JP6332977B2

JP6332977B2 - Ｑａｍ変調方法並びにｑａｍ変調装置及びこれを用いたｃａｔｖシステム

Info

Publication number: JP6332977B2
Application number: JP2014007695A
Authority: JP
Inventors: 浩二菊島
Original assignee: Toyama University
Current assignee: Toyama University
Priority date: 2014-01-20
Filing date: 2014-01-20
Publication date: 2018-05-30
Anticipated expiration: 2034-01-20
Also published as: JP2015138980A

Description

本発明は、複数の周波数のキャリア信号を、特定の信号によって直交振幅変調するＱＡＭ変調方法並びにＱＡＭ変調装置及びこれを用いたＣＡＴＶシステムに関する。

ＣＡＴＶシステムは、ＢＳ、ＣＳ、地上波デジタル等のテレビ局が放送した番組（以下、一般番組と称す）の放送波をＣＡＴＶ局で受信し、通信ケーブルを通じて契約者に配信している。例えば、図３に示すＣＡＴＶシステム１０の場合、屋上等に受信アンテナが設置されたＣＡＴＶ局１２と、通信ケーブルである光ファイバ網１３を備えている。ＣＡＴＶ局１２は、図４（ａ）に示すように、一般番組のチャンネル数に対応するｎ個のＱＡＭ変調器１４(1)〜１４(n)と、周波数多重器１６と、電気／光変換器１８とが設けられている。ＱＡＭ変調される各一般番組の映像信号（以下、一般信号１〜ｎと称す）は、それぞれ同相信号Iと直交位相信号Qとで構成されており、同相信号I(1)と直交位相信号Q(1)、同相信号I(2)と直交位相信号Q(2)、・・・、同相信号I(n)と直交位相信号Q(n)がそれぞれ、対応するＱＡＭ変調器１４(1)〜１４(n)に入力される。

ＱＡＭ変調器１４(1)は、図４（ｂ）に示すように、所定の周波数のキャリア信号を発生するキャリア発生器２０(1)、π/２移相器２２(1)、及び乗算器２４ａ(1)，２４ｂ(1)で構成される。キャリア発生器２０(1)は、周波数f(1)の信号であるキャリア信号Ca(1)を出力し、π/２移相器２２(1)は、キャリア信号Ca(1)の位相をπ/２ずらした移相信号Cb(1)を出力する。乗算器２４ａ(1)は、キャリア信号Ca(1)に一般信号１の同相信号I(1)を乗じた信号を出力し、乗算器２４ｂ(1)は、移相信号Cb(1)に一般信号１の直交位相信号Q(1)を乗じた信号を出力する。すなわち、乗算器２４ａ(1)，２４ｂ(1)は、キャリア信号Ca(1)を一般信号１によってそれぞれ直交振幅変調（ＱＡＭ変調）したＱＡＭ変調信号QM(1)を出力する。

ＱＡＭ変調器１４(2)も同様に、キャリア発生器２０(2)、π/２移相器２２(2)、及び乗算器２４ａ(2)，２４ｂ(2)で構成され、乗算器２４ａ(2)，２４ｂ(2)が、キャリア信号Ca(2)を一般信号２によって直交振幅変調したＱＡＭ変調信号QM(2)を出力する。ＱＡＭ変調器１４(3)〜１４(n)についても同様である。なお、キャリア発生器２０(1)〜２０(n)が出力するキャリア信号Ca(1)〜Ca(n)は、例えばＣＡＴＶ信号においては９０〜７７０ＭＨｚ内で設定され、周波数f(1)〜f(n)が互いに干渉しない程度に６ＭＨｚ毎に異なるものである。

周波数多重器１６は、ＱＡＭ変調器１４(1)〜１４(n)が出力するＱＡＭ変調信号QM(1)〜QM(n)を周波数多重して出力する。電気／光変換器１８は、例えば半導体レーザ等で構成され、周波数多重器１６が出力する電気信号をコヒーレントな光信号に変換して光ファイバ網１３に向けて出力する。以下、電気／光変換器１８の出力信号を一般ＱＡＭ光信号Hiと称す。

このＣＡＴＶ局１２の構成は、特許文献１に開示されたＣＡＴＶ伝送システムが有するＣＡＴＶセンターとほぼ同様の構成である。

特開平７−１７０２４４号公報

２０１１年の東日本大震災では津波の襲来によって多くの人命が失われ、住民の避難の遅れが被害を拡大させた要因の１つであると言われている。したがって、次の災害に備えるため、近隣住民に対して緊急情報（避難を呼びかける情報等）を迅速かつ的確に伝達できるシステムを早急に構築することが求められている。

地上波デジタル放送の場合、地域ごとの緊急情報は、ローカルテレビ局から放送することができる。しかし、ＢＳ，ＣＳ等の多チャンネル放送は全国放送なので、地域ごとの緊急情報を放送することができない。したがって、全国各地に設けられているＣＡＴＶ局で独自の特定番組（緊急情報等を伝える映像）を制作し、全チャンネルを通じて特定番組をその地域に配信する形態が望ましい。

従来のＣＡＴＶ局１２の場合、各一般番組の映像に字幕スーパーを上書きする形で緊急情報を配信することは容易であるが、文字では緊迫した状況が伝わりにくいので、やはり映像や音声を含む特定番組を配信するのが望ましい。しかし、ＣＡＴＶ局１２の構成を考えると、一般番組を配信する全チャンネルを一括して特定番組に切り替えるのは容易ではない。

従来の技術では、一般番組を配信する全チャンネルを一括して特定番組に切り替える方法として、例えば、図５に示すＣＡＴＶ局２６ように、従来のＣＡＴＶ局１２の構成の一部を改変して、上記の切り替えを行う方法が考えられる。具体的には、ＱＡＭ変調器１４(1)〜１４(n)の前段に２連式の切替スイッチ２８(1)〜２８(n)を各々挿入し、ＱＡＭ変調器１４(1)〜１４(n)に入力される一般信号１〜ｎを、特定番組の映像信号（以下、特定信号ｋと称する）に切り替え可能にする方法である。

しかしながら、このＣＡＴＶ局２６の構成は、切替スイッチ２８(1)〜２８(n)の数が多いので、切り替えの操作が複雑化し、緊急時に間違えやすい。さらに、特定信号ｋの変調を常時モニタすることができないので、特定番組に関連する装置に故障や不備があっても事前に把握できず、切り替え後に放送事故が発生するおそれがある。

本発明は、上記背景技術に鑑みて成されたものであり、複数のキャリア信号を特定信号によって容易且つ確実に一括変調できるＱＡＭ変調方法とＱＡＭ変調装置、及び全チャンネルを一括して特定番組に切り替えるのが容易なＣＡＴＶシステムを提供することを目的とする。

本発明は、周波数が異なる複数のキャリア信号を、同相信号及び直交位相信号で構成された特定信号によって、それぞれ直交振幅変調するＱＡＭ変調方法であって、前記複数のキャリア信号を周波数多重した信号を第一の光信号に変換する第一の電気／光変換ステップと、前記各キャリア信号とそれぞれ位相がπ/２だけ移相した複数の移相信号を周波数多重した信号を、第二の光信号に変換する第二の電気／光変換ステップと、前記第一の光信号を前記同相信号で強度変調して第一のＱＡＭ光信号を得る第一の光変調ステップと、前記第二の光信号を前記直交位相信号で強度変調して第二のＱＡＭ光信号を得る第二の光変調ステップとを備えるＱＡＭ変調方法である。

また本発明は、周波数が異なる複数のキャリア信号を、同相信号及び直交位相信号で構成された特定信号によって、それぞれ直交振幅変調するＱＡＭ変調装置であって、前記複数のキャリア信号を周波数多重した信号を、光信号に変換して出力する第一の電気／光変換器と、前記各キャリア信号とそれぞれ位相がπ/２だけ移相した複数の移相信号を周波数多重した信号を、光信号に変換して出力する第二の電気／光変換器と、前記第一の電気／光変換器の出力信号を前記同相信号によって強度変調した第一のＱＡＭ光信号を出力する第一の光変調器と、前記第二の電気／光変換器の出力信号を前記直交位相信号によって強度変調した第二のＱＡＭ光信号を出力する第二の光変調器と、を備えるＱＡＭ変調装置である。

さらに本発明は、上記のＱＡＭ変調装置が設置されたＣＡＴＶ局を有し、複数の一般番組又は特定番組を前記ＣＡＴＶ局から通信ケーブルを通じて複数の契約者に配信するＣＡＴＶシステムであって、前記ＣＡＴＶ局には、前記各キャリア信号を、前記各一般番組が信号化された複数の一般信号によってそれぞれ直交振幅変調して出力する複数のＱＡＭ変調器と、前記各ＱＡＭ変調器の出力信号を周波数多重して出力する周波数多重器と、前記周波数多重器の出力信号を前記各一般番組の一般ＱＡＭ光信号に変換し、前記通信ケーブルに向けて出力する第三の電気／光変換器と、前記特定番組が信号化された前記特定信号が入力され、前記第一及び第二のＱＡＭ光信号を出力する前記ＱＡＭ変調装置と、前記第一及び第二のＱＡＭ光信号を合波した特定ＱＡＭ光信号と前記一般ＱＡＭ光信号の何れかを前記通信ケーブルに向けて送信可能にする切替装置とが設けられているＣＡＴＶシステムである。

前記切替装置は、前記第三の電気／光変換器の出力と前記通信ケーブルとを結ぶ伝送路と、前記ＱＡＭ変調装置の出力と前記通信ケーブルとを結ぶ伝送路の何れか一方を導波可能にする光スイッチであることが好ましい。また、前記ＱＡＭ変調装置の出力と前記光スイッチとを結ぶ伝送路に、前記特定ＱＡＭ光信号を受信するための受信装置が接続されていることが好ましい。

本発明のＱＡＭ変調方法は、複数のチャンネルに対応したキャリア信号を一括して直交振幅変調できるので、各キャリア信号を個別に変調する方法よりも、変調の信頼性が向上する。

本発明のＱＡＭ変調装置は、部品点数が少なくシンプルに構成できるので、ハード的にも信頼性が高く、低コスト化も容易である。

さらに、本発明のＣＡＴＶシステムは、所定の切替装置を制御することにより、全ての一般番組の映像を一括して容易に特定番組の映像に切り替えることができるので、例えば災害等に関する緊急情報を、地域住民に対して迅速かつ的確に配信することができる。また、既存のＣＡＴＶ局の設備を改造することによって安価に実現できる構成なので、各地のＣＡＴＶ局に普及させやすい。

本発明のＱＡＭ変調装置の一実施形態を示すブロック図である。本発明のＣＡＴＶシステムの一実施形態が有するＣＡＴＶ局の構成を示すブロック図である。従来のＣＡＴＶシステムの概略の構成を示すブロック図である。従来のＣＡＴＶ局の構成の一例を示すブロック図である。従来のＣＡＴＶ局の構成の他の例を示すブロック図である。

以下、本発明のＱＡＭ変調方法及びＱＡＭ変調装置の一実施形態について、図１に基づいて説明する。ここで、従来と同様の構成は、同一の符号を付して説明する。この実施形態のＱＡＭ変調装置３０は、周波数が異なる複数のキャリア信号を、同相信号I(k)及び直交位相信号Q(k)で構成された特定信号ｋによって、それぞれ直交振幅変調する装置である。

ＱＡＭ変調装置３０は、キャリア信号を発生するキャリア発生器３２(1)〜３２(n)、信号位相をπ/２だけ移相させるπ/２移相器３４(1)〜３４(n)を備えている。キャリア発生器３２(1)〜３２(n)は、それぞれ周波数f(1)〜f(n)のキャリア信号Ca(1)〜Ca(n)を出力し、π/２移相器３４(1)〜３４(n)は、それぞれキャリア信号Ca(1)〜Ca(n)と位相が直交する移相信号Cb(1)〜Cb(n)を出力する。キャリア発生器３２(1)〜３２(n)の後段には第一の周波数多重器３６が設けられ、キャリア信号Ca(1)〜Ca(n)を周波数多重した信号を出力する。π/２移相器３４(1)〜３４(n)の後段には第二の周波数多重器３８が設けられ、移相信号Cb(1)〜Cb(n)を周波数多重した信号を出力する。

第一の周波数多重器３６の後段には、多重化された周波数の電気信号をコヒーレントな光信号に変換する半導体レーザ等である第一の電気／光変換器４０が設けられ、第一の周波数多重器３６の出力信号を第一の光信号に変換する動作（第一の電気／光変換ステップ）を行う。第二の周波数多重器３８の後段にも、半導体レーザ等である第二の電気／光変換器４２が設けられ、第二の周波数多重器３８の出力信号を第二の光信号に変換する動作（第二の電気／光変換ステップ）を行う。

第一の電気／光変換装置４０の後段には第一の光変調器４４が設けられ、第一の光信号を、特定信号ｋが有する同相信号I(k)によって強度変調した第一のＱＡＭ光信号QMaを出力する動作（第一の光変調ステップ）を行う。第二の電気／光変換装置４２の後段には第二の光変調器４６が設けられ、第二の光信号を、特定信号ｋが有する直交位相信号Q(k)によって強度変調した第二のＱＡＭ光信号QMbを出力する動作（第二の光変調ステップ）を行う。第一及び第二の光変調器４４，４６で行う強度変調は、上述の乗算器２４ａ(1)〜２４ａ(n)，２４ｂ(1)〜２４ｂ(n)による変調と、原理的に同じである。

以上説明したように、この実施形態のＱＡＭ変調方法及びＱＡＭ変調装置３０によれば、複数のキャリア信号Ca(1)〜Ca(n)を一括して直交振幅変調できる。したがって、個別に変調する方法よりも変調の信頼性が向上する。また、装置内部の部品点数が少なくシンプルに構成できるので、ハード的にも信頼性が高く、低コスト化も容易である。

次に、本発明のＣＡＴＶシステムの一実施形態について、図２に基づいて説明する。ここで、従来と同様の構成は、同一の符号を付して説明を省略する。この実施形態のＣＡＴＶシステムは、従来のＣＡＴＶシステム１０におけるＣＡＴＶ局１２を、図２に示すＣＡＴＶ局４８に置き換えたものであり、ＣＡＴＶ局４８の内部に上述のＱＡＭ変調装置３０が使用されている。

ＣＡＴＶ局４８は、複数の一般番組を配信するためのブロック４９と、特定番組を配信するためのブロック５１と、一般番組を配信する全チャンネルを特定番組に切り替えるための切替装置とで構成されている。

複数の一般番組を配信するためのブロック４９は、一般番組のチャンネル数に対応するｎ個のＱＡＭ変調器１４(1)〜１４(n)、周波数多重器１６、及び第三の電気／光変換器１８で構成されており、図４に示すＣＡＴＶ局１２の構成と同様である。ここで、ＱＡＭ変調器１４(1)〜１４(n)に入力される一般信号１〜ｎは、ｎ個の一般番組をそれぞれ信号化したものである。

特定番組を配信するためのブロック５１は、ＱＡＭ変調装置３０、光分岐器５０、及び受信装置５２で構成されている。ここで、ＱＡＭ変調装置３０に入力される特定信号ｋは、特定番組（緊急情報等を伝える映像）を信号化したものである。ＱＡＭ変調装置３０のキャリア発生器３２(1)〜３２(n)が出力するキャリア信号Ca(1)〜Ca(n)は、ＱＡＭ変調器１４(1)〜１４(n) が出力するキャリア信号Ca(1)〜Ca(n)とそれぞれ同じ周波数の信号である。

ＱＡＭ変調装置３０の後段の光分岐器５０には、ＱＡＭ変調装置３０が出力する第一及び第二のＱＡＭ光信号QMa，QMbを合波した信号である特定QAM光信号Htが入力され、受信装置５２及び後述する切替スイッチ５４に向けて出力する。受信装置５２は、受信した特定QAM光信号Htを復調してディスプレイに画像表示することができる。

切替装置は、第三の電気／光変換器１８の出力と光ファイバ網１３とを結ぶ伝送路と、光分岐器５０の出力と光ファイバ網１３とを結ぶ伝送路のいずれか一方を導波させる光スイッチ５４である。

通常時は、光スイッチ５４は第三の電気／光変換器１８側に設定され、光ファイバ網１３に向けて一般ＱＡＭ光信号Hiが送られ、ｎ個の一般番組が配信される。契約者は、好みのチャンネルを選択することによって、対応する一般番組の映像を視聴することができる。

緊急時になると、例えばＣＡＴＶ局４８のスタッフの操作により又は緊急地震速報等の所定の信号により、切替スイッチ５４の設定が光分岐器５０側に切り替えられ、光ファイバ網１３に向けて特定ＱＡＭ光信号Htが送られ、特定番組が配信される。したがって、その地域の契約者は、どのチャンネルを選択していたとしても、視聴中の一般番組の映像が一斉に特定番組の映像に切り替わる。

以上説明したように、この実施形態のＣＡＴＶシステムは、切替装置を制御することによって、全ての一般番組の映像を容易に特定番組の映像に切り替えることができるので、災害等に関する緊急情報を、地域住民に対して迅速かつ的確に配信することができる。また、ＣＡＴＶ局４８の構成は、既存のＣＡＴＶ局の設備を改造することによって安価に実現できるので、全国各地に普及させやすい。

切替装置の構成が、光信号（一般ＱＡＭ光信号Hi，特定ＱＡＭ光信号）を光スイッチ５４で断続する構成なので、電気スイッチを使用する場合よりも、高速で信頼性の高い切り替えが可能になる。

また、ＱＡＭ変調装置３０の出力と光スイッチ５４とを結ぶ伝送路に、特定ＱＡＭ光信号Htを受信するための受信装置が接続されているので、特定信号ｋの変調を常時モニタすることができる。したがって、特定番組に関連する装置の故障や不備を事前に把握でき、切り替え後に放送事故が発生するのを防止することができる。受信装置５２を設けないときは、光分岐器５０も合わせて省略することができる。

なお、この実施形態では、通信ケーブルとして光ファイバ網１３が使用されているが、電気ケーブルが使用される場合は、光スイッチ５４と電気ケーブルとの間に、光信号（一般ＱＡＭ光信号Hi，特定ＱＡＭ光信号）を電気信号に変換するためのフォトダイオード等の光／電気変換装置を挿入すればよい。

１０ＣＡＴＶシステム
１３光ファイバ網（通信ケーブル）
１４(1)〜１４(n) ＱＡＭ変調器
１６周波数多重器
１８電気／光変換器（第三の電気／光変換器）
３０ＱＡＭ変調装置
４０第一の電気／光変換器
４２第二の電気／光変換器
４４第一の光変調器
４６第二の光変調器
４８ＣＡＴＶ局
５２受信装置
５４光スイッチ（切替装置）
Ca(1)〜Ca(n) キャリア信号
Cb(1)〜Cb(n) 移相信号
Hi 一般ＱＡＭ光信号
Ht 特定ＱＡＭ光信号
I(1)〜I(n) 一般信号の同相信号
I(k) 特定信号の同相信号
Q(1)〜Q(n) 一般信号の直交位相信号
Q(k) 特定信号の直交位相信号
QMa 第一のＱＡＭ光信号
QMb 第二のＱＡＭ光信号

Claims

周波数が異なる複数のキャリア信号を、同相信号及び直交位相信号で構成された特定信号によって、それぞれ直交振幅変調するＱＡＭ変調方法であって、
前記複数のキャリア信号を周波数多重した信号を、第一の光信号に変換する第一の電気／光変換ステップと、
前記各キャリア信号とそれぞれ位相がπ/２だけ移相した複数の移相信号を周波数多重した信号を、第二の光信号に変換する第二の電気／光変換ステップと、
前記第一の光信号を前記同相信号で強度変調して第一のＱＡＭ光信号を得る第一の光変調ステップと、
前記第二の光信号を前記直交位相信号で強度変調して第二のＱＡＭ光信号を得る第二の光変調ステップとを備えることを特徴とするＱＡＭ変調方法。
周波数が異なる複数のキャリア信号を、同相信号及び直交位相信号で構成された特定信号によって、それぞれ直交振幅変調するＱＡＭ変調装置であって、
前記複数のキャリア信号を周波数多重した信号を、光信号に変換して出力する第一の電気／光変換器と、
前記各キャリア信号とそれぞれ位相がπ/２だけ移相した複数の移相信号を周波数多重した信号を、光信号に変換して出力する第二の電気／光変換器と、
前記第一の電気／光変換器の出力信号を前記同相信号によって強度変調した第一のＱＡＭ光信号を出力する第一の光変調器と、
前記第二の電気／光変換器の出力信号を前記直交位相信号によって強度変調した第二のＱＡＭ光信号を出力する第二の光変調器とを備えることを特徴とするＱＡＭ変調装置。
請求項２記載のＱＡＭ変調装置が設置されたＣＡＴＶ局を有し、複数の一般番組又は特定番組を前記ＣＡＴＶ局から通信ケーブルを通じて複数の契約者に配信するＣＡＴＶシステムであって、
前記ＣＡＴＶ局には、
前記各キャリア信号を、前記各一般番組が信号化された複数の一般信号によってそれぞれ直交振幅変調して出力する複数のＱＡＭ変調器と、
前記各ＱＡＭ変調器の出力信号を周波数多重して出力する周波数多重器と、
前記周波数多重器の出力信号を前記各一般番組の一般ＱＡＭ光信号に変換し、前記通信ケーブルに向けて出力する第三の電気／光変換器と、
前記特定番組が信号化された前記特定信号が入力され、前記第一及び第二のＱＡＭ光信号を出力する前記ＱＡＭ変調装置と、
前記第一及び第二のＱＡＭ光信号を合波した特定ＱＡＭ光信号と前記一般ＱＡＭ光信号の何れかを前記通信ケーブルに向けて送信可能にする切替装置とが設けられていることを特徴とするＣＡＴＶシステム。
前記切替装置は、前記第三の電気／光変換器の出力と前記通信ケーブルとを結ぶ伝送路と、前記ＱＡＭ変調装置の出力と前記通信ケーブルとを結ぶ伝送路の何れか一方を導波可能にする光スイッチである請求項３記載のＣＡＴＶシステム。
前記ＱＡＭ変調装置の出力と前記光スイッチとを結ぶ伝送路に、前記特定ＱＡＭ光信号を受信するための受信装置が接続されている請求項４記載のＣＡＴＶシステム。