JP7027216B2 - 放送波中継システム及び放送波中継方法 - Google Patents
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Description
従来、放送局から遠く離れた地域における放送サービスを確保するため、TTL(Transmitter to Transmitter Link)等を用いずに、親局や前段局からの放送波を受信して、その信号を増幅して送信する中継局を用いた放送波中継システムがあった。
従来の放送波中継システムについて図9を使って説明する。図9は、従来の放送波中継システムの概略構成を示す説明図である。
親局5は、送信アンテナ51を備え、放送波信号Msを送信する。
中継局6は、親局からの放送波信号Msを受信する受信アンテナ61と、ベースバンド信号に変換する受信部62と、ベースバンド信号を増幅してRF信号にする増幅部63と、RF信号を空間に出力する送信アンテナ64とを備えている。
図9の例では、親局5から送信された親局送信波Msは、中継局6において受信され、増幅されて送信アンテナ63から送信されるが、一部が送信アンテナ62に回り込むノイズnとなって、受信アンテナ61で受信される。
これによって、中継局6の受信アンテナ61での受信信号はMs+nとなり、送信アンテナ64から送信される中継再送信用の信号も回り込み波が混入したMsnとなる。
そのため、対策として、中継局6の送信アンテナ61と受信アンテナ64とを離して設置することが考えられるが、100m以上離す必要があり、多額の設備費用が発生するため、現実的ではなかった。
尚、単一周波数を用いた放送システムに関する従来技術としては、特開2017-73587号公報「放送通信システム及び放送通信方法」(特許文献1)、特開2017-92723号公報「放送通信システム、放送通信装置及び放送通信方法」(特許文献2)がある。
また、本発明は、放送波信号を送信する親局と、放送波信号を受信して再送信する中継局とを備えた放送波中継システムにおける放送波中継方法であって、親局が、正時前の特定のタイミングで、波形が既知で時報信号を含む特定波形信号を生成して、放送用のFM変調波から切り替えて送信し、中継局が、特定波形信号の受信を検出すると、親局で送信された特定波形信号の途中からの波形を含む参照信号を生成して、受信した特定波形信号と参照信号との波形を比較し、比較結果に基づいて受信した放送波信号を補正することを特徴としている。
[実施の形態の概要]
本発明の実施の形態に係る放送波中継システム(本中継システム)及び放送波中継方法(本中継方法)は、親局において、特定のタイミングで波形が既知である特定信号を送信し、中継局において、特定信号を受信すると、特定信号の一部と同等の特定波形を含む参照信号を生成し、受信した特定信号の一部と参照信号とを比較して、波形差分を求め、補正係数を算出して受信信号の波形特性を補正するものであり、回り込み波や反射波を除去して、周波数特性や位相特性を補正することができ、多大な費用を掛けることなく、安定した中継放送を行うことができるものである。
ここでは、毎正時の3秒前から鳴音する3回の予報音(「ポッ ポッ ポッ」音)の信号と、毎正時から約3秒間鳴音する正報音(「ピー」音)の信号とを合わせて時報信号と称するものとする。
本中継システムは、図9に示した従来の放送波中継システムと同様であり、図示は省略するが、親局と中継局とを備え、親局から送信された放送波信号を中継局で受信し、増幅して同一周波数で中継再送信するものである。
まず、本中継システムの親局の構成について図1を用いて説明する。図1は、本中継システムの親局の概略構成ブロック図である。
本中継システムの親局1は、従来の親局と同様に、FM変調波を増幅して放送波信号として無線出力するものであり、図1に示すように、制御部11と、特定波形源12と、切替部13と、増幅部(図ではPAと記載)14と、送信アンテナ15とを備えている。
ここで、特定波形源12と切替部13とが設けられている点と、制御部11の制御内容とが従来の親局とは異なっている。
特定波形源12は、本システムの特徴部分であり、特定の波形信号(特定波形信号)sを生成して出力するものである。ここでは、特定波形信号を時報信号としている。
また、特定波形源12は、毎正時前の特定のタイミングで入力される事前時報信号Stが入力された場合に、特定波形信号sを出力する。
事前時報信号Stは、時報信号の出力開始のタイミングを示す信号であり、毎正時前の特定時刻に出力されるものである。事前時報信号及び特定波形信号については後述する。
増幅部14は、入力された親局送信信号Msを増幅して、送信アンテナ15から無線出力する。
切替制御信号Cn-tは、特定波形信号sを選択するよう指示する制御信号であり、切替部13では、切替制御信号Cn-tが入力されている間は、特定波形信号sを選択して出力する。
親局1の動作について簡単に説明する。
親局1において、通常(時報出力ではない時間帯)は、切替部13はFM変調波を選択して放送波Msとして出力し、増幅部14で増幅して送信アンテナ15から発放する。
そして、毎正時前の特定の時刻になると、事前時報信号Stが制御部11と特定波形源12とに入力される。
切替制御信号Cn-tが入力されると、切替部13は、特定波形信号sを選択して放送波信号Msとして出力し、特定波形信号sが増幅されて発放される。
そして、制御部11からの制御信号Cn-tが停止すると、切替部13は、再びFM変調波を選択して出力する。
つまり、親局1からは、毎正時前の特定の時刻から約7秒間に亘って特性波形信号sが送信されることになる。
次に、本中継システムの中継局の構成について図2を用いて説明する。図2は、本中継システムの中継局の概略構成ブロック図である。
本中継システムの中継局2は、従来と同様に、親局1からの放送波信号を受信して増幅し、中継信号として送信するものであり、送信周波数は親局と同一としている。
ここで、受信アンテナ21と、受信部22と、増幅部28と、送信アンテナ29とは従来と同様の構成となっている。
増幅部28は、後述する補正部27から出力された信号を増幅する。
送信アンテナ29は、増幅部28で増幅された信号を無線出力する。
ここで、受信アンテナ21と送信アンテナ29は、十分離して設置されているものではなく、受信アンテナ21には送信アンテナ29からの回り込み波が混入する。しかしながら、両アンテナを近い位置に設置することにより、設備コストが低減できるものである。
前兆検知部23は、受信信号から特定波形信号中の特定の波形(ここでは予報音とする)を検出し、前兆検知信号Srを出力する。前兆検知信号Srについては後述する。
参照信号rについては後述するが、親局1の特定波形源12で生成される特定波形信号sの後半、毎正時から約2.5秒間鳴音する正報音(「ピー」音)に相当する部分と同等の波形を含む信号である。
比較制御信号については後述するが、遅延素子から構成されるレジスタを制御するレジスタ制御信号Cn-s1,Cn-s2と、後述する補正係数の算出を指示する係数算出制御信号Cn-rとがある。
補正によって、受信信号Msnから回り込み波の成分が除去され、周波数特性、位相特性が補正されて、補正された受信信号(補正済み信号)Msncが出力されるものである。
比較演算部26及び補正部27の構成及び動作については後述する。
中継局2の動作について簡単に説明する。
受信アンテナ21で受信された信号は、受信部22でFM変調波に変換され、受信信号Msnとして前兆検知部23、比較演算部26、及び補正部27に入力される。
前兆検知部23では、受信信号中の特定波形信号sに基づいて前兆検知信号Srを出力し、参照波形源25は、前兆検知信号Srが入力されると参照信号rを生成して出力する。
補正部27は、入力された補正係数knを用いて受信信号Msnを補正し、補正済み信号Msncを出力する。
そして、回り込み波が除去されて特性が補正された補正済み信号Msncは、増幅部28で増幅され、無線信号に変換されて送信アンテナ29から送信される。
このようにして、中継局2の動作が行われる。
次に、親局1の特定波形源12で生成される特定波形信号について図3を用いて説明する。図3は、特定波形信号の説明図である。
上述したように、本中継システムでは時報信号を特定波形信号として用いている。
図3に示すように、特定波形源12では、(a)に示す時報ベースバンド信号に基づいて、(c)に示すFM変調波を生成し、これを特定波形信号sとして出力する。
図3(b)には、時報ベースバンド信号の一部を拡大したものを示しており、予報音は、440Hzの周波数信号が0.2秒間で88サイクル発生する。
また、正報音は、880Hzの周波数信号が2.5秒間で2200サイクル発生する。
FM変調では、ベースバンド信号の信号レベルに応じて搬送波周波数を増減し、搬送波周波数をCとすると、ベースバンド信号のレベルが正のピークとなる部分ではFM変調波の周波数はC+80kHzとなり、負のピークとなる部分ではC-80kHzとなる。また、無音及びレベル0付近では、周波数はCのままとなる。
つまり、880Hzの信号というだけでは、図3(b)の波形上のどの位置(タイミング)から開始されてもよいものであるが、本中継システムでは、図3(b)のように、0レベルから正のピークに向かって立ち上がる位置を波形の起点として定めており、この波形を中継局2と共有している。
次に、親局1において毎正時前に開始される特定波形信号の挿入について図4を用いて説明する。図4は、親局1における特定波形信号挿入時のタイムチャートである。
図4(a)に示すように、通常時に放送されるFM変調波の一般信号は、途切れることなく出力されており、切替部13に入力される。
そして、図4(c)に示すように、特定波形源12は、事前時報信号Stの立下りを検出すると、予め設定されている特定波形信号sを出力する。
特定波形信号は、無音に続き、59分57秒から「440Hzが0.2秒+無音が0.8秒」が3回繰り返され(「ポッ ポッ ポッ」音)、毎正時「0分00秒」から880Hz(「ピー」音)が2.5秒間継続し、再び無音となる信号である。
これにより、親局1から送信される放送波信号Msとして、(e)に示すように、通常は一般信号を送信し、毎正時を挟んで約7秒間に亘って特定波形信号sが送信されることになる。
次に、中継局2における動作タイミングについて図5を用いて説明する。図5は、中継局2における動作タイミングを示すタイミングチャートである。
図5(a)に、中継局2における受信信号Msnを示す。受信信号Msnには、親局1からの放送波と、回り込み波とが含まれている。回り込み波は、主波に比べて遅延している。
また、上述したように、親局1の動作により、毎正時前の特定時刻(例えば59分56.5秒)から約7秒間は、一般の信号ではなく、特定波形源からの信号が送信されている。
具体的には、前兆検知部23は、「無音、440Hzが0.2秒」が繰り返される状態を検知すると、図5(b)に示すように、440Hzの3回目の立ち上がりに同期して前兆検知信号Srを出力する。前兆検知信号Srは、予報音と同様に、0.2秒後に立ち下がる。
参照信号rは、上述したように、無音0.8秒間の後に、880Hzが2.5秒間継続し、再び無音が特定時間(例えば0.5秒)継続するFM変調波である。
また、レジスタ制御信号Cn-s2のハイレベル期間においては、比較演算部26で受信信号Msnのサンプル取り込み及びシフトが行われる。
係数算出信号がハイレベルとなっている期間中に、図5(h)に示すように、比較演算部26は、受信信号Msnをシフトしつつ相関を算出し、相関結果に基づいて補正係数knを算出して保持しておく。
つまり、図5(j)に示すように、補正部27では、比較演算部26から新しい補正係数が入力されるまでは、前回の処理(約1時間前の処理)で算出された補正係数(旧補正係数)を用いて補正演算を行い、新しい補正係数が入力されると、当該新しい補正係数を用いて補正演算を行う。
そして、図5(j)に示すように、補正係数knで補正され、回り込み波が除去された信号が、補正済み信号Msncとして送信アンテナ29から送信される。
次に、中継局2の補正部27の構成について図6を用いて説明する。図6は、中継局2の補正部27の構成を示す説明図である。
補正部27は、一般的なFIR(Finite Impulse Response)フィルタであり、A/D(Analog/Digital)変換部31と、遅延素子(d)32-1~32-nと、乗算器33-1~33-nと、加算部34と、D/A(Digital/Analog)変換部35とを備えている。
また、補正部27には、比較演算部26から出力された補正係数k1~knが入力される。
遅延素子(d)32-1~32-nは、入力された信号を一定時間ホールドして出力する。ここでは、約90MHzに変調された信号を演算処理するため、ホールド時間は5nsとしている。
乗算器33-1~33-nは、それぞれ、遅延素子(d)32-1~32-nから出力された信号に、補正係数k1~knを乗算して加算部34に出力する。
D/A変換部35は、入力された値をアナログ信号に変換して、補正済み信号Msncとして出力する。
このようにして回り込み波を除去する補正が行われる。
次に、中継局2の比較演算部26の構成について図7を用いて説明する。図7は、中継局2の比較演算部26の構成を示す説明図である。
図7に示すように、比較演算部26は、A/D変換部36,37と、相関検出部40と、メモリ38と、係数算出部39とを備えている。
A/D変換部36は、入力された受信信号Msnをディジタル信号に変換し、A/D変換部37は、参照信号rをディジタル信号に変換する。
相関検出部40は、受信信号Msnの処理を行う系として、n個の遅延素子(d)42-1~42-nを備え、参照信号rの処理を行う系として、n個の遅延素子(d)44-1~44-nを備え、更に、乗算器45-1~45-nと、加算部46とを備えている。
遅延素子(d)42-1~42-nは、受信信号Msnを5ns間ホールド(遅延)して出力する。
遅延素子(d)44-1~44-nは、参照信号rを5ns間ホールドして出力する。
加算部46は、乗算器45-1~45-nからの乗算結果x1~xnを加算して総和を求め、当該総和を類似度(corr)としてメモリ38に出力する。
同様に、遅延素子44-1~44-nは、レジスタ制御信号Cn-s1がハイレベルの期間で動作を行い、ローレベルになると動作を停止する。
同時に、レジスタ制御信号Cn-s2がハイレベルになると、遅延素子42-1はA/D変換部36からの受信信号Msnのサンプルを取得し、レジスタ制御信号Cn-s1がローレベルになると、取り込んだサンプルをシフトしつつ、乗算器45-1~45-nが乗算処理を行って、加算部46で乗算結果を加算して、相関値(類似度)を算出する。
そして、次のレジスタ制御信号Cn-s1及びCn-s2で取得されたサンプルについての類似度が算出されると、メモリ38に上書きされて記憶され、係数算出部39に出力される。
そして、係数算出制御信号Cn-rがローレベルになると、係数算出部39は、保持している補正係数を補正部27に出力する。
次に、比較演算部26における比較演算の動作について図8を用いて説明する。図8は、比較演算と係数算出の動作の概略を示す説明図である。
上述したように、比較演算部26の相関検出部40では、参照信号rと受信信号Msnとを比較して類似度を算出する。
図8(a)に示すように、1シフト目では、比較演算部26では、タイミングをずらさず比較するが、上述したように、2シフト目以降は受信信号Msrのタイミングを5nsずつ遅延させて類似度を算出していき、nシフト目まで順次類似度を算出する。受信信号Msnと参照波形rとが一致しているサンプルが多いと、類似度は高く算出される。
尚、図8では、ずらすイメージをわかりやすく示すために、約1.5秒分の参照信号r及び受信信号Msnを図示しているが、実際には、より微小な時間について比較するものである。
このうち、1番目に現れるピークは主波成分(親局1からの受信信号)に対応し、2番目以降のピークは、回り込み波や反射波に対応しているとみなすことができる。
図8(b)の太線の部分は、それぞれのタイミングにおける類似度を示しており、この例では、3巡目の時に第1のピークが現れている。
そして、係数算出部39は、図8(c)に示すように、第1のピークが現れたタイミングに対応する補正係数に正の重みづけを行い、他の補正係数に負の重みづけを行って、補正係数として記憶しておく。
そして、係数算出部39は、次に取り込んだサンプルについて同様に補正係数を算出して、補正係数を更新して保持しておき、係数算出制御信号Cn-rがローレベルになると、記憶している補正係数を補正部27に出力する。
これにより、補正部27では、主波成分のみが残り、回り込み波や反射波の成分が減算消去されることになり、補正済み信号Msncにおける周波数特性や位相特性が良好になるものである。
本発明の実施の形態に係る放送波中継システム及び放送波中継方法によれば、親局1において、特定のタイミングで、特定波形源12で生成された波形が既知である特定波形信号を送信し、中継局2において、特定波形信号を受信すると、参照波形源25が、特定波形信号の一部である正報音と同等の波形を含む参照信号rを生成し、比較演算部26が、受信した特定波形信号の正報音の部分と参照信号rとを比較して、波形差分を求め、補正係数を算出して、補正部27において当該補正係数を用いて受信信号の波形特性を補正するものであり、回り込み波や反射波を除去して、周波数特性や位相特性を補正することができ、多大な費用を掛けることなく、安定した中継放送を行うことができる効果がある。
Claims (5)
- 放送波信号を送信する親局と、前記放送波信号を受信して再送信する中継局とを備えた放送波中継システムであって、
前記親局が、正時前の特定のタイミングで、波形が既知で時報信号を含む特定波形信号を生成して、放送用のFM変調波から切り替えて送信し、
前記中継局が、前記特定波形信号の受信を検出すると、前記親局で送信された特定波形信号の途中からの波形を含む参照信号を生成して、前記受信した特定波形信号と前記参照信号との波形を比較し、前記比較結果に基づいて受信した放送波信号を補正することを特徴とする放送波中継システム。 - 親局が、放送波信号を増幅して送信アンテナに出力する増幅部と、
特定のタイミングを示す事前時報信号が入力されると、特定波形信号を生成して出力する特定波形源と、
放送用のFM変調波と前記特定波形信号とのいずれかを前記放送波信号として前記増幅部に出力する切り替えを行う切替部と、
前記事前時報信号が入力されると、前記切替部に前記特定波形信号への切り替えを指示する切替制御信号を一定期間に亘って出力する制御部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の放送波中継システム。 - 中継局が、親局からの放送波信号を受信する受信部と、
受信信号における特定の波形パターンに基づいて特定波形信号の受信を検出して前兆検知信号を出力する前兆検知部と、
前記前兆検知信号が入力されると、参照信号を生成して出力する参照波形源と、
前記受信部で受信した特定波形信号と、前記参照信号の波形を比較して、補正係数を算出する比較演算処理を行う比較演算部と、
前記前兆検知信号が入力されると、前記比較演算部に、前記比較演算処理を特定期間に亘って行うよう指示する比較制御信号を出力する制御部と、
前記補正係数を用いて、受信された放送波信号を補正する補正部と、
前記補正された放送波信号を増幅して送信アンテナに出力する増幅部とを備えたことを特徴とする請求項1記載の放送波中継システム。 - 放送波信号を送信する親局と、前記放送波信号を受信して再送信する中継局とを備えた放送波中継システムであって、
前記親局が、特定のタイミングで波形が既知である特定波形信号を送信し、
前記中継局が、前記特定波形信号の受信を検出すると、前記親局で送信された特定波形信号に含まれる波形と同等の参照信号を生成して、前記受信した特定波形信号と前記参照信号との波形を比較し、前記比較結果に基づいて受信した放送波信号を補正し、
前記親局が、放送波信号を増幅して送信アンテナに出力する増幅部と、
特定のタイミングを示す事前時報信号が入力されると、特定波形信号を生成して出力する特定波形源と、
放送用のFM変調波と前記特定波形信号とのいずれかを前記放送波信号として前記増幅部に出力する切り替えを行う切替部と、
前記事前時報信号が入力されると、前記切替部に前記特定波形信号への切り替えを指示する切替制御信号を一定期間に亘って出力する制御部とを備えたことを特徴とする放送波中継システム。 - 放送波信号を送信する親局と、前記放送波信号を受信して再送信する中継局とを備えた放送波中継システムにおける放送波中継方法であって、
前記親局が、正時前の特定のタイミングで、波形が既知で時報信号を含む特定波形信号を生成して、放送用のFM変調波から切り替えて送信し、前記中継局が、前記特定波形信号の受信を検出すると、前記親局で送信された特定波形信号の途中からの波形を含む参照信号を生成して、前記受信した特定波形信号と前記参照信号との波形を比較し、前記比較結果に基づいて受信した放送波信号を補正することを特徴とする放送波中継方法。
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