JP4551889B2 - デジタル放送システムとこのシステムに用いられる放送装置及び監視装置 - Google Patents

デジタル放送システムとこのシステムに用いられる放送装置及び監視装置 Download PDF

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Description

本発明は、例えば、地上波デジタルテレビジョン放送を始めとするデジタル放送システムに関する。
現在運用されている地上波デジタルテレビジョン放送システムでは、現在、TS・TTL伝送ネットワーク、IF・TTLネットワーク、放送波受信・再送信ネットワークによって所要のサービスエリアをカバーしている。ここで、アナログ放送をデジタル放送に切り替えるに当たり、周波数の有効利用を図るため、SFN(Single Frequency Network:単一周波数ネットワーク)の採用が図られていた。ところが、実際には、送信所及び中継所間距離を十分に近づけることが困難で、両者の共通する受信エリアで2つの信号のずれがガードインターバルを越えてしまい、「受信エリア内にて2つの信号のずれをガードインターバル以内とする」というSFN(Single Frequency Network:単一周波数ネットワーク)の一つの条件を満たすことができない。また、中継局において、受信アンテナと送信アンテナとの間のアイソレーションを確保することが困難なケースが多く、これもSFN実現の障害ともなっている。
以上のことから、当初計画されたSFN(Single Frequency Network:単一周波数ネットワーク)による放送網の構築が技術的に困難な状況にあり、MFN(Multi-Frequency Network:マルチ周波数ネットワーク)で主要なサービスエリアをカバーしている。このため、周波数の有効利用が損なわれ、アナログ放送をデジタル放送に切り替える効果が半減している。また、SFNを組んだとき、受信信号はどの放送局から送信した信号かを識別することができないため、サービスエリア内の放送電波の最適化ができない、という問題もかかえている。
尚、サービスエリア内の受信レベルを一定に維持する技術として、特許文献1にOFDM変調されたテレビジョン信号をステップアッテネータでレベル調整し、電力増幅器で電力増幅して送信アンテナから送出するデジタルテレビ放送装置において、電波強度測定器によって送信アンテナから送出される送信信号の受信レベルを測定し、その測定結果に基づいてステップアッテネータにより変調信号のレベルを調整し、送出される送信信号の出力を一定に制御することが記載されている。
特開2000−324361公報
以上述べたように、従来のデジタル放送システムでは、中継伝送においてSFNによる放送網の構築が困難であり、また、SFNを組んだとき、受信信号はどの放送局から送信した信号かを識別することができないため、サービスエリア内の放送電波の最適化ができない、という問題もかかえている。
本発明は上記の課題を解決すべく、サービスエリア内の複数の放送装置の出力の放送電波を最適化してSFNによる放送網を構築することのできるデジタル放送システムと放送装置及び監視装置を提供することを目的とする。
上記問題を解決するために、本発明に係るデジタル放送システムは、以下の構成によることを特徴とする。
(1)有線または無線ネットワークによって配信されるデジタル放送信号を受けて、デジタル放送信号を無線波により受信者に向けて同一周波数で送出する複数の放送装置で放送網が構築されるデジタル放送システムにおいて、前記サービスエリア内に配置され、前記複数の放送装置それぞれから送出される無線波を任意の箇所で受信して受信状態を監視する監視手段と、前記監視手段で得られる受信状態に基づいて、前記任意の放送装置の無線波の出力を制御する出力制御手段とを具備することを特徴とする。
(2)(1)の構成において、前記複数の放送装置は、前記受信状態に基づいて出力電力を調整する出力電力調整手段を備えることを特徴とする。
(3)(1)の構成において、前記複数の放送装置は、前記受信状態に基づいて出力タイミングを調整する出力タイミング調整手段を備えることを特徴とする。
(4)(1)の構成において、前記複数の放送装置は、前記無線波のキャリア位相を互いに異なるパターンで変動させ、前記監視手段は前記無線波の受信信号についてキャリア変動パターンの同期検波を行って送出元を識別し、その送信元へ前記受信状態を通知することを特徴とする。
(5)(1)の構成において、前記複数の放送装置は、前記無線波に互いに異なる識別標識を付加して送出し、前記監視手段は前記無線波の受信信号から識別標識を判別して送出元を識別し、その送信元へ前記受信状態を通知することを特徴とする。
また、本発明に係る放送装置は、以下の構成によることを特徴とする。
(6)有線または無線ネットワークによって配信されるデジタル放送信号を受けて、デジタル放送信号を無線波により受信者に向けて同一周波数で送出する複数の放送装置で放送網が構築されるデジタル放送システムに用いられる放送装置であって、任意の箇所で前記デジタル放送信号の無線波を監視して得られる受信状態をに基づいてその受信状態が適正となるように前記無線波の出力を調整する出力調整手段と、前記無線波の送信元を識別させるために、前記無線波に予め決められた処理を施す識別用処理手段とを備えることを特徴とする。
(7)(6)の構成において、前記識別用処理手段は、前記無線波のキャリア位相を予め決められたパターンで変動させて送出することを特徴とする。
(8)(6)の構成において、前記識別用処理手段は、前記無線波に予め決められた識別標識を付加して送出することを特徴とする。
また、本発明に係る監視装置は、以下の構成によることを特徴とする。
(9)有線または無線ネットワークによって配信されるデジタル放送信号を受けて、デジタル放送信号を無線波により受信者に向けて同一周波数で送出する複数の放送装置で放送網が構築されるデジタル放送システムに用いられ、前記複数の放送装置からの無線波を受信して受信状態を監視する監視装置であって、受信した無線波から送出元を識別する識別手段と、前記識別手段で識別された送出元の放送装置に前記受信状態を通知する通知手段とを具備することを特徴とする。
(10)(9)の構成において、前記識別手段は、予め決められたキャリア変動パターンで送出される無線波を同期検波して当該パターンから送信元を識別することを特徴とする。
(11)(9)の構成において、前記識別手段は、予め決められた識別標識を付加して送出される無線波の受信信号から識別標識を判別して送信元を識別することを特徴とする。
すなわち、本発明では、各放送装置は有線または無線ネットワークを通じてデジタル放送信号の配信を受け、デジタル放送信号を無線波により受信者に向けて同一周波数で送出する。ここで、複数の放送装置から送出される信号に一定値以上のずれが生じた場合に混信障害となって受信不能となる。そこで、監視装置を設けて複数の放送装置からの無線波を受信して受信状態を監視し、受信した無線波の送出元の放送装置に対し、その受信状態が適正となるように無線波の出力電力、出力タイミング等を制御する。
監視装置が受信信号の送出元を識別するための手法として、ここでは、放送装置において、無線波のキャリア位相を互いに異なるパターンで変動させておく。あるいは無線波に互いに異なる識別標識を付加して送出する。監視装置側は、無線波の受信信号についてキャリア変動パターンの同期検波を行ってそのパターンから送出元を識別する、あるいは無線波の受信信号から識別標識を判別して送出元を識別する。
したがって本発明によれば、サービスエリア内の複数の放送装置の出力の放送電波を最適化してSFNによる放送網を構築することのできるデジタル放送システムと放送装置及び監視装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は本発明に係るデジタル放送システムの一実施形態を示すブロック図である。図1において、スタジオ11では、オンエアするデジタル放送TSをIPに変換して、光ファイバ回線、無線LAN、IP(インターネット・プロトコル)網等による有線・無線ネットワーク(既設のTS・TTLを含むが、以下の説明では、例としてIPネットワークを利用するものとする)NETを通じて、親局となる放送装置(以下、親局放送装置と称する)120に配信すると共に、当該親局放送装置120の管轄するサービスエリア内に配置されるN個の放送装置(以下、親局と区別するため、子局放送装置と称する)121〜12Nにも配信する。
放送装置120〜12Nは、いずれも同構成であり、図2に示すように構成される。図2において、ネットワーク配信されたIPデジタル放送信号はIP−TS変換器21に供給されてTSに変換され、遅延器22によって所定時間遅延された後、OFDM変調器23でOFDM変調されて、図1に示す送信アンテナA0〜ANから管轄のサービスエリアに向けて送出される。ここで、遅延器22の遅延時間は遅延時間制御器24によって制御される。また、OFDM変調器23のキャリア位相・振幅(信号レベル)はキャリア制御器25によって制御される。
上記親局放送装置120から出力されるデジタル放送信号は、親局送信所の送信アンテナA0から管轄サービスエリア全体に大電力で送信する。これに対し、そのエリア内に配置される子局放送装置121〜12Nは、必要十分な電力で、例えば親局ではカバーしきれないエリアに向けて送信する。放送装置120〜12Nそれぞれのサービスエリア(主に境界部分)には、監視装置(図では1個のみ示す)13が配置される。
この監視装置13は、遅延時間監視部TWとキャリア監視部CWを備える。遅延時間監視部は、図3(a)に示すように、受信アンテナで受けた受信信号を遅延プロファイル測定器TW1に入力して、放送装置それぞれの遅延時間に関する遅延プロファイルを測定し、その測定結果をIP送出器TW2でIPに変換し、上記ネットワークNETを通じて制御装置14へ通知する。また、キャリア監視部CWは、図3(b)に示すように、受信アンテナで受けた受信信号を遅延プロファイル測定器CW1に入力して、放送装置それぞれの信号レベルに関する遅延プロファイルを測定し、その測定結果をIP送出器CW2でIPに変換し、上記ネットワークNETを通じて制御装置14へ通知する。尚、遅延時間監視部TWとキャリア監視部CWとの構成は類似しているため、同じ機能は共用できる。
放送装置120〜12Nでは、制御装置14の図4に示す遅延時間制御処理(TC)、図5に示すキャリア制御処理(CC)に従い、上記監視装置13からの遅延プロファイルに基づいて遅延器22の遅延時間の制御及びOFDM変調器23のキャリア位相の制御を行う。また、システム全体の統括的な遅延及び出力電力(出力信号レベル)制御は、上記ネットワークNETに接続される制御装置14によって行われる。
上記構成において、以下にSFNを実現するための処理内容について説明する。尚、以下の説明において、監視装置の装置番号をq(最大値Q)、放送装置の装置番号をp(最大値P)とする。
まず、監視装置13において、遅延時間監視部TWの入力信号は、OFDM受信信号である。OFDM受信信号は、遅延プロファイル測定器TW1において、検出したい放送装置の遅延時間を測定し、IP送出(TW2)する。同様に、キャリア監視部の入力信号もOFDM受信信号である。OFDM受信信号は、遅延プロファイル測定器CW1において、検出したい放送装置の受信レベルの比を測定し、IP送出(CW2)する。
ここで、上記遅延プロファイル測定器TW1,CW1は、OFDM受信信号を周波数変換してOFDM復調を行い、周波数軸のOFDM信号を得て、周波数軸上のOFDM信号に配置されているSP(スキャッタード・パイロット)信号を用いて、受信信号の周波数軸の伝送路特性を求める。受信信号の伝送路特性をIDFT(逆離散フーリエ変換)することにより、時間軸の伝送路特性を求める。これが、遅延プロファイルである。遅延プロファイルは、例えば図6に示すようになる。遅延プロファイル上には、図6(a)に示すように、各放送装置から出力された信号がマルチパスのように表現されている。この遅延プロファイルを、後述する遅延時間制御(TC)にて同期検波する。この同期検波とは、遅延時間制御装置より伝えられたキャリア周波数偏差にて乗算し累算することを指す。同期検波により、図6(b)に示すように、同期した信号成分のみが遅延プロファイル上に残る。そこで、遅延プロファイルに残った信号から監視装置における親局からの主波に対する子局からの無線波の遅延時間を検出し、遅延プロファイルに残った信号の信号レベルとその他の信号レベルとから、監視装置における受信レベルの比を検出する。
制御装置14は、サービスエリア内の放送装置に番号(max=P:変数p)を付して管理し、サービスエリア内の監視装置に番号(max=Q:変数q)を付して管理して、図4に示す遅延時間制御処理(TC)、図5に示すキャリア制御処理(CC)を実行する。遅延時間制御処理(TC)の入力は、遅延時間監視部TWで得られる遅延時間であり、その出力は、放送装置の遅延制御器24を制御する。また、キャリア制御処理(CC)の入力は、キャリア監視部(CW)で得られる信号レベル比であり、その出力は放送装置のキャリア制御器25を制御する。
図4に示す遅延時間制御処理(TC)の処理手順を説明する。まず、監視装置13の番号(q)を初期化する(q=1)(ステップTC1)。次に、初期化・インクリメントにおいて、監視装置13に制御開始を指示する(ステップTC2)。一方で、監視対象とする放送装置120〜12Nの番号(p)を初期化する(p=1)(ステップTC3)。次に、初期化・インクリメントにおいて、放送装置pに制御開始を指示する(ステップTC4)。
指示を受けた放送装置pは、キャリアの位相を指示パターンあるいは予め決められたパターンで回転(周波数偏差にてキャリア周波数をずらす)させる(TC5)。これにより、監視装置13では、同期検波によりキャリア周波数の変動パターンを抽出し、この変動パターンを持つ受信信号について遅延プロファイルを測定し、遅延時間を測定し(ステップTC6)、その測定結果を制御装置14へ通知する(ステップS7)。
制御装置14では、放送装置の番号pが最大値Pとなったか否かを判定し(ステップS8)、最大値Pになるまで上記ステップTC4〜TC7の処理を繰り返し実行する。続いて、制御装置14では、監視装置の番号qが最大値Qとなったか否かを判定し(ステップTC9)、最大値Qになるまで上記ステップTC2〜TC8の処理を繰り返し実行する。以上の処理によって求められた遅延時間を対応する放送装置に通知し、遅延時間制御器24を通じて遅延器22の遅延時間を調整する(ステップTC10)。以上で一連の遅延時間制御処理が終了する。
図4に示す遅延時間制御処理(TC)の処理手順を説明する。まず、監視装置13の番号(q)を初期化する(q=1)(ステップTC1)。次に、初期化・インクリメントにおいて、監視装置13に遅延時間制御開始を指示する(ステップTC2)。一方で、監視対象とする放送装置120〜12Nの番号(p)を初期化する(p=1)(ステップTC3)。次に、初期化・インクリメントにおいて、放送装置pに遅延時間制御開始を指示する(ステップTC4)。
指示を受けた放送装置pは、キャリアの位相を制御装置14からの指示パターンあるいは予め決められたパターンで回転(周波数偏差にてキャリア周波数をずらす)させる(TC5)。一方、監視装置13では、制御装置14からの指示パターンあるいは予め決められたパターンで回転(周波数偏差にてキャリア周波数をずらす)するキャリアを生成し、このキャリアで同期検波することによりキャリア周波数の変動パターンを抽出し、この変動パターンを持つ受信信号について遅延プロファイルを求め、その遅延プロファイルから指定送信局の遅延時間を測定し(ステップTC6)、その測定結果を制御装置14へ通知する(ステップTC7)。
制御装置14では、放送装置の番号pが最大値Pとなったか否かを判定し(ステップTC8)、最大値Pになるまで上記ステップTC4〜TC7の処理を繰り返し実行する。続いて、制御装置14では、監視装置の番号qが最大値Qとなったか否かを判定し(ステップTC9)、最大値Qになるまで上記ステップTC2〜TC8の処理を繰り返し実行する。以上の処理によって求められた遅延時間を対応する放送装置に通知し、遅延時間制御器24を通じて遅延器22の遅延時間を調整することで、各放送装置の出力信号をサービスエリアにおける空間波に一致させる(ステップTC10)。以上で一連の遅延時間制御処理が終了する。
続いて、図5に示すキャリア制御処理(CC)の処理手順を説明する。まず、監視装置13の番号(q)を初期化する(q=1)(ステップTC1)。次に、初期化・インクリメントにおいて、監視装置13にキャリア制御開始を指示する(ステップCC2)。一方で、監視対象とする放送装置120〜12Nの番号(p)を初期化する(p=1)(ステップCC3)。次に、初期化・インクリメントにおいて、放送装置pにキャリア制御開始を指示する(ステップCC4)。
指示を受けた放送装置pは、キャリアの位相を指示パターンあるいは予め決められたパターンで回転(周波数偏差にてキャリア周波数をずらす)させる(CC5)。一方、監視装置13では、制御装置14からの指示パターンあるいは予め決められたパターンで回転(周波数偏差にてキャリア周波数をずらす)するキャリアを生成し、このキャリアで同期検波することによりキャリア周波数の変動パターンを抽出し、この変動パターンを持つ受信信号について遅延プロファイルを求め、この遅延プロファイルから信号レベル比を測定し(ステップCC6)、その測定結果を制御装置14へ通知する(ステップCC7)。
制御装置14では、放送装置の番号pが最大値Pとなったか否かを判定し(ステップCC8)、最大値Pになるまで上記ステップTC4〜TC7の処理を繰り返し実行する。続いて、制御装置14では、監視装置の番号qが最大値Qとなったか否かを判定し(ステップTC9)、最大値Qになるまで上記ステップTC2〜TC8の処理を繰り返し実行する。以上の処理によって求められた信号レベル比を対応する放送装置に通知し、キャリア制御器24を通じてOFDM変調器23のキャリアの信号レベルを調整する(ステップCC10)。以上で一連のキャリア制御処理が終了する。
以上の制御処理によって、サービスエリア内の受信電界が最適になるよう、各放送装置の出力信号レベルを調整する。ここで、「受信電界を最適にする」とは、各放送装置の出力信号が大きすぎると、受信地点においてガードインターバルを越えてマルチパスとなるため、SFNを構築できず、小さすぎると受信電界強度が不足して放送サービスを提供できなくなることを考慮し、受信エリアが最大になるようにすることをいう。
ところで、遅延時間制御部とキャリア制御部とで、同一の機能の部分は共用できる。上記制御装置14は、行列(p×q)を埋めるよう、総当りで実施するため測定に時間がかかる。このため、検出成分が≒0の場合は、測定対象から外すことが望ましい。
以上のように、上記構成によるデジタル放送システムでは、各放送装置120〜12Nのエリア内に監視装置13を設け、監視装置13において、放送装置120〜12Nからの無線波を順次受信して受信状態を監視し、その送出元の放送装置に対する受信状態を制御装置14に通知する。制御装置14は、監視装置13からの受信状態の通知を受けてその受信状態が適正となるように各送信装置120〜12Nの無線波の出力電力、出力タイミングを制御する。
したがって、上記構成によるデジタル放送システムによれば、サービスエリア内に配置される各放送装置の出力の放送電波を最適化することができ、SFNによる放送網を構築することができる。
ところで、上記実施形態では、監視装置13で得られた遅延時間、信号レベル比を制御装置14に通知し、制御装置14から該当する放送装置120〜12Nに遅延時間、信号レベル比を通知するようにしたが、監視装置13側で各放送装置120〜12Nと連携を取り、送出元の放送装置に直接監視結果を通知するようにしてもよい。この場合、送出元の放送装置を受信信号から識別する必要がある。
そこで、監視装置13が受信信号の送出元を識別するための手法として、以下の2方法が考えられる。第1の方法では、放送装置120〜12Nにおいて、無線波のキャリア位相を互いに異なるパターンで変動させておき、監視装置13側で、無線波の受信信号についてキャリア変動パターンの同期検波を行ってそのパターンから送出元を識別する。第2の方法では、放送装置120〜12Nにおいて、無線波に互いに異なる識別標識を付加して送出し、監視装置13側で、無線波の受信信号から識別標識を判別して送出元を識別する。これにより、制御装置14による総括的な制御の緩和が図れる。
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明に係るデジタル放送システムの一実施形態を示すブロック図。 図1に示すシステムの放送装置の具体的な構成を示すブロック図。 図1に示す監視装置の遅延時間監視部とキャリア監視部の構成を示すブロック図。 図1に示す制御装置の遅延時間制御処理の流れを示すフローチャート。 図1に示す制御装置のキャリア制御処理の流れを示すフローチャート。 図1に示す監視装置で測定される遅延プロファイルの調整前後の様子を示す図。
符号の説明
11…スタジオ、NET…ネットワーク、120〜12N…放送装置、13…監視装置、14…制御装置、21…IP−TS変換器、22…遅延器、23…OFDM変調器、24…遅延時間制御器、25…キャリア制御器、A0〜AN…送信アンテナ、TW…遅延時間監視部、CW…キャリア監視部、TW1…遅延プロファイル測定器、TW2…IP送出器、CW1…遅延プロファイル測定器、CW2…IP送出器。

Claims (5)

  1. 有線または無線ネットワークによって配信されるデジタル放送信号を受けて、デジタル放送信号を無線波により受信者に向けて同一周波数で送出する複数の放送装置で放送網が構築されるデジタル放送システムであって、
    前記複数の放送装置それぞれから送出される無線波を任意の箇所で受信して受信状態を監視する監視手段と、
    前記監視手段で得られる受信状態に基づいて、前記任意の放送装置の無線波の出力を制御する出力制御手段と
    を具備し、
    前記複数の放送装置は、前記無線波のキャリア位相を互いに異なるパターンで変動させ、前記監視手段は前記無線波の受信信号についてキャリア変動パターンの同期検波を行って送出元を識別し、その送信元へ前記受信状態を通知することを特徴とするデジタル放送システム。
  2. 前記複数の放送装置は、前記出力制御手段からの制御指示に従って出力電力を調整する出力電力調整手段を備えることを特徴とする請求項1記載のデジタル放送システム。
  3. 前記複数の放送装置は、前記出力制御手段からの制御指示に従って出力タイミングを調整する出力タイミング調整手段を備えることを特徴とする請求項1記載のデジタル放送システム。
  4. 有線または無線ネットワークによって配信されるデジタル放送信号を受けて、デジタル放送信号を無線波により受信者に向けて同一周波数で送出する複数の放送装置で放送網が構築されるデジタル放送システムに用いられる放送装置であって、
    任意の箇所で前記デジタル放送信号の無線波を監視して得られる受信状態に基づいてその受信状態が適正となるように前記無線波の出力を調整する出力調整手段と、
    前記無線波の送信元を識別させるために、前記無線波のキャリア位相を予め決められたパターンで変動させて送出する識別用処理手段と
    を備えることを特徴とするデジタル放送システムの放送装置。
  5. 有線または無線ネットワークによって配信されるデジタル放送信号を受けて、デジタル放送信号を無線波により受信者に向けて同一周波数で送出する複数の放送装置で放送網が構築されるデジタル放送システムに用いられ、前記複数の放送装置からの無線波を受信して受信状態を監視する監視装置であって、
    受信した無線波から予め決められたキャリア変動パターンで送出される無線波を同期検波して当該パターンから送出元を識別する識別手段と、
    前記識別手段で識別された送出元の放送装置に前記受信状態を通知する通知手段と
    を具備することを特徴とするデジタル放送システムの監視装置。
JP2006250141A 2006-09-14 2006-09-14 デジタル放送システムとこのシステムに用いられる放送装置及び監視装置 Expired - Fee Related JP4551889B2 (ja)

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