前記選択手段が前記第１の送受信機を選択しているときに除去する第１の回り込み除去手段を備え、前記第２の送受信機は、前記回り込み信号を除去する第２の回り込み除去手段を備え、前記第２の回り込み除去手段は、回り込み信号除去のための相殺信号を出力する相殺信号生成部と、前記相殺信号生成部が出力した相殺信号と、前記アンテナを介して前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された信号とを合成する合成部と、を備え、前記相殺信号生成部は、前記第２の回り込み除去手段によって処理が施された信号の周波数スペクトラム信号を求めるスペクトラム解析部と、前記スペクトラム解析部によって求められた周波数スペクトラム信号の逆数値を求める逆数演算部と、前記スペクトラム解析部の演算結果または前記逆数演算部の演算結果のいずれかを選択する演算選択部と、前記演算選択部によって選択された演算結果に基づいてフィルタタップ係数を求めるタップ係数算出部と、前記タップ係数算出部によって求められたフィルタタップ係数に基づいて特性が定められ、前記第２の回り込み除去手段によって処理が施された信号にフィルタ処理を施して相殺信号を出力するタップ係数フィルタと、を備え、前記選択手段が前記第１の送受信機を選択しているときに、前記演算選択部は前記周波数スペクトラム解析部の演算結果を選択し、前記選択手段が前記第２の送受信機を選択しているときに、前記演算選択部は前記逆数演算部の演算結果を選択することを特徴とする。

また、本発明に係るテレビ放送システム用中継放送装置においては、前記タップ係数算出部は、前記演算選択部によって選択された演算結果に含まれる回り込み伝達関数の値に基づいてフィルタタップ係数を算出することが好適である。

また、本発明に係るテレビ放送システム用中継放送装置においては、前記タップ係数算出部は、前記演算選択部の選択状態に応じてフィルタタップ係数の正負の符号補正を行うことが好適である。

また、本発明は、第１の送受信機および第２の送受信機と、前記第１の送受信機を用いるか前記第２の送受信機を用いるかを選択する選択手段と、を備え、前記第１の送受信機と前記第２の送受信機のうちいずれか１つを選択して、上位局から送信されたＯＦＤＭ無線信号を受信し、受信したＯＦＤＭ無線信号の周波数と同一周波数のＯＦＤＭ無線信号を下位局に送信するテレビ放送システム用中継放送装置であって、前記第１の送受信機は、前記テレビ放送システム用中継放送装置から送信され前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された回り込み信号を除去する第１の回り込み除去手段を備え、前記第２の送受信機は、前記回り込み信号を除去する第２の回り込み除去手段を備え、前記第１の回り込み除去手段は、回り込み信号除去のための相殺信号を出力する第１の相殺信号生成部と、前記第１の相殺信号生成部が出力した相殺信号と前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された信号とを合成する合成部と、を備え、前記第２の回り込み除去手段は、回り込み信号除去のための相殺信号を出力する第２の相殺信号生成部と、前記第２の相殺信号生成部が出力した相殺信号と前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された信号とを合成する合成部と、を備え、前記第１の相殺信号生成部および前記第２の相殺信号生成部のそれぞれは、処理対象信号の周波数スペクトラム信号を求めるスペクトラム解析部と、前記スペクトラム解析部によって求められた周波数スペクトラム信号の逆数値を求める逆数演算部と、前記逆数演算部の演算結果に基づいてフィルタタップ係数を求めるタップ係数算出部と、前記タップ係数算出部によって求められたフィルタタップ係数に基づいて特性が定まるタップ係数フィルタと、を備え、前記第１の相殺信号生成部のスペクトラム解析部は、前記第１の回り込み除去手段によって処理が施された信号の周波数スペクトラム信号を求め、前記第２の相殺信号生成部のスペクトラム解析部は、前記第２の回り込み除去手段によって処理が施された信号の周波数スペクトラム信号を求め、前記第１の相殺信号生成部のタップ係数フィルタは、前記第１の回り込み除去手段によって処理が施された信号にフィルタ処理を施して相殺信号を出力し、前記第２の相殺信号生成部のタップ係数フィルタは、前記第２の回り込み除去手段によって処理が施された信号にフィルタ処理を施して相殺信号を出力し、前記選択手段が前記第１の送受信機を選択する状態から前記第２の送受信機を選択する状態となると共に、前記第１の相殺信号生成部が備える前記スペクトラム解析部、前記逆数演算部、および前記タップ係数算出部のうちいずれかは、処理の結果得られた値を、前記第２の相殺信号生成部が備える前記スペクトラム解析部、前記逆数演算部、または前記タップ係数算出部のうち同一処理を実行する構成部に出力することを特徴とする。

また、本発明に係るテレビ放送システム用中継放送装置においては、前記タップ係数算出部は、前記逆数演算部の演算結果に含まれる回り込み伝達関数の値に基づいてフィルタタップ係数を算出することが好適である。

本発明によれば、送信アンテナ９２の接続を現用送受信機から予備送受信機へ切り換えた場合においても、回り込み信号の発生がなく、送信波を低減する必要のない中継放送装置を実現することができる。

本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。受信アンテナ９０から受信された信号は、分配器９４によって第１の送受信機１０および第２の送受信機４０へ分配される。送受信機切り換えスイッチ９８は第１の送受信機１０の出力をパワーアンプ９６に接続するか、第２の送受信機４０の出力をパワーアンプ９６に接続するかを選択し、送信アンテナ９２からは送受信機切り換えスイッチ９８によって接続された送受信機からパワーアンプ９６を介して出力された信号が送信される。また、第１の送受信機１０および第２の送受信機４０においては受信機１２と送信機１４との間にフィルタ型回り込み除去器５０が挿入されている。

ここでは、第１の送受信機１０が現用送受信機であるものとし、本発明に係る中継放送装置の基本動作について説明する。第１の送受信機１０に入力された受信信号は受信機１２に入力される。受信機１２は受信信号を無線周波数帯から中間周波数帯へ周波数変換し増幅する。受信機１２から出力された信号はフィルタ型回り込み除去器５０に入力される。フィルタ型回り込み除去器５０は、加算器５４とＦＩＲフィルタ（ＦｉｎｉｔｅＩｍｐｕｌｓｅＲｅｓｐｏｎｓｅＦｉｌｔｅｒ）５２とを備え、フィルタ型回り込み除去器５０に入力された信号には、加算器５４によってＦＩＲフィルタ５２が出力する相殺信号が加算され、その出力はフィルタ型回り込み除去器５０から出力されるとともに、再びＦＩＲフィルタ５２に入力される。ＦＩＲフィルタ５２は、そのインパルス応答と入力信号との畳み込み演算をディジタル信号処理によって行うものであり、インパルス応答はトランスバーサルフィルタのタップ係数として与えられる。ここでは、回り込み信号と同振幅逆位相の関係にある相殺信号が出力されるよう、タップ係数が決定されている。フィルタ型回り込み除去器５０が出力した信号は送信機１４に入力され、再び無線周波数帯へ周波数変換され、パワーアンプ９６において増幅された後、送信アンテナ９２から送信される。

回り込み特性解析部２０は、フィルタ型回り込み除去器５０の出力信号の周波数スペクトラムを算出し、それに基づいて上述のタップ係数を算出して出力する。以下、回り込み特性解析部２０の具体的な動作について説明する。

図２（ａ）は、フィルタ型回り込み除去器５０において回り込み信号が除去されていない場合のその出力信号の周波数スペクトラムを示す。この信号は、受信アンテナ９０において受信され第１の送受信機１０を介してそのまま送信アンテナ９２から送信される信号に、送信アンテナ９２から送信された送信波の一部が回り込み信号として受信アンテナ９０で受信され、再び第１の送受信機１０を介して送信アンテナ９２から送信されるという回り込み経路を多重帰還した多重回り込み信号が重畳されたものである。ただし、観測点はフィルタ型回り込み除去器５０の出力端であり、送信機１４の出力で観測される無線周波数帯の周波数スペクトラムを、そのまま中間周波数帯にシフトしたものとなる。一般的に、このような多重回り込み信号には、図２（ａ）のようにある周波数間隔を以てピーク点が現れる。また、図２（ｂ）はこれを時間領域においてインパルス応答を以て表したものであり、回り込みに要する遅延時間を隔ててインパルス信号が無限に連なったものとなる。図２（ｂ）のインパルス信号を以て表される時間領域波形は、図２（ａ）の周波数スペクトラムに対しフーリエ変換による波形解析を行うことで求めることができる。

ここで、中継放送装置が形成する伝搬路を伝達関数によってモデル化したものを図３に示す。受信アンテナ９０から第１の送受信機１０の受信機１２の出力までの伝達関数をＧ₁（ω）、第１の送受信機１０の送信機１４の入力から送信アンテナ９２までの伝達関数をＧ₂（ω）、回り込み信号が送信アンテナ９２から中継放送装置外部の空間を経て受信アンテナ９０に至るまでの伝搬路の伝達関数をＲ（ω）とすると、伝搬路は、受信アンテナ９０、伝達関数Ｇ₁（ω）の伝搬路８２、加算器５４、伝達関数Ｇ₂（ω）の伝搬路８４、および送信アンテナ９２を従続接続したものについて、受信アンテナ９０と送信アンテナ９２との間の結合係数をＲ（ω）としたモデルで表される。ここに、ωは角周波数である。このように伝達関数を定義すると、１回の回り込みについての伝達関数として定義される回り込み伝達関数Ｃ（ω）は、Ｃ（ω）＝Ｇ₂（ω）・Ｒ（ω）・Ｇ₁（ω）と表される。Ｃ（ω）を用いると図２（ａ）の周波数スペクトラムは、

と表すことができる。ここにＡは振幅係数であり、フィルタ型回り込み除去器５０の出力信号の振幅に比例する定数である。中央の式は、１回の回り込みにつきＣ（ω）が掛け合わされるため、多重回り込み信号が重畳された信号が公比をＣ（ω）とする等比級数の和で表されることを意味する。右辺はそれをシグマ記号を用いない形で表現したものであり周知の数学公式から導かれる。

ＦＩＲフィルタ５２からの出力信号を受信機１２が出力する信号に加算することで、多重回り込み信号をキャンセルするためには、ＦＩＲフィルタ５２が１回の回り込みによる回り込み信号と同振幅逆位相の関係にある相殺信号を出力すればよい。すなわち、回り込み伝達関数Ｃ（ω）に基づいて、ＦＩＲフィルタ５２が相殺信号を出力するためのタップ係数を算出し、これをＦＩＲフィルタ５２に入力することでＦＩＲフィルタ５２からは相殺信号が出力される。

回り込み特性解析部２０は、以上の原理に基づいてタップ係数を求めるものである。スペクトラム解析部２２は、フィルタ型回り込み除去器５０の出力信号にフーリエ変換を施すことで周波数スペクトラムを算出する。周波数スペクトラムは逆数演算器２４に入力され、周波数スペクトラムの逆数を算出する。ここで逆数を算出するのは、ＦＩＲフィルタ５２のタップ係数を算出するために回り込み伝達関数Ｃ（ω）が必要とされるところ周波数スペクトラムは（１）式のように級数和として表され、直接Ｃ（ω）を得ることが困難であるためである。すなわち、（１）式の右辺の逆数は１−Ｃ（ω）に比例する形で表現されるため、Ｃ（ω）の値を知ることが容易であるためである。なお、逆数演算器２４には演算切り換えスイッチ２８によって接続されるバイパス経路が用いられているが、このバイパス経路は現用送受信機から予備送受信機へと送受信機切り換えスイッチ９８の切り換えが行なわれるまでの間に予備送受信機において用いられるものであり、詳細については後述する。タップ係数算出部２６は逆数演算器２４の出力に基づいて、ＦＩＲフィルタ５２が出力する信号が１回の回り込みによる回り込み信号と同振幅逆位相の関係にある相殺信号を出力するようタップ係数を算出し、それをＦＩＲフィルタ５２に入力する。

このように回り込み特性解析部２０がタップ係数を算出する処理を１回行う毎に、図２（ａ）に示す出力信号の周波数スペクトラムのピークを有する波形は平坦なものへと漸近していき、最終的には図４のような周波数スペクトラムに収束する。この状態においては、フィルタ型回り込み除去器５０は回り込み信号を十分小さい値にまで低減している。以下、この状態を定常状態とする。

次に、第１の送受信機１０が定常状態にある場合において、送受信機切り換えスイッチ９８が第２の送受信機４０の出力側に接続された場合の動作について説明する。本実施形態においては、第２の送受信機４０の回り込み特性解析部３０は、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられる直前には、第１の送受信機１０の回り込み特性解析部２０が算出していたタップ係数と同一のタップ係数を算出している。これによって、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられた直後においても回り込み信号を除去することができる。ここで、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられた直前とは、スイッチ切り換え時から、タップ係数を算出する処理の少なくとも１ステップに要する時間だけ前をいい、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられた直後とは、送受信機切り換えスイッチ９８の切り換え時から、タップ係数を算出する処理の１ステップに要する時間までをいう。

送受信機切り換えスイッチ９８の切り換え直前においては、第１の送受信機１０と同一のタップ係数を算出するために、第２の送受信機４０の回り込み特性解析部３０の演算切り換えスイッチ２８は、バイパス経路側に接続されている。このスイッチは、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられると同時に逆数演算器２４側へと切り換えられ、第２の送受信機４０を現用送受信機として動作させる。この状態で回り込み特性解析部３０がタップ係数を算出する際には、既に回り込み信号は除去された状態にあり、タップ係数も回り込み信号が除去できる値に収束している。そのため、回り込み信号を発生させず、円滑に現用送受信機から予備送受信機への切り換えが行われることとなる。

本実施形態においては、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられる直前に、第２の送受信機４０が第１の送受信機１０と同一のタップ係数を算出するという動作が特に重要であり、以下その動作原理について述べる。

送受信機切り換えスイッチ９８の切り換え時から、タップ係数を算出する処理の少なくとも１ステップに要する時間だけ前においては、第１の送受信機１０は定常状態にある。このとき、第２の送受信機４０に入力される信号は、上位局から直接到来した直接波が受信アンテナ９０で受信されたことによる直接波信号と、第１の送受信機１０から出力され、送信アンテナ９２から送信された送信波の一部が回り込んで受信アンテナ９０で受信された１回の回り込みによる回り込み信号のみである。すなわち２回目以降の回り込み信号は、第１の送受信機１０のフィルタ型回り込み除去器５０によって除去されているため、第２の送受信機４０には入力されない。このとき、第２の送受信機４０のフィルタ型回り込み除去器５０の入力信号の周波数スペクトラムは図５（ａ）のようになる。これは、受信機１２において中間周波数帯に変換されたものであるが、振幅レベルを問わなければこれを無線周波数帯にシフトすることで、第２の送受信機４０の入力信号の周波数スペクトラムとして捉えることもできる。一般に、このような直接波信号と１回の回り込みによる回り込み信号のみを含む信号の周波数スペクトラムは、図５（ａ）のようにある周波数間隔を以て減衰点が現れるものとなる。これは、図２（ａ）の周波数スペクトラムの逆数によって描かれる波形と相似形である。また、図５（ｂ）はこれを時間領域においてインパルス応答を以て表したものである。先に定義したＣ（ω）を用いると、図５（ａ）の周波数スペクトラムは、

と表すことができる。ここにＢは振幅係数であり、中央の式の第２項は１回の回り込みを意味する。右辺はそれを分母が公比を−Ｃ（ω）とする等比級数の和で表される有理関数で表現したものであり、周知の数学公式から導かれる。

ここで、送受信機切り換えスイッチ９８が第２の送受信機４０の出力側に接続される直前においては、第２の送受信機４０の回り込み特性解析部３０では演算切り換えスイッチ２８がバイパス経路側に接続されている。これによって、第２の送受信機４０で算出されるＦＩＲフィルタ５２のタップ係数が、第１の送受信機１０で算出されているタップ係数と等しくなることを以下に示す。

仮に、演算切り換えスイッチ２８が逆数演算器２４側に接続されているとした場合には、第１の送受信機１０が定常状態に至る動作と全く同様の動作によって、１回の回り込みによる回り込み信号のみを除去するような相殺信号がＦＩＲフィルタ５２から出力される。このときのＦＩＲフィルタ５２のタップ係数は、第１の送受信機１０で算出されているタップ係数とは全く異なったものとなる。第１の送受信機１０のフィルタ型回り込み除去器５０は、図２（ａ）の周波数スペクトラムを以て表される多重回り込み信号を除去するよう動作するのに対し、第２の送受信機４０のフィルタ型回り込み除去器５０は、図５（ａ）の周波数スペクトラムを以て表される、１回の回り込み信号のみを除去するよう動作するためである。これを、（２）式に照らして考えると、第２の送受信機４０の回り込み特性解析部３０は、逆数演算器２４による演算によって（２）式右辺の逆数に基づいてタップ係数を算出してしまうため、次式の公比を−Ｃ（ω）とする等比級数の級数和に基づいたタップ係数が算出されてしまうということができる。

一方、演算切り換えスイッチ２８がバイパス経路側に接続されている場合には、（２）式の逆数を算出することなく、（２）式の中央の式に基づいてタップ係数が算出されるため、１＋Ｃ（ω）に基づいてタップ係数が算出されることとなる。ここで、第１の送受信機１０においては、（１）式右辺の分母、１−Ｃ（ω）に基づいてタップ係数が算出されているため、Ｃ（ω）の符号に相違があるが、演算切り換えスイッチ２８が逆数演算器２４側に接続されているか、バイパス経路側に接続されているかをタップ係数算出部２６が認識し、符号補正を行うよう構成すればよい。この場合、Ｃ（ω）の符号を第１の送受信機１０が備えるタップ係数算出部２６から得る構成とすることも可能である。第１の送受信機１０は既に定常状態にあり、Ｃ（ω）の正確な符号を呈するはずであるからである。

また、スペクトラム解析部２２がスペクトラム演算を行う際には、信号振幅の規格化を行う必要がある。予備送受信機としての第２送受信機では、直接波信号の振幅を基準として規格化を行うか、あるいは１回の回り込みによる回り込み信号の振幅を基準として規格化を行うかによってＣ（ω）の符号に不確定性を生ずる。第１の送受信機１０では、最終的に図４のような周波数スペクトラムの出力が得られるよう収束判定を行うため、このような不確定性は収束の過程で排除されるが、第２の送受信機４０では、出力信号について収束判定を行うことはないためである。そこで、Ｃ（ω）の符号を第１の送受信機１０が備えるタップ係数算出部２６から得る構成とすることによってＣ（ω）の符号の不確定性を排除することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について図６を参照して説明する。この実施形態では、送受信機切り換えスイッチ９８が予備送受信機側に切り換えられる直前に、現用送受信機側の回り込み特性解析部の計算結果を、現用送受信機から予備送受信機へ送信するものである。図６においては、フィルタ型回り込み除去器の出力信号の周波数スペクトラム、逆数演算器２４の逆数演算結果、およびタップ係数のうち、少なくとも１つが送信される。なお、送信する情報としては、出力信号の周波数スペクトラムからタップ係数を算出するまでの中間処理過程において生じる結果のうち、タップ係数を導き出すことができるものであればいかなるものであってもよい。

現用送受信機としての第１の送受信機１０が定常状態にある場合において、送受信機切り換えスイッチ９８が予備送受信機としての第２の送受信機４０の出力側に接続された場合、接続されると同時あるいはそれに先立って、第１の送受信機１０のスペクトラム解析部２２の計算結果が第１の送受信機１０のスペクトラム解析部２２へ送信される。これによって、第２の送受信機４０の回り込み特性解析部３０は、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられる直後においては、第１の送受信機１０の回り込み特性解析部２０が算出していたタップ係数と同一のタップ係数が算出されることとなり、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられた直後においても回り込み信号を除去することができる。そのため、回り込み信号を発生させず、円滑に現用送受信機から予備送受信機への切り換えを行うことができる。

なお、以上説明した第１の実施形態および第２の実施形態におけるＦＩＲフィルタ５２およびスペクトラム解析部２２はデジタル回路で構成される。ディジタル回路は入力されたディジタル信号を、それによって表された２進数に対する演算処理を施した上でディジタル信号として出力するものであり、演算処理は２進数の加算、減算、桁のシフト等に帰着される。２進数の演算処理は、各計算ステップ毎にスイッチング回路を対応付けたハードウエアによって構成することが可能であるが、回路規模が大きくなるためＤＳＰ（ＤｉｇｉｔａｌＳｉｇｎａｌＰｒｏｃｅｓｓｏｒ）等によって構成することが好適である。ＤＳＰはあらかじめ作成されたプログラムによって動作する、基本的な演算処理を行う回路を備えたものである。乗算器と加減算器で構成される高速な積和演算器を有しており、各種の命令をステップ毎に実行できるように構成されている。ＤＳＰを動作させるためにはプログラムが必要であり、各部の動作に応じたプログラムは周知の技術によって作成される。また、ＦＩＲフィルタ５２の入出力およびスペクトラム解析部２２の入力はアナログ信号であり、Ａ／Ｄ変換器またはＤ／Ａ変換器が備えらている。

次に、本発明の第３の実施形態について図７を参照して説明する。この実施形態は、第１の実施形態あるいは第２の実施形態においてＦＩＲフィルタ５２を用いて相殺信号を生成していたのに代えて、可変遅延器、可変位相器および可変減衰器によって相殺信号を生成するものである。相殺信号は、加算器５４、可変遅延器、可変位相器および可変減衰器を備える伝送パラメータ制御型回り込み除去器６０において除去される。先に定義したＣ（ω）は、その絶対値が１回の回り込み信号の振幅を、その複素角が１回の回り込み信号の位相を表すため、振幅を可変減衰器で、位相を可変遅延器または可変位相器で調整することで相殺信号を生成することが可能である。可変遅延器の遅延量、可変位相器の移相量および可変減衰器の減衰量は、制御信号生成部８０から入力される制御信号によって決定される。

いま、現用送受信機が第１の送受信機１０であるものとする。制御信号生成部８０は、伝送パラメータ制御型回り込み除去器６０の出力信号の周波数スペクトラムが図４のように平坦になるように制御信号を漸近的に決定する。具体的には、制御信号生成部８０は、制御信号の初期値を第１の送受信機１０の伝送パラメータ制御型回り込み除去器６０に入力し、伝送パラメータ制御型回り込み除去器６０の出力信号の周波数スペクトラムを記憶する。次に、制御信号を微少変化させたときの出力信号の周波数スペクトラムと、記憶されている周波数スペクトラムとを比較し、回り込みによる干渉レベルを測定する。制御信号を微少変化させて、先の周波数スペクトラムと比較して干渉レベルを測定する１回の処理を１ステップとし、このステップを繰り返すことで干渉レベルが十分小さくなり、周波数スペクトラムが図４のように平坦になるときの可変遅延器の遅延量、可変位相器の移相量および可変減衰器の減衰量についての条件を見いだす。このような条件が見いだされた状態が定常状態となる。

第１の送受信機１０が定常状態である場合において、送受信機切り換えスイッチ９８が予備送受信機としての第２送受信機側に切り換えられると同時に、制御信号生成部８０は第１の送受信機１０に入力していた制御信号と同一の制御信号を第２の送受信機４０に入力する。これによって、第２の送受信機４０の伝送パラメータ制御型回り込み除去器６０では、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられた直後においては、第１の送受信機１０の伝送パラメータ制御型回り込み除去器６０が生成していた相殺信号と同一の相殺信号が生成されることとなり、送受信機切り換えスイッチ９８が切り換えられた直後においても回り込み信号を除去することができる。そのため、回り込み信号を発生させず、円滑に現用送受信機から予備送受信機への切り換えを行うことができる。

なお、ここでは第３の実施形態における伝送パラメータ制御型回り込み除去器６０として、可変遅延器の遅延量、可変位相器の移相量および可変減衰器の減衰量を調整することで相殺信号を生成する構成についてとりあげたが、調整すべきパラメータはこれらのものに限られない。したがって、何らかの動作特性を決定する係数を与えることで特性が決定される一般的な回り込み除去器であれば適用可能である。

以上では、第１の送受信機１０を現用送受信機とし、第２の送受信機４０を予備送受信機とした場合の動作について主に説明したが、第２の送受信機４０を現用送受信機とし、第１の送受信機１０を予備送受信機とした場合についても全く同様の動作を行うことはいうまでもない。

また、本発明の構成は上述の第１の実施形態から第３の実施形態になんら限定されるものではない。例えば、フィルタ型回り込み除去器５０または伝送パラメータ制御型回り込み除去器６０は中間周波数帯で動作するものとしたが、これを無線周波数帯で動作する構成とすることも可能である。また、送受信信号の変調方式としては、フィルタ型回り込み除去器５０または伝送パラメータ制御型回り込み除去器６０を動作させるための収束判定や、スペクトラム解析部２２がスペクトラム解析を行うことが可能なものであれば適用可能であり、ＯＦＤＭ方式やＣＤＭＡ方式など様々な方式が考えられる。

本発明に係る中継放送装置の第１の実施形態を示す図である。フィルタ型回り込み除去器の出力信号を示す図である。中継放送装置が形成する伝搬路のモデルを示す図である。回り込み信号が除去されているときの回り込み除去器の出力信号周波数スペクトラムを示す図である。予備送受信機で受信される信号を示す図である。本発明に係る中継放送装置の第２の実施形態を示す図である。本発明に係る中継放送装置の第３の実施形態を示す図である。中継放送装置の一般的な構成を示す図である。

符号の説明

１０第１の送受信機、１２受信機、１４送信機、２０，３０回り込み特性解析部、２２スペクトラム解析部、２４逆数演算器、２６タップ係数算出部、２８演算切り換えスイッチ、４０第２の送受信機、５０フィルタ型回り込み除去器、５２ＦＩＲフィルタ、５４加算器、６０伝送パラメータ制御型回り込み除去器、６２可変遅延器、６４可変位相器、６６可変減衰器、７０回り込み除去器、８０制御信号生成部、８２伝達関数Ｇ₁（ω）の伝搬路、８４伝達関数Ｇ₂（ω）の伝搬路、９０受信アンテナ、９２送信アンテナ、９４分配器、９６パワーアンプ、９８送受信機切り換えスイッチ。

Claims

共通のアンテナで信号を受信し、受信した信号の周波数と同一周波数の信号をそれぞれが送信する第１の送受信機および第２の送受信機と、
前記第１の送受信機を用いるか前記第２の送受信機を用いるかを選択する選択手段と、を備え、
前記第１の送受信機と前記第２の送受信機のうちいずれか１つを選択して、上位局から送信されたＯＦＤＭ無線信号を受信し、受信したＯＦＤＭ無線信号の周波数と同一周波数のＯＦＤＭ無線信号を下位局に送信するテレビ放送システム用中継放送装置であって、
前記第１の送受信機は、前記テレビ放送システム用中継放送装置から送信され、前記アンテナを介して前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された回り込み信号を、前記選択手段が前記第１の送受信機を選択しているときに除去する第１の回り込み除去手段を備え、
前記第２の送受信機は、前記回り込み信号を除去する第２の回り込み除去手段を備え、
前記第２の回り込み除去手段は、
回り込み信号除去のための相殺信号を出力する相殺信号生成部と、
前記相殺信号生成部が出力した相殺信号と、前記アンテナを介して前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された信号とを合成する合成部と、
を備え、
前記相殺信号生成部は、
前記第２の回り込み除去手段によって処理が施された信号の周波数スペクトラム信号を求めるスペクトラム解析部と、
前記スペクトラム解析部によって求められた周波数スペクトラム信号の逆数値を求める逆数演算部と、
前記スペクトラム解析部の演算結果または前記逆数演算部の演算結果のいずれかを選択する演算選択部と、
前記演算選択部によって選択された演算結果に基づいてフィルタタップ係数を求めるタップ係数算出部と、
前記タップ係数算出部によって求められたフィルタタップ係数に基づいて特性が定められ、前記第２の回り込み除去手段によって処理が施された信号にフィルタ処理を施して相殺信号を出力するタップ係数フィルタと、
を備え、
前記選択手段が前記第１の送受信機を選択しているときに、前記演算選択部は前記周波数スペクトラム解析部の演算結果を選択し、前記選択手段が前記第２の送受信機を選択しているときに、前記演算選択部は前記逆数演算部の演算結果を選択することを特徴とするテレビ放送システム用中継放送装置。
請求項１に記載のテレビ放送システム用中継放送装置であって、
前記タップ係数算出部は、
前記演算選択部によって選択された演算結果に含まれる回り込み伝達関数の値に基づいてフィルタタップ係数を算出することを特徴とするテレビ放送システム用中継放送装置。
請求項１または２に記載のテレビ放送システム用中継放送装置であって、
前記タップ係数算出部は、
前記演算選択部の選択状態に応じてフィルタタップ係数の正負の符号補正を行うことを特徴とするテレビ放送システム用中継放送装置。
第１の送受信機および第２の送受信機と、
前記第１の送受信機を用いるか前記第２の送受信機を用いるかを選択する選択手段と、を備え、
前記第１の送受信機と前記第２の送受信機のうちいずれか１つを選択して、上位局から送信されたＯＦＤＭ無線信号を受信し、受信したＯＦＤＭ無線信号の周波数と同一周波数のＯＦＤＭ無線信号を下位局に送信するテレビ放送システム用中継放送装置であって、
前記第１の送受信機は、前記テレビ放送システム用中継放送装置から送信され前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された回り込み信号を除去する第１の回り込み除去手段を備え、
前記第２の送受信機は、前記回り込み信号を除去する第２の回り込み除去手段を備え、
前記第１の回り込み除去手段は、
回り込み信号除去のための相殺信号を出力する第１の相殺信号生成部と、
前記第１の相殺信号生成部が出力した相殺信号と前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された信号とを合成する合成部と、
を備え、
前記第２の回り込み除去手段は、
回り込み信号除去のための相殺信号を出力する第２の相殺信号生成部と、
前記第２の相殺信号生成部が出力した相殺信号と前記テレビ放送システム用中継放送装置で受信された信号とを合成する合成部と、
を備え、
前記第１の相殺信号生成部および前記第２の相殺信号生成部のそれぞれは、
処理対象信号の周波数スペクトラム信号を求めるスペクトラム解析部と、
前記スペクトラム解析部によって求められた周波数スペクトラム信号の逆数値を求める逆数演算部と、
前記逆数演算部の演算結果に基づいてフィルタタップ係数を求めるタップ係数算出部と、
前記タップ係数算出部によって求められたフィルタタップ係数に基づいて特性が定まるタップ係数フィルタと、
を備え、
前記第１の相殺信号生成部のスペクトラム解析部は、
前記第１の回り込み除去手段によって処理が施された信号の周波数スペクトラム信号を求め、
前記第２の相殺信号生成部のスペクトラム解析部は、
前記第２の回り込み除去手段によって処理が施された信号の周波数スペクトラム信号を求め、
前記第１の相殺信号生成部のタップ係数フィルタは、
前記第１の回り込み除去手段によって処理が施された信号にフィルタ処理を施して相殺信号を出力し、
前記第２の相殺信号生成部のタップ係数フィルタは、
前記第２の回り込み除去手段によって処理が施された信号にフィルタ処理を施して相殺信号を出力し、
前記選択手段が前記第１の送受信機を選択する状態から前記第２の送受信機を選択する状態となると共に、前記第１の相殺信号生成部が備える前記スペクトラム解析部、前記逆数演算部、および前記タップ係数算出部のうちいずれかは、処理の結果得られた値を、前記第２の相殺信号生成部が備える前記スペクトラム解析部、前記逆数演算部、または前記タップ係数算出部のうち同一処理を実行する構成部に出力することを特徴とするテレビ放送システム用中継放送装置。
請求項４に記載のテレビ放送システム用中継放送装置であって、
前記タップ係数算出部は、
前記逆数演算部の演算結果に含まれる回り込み伝達関数の値に基づいてフィルタタップ係数を算出することを特徴とするテレビ放送システム用中継放送装置。