JPS60125035A - 双方向ｃａｔｖシステムにおける通信方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［本発明の技術分野］ 本発明は、双方向０ＡＴＶシステムーヒでのデータ通信
方式に関するものである。

０ＡＴＶシステムの運用形態は、ある限られた地域内に
同軸ケーブルを敷設し、映像センターより供給される映
像を、各ユーザがなんらかの方法で選択して受像する方
式になっている。

ＣＡＴＶシステムは、空中波を用いる通常の放送システ
ムに比べ、同軸ケーブルという固定した媒体を用いるた
めに、その運用には大きな自由度が与えられている。例
えばここでは、空中波では混信の虞れがある隣接したチ
ャンネルでの伝送が実施されている。これは、隣接チャ
ンネルに近い周波数成分をもつ音声波のレベルを落すこ
とで可能となる。

とくにＣΔＴＶシステムの最も特徴となる点は、双方向
のデータ通信が行なえることである。

このため、０ＡＴＶシステムを利用して、有料チャンネ
ルの視聴ごとに料金を支払うシステムが採用され、その
実現手段として、映像信号に用いない帯域（空チャンネ
ル）の利用がなされている。

課金や映像選択、またはスクランブルなどのためのデー
タ、いわゆるＣＡＴＶシステム維持のためのデータ通信
は、既に広く利用されているが、データの内容や、その
利用法を限定しない「Ｃ０ＭＭ０Ｎ−ＣＡＲＲＩ　ＥＲ
Ｊとしてのデータ通信については、今後の課題とされて
いる。

ＣＡＴＶシステムを利用したデータ通信の応用には、上
述したような０ＡＴＶシステム維持のためのデータ通信
のほかに、テレックスや文字多重放送のような映像チャ
ンネル内のＶＢ１部分を用いた一方向通信方式、一方向
性のソフトウェアなどのデータのＤＯＷＮＬＯＡＤＩＮ
Ｇ　ＳＹＳＴＥＭの通信方式などがあるが、ユーザ同士
の自由な通信という意味では自由度の欠けたものである
。

さて、ここで本発明の意図する技術分野は、専ら上述の
ｒｃＯＭＭＯＮ−ＣＡＲＲＩ　ＥＲＪとしての通信方式
にある。

［従来技術］ ０ＡＴＶシステムに応用できる通信システムとして採用
されたネットワークの構成は、第１図に示すようにいわ
ゆるバス形式であるために、一般的な電話網で使用して
いるような通信形態は採れないのであって、パケット形
通信の形態になる。

パケット形通信は、１本のラインに多数のユーザが接続
され、各々のデータをパケットに区切り、あたかも各ユ
ーザがそのラインを専有したかのように用いる時分割多
重の通信方式である。

こｑ時分割多重の方式で、回線使用効率のよい方法とし
ては、Ｃ８ＭＡＺＣＤ方式（キャリア・センス・マルチ
プル・アクセス　ウィズ　コリジヨン・ディテクション
）が提案されており、ローカルネットワークなどで、例
えばＥ　ｔｈｅｒｎｅｔで使用されている。従来、ＬＡ
Ｎなどで用いられるＣ８ＭＡ／ＣＤ方式はいわゆるベー
スバンドで通信を行っており、０ＡＴＶシステムへの応
用には各種の変更を必要とする。

このＣ８ＭＡ／ＣＤ方式を０ＡＴＶシステムに適用する
には以下に述べる条件が必要となる。第２図に一般的な
ＣＡＴＶシステムの周波数配置の例を示す。ここでは、
使用できる周波数帯を大きく２分割し、周波数帯域の下
のグループを上り方向（ターミナルからヘッドエンドへ
）に用い、上のグループを下り方向（ヘッドエンドから
ターミナルへ）に用いる。通常は下り方向には多数の映
像を供給するために、多（のチャンネルが割当てられて
いる。米国でのこの周波数帯域の分割の方法としては、
ＭＩＤ−８ＰＬＩＴ方式、または５ＵＳ−８ＰＬＩＴ方
式などがある。このように０ＡＴＶシステム上では、デ
ータの通信方向は周波数帯で規定されるため、Ｃ８ＭＡ
／ＣＤ方式を該システムに適用づる時には、次のような
構成にすることが必要である。

１、ベースバンドの通信は行えず、適当な搬送波を用い
てその搬送波に変調を施し、通信を行なう。

２、上り方向のデータおよび下り方向のデータは、各々
異なった周波数の搬送波を用いる。

３．０ＡＴＶシステム内の上り回線の終端および下り回
線の始端に、両回線を接続するだの周波数変換装置を必
要とする。

以上の条件を満して０ＡＴＶシステム上に通信システム
を構築すると、’１！３図のようになる。ここでは、周
波数変換装！（ＦＣ）１０１が上り回線の周波数「１を
下り回線の周波数ｆ２に変換する。

また、端末装置（以後ＮＩＵという）１０２は、各ユー
ザに１台ずつ備えられるもので、データの送信、受信の
制御を行なう。つまりＮＩＵに接続されるユーザのター
ミナルからのデータをパケット化し、送信周波数ｆ１で
変調を行ない、Ｃ８ＭＡ、／　ＣＤの制御方式にしたが
い送信を行なう。また、回線上のデータを常時監視し、
自ターミナル宛てのパケットを取込み、そのパケット構
成を解析し、誤りがなければそのデータをユーザターミ
ナルへ出力するといった一連の制御である。なお、この
ＮＩＵは１つのシステムに１２数個接続され、各々のＮ
ＩＬＩ（つまりＮＩＬＩに接続されるユーザターミナル
）が任意のＮＩＬＪと通信が行なえるものである。

このＮＩＵの動作は以下のようになる。Ｃ８ＭＡ／ＣＤ
方式では、通信回線上にデータがない時のみデータ送信
を行なえるが、そのデータ検出はＮＩＬＩが各自に行な
う。ＣＡＴＶシステムでは、各ターミナルの送信周波数
ｆ１および受信周波数１、は分離されており、送信には
上り回線の周波数ｆ１を、受信には下り口線の周波数「
２を用（Ｘでいるので、他のターミナルがデータパケッ
トを送信していることは、周波数変換装置で周波数変換
された下り回線を受信することにより認識できる。つま
り上り回線上でデータパケットを発信するためには、下
り回線を受信して上り回線の状態を把握することが必要
になる。また、Ｃ８ＭＡ／ＣＤ方式の特徴である゛′衝
突検知°′についても、上り回線での衝突は下り回線で
監視することになり、ＮＩＵはデータを上り回線へ送信
すると同時に、下り回線に送られて（るデータを比較す
ることで゛″衝突の検出を行なわなければならない。

つまり自分で送信したデータを正しく受信できなかつＩ
Ｃ時に゛衝突”があったと判定するのである以上の事柄
から下り回線は、相対する上り回線の状況を正しく反映
する必要があることが理解されよう。

ＮＴＵは、送信するデータを持った時には下り回線を監
視し、他のデータが無いことを確認した後に、上り回線
にデータパケットを送信し始める。

そして更に下り回線を監視し、自分で送信したデータを
受信し、送信中のデータと比較し、もしここで比較中に
誤りを検出した時には、送信途中でも直ちに送信を中断
するのである。このことは、無意味なデータにより回線
を占有させずに回線全体の使用効率を良くする上で重要
である。

次に、上り回線と下り回線のデータ形態について説明す
る、。上り回線と下り回線とは周波数の違いだけではな
く、本質的に次のような差異を持っている。すなわち、
下り回線は送信機が１台、受信機が多数であるのに対し
、上り回線は多数の送信機に対して１台の受信機で構成
されている。このことは、上り回線でのデータの形態に
つき制約をもたらす。つまり自由なデータ通信を行なう
ためには、上り回線では時分割の通信を行なうことが必
要なのであって、各ターミナルは必要な時に限り搬送波
をオンすることが要求され、それ以外には搬送波をオフ
するのであり、換言すれば搬送波それ自体も、送信され
るべきデータの長さにしたがってオン・オフされること
になる。この場合、オフ状態で各ＮＩＵに若干の一送波
の濶れがあると、それはある発信源となるＮＩＬＪにと
っては雑音となり、センターでの受信機の入力端ではそ
の雑音の総和として表われ、上り回線のＣ／Ｎを劣化さ
せることになる。

一方、下り回線では上り回線でのデータを反映させれば
よいが、データ回線の争奪は既に上り回線で行なわれて
おり、したがって、単に放送のような形式で送信すれば
よい。換言すれば、上り回線の終端に届いたデータを、
そのまま下り回線へ周波数変換して送信することで、シ
ステムとして実施できることになる。

［従来技術の問題点］ このように、ＣＡＴＶシステムにおいてＣ８ＭＡ／ＣＤ
よる通信方式を採用した場合、実際のＣＡＴＶネットワ
ーク上での運用には次の基本的問題が残されている。

すなわち０ＡＴＶネツ１〜ワークは、第１図にみられる
ようにツリー的な構造になっており、下り信号はセンタ
ーからの信号が各端末に分散されてゆる形になっている
。従って下り信号のＳ／Ｎは、基本的には幹線アンプの
段数および雑音指数によって決定される。従って下り回
線のＳ／Ｎは、システム設計時の値を保持することで比
較的容易に所望値に維持でき、その時間的な変動はない
。

一方、−上り回線の品質は、全ての端末からのデータを
受信できるようにセンターおよび回線の設計を行なうた
めに回線上のデータの品質（Ｓ／Ｎ＞は当然低下するこ
とになる。

例えばＣＡＴｖシステムの端末が、１ｏｏｏ台存在する
として、センター側の受信機は全ての端末のデータを受
信するものであるから、ここで、１台の端末の発信する
データのＣ／Ｎを例えば６０　ｄＢとすると、搬送波レ
ベルを１とする時、Ｎレベルは１ｘｉｏ’であるから、
１０００台の端末との接続では、Ｎレベルの合計は１Ｘ
　１Ｏ−６Ｘ　１０’　＝　ｌ　Ｘ　１０−３となり、
センターの受信端でのＣ／Ｎは３０ｄＢＬか取り得なく
なる。つまりセンターからみると、各端末は全て並列に
接続されており、各端末の漏れ雑音は、上り回線のデー
タに対して総和であり、結果的にＣ／Ｎを劣化させるこ
とになる。また前述したように、ケーブルに直接重畳す
る都市雑音などを考ｒｉｉすると、上り回線の終端では
全回線長に誘起される雑音が検出される。一方、下り回
線でのＮ　ｉ　’ｕ−ｏ入力端での雑音総量を考えてみ
るとセンターの出力から最短距離で信号が到達されるか
ら、その雑音重畳の聞は上り回線に比べ著しく少ないと
考えられる。例えば同軸ケーブル長当りの雑音ｍをα（
Ｗ）とし、０ＡＴＶシステムのケーブルの全長を１１０
０ｋ、センターからあるターミナルまでの距離を５ｋｌ
ｌｌとすると、上り回線での雑音量は１００α（Ｗ）、
下り回線での雑音量は５α（Ｗ）となり、上り回線およ
び下り回線のＣＮ比は１００１５　＝２０、ｄＢｋ：換
算して１３　ｄＢの差になる。つまり上記通信方式にお
いては、上り回線品質は下り回線に対してかなり劣化し
ていることがわかる。

現在までに提案されたシステムでは、この点に対する対
策を施したものではなく、０ＡＴＶ回線上でこの通信シ
ステムを実施できるほどの技術レベルはないといえる。

［本発明の目的］ 本発明は上記事情にもとづいてなされたもので、ＣＡＴ
ＶシステムにおいてＣ８ＭＡ／ＣＤの通信方式を採用す
る場合、上り回線と下り回線との回線品質のバランスを
救済し、同通信方式を実際に採用できるほどにシステム
の向上を図ろうとするものである。

［本発明の要旨］ この目的のため、本発明は、上り信号と下り信号とがあ
る周波数帯に分割されている双方向ＣＡＴＶシステムに
おいて、センター機器は、前記センターからの送信とは
異なる周波数変換装置を上記上り回線の終端および下り
回線の始端との間に設置し、上記周波数変換装置は、上
り回線に用いられる搬送波を受信復調する受信機、およ
び上記受信機で復調されたデータを基にサンプルクロッ
クを再生するクロック再生回路、該サンプルクロックに
より該復調データを再生する波形整形回路および再生さ
れたデータにより下り回線用の搬送波に変調を施して下
り回線に出力するための送信機より構成されるデータの
折り返し装置を具備してなり、上り回線の周波数からこ
れと対になるべき周波数への置換をなして下り回線に与
えるようにしたことを特徴とするものである。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を第４図ないし第７図を参照して
具体的に説明する。第４図にみられる周波数変換装置は
、受信４１１４０１．送信機４０２および波形整形機４
０３を具備している。そして上り回線のデータは搬送波
ｆ１でパケット化したデータで変調された信号であって
、上記受信機４０１で１ｕｌｌされる。このＩ調データ
はＣ／Ｎの劣化が反映してＳ／Ｎの劣化が表われている
。この復調データは波形整形ｌｌ！４０３で波形の整形
およびクロック再生を受ける。このようにタイミングレ
ベルと共に整形されたデータは、送信機４０２を用いて
下り回線に送信される。

その結果、ＣＡＴＶシステムの上り回線の雑音はセンタ
ーで分離され、下り回線には信頼性の高いデータが送信
されることになる。

また、以上の構成により次のような利点も与えられる。

すなわち、上り回線での各１１ＬＩからの受信レベルの
変動が下り回線に反映せず、一定のレベルで送信される
ことになる。囚に、０ＡＴＶシステムの構成からは各タ
ーミナルの設置場所により上りデータの受信レベルは同
一の出力レベルであったとしても、センター側では異な
り、その差は１０　ｄＢ程度あるいはそれ以上あるのが
普通である。この上りデータは従来のシステム（第３図
参照）では、下り回線でも全（同等のレベル差を有した
まま送信されるわけで、各ターミナルについて、データ
の信頼性に大きな差を生じている。

しかし本発明に係る上記構成（第４図参照）では、上り
回線での受信レベルのばらつきを、完全に下り回線への
折り返しに際して吸収してしまう。

なお、第４図における受信機４０１．送信機４０２は一
般的な機器であり、変復調の方式は各種あるが、これは
必要に応じて選択される問題である。

さて上記実施例について、そのｌ１ＪＨされたベースバ
ンドデータおよび送信すべきベースバンドデータにつき
、第５図を参照して説明する。第５図（ハ）はＣ／Ｎが
良好である時の復調波形であり、Φ）は曲線のＣ／Ｄが
劣化した時の復調波形を示している。なおこの図は、復
調データを正規な受信フィルタを通した後の波形である
。受信フィルタ通過後の信号波形における雑音成分は、
復調データの時間的なゆらぎ（ジッタ）となって表われ
る。

（ｂ）では正規なタイミングと復調データの零交差点が
雑音によりずれを生じている。

このジッタを含んだデータは、当然データの誤り率を拡
大させることになる。従来の単純な周波数変換システム
では、データがそのまま下り回線に送信されるから、下
り回線のＣ／Ｎ劣化と共に、更にデータの信頼性が低下
されることになる。そこで本発明では、第５図の（Ｃ）
の波形のように、一度クロック再生および波形の整形を
行なうのである。

第７図は波形整形のおよびクロック再生回路について示
している。ここで受信機７０１の入力は上り回線の周波
数であり、その出がはベースバンドに復調されたデータ
である（第５図（ロ）に相当）。

ここでデータは２つに分岐され、１つはエツジ検出回路
７０２へ、もう１つはサンプル回路７０３へ入力される
。エツジ検出回路７０２では、〜データの零交差点を抽
出してクロック再生回路７０４へ供給する。クロック再
生回路は検出された零交差点を基に、最適なりロック（
サンプルパルス）を生成し、前述のサンプル回路７０３
へ供給する。このクロック再生回路実施には、受信デー
タを基準としてカウンタを用いるリセット形、デジタル
的なＰ［１−を形成するループ形などがあるが、回線の
品質などにより適当な方式を選択すればよい。

また、このクロック再生回路の基準クロックとして、マ
スタ発振器７０５より必要なりロックが供給される。こ
のようにしてサンプル回路７０３では、前述した復調デ
ータおよびサンプルクロックによりデータサンプルを行
ない、結果的に波形整形を行なう。この波形整形後のデ
ータは第５図（Ｃ）に相当する。上述したクロック再生
回路で再生されたクロックは、わずかではあるがクロッ
ク期にゆらぎを生じている。これは入力データを基準と
しているだあに当然発生するゆらぎである。そこで、下
り回線に対して高信頼性のデータを送信するために、Ｆ
ＩＦＯ回路７（１６を設けて、クロックのゆらぎを吸収
し、正確な間隔のクロックで下り回線へ送信機７０７を
介して送出する。上記ＦＩＦＯ回路７０６での入力は、
再生したクロックを用いるが、出力はマスク発振器７０
５から分周した正確なりロックを用いる。ＦＩＦＯの段
数だけ若干の遅延を生じるが、ここでは問題にならない
。ＦＩＦＯの出力は正確なマスタクロックで送出される
ために上り回線で発生したジッタは存在せず、下り回線
上のデータは正確な時間間隔で送信されることになる。

上記送信機１０１では、再生されたデータを所定の周波
数で変調し、下り回線データとして送信する。従って一
ヒり回線でのデータに誤りがなければ、下り回線では正
しいデータが良好なＣ／Ｎで再送信されていることにな
る。

次に、上り回線におけるデータの品質劣化に関して説明
しよう。データの変調方式をＦＳＫ方式（周波数シフト
キーング）であると仮定し、そのビット誤り率を考えて
みる。従来の方式での伝送を行なう時には、下り回線の
Ｃ／Ｎも上り回線と同等であると考えられる。そこで下
り回線での劣化および周波数変換時の劣化は無視する（
前述のように上り回線のそれに比較して著しく小さい）
。

通常、ＦＳＫ受信機の特性はＳ、／　Ｎ対Ｃ／Ｎがスレ
ッショルド近辺から比例関係にあり、Ｓ／Ｎをパラメー
タとして誤り率を考えることができる。

ＦＳＫ伝送でのビット誤り率はｐｅ　＝　１／２　ｘｅ
−ｆ（ｒはＳ／Ｎ比）の式で表わされ、その特性を第６
図に示す。

例えば上り回線受信機での受信Ｓ／Ｎが１２　ｄＢであ
ったとすると、ビット誤り率はｐｅ　＝　１，８ｘ１０
−４である。下り回線にも同様のＣ／Ｎ　（Ｓ／Ｎ）で
伝送が行なえるとすれば、総合的なビット誤り率はＰｅ
　−＝　１−　（１−Ｐｅ　）　２＝　３．ｅｘｉｏ−
’となる。

このように伝送回線総合での誤り率を拡大させることに
なる。

この点、本発明に示した方式で構成すれば、乍り回線の
品質は上り回線に比べて良好であるために、下り回線の
誤り率は無視でき、前記の例で考えればＰ　＝　３．４
Ｘ　１０″、で上り、下りを含めて伝送できる。

更に伝送の方式としてバケツ１〜形伝送を行ない、パケ
ット単位での誤りを生じる場合、再送という手続きを行
なうため、データの誤りは伝送すべぎデータパケットの
数を増加させることになる。前述の値を用いて再送回数
をめてみると、以下に述べるようになる。すなわち、１
つのパケットの構成を１０００ピツト程度ですると、パ
ケットとじての誤り率ＰＦＩ　−１−（１−Ｐｅ　）１
０″となり、各々Ｐｐ　＝１，８ｘ１０−’　、　Ｐｐ
　−＝　３．６ｘ１０−’　トなる。

またデータの再送回数は１つのパケットの再送確率をめ
ればよいのでＲ＝ＰＩ）　＋ｐｐ　２　＋Ｐｐ　”十・
・・で表わされ、Ｒ＝Ｐｐ　／（１−Ｐｐ　）となり、
Ｒ＝　０．１９７．一方Ｒ−＝　０．４３２となる。つ
まり上り回線のデータをそのまま下り回線へ折り返寸時
（従来方式）にＳ／Ｎ−１２ｄＢ程皮の回線であるとす
ると、全パケットの４３％が再送を必要とすることにな
り、実用上問題である。これに対し本発明の構成によれ
ば、全パケットの２０−弱で済むことになる。この値は
Ｓ／Ｎが良ければ差を小さくできるが、総合的なデータ
伝送の信頼性を考慮すれば大きな差である。

すなわち本発明のように、センターでクロック再生、波
形整形を行なうことは、雑音を分離づ′ることになり、
再送信の時の雑音は機ＢＭ音のみとなり、全く理想的な
下り回線の品質をもたらす。

例えば上り回線で既に誤りを発生した時にも、その誤っ
たデータを忠実に送信することにはなるが、これは周波
数変換のみを行なった場合でも、誤りとなるので、本発
明の方式の欠点とはなり得ない。

以上述べたように、０ＡＴＶネツトワーク上でＣ８ＭＡ
／ＣＤ通信方式を実ＩＭ１′る時に、上り回線と下り回
線との周波数変換を行なうが、単純な周波数変換ではな
（、一度ベースバンドに復調し、クロック再生および波
形整形を行なうことにより、ＣＡＴＶネットワークの特
性である上り回線の雑音を分離し、精度の高いデータ通
信を行なうことが可能となる。

またゾスデム全体のコストを考えると、センター機器に
使用チャンネルごとの受信機、送信機、クロク再生、波
形整形回路を配備するなめに、従来方式に比べて若干の
コストアップを生ずることになるが、しかし本発明に係
るシステムは、一般的なＣ、Ａ　Ｔ　Ｖネットワークを
想定しており、本システムで接続されるターミナル数が
１０００台以上の規模では問題にならない。とくに総合
的に考えてみれば、データ通信の信頼性の確保はターミ
ナルへの負担を軒減し、システム全体のコスト低下に貢
献することになもなる。

Ｅ本発明の効果］ 本発明は、以上詳述したように、センターで上りデータ
のＩＩ調、再送信を行なうことにより、上り回線での受
信レベルのばらつきを吸収でき、更に受信データを波形
整形、クロック再生して上り回線の雑音を分離し、下り
回線のデータの高信頼性を確保でき、大規模双方向ＣＡ
ＴＶシステムに採用して非常に有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は双方向０ＡＴＶシステムのネットワークを概念
的に示す図、第２図はＣＡＴＶシステムの周波数配置の
例を示す図、第３図は送信側と受信側との間で構築され
る通信システムの７・ロック図、第４図は本発明に係る
センター側の周波数変換装置の一例を示すブロック図、
第５図は上記装置における信号波形の図、第６図はＳ／
Ｎについての誤り率の図、第７図は周波数変換装置の詳
細を示すブロック図である。 １０１・・・周波数変換装置、１０２・・・端末装置、
１０４・・・受信機、 ４０２・・・送信機、４０３・・・波形整形機、１０１
・・・受信機、７０２・・・エツジ検出回路、１０−３
・・・サンプル回路、７０４・・・クロック再生回路、
７０５・・・マスタ発振器、７０６・・・ＦＩＦＯ回路
、７０７・・・送信機。 特許出願人　パイオニア株式会社 代理人　弁理士　小　橋　信　淳 同　弁理士　村　井　進

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 上り信口と下り信号とがある周波数帯に分割されている
   双方向０ＡＴＶシステムにおいて、センター機器は、前
   記センターからの送信とは異なる周波数変換Ｍｆｆｉを
   上記上り回線の終端および下り回線の始端との間に設置
   し、上記周波数変換装置は、上り回線に用いられる搬送
   波を受信復調する受信機、および−上記受信機で復調さ
   れたデータを基にサンプルクロックを再生するクロック
   再生回路、該サンプルクロックにより該復調データを再
   生ずる波形整形回路および再生されたデータにより下り
   回線用の搬送波に変調を施して下り回線に出力するため
   の送信機より構成されるデータの折り返し装置を具備し
   でなり、上り回線の周波数からこれと対になるべき周波
   数への置換をなして下り回線に与えるようにしたことを
   特徴とづ−る双方向ＣＡＴＶシステムにおける通信方式
   。