JP7113437B2 - Ｆｍ中継装置、遅延プロファイル生成方法 - Google Patents

Description

本開示は、ＦＭ放送システムの放送波を中継する技術に関する。

周波数変調された同一周波数かつ同一プログラムの音声放送波を、複数の送信所から送信するＦＭ同期放送が知られている。ＦＭは、frequency Modulationの略である。一般に放送システムでは、受信エリアを拡大するために中継所が設けられる。既存のＦＭ放送で用いられる中継所は、複数周波数ネットワーク（ＭＦＮ）を構築する。すなわち、ＭＦＮに属する各中継所は、親局となる送信所から受信した放送波（以下、親局波）とは異なる周波数の放送波（以下、中継波）を再送信する。

これに対して、ＦＭ同期放送で用いられる中継所は、親局波と同一周波数の中継波を用いる単一周波数ネットワーク（以下、ＳＦＮ）を構築する。すなわち、ＳＦＮに属する各中継所は、親局波と同一周波数の中継波を再送信する。そして、ＳＦＮに属する中継所では、受信アンテナに親局波より強いレベルの中継波が回り込む、いわゆるマイナスＤ／Ｕの状態になると回り込み発振を起こすため、回り込み発振への対策が必要となる。

特許文献１には、ＳＦＮを採用する地上デジタル放送システムにおいて、中継所で生じる回り込み波をキャンセルする技術が記載されている。

特開２００９－１０５８３４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術は、ＯＦＤＭ信号を用いる地上デジタル放送を前提とするものであり、使用する放送信号の形式が全く異なるアナログ変調方式のＦＭ放送に適用することができないという問題があった。

本開示の１つの局面は、単一周波数ネットワークを構成するＦＭ放送システムの中継所において、回り込み波を抑制する技術を提供することにある。

本開示の一態様は、ＦＭ中継装置であって、受信部（３）と、信号再生部（４１）と、送信部（５）と、プロファイル生成部（４３２）と、抑制部（４３４，４３５）と、を備える。

受信部は、ＦＭ放送の放送波を、受信アンテナ（２）を介して受信する。信号再生部は、受信部からの受信信号を復調し、復調した信号を再変調することで送信信号を生成する。但し、送信信号の搬送波は、ＦＭ放送において許容される中心周波数偏差の範囲内で設定されるオフセット周波数だけ、放送波の搬送波とは異なる。送信部は、信号再生部にて生成された送信信号を用いて放送波を再現した中継波を、送信アンテナ（７）を介して送信する。プロファイル生成部は、受信信号と送信信号とを用いて時間軸相関を算出し、時間軸相関の最大値である最大相関値及び最大相関値が得られるときの受信信号に対する送信信号の遅延時間を含んだ情報である遅延プロファイルを生成する。抑制部は、信号再生部で生成される送信信号を、遅延プロファイルに従って、遅延時間だけ遅延させ且つ最大相関値に応じた強度と位相に調整することでレプリカ信号を生成し、信号再生部に入力される受信信号からレプリカ信号を減じる。

このように構成されたＦＭ中継装置によれば、中継波（ひいては送信アンテナから受信アンテナに回り込む回り込み波）となる送信信号と、受信信号に含まれる放送波に基づく信号成分との相関を弱めることができ、受信信号から回り込み波に基づく信号成分の検出精度を向上させることができる。

ＦＭ中継装置では、回り込み波の影響を除去する処理を、送信信号の遅延及び強度と位相を調整したレプリカ信号を用いて行っている。つまり、レプリカ信号は回り込み波と同じ波形を有するため、発振の原因となる回り込み波に基づく信号成分を的確に抑制できる。

ＦＭ中継装置では、回り込み波の影響を抑制する処理を、アナログ的な波形レベルで行っているため、回り込み波が有する遅延時間に関する情報と位相に関する情報とを、別個に分離することなく同時に処理でき、装置構成を簡略化できる。

ＦＭ中継装置では、処理を繰り返すことで、強度の大きい回り込み波から順番に処理されるため、回り込み波の数に関わらず、全ての回り込み波に対処できる。
本開示の一態様は、ＦＭ中継装置にて発生する回り込み波の情報を表す遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成方法である。ＦＭ中継装置は、ＦＭ放送波を受信する受信アンテナから得られる受信信号を復調し、復調した信号を再変調することで送信信号を生成し、送信信号を用いて放送波を再現した中継波を送信する。

遅延プロファイル生成方法では、送信信号の搬送波を、ＦＭ放送波において許容される中心周波数偏差の範囲内で設定されるオフセット周波数だけ放送波の搬送波とは異ならせる。そして、受信信号と送信信号とを用いて時間軸相関を算出し、時間軸相関が最大となるときの受信信号に対する送信信号の遅延時間及び相関値を抽出することで、遅延プロファイルを生成する。

このような方法によれば、ＦＭ中継装置において、受信信号に含まれる回り込み波を抑制するレプリカ信号の生成に必要な遅延プロファイルを、的確に生成することができる。

同一周波数ＦＭ放送システムの概要を示す説明図である。 ＦＭ中継装置の構成を示すブロック図である。 ＦＭ中継装置における親局波、中継波、回り込み波の関係を示す説明図である。 ステレオコンポジット信号のスペクトラムを示す説明図である。 相関解析部での処理内容を示すフローチャートである。 遅延プロファイルの概要、及び遅延プロファイルの生成に用いるパラメータを示す説明図である。 起動時及び発振検知時に実施される中継波の出力レベル制御を示す説明図である。 回り込み波による干渉がない場合及び干渉がある場合それぞれについての受信ＩＱ信号を、複素平面上で示した説明図である。

以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を説明する。
［１．同一周波数ＦＭ放送システム］
まず、本開示に係るＦＭ中継装置が適用される同一周波数ＦＭ放送システム１００について説明する。

同一周波数ＦＭ放送システム１００は、図１に示すように、配信局１０１と一つ以上の送信所１０２，１０３と、一つ以上の中継所１０５とを備える。配信局１０１は、同一の音声信号を、所定の伝送網１０４を介して各送信所１０２，１０３に配信する。送信所１０２，１０３は、それぞれの放送エリアＡ１，Ａ２の少なくとも一部が、互いに重なり合うように配置される。以下では、重なり合う放送エリアを重複エリアＡｄという。送信所１０２，１０３は、伝送網１０４を介して配信局１０１から受信した同一の音声信号により、同一周波数の搬送波を周波数変調した放送波を送信することで、ＦＭ同期放送（以下、単に同期放送）を行う。また、送信所１０２，１０３では、ＧＰＳを利用して取得される１秒パルス信号（以下、１ｐｐｓ）に同期したクロックを用いてＦＭ変調のタイミングを含むＦＭ変調特性が、両送信所間で同一となるように制御される。ＧＰＳは、Global Positioning Systemの略である。

音声信号の配信に用いる伝送網１０４は、送信所１０２，１０３毎に異なっていてもよいし、同じでもよい。また、伝送網１０４は、例えば無線伝送網やＩＰ伝送網などで構成されるが、これらに限定されるものではない。

中継所１０５は、地勢的な影響で送信所１０２，１０３ではカバーできない地域（以下、難聴地域）Ａ３での番組聴取を可能とするために設けられ、親局（図１では、送信所１０２）から受信した放送波を、同一周波数にて再送信することで中継放送を実現する。

［２．ＦＭ中継装置の構成］
中継所１０５を構成するＦＭ中継装置１について説明する。
図２に示すように、ＦＭ中継装置１は、受信アンテナ２と、受信部３と、中継処理部４と、送信部５と、パワーアンプ６と、送信アンテナ７と、を備える。

以下では、図３に示すように、親局となる送信所１０２から受信アンテナ２に直接到来する放送波を親局波Ｄ、送信アンテナ７から送信される放送波を中継波Ｄｒ、送信アンテナ７から受信アンテナ２に回り込む中継波Ｄｒを回り込み波Ｕ０～Ｕｎという。回り込み波Ｕ０～Ｕｎは、受信アンテナ２での受信強度が大きい順に番号が付与されるものとする。通常、受信強度が最大となる回り込み波Ｕ０は、送信アンテナ７から受信アンテナ２に直接到達する直達波である。その他の回り込み波Ｕ１～Ｕｎは、何らかの物体に反射して間接的到達する反射波である。回り込み波Ｕ０～Ｕｎは、いずれも中継波Ｄｒを減衰かつ遅延させた波形を有する。

また、ＦＭ中継装置１は、中継波Ｄｒが親局波Ｄから再送遅延時間Ｔｒだけ遅延して送信されるように設計される。再送遅延時間Ｔｒは、親局波Ｄと中継波Ｄｒとの干渉によって後述するステレオコンポジット信号Ｓｃにおける１９ＫＨｚのパイロット信号の歪を低減するために、パイロット信号の１周期（すなわち、５２．６μｓ）の整数倍に設定される。具体的には、例えば、パイロット信号の周期の６倍、即ち、Ｔｒ＝３１５．８μｓに設定される。

図２に戻り、受信アンテナ２は、親局波Ｄを少なくとも受信するように配置される。受信アンテナ２は、無指向性アンテナでも指向性アンテナでもよい。親局波Ｄは、ＦＭ変調波であり、その中心周波数をｆｃとする。

受信部３は、増幅器３１と、ローカル信号生成器３２と、ミキサ３３と、Ａ／Ｄ変換器３４と、直交復調器３５とを備える。
増幅器３１は、受信アンテナ２からの受信信号を増幅する。

ローカル信号生成器３２は、受信アンテナ２から供給される受信信号の周波数をダウンコンバートするためのローカル信号ＬＯを生成する。以下では、ローカル信号ＬＯの周波数をｆｌとする。

ミキサ３３は、増幅器３１にて増幅された受信信号に、ローカル信号生成器３２から供給されるローカル信号ＬＯを混合することで、受信信号の周波数をｆｃ－ｆｌにダウンコンバートする。

Ａ／Ｄ変換器３４は、ミキサ３３にてダウンコンバートされた受信信号を予め設定されたサンプリング周波数Ｆａｄにてサンプリングする。なお、Ａ／Ｄ変換器３４より上流の処理に関する説明では、「信号」はアナログ信号を意味し、Ａ／Ｄ変換器３４より下流の処理に関する説明では、「信号」はデジタル値の系列を意味する。Ａ／Ｄ変換器３４のサンプリング周波数Ｆａｄは、所望するチャンネル（すなわち、放送波Ｄに割り当てられた周波数帯）以外の広帯域のノイズ成分（あるいは別チャンネルの放送波）を除去するために、数十ＭＨｚ程度に設定される。具体的には、信号処理用のサンプリング周波数の整数倍、例えば、４９．１５２ＭＨｚに設定される。また、信号処理用のサンプリング周波数の整数倍に設定することで、後述のダウンサンプリングを簡潔に行うことができる。

直交復調器３５は、受信信号にヒルベルト変換を施すことで受信信号のサンプル値毎に同相成分及び直交成分を求めることで、受信信号を複素化する。具体的には、互いに直交する（即ち、位相が９０°異なる）二つの搬送波信号を、受信信号に乗じることで同相成分を表すＩ信号及び直交成分を表すＱ信号を生成する。Ｉ信号及びＱ信号はベースバンド信号である。Ｉ信号及びＱ信号はＦＭ変調信号の２倍以上の帯域をカバーする周波数、例えば７６８ｋＨｚまでダウンサンプリングすることでデータ数を減らし、以降の中継処理部４での演算負荷を軽減してもよい。この信号処理用のサンプリング周波数Ｆｓは、ＦＭ変調信号の帯域を十分カバーすることができればよく、７６８ｋＨｚ以外に設定されてもよい。以下では、受信部３にて生成されるＩ信号及びＱ信号を総称して、受信ＩＱ信号という。

中継処理部４は、受信部３にて生成された受信ＩＱ信号から、帯域外成分を除去後にＦＭ復調し、再度、ＦＭ変調することで一定の振幅となるＩ信号及びＱ信号を再生する。ここでのＦＭ変調では、中心周波数をオフセット周波数Δｆｏだけシフトして変調信号を生成する。なお、中継処理部４の詳細は、後述する。以下では、中継処理部４で再生されるＩ信号及びＱ信号を総称して、送信ＩＱ信号という。

オフセット周波数Δｆｏは、ＦＭ放送波において許容される中心周波数偏差（２０ｐｐｍ）の範囲内で設定され、例えば、１００Ｈｚ（搬送波信号の周波数が８０ＭＨｚなら１．２５ｐｐｍ）程度に設定される。

送信部５は、直交変調器５１と、Ｄ／Ａ変換器５２と、ローカル信号生成器５３と、ミキサ５４と、増幅器５５とを備える。
直交変調器５１は、中継処理部４にて再生された送信ＩＱ信号に、互いに直交する二つの搬送波信号を乗じて加算することで、ＦＭ変調された送信信号を生成する。

Ｄ／Ａ変換器５２は、デジタル値の系列で表された送信信号をアナログ信号に変換する。Ｄ／Ａ変換器５２より下流の処理に関する説明では、「信号」はアナログ信号を意味する。

ローカル信号生成器５３は、送信信号の周波数をアップコンバートするためのローカル信号ＬＯを生成する。ローカル信号生成器５３は、受信部３のローカル信号生成器３２と共通の装置であってもよい。

ミキサ５４は、Ｄ／Ａ変換器５２にて生成された送信信号と、ローカル信号生成器５３にて生成されたローカル信号ＬＯとを混合して、送信信号の周波数をアップコンバートする。アップコンバートされた送信信号の中心周波数は、親局波Ｄの中心周波数ｆｃとはオフセット周波数Δｆｏだけ異なるｆｃ＋Δｆｏになる。

増幅器５５は、ミキサ５４にてアップコンバートされた送信信号を増幅する。この増幅された送信信号を中継信号という。
パワーアンプ６は、送信部５にて生成された中継信号を、更に増幅して送信アンテナ７に供給する。なお、パワーアンプ６は、中継所１０５がカバーする中継エリアの大きさに応じて設定される増幅器であり、多段接続されてもよいし、省略されてもよい。

送信アンテナ７は、中継信号に応じた中継波Ｄｒを中継エリアに向けて送信する。
［２－１．中継処理部］
中継処理部４は、信号再生部４１と、発振検知部４２と、回り込み波除去部４３とを備える。

中継処理部４の機能は、全てハードウェアによって実現されてもよいし、少なくとも一部が、プロセッサ及び非遷移的実体的記録媒体であるメモリを有するマイクロコンピュータが実行する処理によって実現されてもよい。この場合、マイクロコンピュータによって実現される各種機能は、プロセッサがメモリに格納されたプログラムを実行することにより実現される。

信号再生部４１は、復調前ＣＨフィルタ４１１と、ＦＭ復調部４１２と、コンポジットフィルタ４１３と、ＦＭ変調部４１４と、を備える。なお、ＣＨは、Channelの略である。

復調前ＣＨフィルタ４１１は、回り込み波除去部４３を介して受信部３から供給される受信ＩＱ信号から、ＦＭ変調された搬送波がとり得る周波数範囲の信号を抽出する帯域通過フィルタである。

ＦＭ復調部４１２は、復調前ＣＨフィルタ４１１で不要成分が除去された受信ＩＱ信号を用いて、予め設定された単位期間Δｔ毎に、受信信号の位相を算出すると共に、直前の単位期間Δｔに算出された位相との差分である瞬時位相変化分Δθを算出する。なお、単位期間Δｔは、信号処理用のサンプリング周期Ｆｓの逆数であるサンプリング周期Ｔｓ＝１／Ｆｓまたはその整数倍に設定される。そして、算出した瞬時位相変化分Δθを、予め用意された変換テーブル又は変換式を用いてＦＭ変調度に置き換えるΔｆ検波を行うことで、音声信号を生成する。ＦＭ変調度は、無変調時にゼロとなり、正負の符号を有した値をとる。音声信号は、ステレオ放送の場合はステレオコンポジット信号Ｓｃであり、モノラル放送の場合はモノラル音声信号である。

ステレオコンポジット信号Ｓｃは、図４に示すように、１９ｋＨｚのパイロット信号と、１５ｋＨｚ以下の周波数成分を有するＬ＋Ｒ信号と、３８ｋＨｚを中心に±１５ｋＨｚの周波数成分を有するＬ－Ｒ信号とを有する。なお、Ｌ＋Ｒ信号は、ステレオ音声信号を表すＬ信号及びＲ信号を加算した信号である。Ｌ－Ｒ信号は、Ｌ信号からＲ信号を減算した信号によって、パイロット信号の２倍の周波数（即ち、３８ｋＨｚ）を有する搬送波をＡＭ変調した信号である。モノラル音声信号は、１５ｋＨｚ以下の周波数成分を有する信号である。

図２に戻り、コンポジットフィルタ４１３は、ステレオ放送の場合、ＦＭ復調部４１２にて復調されたステレオコンポジット信号Ｓｃから、パイロット信号、Ｌ＋Ｒ信号、及びＬ－Ｒ信号以外の不要成分を除去する。コンポジットフィルタ４１３は、各信号を個別に抽出する３つのバンドパスフィルタで構成されてもよいし、各信号を一括して抽出する１つのバンドパスフィルタで構成されてもよい。コンポジットフィルタ４１３は、モノラル放送の場合、モノラル音声信号を通過させるバンドパスフィルタで構成する。なお、コンポジット信号に５７ｋＨｚや７６ｋＨｚを中心とする有効な信号がある場合は、必要に応じてフィルタの帯域を変更してもよい。

ＦＭ変調部４１４は、コンポジットフィルタ４１３を通過した音声信号（すなわち、ステレオコンポジット信号Ｓｃまたはモノラル音声信号）について単位期間Δｔ毎にＦＭ変調度Δｆを算出し、ＦＭ復調部４１２で用いる同じ変換テーブルを用いて、ＦＭ変調度Δｆから瞬時位相変化分Δθを算出する。そして、ＦＭ変調部４１４は、この瞬時位相変化分Δθから、送信信号の同相成分を表すＩ信号及び直交成分を表すＱ信号、すなわち、送信ＩＱ信号を生成する。なお、送信ＩＱ信号の搬送波周波数は、受信ＩＱ信号の搬送波周波数に対してオフセット周波数Δｆｏだけシフトした周波数に設定される。

ＦＭ変調部４１４は、生成した送信ＩＱ信号の出力レベルを複数段階で制御できるように構成される。そして、ＦＭ中継装置１の起動時、又は発振検知部４２から出力される発振検知信号Ｓｏがアクティブレベルになったときに、ＦＭ変調部４１４の出力レベルは最小レベルに初期設定される。発振検知信号Ｓｏのアクティブレベルは、回り込み発振が検知されたことを表す。その後、ＦＭ変調部４１４は、予め設定された起動時間をかけて回り込み波Ｕを順次除去しながら出力レベルを最大レベルまで段階的に増大させる。なお、最小レベルは、受信アンテナ２で直接受信される送信アンテナ７からの回り込み波ＵＯの受信強度が、親局波Ｄの受信強度より十分に小さくなるように設定される。最大レベルは、送信部５での処理によって信号の飽和が発生しない大きさに設定される。なお、ＦＭ変調部４１４において出力レベルを調整する機能を実現するための構成が出力調整部に相当する。

発振検知部４２は、復調前ＣＨフィルタ４１１にて抽出された受信ＩＱ信号の振幅を監視し、振幅の変動が予め設定された閾値を超えている場合、又は飽和している場合に、アクティブレベルに設定した発振検知信号Ｓｏを出力する。つまり、発振検知部４２では、ＦＭ変調波を表す受信ＩＱ信号は、理想的には振幅が一定となるが、ＦＭ変調波に、周波数がわずかに異なる信号（すなわち、回り込み波Ｕ０～Ｕｎ）が重畳されている場合には、振幅が変動することを利用して、発振を検知している。なお、振幅の変動幅が一定値を超えるＦＭ変調波は、正しく復調することが困難となる。

回り込み波除去部４３は、変調後ＣＨフィルタ４３１と、相関解析部４３２と、プロファイル記憶部４３３と、適応フィルタ４３４と、減算器４３５とを備える。なお、相関解析部４３２がプロファイル生成部に相当し、適応フィルタ４３４及び減算器４３５が抑制部に相当する。
変調後ＣＨフィルタ４３１は、信号再生部４１にて再生された送信ＩＱ信号から、ＦＭ変調された搬送波がとり得る周波数範囲の信号を抽出する帯域通過フィルタである。すなわち、変調後ＣＨフィルタ４３１は、復調前ＣＨフィルタ４１１と同様の構成を有する。

相関解析部４３２は、復調前ＣＨフィルタ４１１から供給される受信ＩＱ信号と、変調後ＣＨフィルタ４３１から供給される送信ＩＱ信号を用い、送信ＩＱ信号に対する受信ＩＱ信号の遅延時間が、Ｔｒ～Ｔｒ＋ΔＴｒとなる探査範囲で時間軸相関を算出する。Ｔｒは、上述した中継波Ｄｒの再送遅延時間であり、ΔＴｒは、適応フィルタ４３４のタップ数で設定される時間幅である。

相関解析部４３２は、具体的には、オフセット周波数Δｆｏの逆数を畳み込み演算時間Ｔｏ＝１／Δｆｏとして、畳み込み演算時間Ｔｏ毎に受信ＩＱ信号及び送信ＩＱ信号を切り取る。そして、上述の探査範囲Ｔｒ～Ｔｒ＋ΔＴｒにおいて、サンプリング周期Ｔｓの時間ずつ、送信ＩＱ信号を順次遅延させながら、受信ＩＱ信号と送信ＩＱ信号の複素共役信号を乗算して畳み込み演算を行う。畳み込み演算時間Ｔｏ分だけ畳み込み演算を行うことにより、送信ＩＱ信号と同じオフセット周波数Δｆｏを有する回り込み波Ｕ０～Ｕｎにのみ、強い相関が現れることになる。

相関解析部４３２は、畳み込み演算の結果である時間軸相関に基づき、相関係数の最大値と、その最大値の相関係数が得られる遅延時間ＤＬ（但し、ＤＬ≠０）とを抽出する。そして、相関解析部４３２は、抽出結果から推定される遅延波の信号強度Ａと位相θと遅延時間ＤＬとを遅延プロファイルとして、プロファイル記憶部４３３に記憶する。プロファイル記憶部４３３は、記憶内容を書き換え可能なメモリである。

ここで、相関解析部４３２での処理の流れを、図５に示すフローチャートに沿って説明する。
相関解析部４３２での処理は、ＦＭ中継装置１が起動すると開始される。

Ｓ１１０では、相関解析部４３２は、プロファイル記憶部４３３の記憶内容を初期化（例えば、ゼロクリア）する。
続くＳ１２０では、相関解析部４３２は、発振検知部４２にて発振が検知されたか否か、即ち、発振検知信号Ｓｏがアクティブレベルになったか否かを判定する。

相関解析部４３２は、発振が検知されたと判定した場合、処理をＳ１３０に移行し、発振が検知されていないと判定した場合、処理をＳ１４０に移行する。
Ｓ１３０では、相関解析部４３２は、プロファイル記憶部４３３の記憶内容を再設定（例えば、ゼロクリア）する。Ｓ１３０での処理が再設定処理に相当する。

Ｓ１４０では、相関解析部４３２は、送信ＩＱ信号と受信ＩＱ信号との畳み込み演算を実行することで時間軸相関を算出する。なお、送信ＩＱ信号及び受信ＩＱ信号は、いずれもＩ信号とＱ信号とで表現される複素平面上のベクトルとして扱われ、畳み込み演算は、送信ＩＱ信号の複素共役信号と受信ＩＱ信号の複素信号とを乗算することで行われる。

続くＳ１５０では、相関解析部４３２は、畳み込み演算の演算結果である時間軸相関に基づいて遅延プロファイルを作成する。以下では、Ｓ１５０にて畳み込み演算時間Ｔｏ毎に生成される遅延プロファイルを生成プロファイルとし、プロファイル記憶部４３３に既に記憶されている遅延プロファイルを既存プロファイルという。

続くＳ１６０では、相関解析部４３２は、遅延時間ＤＬが生成プロファイルと一致する既存プロファイルが存在するか否かを判定する。相関解析部４３２は、一致する既存プロファイルが存在しないと判定した場合、処理をＳ１７０に移行し、一致する既存プロファイルが存在すると判定した場合、処理をＳ１８０に移行する。

Ｓ１７０では、相関解析部４３２は、生成プロファイルをプロファイル記憶部４３３に追加で記憶させて、処理をＳ１２０に戻す。
Ｓ１８０では、相関解析部４３２は、一致する既存プロファイルについて記憶されている信号強度Ａと位相θに、生成プロファイルの信号強度Ａと位相θを加えることで既存プロファイルの内容を更新して、処理をＳ１２０に戻す。

相関解析部４３２での処理の結果、畳み込み演算時間Ｔｏ毎に遅延プロファイルが生成され、プロファイル記憶部４３３には、図６に示すように、遅延時間ＤＬの異なる複数の遅延プロファイルが蓄積される。遅延プロファイルは、受信アンテナ２にて受信される回り込み波Ｕ０～Ｕｎの状態を表す情報である。

図２に戻り、適応フィルタ４３４は、プロファイル記憶部４３３に記憶された遅延プロファイルのそれぞれに基づき、受信ＩＱ信号を遅延時間ＤＬだけ遅延させ、信号強度Ａに基づいて振幅を調整し、位相θに基づいて位相を調整したレプリカＩＱ信号を生成する。レプリカＩＱ信号は、レプリカＩ信号、及びレプリカＩ信号とは位相が９０°異なるレプリカＱ信号の総称である。適応フィルタ４３４は、プロファイル記憶部４３３に記憶された遅延プロファイルの数と同数のレプリカＩＱ信号を生成する。

減算器４３５は、受信部３から供給される受信ＩＱ信号から、適応フィルタ４３４にて生成された全てのレプリカＩＱ信号を減じた結果を、信号再生部４１に供給する。
［３．動作］
システムの動作について説明する。

ＦＭ中継装置１の起動直後では、中継処理部４で再生される送信ＩＱ信号は、最低強度で出力される。これにより、送信アンテナ２で受信される回り込み波Ｕ０～Ｕｎの強度が十分に小さくなるため、回り込み波Ｕ０～Ｕｎによる発振が抑制される。

相関解析部４３２は、処理を行う時点で、受信ＩＱ信号に含まれる最も強度が強い回り込み波Ｕｉ（ｉ＝０，１，…，ｎ）についての遅延プロファイルを生成する。従って、最初は、直達波Ｕ０の遅延プロファイルが生成されて、プロファイル記憶部４３３に記憶される。適応フィルタ４３４は、プロファイル記憶部４３３に記憶された遅延プロファイルに従って直達波Ｕ０のレプリカＩＱ信号を生成する。減算器４３５が、レプリカＩＱ信号を受信ＩＱ信号から減じることで、直達波Ｕ０に基づく信号成分が受信ＩＱ信号から除去される。

引き続き、直達波Ｕ０の影響が除去された受信ＩＱ信号について、同様の処理が行われることにより、直達波Ｕ０を除いて最大強度となる反射波Ｕ１についての遅延プロファイルが新たに生成され、プロファイル記憶部４３３の内容が更新される。適応フィルタ４３４は、プロファイル記憶部４３３に記憶された遅延プロファイルに従って、直達波Ｕ０，反射波Ｕ１に対応するレプリカＩＱ信号を生成する。減算器４３５が、レプリカＩＱ信号を受信ＩＱ信号から減じることで、直達波Ｕ０及び反射波Ｕ１に基づく信号成分が受信ＩＱ信号から除去される。

以下、同様の処理を繰り返すことで、回り込み波Ｕ０～Ｕｎに基づく信号成分が受信強度の大きい順に、受信ＩＱ信号から順次除去される。
また、起動時等には、上述した回り込み波Ｕ０～Ｕｎを除去する処理の進捗に伴い、送信ＩＱ信号（ひいては、中継波Ｄｒ）の出力レベルが徐々に大きくなる。

［４．効果］
以上詳述した実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（４ａ）ＦＭ中継装置１では、回り込み波Ｕ０～Ｕｎに基づく信号成分を受信ＩＱ信号から除去するために用いるレプリカＩＱ信号を、中継波Ｄｒの生成に用いる送信ＩＱ信号、即ち、回り込み波Ｕ０～Ｕｎと同じ波形を有する信号から生成する。このため、ＦＭ中継装置１によれば、発振の原因となる回り込み波Ｕ０～Ｕｎに基づく成分を的確に抑制できる。

（４ｂ）ＦＭ中継装置１では、レプリカＩＱ信号の生成に用いる遅延プロファイルを、処理の時点で受信ＩＱ信号に含まれる受信強度が最も大きい１つの回り込み波Ｕについて生成し、その回り込み波Ｕの影響を抑制する処理を繰り返す。これにより、処理を繰り返す毎に、回り込み波Ｕの影響は、信号強度の大きい順に抑制されるため、回り込み波Ｕの数がいくつあっても、適応フィルタで生成可能な範囲内における全ての回り込み波Ｕに対処できる。

（４ｃ）ＦＭ中継装置１では、起動時及び発振検知時には、中継波Ｄｒの出力レベルを最小レベルに設定し、時間の経過（すなわち、回り込み波Ｕ０～Ｕｎを除去する処理の進捗）に伴って、出力レベルを徐々に増大させる。このため、ＦＭ中継装置１によれば、図７に示すように、回り込み波Ｕ０～Ｕｎの元となる中継波Ｄｒの最終的な出力信号が、親局波Ｄより大きいレベルで受信アンテナ２に回り込んでも、回り込み発振の発生を抑制できる。なお、回り込み波Ｕ０～Ｕｎを除去する処理の進捗は、時間の経過によって判断する以外に、遅延プロファイルの生成状況等によって判断してもよい。

（４ｄ）ＦＭ中継装置１では、受信信号をヒルベルト変換することで生成される受信ＩＱ信号から、レプリカＩＱ信号を減じること、すなわち、アナログ的な波形レベルで回り込み波Ｕの影響を抑制する処理を行う。このため、ＦＭ中継装置１によれば、回り込み波Ｕ０～Ｕｎが有する遅延時間に関する情報と、強度及び位相に関する情報とを、別個に分離することなく同時に処理できるため、装置構成を簡略化できる。

（４ｅ）ＦＭ中継装置１では、親局波Ｄに用いる受信ＩＱ信号と、中継波Ｄｒに用いる送信ＩＱ信号とでオフセット周波数Δｆｏだけ異なる搬送波信号を用いる。また、ＦＭ中継装置１では、受信ＩＱ信号と送信ＩＱ信号との時間軸相関を算出する際に、オフセット周波数Δｆｏの逆数であるオフセット時間Ｔｏの区間で畳み込み演算を行う。これにより、受信ＩＱ信号に含まれる親局波Ｄに基づく信号成分は、送信ＩＱ信号との相関が弱くなり、相関解析部４３２での計算上では一種のノイズとして検出される。従って、ＦＭ中継装置１によれば、親局波Ｄに基づく信号成分が、回り込み波Ｕ０～Ｕｎの検出において妨害となることを抑制できる。

すなわち、ＦＭ放送波は、音声信号の変化を中心周波数からの周波数偏移に変換して伝送するアナログ変調信号であり、地上デジタル放送波とは異なり、回り込み波を推定するための情報は重畳されていない。回り込み波を推定するために親局波Ｄと同一チャンネル周波数の信号でありながら、中継波Ｄｒをオフセット周波数Δｆｏだけ異ならせることで、ＦＭ放送波に特別な信号を重畳することなく回り込み波の推定を可能としている。

［５．他の実施形態］
以上、本開示の実施形態について説明したが、本開示は上述の実施形態に限定されることなく、種々変形して実施することができる。

（５ａ）上記実施形態では、プロファイル記憶部４３３の記憶内容は、ＦＭ中継装置１の起動時に初期化（すなわち、Ｓ１１０）され、発振検知時に再設定（すなわち、Ｓ１３０）される。そして、初期化及び再設定時には、記憶内容をゼロクリアするように構成されているが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、プロファイル記憶部４３３に、遅延プロファイルの更新履歴を記憶させ、相関解析部４３２は、発振検知時に、プロファイル記憶部４３３の記憶内容をゼロクリアする代わりに、更新履歴に基づいて、遅延プロファイルの内容を発振検知前の状態に戻してもよい。このような構成によれば、発振検知後、回り込み波Ｕ０～Ｕｎの影響が十分に抑制された状態に、速やかに復帰させることができる。

（５ｂ）上記実施形態では、起動時及び発振検知時における中継波Ｄｒの出力レベルの制御を、ＦＭ変調部４１４で行っているが、増幅器５５や、パワーアンプ６の増幅率を変化させることで行ってもよいし、別途設けた減衰器によって行ってもよい。

（５ｃ）上記実施形態では、ＦＭ中継装置１を、ＳＦＮを用いるＦＭ同期放送システムにおいて放送エリアを拡張する場合について例示したが、これに限定されるものではなく、ＦＭ同期放送ではない通常のＦＭ放送システムにおいて放送エリアを拡張する場合に適用してもよい。

（５ｄ）ＦＭ中継装置１は、受信ＩＱ信号の状態を表示するための構成を備えてもよい。具体的には、ＦＭ中継装置１は、受信ＩＱ信号を複素平面上にプロットした画像を表す画像信号を生成する画像信号生成部と、画像信号を出力する画像出力端子とを備えてもよい。更に、画像出力端子に接続される表示装置や、画像信号を外部の表示装置（例えば、携帯電話等）に送信する無線通信器等を備えてもよい。この場合、図８に示すように、回り込み波による干渉がない場合と、干渉がある場合とで、異なる画像が得られるため、干渉の有無を視覚的に確認できる。

（５ｅ）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。

（５ｆ）上述したＦＭ中継装置の他、当該ＦＭ中継装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、遅延プロファイル生成方法など、様々な形態で本開示を実現することもできる。

１…ＦＭ中継装置、２…受信アンテナ、３…受信部、４…中継処理部、５…送信部、６…パワーアンプ、７…送信アンテナ、３１，５５…増幅器、３２，５３…ローカル信号生成器、３３，５４…ミキサ、３４…Ａ／Ｄ変換器、３５…直交復調器、４１…信号再生部、４２…発振検知部、４３…回り込み波除去部、５１…直交変調器、５２…Ｄ／Ａ変換器、１００…同期放送システム、１０１…配信局、１０２，１０３…送信所、１０４…伝送網、１０５…中継所、４１１…復調前ＣＨフィルタ、４１２…復調部、４１３…コンポジットフィルタ、４１４…変調部、４３１…変調後ＣＨフィルタ、４３２…相関解析部、４３３…プロファイル記憶部、４３４…適応フィルタ、４３５…減算器。

Claims (8)

1. ＦＭ放送の放送波を、受信アンテナ（２）を介して受信するように構成された受信部（３）と、
   前記受信部からの受信信号からレプリカ信号を減じた抑制信号を生成するように構成された抑制部（４３４，４３５）と、
   前記抑制信号を復調し、復調した信号を再変調することで送信信号を生成するように構成された信号再生部（４１）と、
   前記信号再生部にて生成された前記送信信号を用いて前記放送波を再現した中継波を、送信アンテナ（７）を介して送信するように構成された送信部（５）と、
   前記抑制信号と前記送信信号とを用いて時間軸相関を算出し、前記時間軸相関の最大値である最大相関値、及び該最大相関値が得られるときの前記受信信号に対する前記送信信号の遅延時間を含んだ情報である遅延プロファイルを生成するように構成されたプロファイル生成部（４３２）と、
   を備え、
   前記抑制部は、前記信号再生部で生成される前記送信信号を、前記遅延プロファイルに従って、前記遅延時間だけ遅延させ且つ前記最大相関値に応じた強度と位相に調整することで前記レプリカ信号を生成するように構成され、
   前記信号再生部は、前記送信信号の搬送波を、前記放送波の搬送波とは、ＦＭ放送波において許容される中心周波数偏差の範囲内で設定されるオフセット周波数だけ異ならせるように構成された
   ＦＭ中継装置。
2. 請求項１に記載のＦＭ中継装置であって、
   前記プロファイル生成部は、前記オフセット周波数をΔｆｏとして、前記オフセット周波数Δｆｏの逆数であるＴｏ＝１／Δｆｏの時間幅で畳み込み演算を実行することで前記時間軸相関を生成するように構成された
   ＦＭ中継装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載のＦＭ中継装置であって、
   当該ＦＭ中継装置の起動時に、前記送信アンテナが送信する前記中継波の出力レベルを、予め設定された最小レベルに設定し、前記出力レベルを予め設定された最大レベルまで回り込み波除去の進捗に応じて段階的に調整するように構成された出力調整部（４１４）
   を更に備えるＦＭ中継装置。
4. 請求項３に記載のＦＭ中継装置であって、
   当該ＦＭ中継装置の発振を検知するように構成された発振検知部（４２）と、
   前記プロファイル生成部にて生成された前記遅延プロファイルを記憶するように構成されたプロファイル記憶部（４３３）と、
   を更に備え、
   前記抑制部は、前記プロファイル記憶部の記憶内容に従って前記レプリカ信号を生成するように構成され、
   前記プロファイル生成部は、前記発振検知部による発振検知時に、前記プロファイル記憶部の記憶内容を再設定する再設定処理を行うように構成された、
   前記出力調整部は、前記起動時に加え、前記発振検知部による発振検知時にも、前記中継波の出力レベルを調整するように構成された、
   ＦＭ中継装置。
5. 請求項４に記載のＦＭ中継装置であって、
   前記プロファイル生成部は、前記再設定処理として、前記プロファイル記憶部の記憶内容を消去するように構成された
   ＦＭ中継装置。
6. 請求項４に記載のＦＭ中継装置であって、
   前記プロファイル記憶部には、前記遅延プロファイルの履歴が更に記憶されるように構成され、
   前記プロファイル生成部は、前記再設定処理として、前記プロファイル記憶部の記憶内容を、前記遅延プロファイルの履歴を用いて発振検知前の状態に戻すように構成された、
   ＦＭ中継装置。
7. 請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のＦＭ中継装置であって、
   前記受信部は、前記受信信号を、同相成分を表すＩ信号及び直交成分を表すＱ信号に変換して出力し、
   前記送信部は、前記Ｉ信号及び前記Ｑ信号で表された前記送信信号を直交復調して送信するように構成された
   ＦＭ中継装置。
8. ＦＭ放送の放送波を受信する受信アンテナから得られる受信信号からレプリカ信号を減じた抑制信号を復調し、復調した信号を再変調することで送信信号を生成し、前記送信信号を用いて前記放送波を再現した中継波を送信アンテナから送信するＦＭ中継装置において、前記送信アンテナから送信され前記受信アンテナにて受信される回り込み波の情報を表す遅延プロファイルを生成する遅延プロファイル生成方法であって、
   前記送信信号の搬送波を、前記放送波において許容される中心周波数偏差の範囲内で設定されるオフセット周波数だけ前記放送波の搬送波とは異ならせ、
   前記抑制信号と前記送信信号とを用いて時間軸相関を算出し、前記時間軸相関の最大値である最大相関値、及び最大相関値が得られるときの前記受信信号に対する前記送信信号の遅延時間を抽出することで、前記遅延プロファイルを生成し、
   前記レプリカ信号は、前記送信信号を、前記遅延プロファイルに従って、前記遅延時間だけ遅延させ且つ前記最大相関値に応じた強度と位相に調整することで生成される信号である、
   遅延プロファイル生成方法。

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