JP4374023B2 - 放送信号の時刻測定装置、この時刻測定装置を用いた送信装置及び中継装置、及び遅延時間測定装置 - Google Patents
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Description
(第1の実施形態)
図1は、この発明の第1の実施形態に係わる時刻測定装置141の構成を示すブロック図である。この時刻測定装置141は、送信所100に設置される。
送信所100は、同期装置101と、OFDM変調装置(OFDM MOD)102と、アップコンバータ(U/C)103と、送信装置(TX)104と、方向性結合器(方結)105とを備えている。
SP解析部112は、SP信号を補間して逆フーリエ変換することでFFTウインドウ信号を基準とした周波数特性信号を生成し、この周波数特性信号から遅延プロファイルを求め、この遅延プロファイルからFFTウインドウに対する受信信号の相対遅延時間情報を演算する。
OFDM復調部111に入力されたOFDM信号は、前置増幅器1111にて電力増幅され、周波数変換器1112により無線周波数(RF)帯から中間周波数(IF)帯に周波数変換され、IF信号となる。このIF信号はフィルタ1113によって所定の周波数成分が抽出された後、IF増幅器1114によって所定の振幅レベルに安定化される。IF増幅器1114の出力は、A/D(アナログ/デジタル)変換器1115によりデジタルIF信号に変換された後、直交復調部1116で直交復調され、複素形式のデジタルベースバンド信号I1,Q1となる。ここで得られたデジタルベースバンド信号I1,Q1は、ウインドウ生成手段を構成するシンボルタイミング生成器1117,FFT処理器1118及び周波数同期検出器1119にそれぞれ供給される。
まず、放送用OFDM信号の送信時刻を測定するために、以前は3つの方式が考えられていた。
(第1の方式)
第1の方式は、送信所内の各機器の遅延時間が既知である場合に、この遅延時間を示す情報をOFDM信号中に挿入して送信所に送信することで、送信所内でタイミングを制御できる方式である。
一方、図6に示すように、地上波デジタル放送受信機の技術を利用して送信信号の時刻を推定する方法も考えられる。図6において、放送信号はチューナ31において所定の中間周波数もしくはベースバンド周波数に変換される。中間周波数もしくはベースバンド周波数は、A/D変換器32でデジタル信号に変換された後、次段のFFT変換器36においてOFDM復調される。
一方、A/D変換器32の出力は、1シンボル遅延回路33、相関演算回路34およびシンボル同期検出回路35で構成されるシンボル同期検出部に供給される。
しかしながら、上記第2の方式では、次のような理由から高い精度で送信時刻を測定するには困難である。
すなわち、図8(c)に示すように、相関出力は急峻なピークを持たないため相関演算出力の検出設定レベルによりタイミング位置がずれやすい。従って、受信レベルにより、タイミングに誤差が生じる危険性がある。また、相関演算出力の波形は雑音が重畳された場合、その影響でタイミングに誤差が生じる。さらに、放送波中継局における受信信号は一般にマルチパスの影響を受けるため、相関演算出力が理想的な三角形とならないため、タイミングに誤差を生じる。
一方、OFDM信号の特長を生かしてマルチパス波の遅延時間を測定する技術も実用化されている。
図9はマルチパス波が存在する場合のOFDM信号の周波数特性を示している。一方、図10はそのときの遅延プロファイルを示している。
以下、第1の実施形態について説明する。
図13は、OFDM復調部111における受信OFDM信号とFFT復調を行うためのFFTウインドウのタイミング関係を示したものである。
ここで、OFDM信号を構成する各サブキャリアの位相とFFTウインドウの関係について説明する。
k:伝送帯域下端のサブキャリア番号を0とする全帯域のサブキャリア番号
n:シンボル番号
K:サブキャリア総数
Ts:シンボル期間長
Tg:ガード期間長
Tu:有効シンボル長
fc:RF中心周波数
Kc:RF信号の中心周波数に対応するサブキャリア番号
c(n,k):シンボル番号、サブキャリア番号kに対応するキャリアシンボルの変調成分(複素座標表現)
Ψ(n,k,t):シンボル番号、サブキャリア番号kに対応するキャリアシンボルの複素演算子(単位振幅で位相回転を複素表示)
FFTウインドウは、前記図8に示したように、ガードインターバル部分の相関演算から求めることが一般的であり、前述のように雑音、受信レベル、マルチパスなどの影響で変動しやすい。
(2)分散パイロット信号をサンプル点として求めた周波数特性を逆フーリエ変換し遅延プロファイルを求める方法。
一方、本提案の時刻測定装置141を送信時刻tmの測定に使用する場合には、次式に示すように受信入力端子−FFT処理器1118間の信号処理遅延時間tfを補正する必要がある。
受信入力端子−FFT処理器1118の間の信号処理遅延の主な要因は、前置増幅器1111、周波数変換器1112、フィルタ1113、IF増幅器1114等の遅延である。一般に動作レベルが大きく変化しない場合は信号処理遅延時間は殆ど変化しないので、受信入力端子−FFT処理器1118間の遅延時間tfをあらかじめ測定して送信指定時刻演算部114内のデータテーブル1141に格納しておき、測定された受信時刻trに[9]式の補正を施せば、時刻測定装置141として使用することができる。
図18は、この発明の第2の実施形態に係わる時刻測定装置141の適用例を示すブロック図である。なお、図18において、上記図1と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
図19は、この発明の第3の実施形態に係わる時刻測定装置141の適用例を示すブロック図である。なお、図19において、上記図18と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
この発明の第4の実施形態は、上記第1乃至第3の実施形態による時刻測定装置141を利用して伝送システムの遅延時間差を測定するものである。
図20は、この発明の第4の実施形態に係わる送信時刻測定装置の適用例を示すブロック図である。なお、図20において、上記図1と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
すなわち、この第4の実施形態は、IF伝送方式の送信所の入力から出力までの遅延時間の測定を行う実施形態である。本発明の時刻測定装置141の入力端に設置された切替器133は、送信所の入力と出力を切替えるものである。
まず、切替器133で分配器117の出力信号を選択し、時刻測定装置141によりその分配器117の出力信号の送信時刻を測定し、測定結果をt1とする。次に、切替器133で方向性結合器105の出力信号を選択し、時刻測定装置141により方向性結合器105の出力信号の送信時刻を測定し、測定結果をt2とする。
図21は、この発明の第5の実施形態に係わる時刻測定装置141の適用例を示すブロック図である。なお、図21において、上記図1と同一部分には同一符号を付して詳細な説明を省略する。
すなわち、この第5の実施形態では、同期装置101によりTS信号に挿入されたフレーム先頭フラグを検出する。検出されたフレーム先頭フラグは、入力TS信号のOFDMフレームタイミング信号として時刻測定装置141内の受信タイミング測定部115に送られる。受信タイミング測定部113では、OFDMフレームタイミングの時刻t2を、測定した方向性結合器105の出力の送信時刻t1から差し引くことにより、送信所における遅延時間tdを求めることができる。この場合、被測定伝送システムに含まれるOFDM変調器102などの機器を含めた遅延時間の測定となる。
なお、上記第4及び第5の実施形態は、同一の送信所における遅延時間測定を行う例であるが、SFN実現のためにはSTLなどの伝送システムを含めたトータルの遅延量を把握する必要がある。
この発明の第6の実施形態は、SFNを形成する伝送装置および送信所のトータルの遅延を測定するものである。
td2=t2−t0
上記第6の実施形態は、無線STLがIF伝送方式の場合を事例として示したが、OFDM変調器を送信所に設置し、STL回線でTS信号を伝送するTS伝送方式の場合には送信時刻測定装置163の代わりに同期装置101を用い、TS信号中のフレーム先頭フラグを検出しその時刻データを送信時刻t0として遅延時間測定装置164に供給することにより、IF伝送方式の場合と同様にSTL装置および回線を含む総遅延量を測定することができる。なお、上記フレーム先頭フラグを多重化装置が出力する場合には、直接そのタイミングをt0として使用することにより、上記同期装置101を省略することができる。
第7の実施形態は、例えば第6の実施形態において、STL回線(#1)とSTL回線(#2)の相対遅延時間差がシンボル間隔を超えるような場合は、前記第1の実施形態で示した時刻測定装置では測定するキャリアシンボルを特定できなくなるため、基準時刻に対する遅延時間測定の誤差を生じる。このような場合は、フレーム先頭のキャリアシンボルを識別して基準時刻に対する遅延時間を測定することにより、前記誤差を防止できる。
この発明は、上記各実施形態に限定されるものではない。上記第1の実施形態では、予め測定された受信入力端からフーリエ変換器入力端までの遅延時間情報とOFDM信号の信号レベルとの対応関係を表すテーブルを用いてOFDM信号のシンボル送信時刻を求める例について説明した。しかしこれに限ることなく、例えばネットワークアナライザなどの汎用測定器で測定した情報を取得するようにしてもよい。
また、上記各実施形態では、GPS衛星からの信号を受信して基準時刻情報を生成する例について説明したが、これに限ることなく、GPS以外のシステムを利用してもよい。
また、上記第4及び第5の実施形態では、送信所の入力信号と出力信号とを用いて、伝送遅延時間を測定する例について説明したが、入力信号及び出力信号のいずれか一方について送信時刻が既知であれば、この既知の送信時刻と測定により得られる送信時刻との差を求めることにより、送信所内の系統障害発生時等の影響を受けることなく簡単に伝送遅延時間を測定できる。さらに、第6の実施形態においても、事前に遅延時間を測定しておき、この既知となる遅延時間と、実際に測定した送信所間の遅延時間との差を求めることで、差が許容範囲内に入っている場合にシステムが正常に動作していることを確認でき、これにより測定上の信頼性を高めることができる。
さらに、地上波デジタル放送に限らず、衛星から到来する放送波を使用したシステムにも実施できる。
その他、システム構成、スタジオ及び送信所の構成、中継局の構成、時刻測定装置の構成、送信時刻の測定方法及び伝送遅延時間の測定方法等についても、この発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施できる。
Claims (20)
- 互いに直交関係にある複数のサブキャリアそれぞれに既知の振幅・位相特性を有する基準キャリアシンボル信号が一定の周波数間隔及び一定のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)シンボル間隔で繰り返し乗せられ、かつOFDM方式によりモード及びガードインターバル長が既知であるデジタル放送信号を受信し、この受信信号についての到来時刻を測定する時刻測定装置であって、
前記受信信号を1シンボル分遅延して遅延前後の前記ガードインターバルの相関をとり、この相関結果に基づいて、OFDMシンボルタイミング信号を生成し、前記生成されたOFDMシンボルタイミング信号を基準として前記受信信号をFFT(Fast Fourier Transformation)処理するために必要なFFTウインドウ信号を生成するウインドウ生成手段(1117)と、
前記FFTウインドウ信号に基づいて、前記受信信号をFFT処理するFFT手段(1118)と、
前記FFTウインドウ信号生成時の基準時刻情報を取得する時刻情報取得手段(113)と、
前記FFT手段の出力から前記基準キャリアシンボル信号を抽出するキャリアシンボル抽出手段(1122)と、
このキャリアシンボル抽出手段で抽出された基準キャリアシンボル信号が属するOFDMシンボル信号と前記FFTウインドウ信号との時間差を測定する測定手段(112,113)と、
前記時刻情報取得手段(113)で得られた基準時刻情報及び前記測定手段(112,113)により測定された時間差に基づいて、前記到来時刻を求める演算手段(114)とを具備したことを特徴とする時刻測定装置。 - 前記デジタル放送信号がフレーム構造をとり、当該デジタル放送信号にフレーム同期を特定するTMCC(Transmission Mode Configuration Control)信号が付加されているとき、
前記FFT手段の出力から前記TMCC信号を抽出し、当該TMCC信号からフレーム同期信号を検出する検出手段(1120)をさらに備え、
前記演算手段(114)は、前記基準時刻情報、前記時間差及び前記フレーム同期信号に基づいて前記到来時刻を求めることを特徴とする請求項1記載の時刻測定装置。 - 前記演算手段(114)は、
前記受信信号を入力するための入力端子から前記FFT手段までの処理に要する信号処理遅延時間情報を格納する格納手段(1141)をさらに備え、
前記到来時刻から前記信号処理遅延時間情報を差し引くことで、前記デジタル放送信号の送信時刻を求めることを特徴とする請求項1記載の時刻測定装置。 - 前記演算手段(114)は、
入力端子から前記FFT手段(1118)までの信号処理遅延時間情報と入力信号レベルとの関係を表すテーブルを格納する格納手段(1181)と、
別途提供される入力信号レベルに基づいて、該当する信号処理遅延時間情報を読み出し出力する出力手段(118)とを備えることを特徴とする請求項3記載の時刻測定装置。 - 前記キャリアシンボル抽出手段(1122)は、前記基準キャリアシンボル信号として分散パイロット信号を抽出し、
前記測定手段(112,113)は、前記分散パイロット信号が含まれるサブキャリアの位相を測定し、前記サブキャリア位相の周波数軸方向の変化を微分演算することにより得られる前記サブキャリアが属するOFDMシンボルと前記FFTウインドウ信号との間の相対遅延時間情報を用いることを特徴とする請求項1記載の時刻測定装置。 - 前記測定手段(112,113)は、前記分散パイロット信号を標本点としてIFFT処理を行うことにより、前記FFTウインドウ信号に対する受信信号の相対遅延時間情報を求めることを特徴とする請求項5記載の時刻測定装置。
- 前記測定手段(112,113)は、前記複数のサブキャリアの相対遅延時間の平均値を求め、この平均値を前記受信信号全体の相対遅延時間情報とすることを特徴とする請求項5記載の時刻測定装置。
- 前記キャリアシンボル抽出手段(1122)は、前記基準キャリアシンボル信号として連続パイロット信号を抽出することを特徴とする請求項1記載の時刻測定装置。
- 前記キャリアシンボル抽出手段(1122)は、前記基準キャリアシンボル信号としてAC(Auxiliary Channel)信号の変調成分を除去した信号を抽出することを特徴とする請求項1記載の時刻測定装置。
- 送信側となる演奏所で伝送信号を伝送路へ送出し、受信側となる送信局で前記伝送路からの伝送信号を受信しOFDM変調装置(102)にて変調出力する伝送システムで送信局として用いられる送信装置であって、
前記請求項1記載の時刻測定装置(111,112,113,114)と、
前記OFDM変調装置(102)の前段に設けられ、前記OFDM変調装置(102)の入力信号を任意の遅延量で遅延する遅延装置(116)と、
前記時刻測定装置(111,112,113,114)による測定結果に基づいて、前記遅延装置(116)の遅延量を制御する遅延制御手段(1161)とを具備したことを特徴とする送信装置。 - 送信側となる演奏所で伝送信号を伝送路へ送出し、受信側となる送信局で前記伝送路からの伝送信号を受信しOFDM変調装置(102)にて変調出力する伝送システムで送信局として用いられる送信装置であって、
前記請求項1記載の時刻測定装置(111,112,113,114)と、
前記OFDM変調装置(102)の後段に設けられ、前記OFDM変調装置(102)の出力信号を任意の遅延量で遅延する遅延装置(116)と、
前記時刻測定装置(111,112,113,114)による測定結果に基づいて、前記遅延装置(116)の遅延量を制御する遅延制御手段(1161)とを具備したことを特徴とする送信装置。 - 送信側でOFDM変調装置にて伝送信号を変調して伝送路へ送出し、受信側となる中継局で前記伝送路からのOFDM変調信号を受信し再送信する伝送システムで中継局として用いられる中継装置であって、
前記請求項1記載の時刻測定装置(111,112,113,114)と、
前記OFDM変調信号を任意の遅延量で遅延する遅延装置(116)と、
前記時刻測定装置(111,112,113,114)による測定結果に基づいて、前記遅延装置(116)の遅延量を制御する遅延制御手段(1161)とを具備したことを特徴とする中継装置。 - 送信側で伝送信号を伝送路へ送出し、受信側となる中継局で前記伝送路からの伝送信号を受信しOFDM変調装置(102)にて変調し再送信する伝送システムに用いられる中継装置であって、
前記請求項1記載の時刻測定装置(111,112,113,114)と、
前記OFDM変調装置(111,112,113,114)の後段に設けられ、前記OFDM変調装置(102)の出力信号を任意の遅延量で遅延する遅延装置(116)と、
前記時刻測定装置による測定結果に基づいて、前記遅延装置(116)の遅延量を制御する遅延制御手段(1161)とを具備したことを特徴とする中継装置。 - 請求項1記載の時刻測定装置を用いて前記デジタル放送信号を処理する信号処理系統の遅延時間を測定する遅延時間測定装置であって、
前記デジタル放送信号を直接時刻測定装置(141)に入力し、該入力信号の送信時刻を測定する第1の時刻測定手段と、
前記デジタル放送信号を前記信号処理系統(103,104,105)を介して前記時刻測定装置(141)に入力し、該入力信号の送信時刻を測定する第2の時刻測定手段と、
前記第1及び第2の測定手段による測定結果に基づいて遅延時間を求める演算手段(114)とを具備したことを特徴とする遅延時間測定装置。 - 前記第1の時刻測定手段は、所定の切替タイミングで前記信号処理系統の入力信号と出力信号とを選択的に導出する切替器(133)を用いて、前記デジタル放送信号を切替器(133)を介して前記時刻測定装置(111,112,113,114)に入力し、
前記第2の時刻測定手段は、前記信号処理系統の出力信号を前記切替器(133)を介して前記時刻測定装置(111,112,113,114)に入力するようにしたことを特徴とする請求項14記載の遅延時間測定装置。 - 前記第1の時刻測定手段は、前記デジタル放送信号を前記時刻測定装置(141)の信号処理手段(113)に直接入力し、
前記第2の時刻測定手段は、前記信号処理系統(102、103、104、105)の出力信号を前記時刻測定装置(141)の信号処理手段に直接入力するようにしたことを特徴とする請求項14記載の遅延時間測定装置。 - 前記演算手段は、前記第1及び第2の時刻測定手段のいずれか一方で得られる測定結果と、別途提供される測定結果とに基づいて遅延時間を求めることを特徴とする請求項14記載の遅延時間測定装置。
- 複数の地点から同一のデジタル放送信号を送信または中継再送する伝送システムの各送信局または中継局に設置される前記請求項1記載の時刻測定装置を用いて前記伝送システムの伝送遅延時間を測定する遅延時間測定装置であって、
各送信局または中継局で測定された前記デジタル放送信号の送信時刻情報を収集する収集手段(174−1,174−2)と、
この収集手段(174−1,174−2)による収集結果に基づいて伝送遅延時間を求める演算手段(164)とを具備したことを特徴とする遅延時間測定装置。 - 前記演算手段(164)で得られる伝送遅延時間と、別途提供される伝送遅延時間との差分を求める差分演算手段をさらに備えることを特徴とする請求項18記載の遅延時間測定装置。
- 互いに直交関係にある複数のサブキャリアそれぞれに既知の振幅・位相特性を有する基準キャリアシンボル信号が一定の周波数間隔及び一定のOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplex)シンボル間隔で繰り返し乗せられ、かつOFDM方式によりモード及びガードインターバル長が既知であり、しかもフレーム同期を特定するTMCC(Transmission Mode Configuration Control)信号が付加されたデジタル放送信号を受信し、この受信信号についての到来時刻を測定する時刻測定装置であって、
前記受信信号を1シンボル分遅延して遅延前後の前記ガードインターバルの相関をとり、この相関結果に基づいて、OFDMシンボルタイミング信号を生成し、前記生成されたOFDMシンボルタイミング信号を基準として前記受信信号をFFT(Fast Fourier Transformation)処理するために必要なFFTウインドウ信号を生成するウインドウ生成手段(212)と、
前記FFTウインドウ信号に基づいて、前記受信信号をFFT処理するFFT手段(213)と、
前記FFTウインドウ信号生成時の基準時刻情報を取得する時刻情報取得手段(218)と、
前記FFT手段(213)の出力から前記TMCC信号を抽出し、当該TMCC信号からフレーム同期信号を検出する検出手段(215)と、
前記基準時刻情報と前記フレーム同期信号に同期した前記FFTウインドウ信号との時間差を測定する測定手段(214)と、
前記FFT手段(213)の出力から前記基準キャリアシンボル信号を抽出するキャリアシンボル抽出手段(216)と、
このキャリアシンボル抽出手段(216)により抽出された基準キャリアシンボル信号から遅延プロファイルを求める遅延プロイファイル演算手段(217)と、
前記遅延プロファイルに基づいて、前記測定手段(214)により測定された時間差を補正することで前記到来時刻を求める補正手段(219)とを具備したことを特徴とする時刻測定装置。
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