JP4276664B2 - 地上デジタルテレビジョン放送の送受信装置 - Google Patents

Description

本発明は、地上デジタルテレビジョン（以下、地上ＤＴＶと略称する）放送の送受信装置に関し、より詳細には、地下、ビル内、家屋内部など電波の届き難い電波遮蔽空間や弱電界空間においても地上ＤＴＶのワンセグメントを扱う携帯端末向け放送（以下、ワンセグ放送と略称する）を容易に受信することが可能な送受信装置に関するものである。

地上ＤＴＶ放送では、以前のアナログテレビジョン放送に比して電波不感帯が小さくなっている。しかし、送信アンテナから離れた遠隔地、地下スペース、ビル陰、ビル内のオフィス、家屋内部などにおいては、地上ＤＴＶ電波が著しく減衰するため、電波遮蔽空間や弱電界空間が形成されることになる。そこで、これら難視聴空間の解消のための、ギャップフィラー（Gap-Filler）と呼ばれる再送信装置が提案されている。(例えば、特許文献1参照)

上記ギャップフィラーは、図１１に示すように、受信アンテナ１１１で受信した地上ＤＴＶ放送波の受信信号を増幅器１１３で所定レベルに増幅して再送信号を生成し、この再送信号を再送信アンテナ１１４にて難視聴空間である屋内に再送信するよう構成されている。このギャップフィラーによれば、屋内に再送信される地上ＤＴＶ放送波を室内アンテナ１２２を介してテレビジョン受像機１２１で受信することができる。

特開２００４-１１２５４２号公報

しかしながら、上記ギャップフィラーには、以下に述べるような２つの大きな問題点がある。
第１の問題点は、再送信電波の到達距離が短いため、この再送信装置から発射される電波を受信できる範囲が狭いことである。なお、再送信電波の到達距離を長くすべく発射電波の強度を上げると、電波法規上の規制を受けるおそれや、他の電波へ妨害を与えるおそれがあり、また、増輻器１１３が高価になるなどの不都合も生じる。
特に、電波遮蔽空間において携帯端末などで移動しながらワンセグ放送を受信できるようにするためには、再送信電波の到達距離を効果的に伸ばすことが必要であり、これがこの種ギャップフィラーにおける大きな課題になっている。

再送信電波の到達距離拡張の重要性は、電波法規上の免許不要微弱無線局に適用する場合に特に顕著である。図１２は、電波法規による免許不要微弱無線局の許容電界強度を使用周波数に対して表したグラフである。これによると、ＵＨＦ帯の４７０〜７７０ＭＨｚを使用する地上ＤＴＶ放送波の許容電界強度は、３ｍ離れた地点で３５μＶ／ｍである。

特許文献１に示された方法における再送信電波は、地上ＤＴＶ放送と同周波数のＵＨＦ帯であるから、上記の許容電界強度の規定により３５μＶ／ｍと非常に弱いものとなり、このため、再送信アンテナから１ｍ以上の距離では、室内アンテナによるテレビ放送の受信や携帯端末によるワンセグ放送の受信がほとんど不可能になる。つまり、免許不要の微弱無線局としての再送信は、家庭内などの狭い範囲においても実現が困難であるといえる。

第２の問題点は、再送信装置の入力である地上ＤＴＶ信号と出力である再送信信号とが同じ周波数であるために、再送信信号を受信する空間内で該再送信信号と直接飛来する地上ＤＴＶ放送とが干渉して、再送信信号の受信が困難となる場所が存在するようになることである。また、逆に、直接飛来する地上ＤＴＶ放送波を受信しようとしている近くに再送信装置があると、同様の干渉を起こして直接飛来放送波の受信に悪影響を与える地点が存在するようになる恐れがある。さらに、再送信装置を製造する上で、入出力の干渉防止に十分な注意を払わなければならないなどの問題もある。

本発明は、上述のような従来技術が有する問題点に鑑み、放送局のアンテナタワーから発射されている地上ＤＴＶ放送波が届き難い電波遮蔽空間や微弱電界空間においても、携帯電話などの携帯端末で容易に地上ＤＴＶのワンセグ放送を受信することが可能な送受信装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、ワンセグメント放送波を含む第１の地上デジタルテレビジョン放送波を入力し、この入力した第１の地上デジタルテレビジョン放送波における少なくとも前記ワンセグメント放送波に周波数変換処理を施した第２の地上デジタルテレビジョン放送波を再送信アンテナから送信する再送信手段と、前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波を受信アンテナを介して受信する受信手段と、を有する。

前記再送信手段は、前記第１の地上デジタルテレビジョン放送波における少なくとも前記ワンセグメント放送波の周波数を該放送波の周波数帯の下限周波数よりも低い３２２ＭＨｚ以下の周波数に変換して前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波を得る周波数変換手段と、前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波が前記再送信アンテナから送信されるように該再送信アンテナを駆動する駆動手段と、を有する。
前記再送信手段は、前記再送信アンテナを複数備え、前記駆動手段によってこれらの再送信アンテナを同時に駆動するように構成されるとともに、前記周波数変換手段を複数設けてそれらの変換周波数を互いに相違させ、前記各周波数変換手段に前記第１の地上デジタルテレビジョン放送波のフルセグメント放送波を入力するとともに、前記各周波数変換手段の出力を合成手段によって合成するように構成される。

前記駆動手段は、前記周波数変換手段の出力を増幅して前記再送信アンテナに供給する増幅手段と、前記再送信アンテナから送信される第２の地上デジタルテレビジョン放送波の電界強度を５００μＶ／ｍ以下に制限するための振幅制限手段と、を有し、前記振幅制限手段は、前記増幅手段の出力を直流電圧に変換する手段と、その直流電圧が基準電圧に一致するように前記増幅器の利得を調整する手段とを備える。

前記受信手段は、前記第１の地上デジタルテレビジョン放送波と前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波の双方が受信可能なチューナを備えることができる。

前記チューナは、ＰＬＬ周波数発生器の発振周波数に基づいて所要チャンネルの信号を取り出すように構成され、その受信可能周波数に前記第１および第２の地上デジタルテレビジョン放送波の周波数が含まれるように前記ＰＬＬ周波数発生器の発振周波数範囲が設定される。

前記再送信手段は、前記第１の地上デジタルテレビジョン放送波のフルセグメント放送波に周波数変換処理を施して前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波を得るように構成することができる。前記受信手段は、前記第１および第２の地上デジタルテレビジョン放送波の各チャンネルを格納するメモリを備え、該メモリに格納された前記各放送波のチャンネルを選択指定することによって、その指定されたチャンネルに対応する周波数を前記ＰＬＬ周波数発生器で発生させるよう構成することができる。

本発明によれば、ＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ放送波をＵＨＦ帯より低い周波数帯に変換して送受信するので、周波数が低いほど空間伝播損失が小さくなるという性質が生かされて、より広い受信エリアを実現することができる。さらに、再送信波が長波長となるので、回折伝播作用により家具や人影の影響を受け難くなるので、より良好な受信が可能となる。

また、放送局からの地上ＤＴＶ放送の直接波と再送信電波の周波数が異なるため、混信妨害によるＳＦＮ（Single Frequency Network）難視聴が生じない。しかも、受信手段は、地上ＤＴＶチューナの受信周波数範囲を広げるだけで対応することができるという実施上の利便性を有する。
したがって、電波遮蔽空間や地上ＤＴＶ波の弱電界空間においてギャップフィラーとして構成すれば、携帯端末によるワンセグ放送受信があらゆる場所で可能となり大きな利便性が得られる。
さらに、広い受信エリアが得られるので、受信エリアが限られている場合などには、再送信出力を抑えかつ再送信アンテナの数を減らすことができ、これは、経済的なシステムを構成する上での有利な要素になる。

そして、本発明に係る送受信装置によれば、免許不要の微弱無線局としてビル内のオフィスや家庭内の無線伝送に利用することが可能になる。この揚合、ＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ波を３２２ＭＨｚ以下の周波数に変換することにより、再送信アンテナから３ｍ地点の電界強度を最大５００μＶ／ｍにすることができるので、ＵＨＦ帯のまま伝送するのに対し格段に増力を図ることができる。それゆえ、ワンセグ放送の受信限界電界強度がフルセグ放送のそれに比較して１５ｄＢ程度低いことと相俟って、再送信によるワンセグ放送の受信エリアを屋内向けとして十分な広さとなるように実現できる。
したがって、オアィス内や家庭用として、免許不要の手軽な地上ＤＴＶの無線伝送システムを実現でき、家屋内のどこでも携帯電話で地上ＤＴＶのワンセグ放送を視聴できる環境を提供できる。また、再送信アンテナの設置地点から比較的近いところでは、フルセグ放送も簡易な室内アンテナで無線受信できるため、キャリアブルテレビの受信などに極めて便利になる。

以上のように、本発明によれば、地上ＤＴＶ放送波が届き難い弱電界空間においても携帯端末などでワンセグ放送を容易に受信することが可能になるので、地上ＤＴＶの活用に大きく寄与することができる。

図１は、本発明に係る地上デジタルテレビジョン放送（以下、地上ＤＴＶ放送と略称する）の送受信装置の一実施形態を示す概略図である。
地上ＤＴＶ放送では、送信アンテナから離れた遠隔地をはじめ、山間地帯、地下施設、トンネル内、ビル陰、建物内などの多くの場所で電波遮蔽空間や微弱電界空間が存在する。図１は、それらの代表的な例として、放送局の送信アンテナ１からやや離れた地点のビル内での携帯端末による受信を想定したものである。

図１において、放送局の送信アンテナ１から発射されるＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ放送波（周波数帯域４７０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚに複数の局のチャンネルが含まれている）は、ビル２の屋外には十分な電界強度で届くものの、ビル２の内部であるオフィス空間では、鉄筋コンクリート製構築物などのために、著しく減衰して十分な電界強度で届かないことが多い。そのため、地上ＤＴＶのワンセグ放送受信機能をもつ携帯電話や他の携帯端末では、ワンセグ放送波を直接良好に受信することができない。

そこで、本実施形態では、屋外に設置したＵＨＦ受信アンテナ３により放送局の放送アンテナ１の発するＵＨＦ波を受信し、引き込みケーブル４によりこのＵＨＦ波を屋内に導いている。ケーブル４を介して屋内に導かれたＵＨＦ波は、地上デジタルテレビ５などに入力されるとともに、その一分岐が再送信装置６に入力される。

再送信装置６は、入力されたＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ波の周波数をＵＨＦ帯の下限周波数である４７０ＭＨｚ以下の周波数帯、例えば１０８ＭＨｚ〜１７０ＭＨｚのミッドバンド帯（ＭＩＤ帯）の周波数に変換し、この周波数変換されたＤＴＶ波を適切なレベルに設定した後、アンテナ７から再送信波８として発射する。
再送信装置６のアンテナ７から発射される電波８は、ビル２のオフィス空間に拡がるので、ＭＩＤ帯域の受信が可能なワンセグ放送受信機能をもつ携帯電話９、１０や個人用携帯端末１１などで受信することができる。

再送信装置６で周波数変換を行う理由は以下のとおりである。まず、第１の理由について述べる。
再送信電波は、できる限り伝播損失を受けないことが望ましい。なぜなら、伝播損失が小さいほど到達距離が長くなるからである。電波の白由空間伝播損失は、下式（１）で表される。つまり、この伝搬損失は、電波の周波数が低いほど少なくなる。
Ｌ[ｄＢ]＝２０ｌｏｇ₁₀〔４πｆｄ／ｖ〕 (１)
Ｌ：伝搬損失、ｄ：送受信間距離、ｆ：周波数、Ｖ：光速

例えば、送信アンテナから１０ｍ離れた地点での伝播損失は、ＵＨＦ帯の周波数である５００ＭＨｚの場合、（１）式より４６．４ｄＢである。これに対し、ＭＩＤ帯の周波数である１１０ＭＨｚについての同伝播損失は、５００ＭＨｚの場合よりも約１３ｄＢ小さい３３．３ｄＢとなる。これは、同じ送信電力であれば低い周波数の方が遠方まで届きやすいことを意味している。

再送信装置６で放送波を中継伝送する場合、到達距離が長いことは非常に重要な要素になる。したがって、再送信波の周波数を低い周波数に変換して伝送する手法は、中継伝送の機能を高める上での極めて有効な手段になる。また、低い周波数への変換は、波長を大きくして回折による伝播に有利に作用するので、家具や人影により電波が遮蔽されるという影響も少なくなる。

周波数変換を行う第２の理由は次のとおりである。
再送信電波は、放送局からの直接波が到来している微弱電界空間に対して発するものであるが、直接波の電界強度が比較的大きい場合もあり得る。この場合、再送信電波と直接到来波が同一周波数であると、それら相互が干渉して受信に悪影響を及ぼす可能性がある。そこで、本実施形態のように、再送信波を異なる周波数に変換して伝送すれば、両波の周波数帯域が異なることになるので、その相互干渉を避けることができる。
なお、上記第１の理由中に述べた伝播損失の低減作用と、上記第２の理由中に述べた直接波と再送信波相互の干渉回避作用の双方を効果的に得るには、上記変換周波数をＵＨＦ帯の下限周波数である４７０ＭＨｚ以下に選択することが望ましい。

図２は、図１に示す再送信装置６および携帯電話９の基本構成を示すブロック図である。
図２において、再送信装置６は、周波数変換回路１２、駆動回路１３および再送信アンテナ７によって構成されている。前記受信アンテナ３により受信したＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ放送波は、周波数変換回路１２に入力され、例えばＭＩＤ周波数帯である１０８ＭＨｚ〜１７０ＭＨｚに含まれる一部の帯域の放送波へと変換される。

この周波数変換は、例えば、ＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ放送波と局部発信器で発生する単一周波数信号とをマルチプレクサーに入力し、両入力の周波数差成分を帯域フィルタで取り出すことにより実現することができる。この時、変換信号が所望の周波数帯域の信号になるよう局部発信器の発振周波数が選択される。
駆動回路１３は、周波数変換回路１２によって変換された信号を入力し、この信号を増福器や減衰器により所望のレベルに設定した後、再送信アンテナ７に供給する。したがって、再送信アンテナ７からは、ＭＩＤ帯の一部の周波数に変換された地上ＤＴＶ波が規定の強度で屋内などの空間に発射される。

ワンセグ放送を受信する携帯端末の一例である携帯電話９は、携帯電話機能を果たすための周知の要素である通信用アンテナ１４、携帯電話用フロントエンド１５および携帯電話用バックエンド１６を備え、さらに、地上ＤＴＶ波のワンセグ放送の受信機を構成する受信アンテナ１７、ワンセグ用フロントエンド１８、ワンセグ用バックエンド１９および出力装置２０を備えている。なお、出力装置２０は、携帯電話機能を果たすための要素としても用いられる。このように、携帯電話９は、携帯電話機能を果たすための要素と地上ＤＴＶのワンセグ放送受信機能を果たすための要素とを一筐体に収納した構成を有する。

次に、ワンセグ放送の受信動作を説明する。前記再送信アンテナ７から発射された周波数変換済みの地上ＤＴＶ波は、アンテナ１７でキャッチされた後、ワンセグ用フロントエンド１８に入力される。このワンセグ用フロントエンド１８は、後述するようにチューナおよびＯＦＤＭ(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)復調器を備える。チューナは、受信信号を増幅し、かつ使用者の指定によるチャンネルのワンセグ情報を選択する。このチューナは、周波数変換された地上ＤＴＶ波の再送信信号の受信をも可能となるように、受信周波数帯域をＵＨＦ帯の下限周波数である４７０ＭＨｚ以下まで広げた構成を有する。

ＯＦＤＭ復調器は、地上ＤＴＶ放送の伝送用変調方式であるＯＦＤＭの信号を復調する。ワンセグ用バックエンド１９は、ＯＦＤＭ復調された希望チャンネルのワンセグベースバンド信号にエラー訂正や圧縮デコードなどのデジタルテレビに必要な信号処理を施して、ワンセグベースバンド信号に含まれた画像、音声などの情報を液晶ディスプレイやスピーカで構成される出力装置２０に供給する。この結果、使用者は、音声付動画やデータ放送画面を視聴することができる。

上述した実施形態では、地上ＤＴＶ放送波を４７０ＭＨｚ以下の周波数帯域の放送波に変換して再送信している。再送信装置としての免許を取得して、１０ｍＷ局などとして展開する場合には上記した手法でもよいが、一般的には、再送信装置等の中継局の免許取得は手続きが煩わしい。したがって、免許不要の微弱無線局で効果的な中継が実現できればその効果は大きい。

図３は、免許不要微弱無線局を想定した場合の送受信間距離に対する電界強度（微弱無線局規定の測定法に基づく値〉の関係を示したものである。微弱無線局の許容電界強度は、送受信間距離が３ｍの地点で規定されていて、図１２で説明したように、ＵＨＦ帯域では３５μＶ／ｍである。３５μＶ／ｍは、ｄＢで表現すると３１ｄＢμＶ／ｍであるので、図３において、送受信距離３ｍ上の点２１として表わされる。

自由空間での電波伝搬損失は距離の二乗に比例する。そこで、図示のように横軸の送受信距離を対数で表すとともに、縦軸の電界強度をデシベル（ｄＢ）で表すと、送受信距離に対する電界強度（ＵＨＦ帯の伝播特性）は、２０ｄＢ／Decade（１０倍で２０ｄＢ）の傾斜をもち、点２１を通る直線２２によって表すことができる。このＵＨＦ帯の伝播特性２２から電界強度に対する送受信距離、すなわち到達距離が推定できることになる。

例えば、地上ＤＴＶ放送の受信において、λ／４ダイポールアンテナを使用するとすれば、通常のＤＴＶ放送（１２セグメント使用のものであり、以下、フルセグ放送と呼ぶ）の所要電界強度は、受信機の最小入カレベル規定から約５３ｄＢμＶ／ｍである（代表例としてＣＨ１５:４８５ＭＨｚの場合）。この場合の到達距離は、電界強度５３ｄＢμＶ／ｍと直線２２の交点２３から約０．２ｍと推定され、実用性にはほど遠いものである。

ワンセグ放送受信は、フルセグ放送に比較して変調方式が異なる（代表的には、フルセグ放送の変調方式は６４ＱＡＭ、ワンセグ放送のそれはＱＰＳＫ）ので、所要電界強度が約１５ｄＢ低くても受信することができる。すなわち、電界強度３８ｄＢμＶ／ｍ（５３−１５ｄＢ）と直線２２との交点２４から、到達距離は約１ｍとなる。しかしこの場合、再送信の電界強度は３５μＶ／ｍ以下に抑えなければならない。したがって、ワンセグ放送の到達距離が１ｍ程度では、屋外のギャップフィラーにはもちろんのこと、屋内の再送信装置であっても実用は困難であるといえる。

直接ＵＨＦ帯で再送信するのではなく、ＭＩＤ帯に周波数変換して再送信する場合は、図１２から明らかなように、免許不要微弱無線局の許容電界強度が５００μＶ／ｍ、すなわち５４ｄＢμＶ／ｍとなる。この場合、図３に示すように、送受信距離３ｍ上の点２５が基準となるので、自由空間の電波伝播損失に基づく伝播特性２６は、基準点２５を通り伝播特性２２に平行な直線となる。

ここで、受信アンテナをλ／４ダイポールアンテナとすると、受信機の最小入カレベル規定を考慮した場合、フルセグ放送受信の所要電界強度は４２ｄＢ／ｍである（代表例として、周波数が１２９ＭＨｚの場合）。したがって、電界強度４２ｄＢ／ｍと伝播特性２６との交点２７から、再送信波の到達距離は約１０ｍであると推定される。
他方、ワンセグ放送の受信については、前記変調方式の違いを考慮した場合、所要電界強度が２７ｄＢμＶ／ｍとなる。したがって、この電界強度２７ｄＢμＶ／ｍと伝播特性２６との交点２８から、再送信波の到達距離は約６０ｍに達すると推定される。

以上の考察から、免許不要の微弱無線局を設置してワンセグ放送の再送信を実現するには、適用周波数をＵＨＦ帯の周波数より低い３２２ＭＨｚ以下の周波数（例えばＭＩＤ帯などの周波数）に変換して、再送信の電界強度を５００μＶ／ｍ以下に設定すればよいことになる。この手法は、到達距離を飛躍的に延ばす効果をもたらすので、屋内の再送信装置だけでなく、屋外のギャップフィラーにも適用することが可能となる。

なお、上述したＵＨＦ帯波とＭＩＤ帯波の伝播特性の差は、微弱無線局に限られるわけではない。したがって、免許を取得して再送信局を設ける揚合などでも、ＭＩＤ帯などに周波数変換して再送信することにより、同じ送信電力に対する局のサービスエリアを飛躍的に高めることができ、これは中継局の数を減らせるなどの効果をもたらす。

再送信局を以上において説明した微弱無線局として運用する場合、送信アンテナの発する電界強度を規定値以下に制限する必要がある。この電界強度の制限のために、前記再送信装置６の製造出荷時に送信出力が所定値以下となるように該再送信装置６を調整しておくことが考えられる。しかし、この方法では、入力電波の変動や構成部品の経時変化などで上記電界強度が上記規定値を超える恐れがある。それゆえ、再送信装置６自体に電界強度を規定値以下に制限するための機能を持たせることが望ましい。

上記の制限機能は、例えば、再送信装置６の駆動回路１３に持たせることができ、図４（ａ）および（ｂ）にはその構成例が示されている。図４（ａ）および（ｂ）の駆動回路１３は、それぞれ上記制限機能を自動利得制御方式およびリミッタ方式に基づいて実現するように構成したものである。
図４（ａ）に示す駆動回路１３は、周波数変換信号を増幅して再送信アンテナ７に出力する可変利得増幅器２９と、該可変利得増幅器２９の出力を整流して対応する直流電圧に変換する整流回路３０と、この直流電圧と基準電圧３１の偏差を増幅する直流増幅器３２とを備え、この直流増幅器３２の出力によって可変利得増幅器２９の利得を制御するよう構成されている。
上記基準電圧３１は、電界強度が規定値のときの整流回路３０の出力電圧値に設定されている。したがって、上記駆動回路１３によれば、上記電界強度が常に規定値となるように、可変利得増幅器２９の利得が制御される。

次に、図４（ｂ）に示す駆動回路１３は、抵抗器３３およびこの抵抗器３３とグランド間に逆並列接続されたダイオード３４，３５を備えるアッテネータと、このアッテネータを介して入力される周波数変換信号を再送信アンテナ７に供給する出力増幅器３６とを有する。
この駆動回路１３において、抵抗器３３を介してダイオード３４，３５に順方向降下電圧以上の振幅を持つ周波数変換信号が加えられると、これらのダイオード３４，３５が導通して低抵抗状態になるので、出力増幅器３６に入力される周波数変換信号が減衰されることになる。一方、ダイオード３４，３５にそれらの順方向降下電圧よりも小さい振幅を持つ周波数変換信号が加えられる場合には、これらのダイオード３４，３５が高抵抗を呈するので、周波数変換信号が減衰されることなく出力増幅器３６に入力される。

したがって、ダイオード３４，３５の順方向降下電圧に対する周波数変換信号のレベルを適切に設定することにより、入力される周波数変換信号の大振幅部分を瞬時的にカットするリミッタ特性を得ることができる。この場合、再送信アンテナ７から瞬間的に大振幅の電波が出力されることも抑制できるので、より効果的である。
なお、上記自動利得制御方式もしくはリミッタ方式の送信出力制限手段は、図２に示す周波数変換回路１２に組み込むことも可能である。

図５は、地上ＤＴＶ放送が届かない地下街や地下鉄ホームなどの地下電波遮蔽空間３７においても、携帯電話９，１０、個人用携帯端末１１、小型ポータブルテレビ３８等で容易に地上ＤＴＶのワンセグ放送を受信することを可能にするため、本発明に係る地上ＤＴＶ放送の送受信装置を地下電波遮蔽空間用のギャップフィラーとして使用した実施形態を示している。

図５において、受信アンテナ３は、地上ＤＴＶ放送を直接受信できる地上の適切な場所に設置されている。このアンテナ３の出力は、引き込みケーブル４により地下空間３７内に導入された後、再送信装置６に入力される。再送信装置６は、前記したように、周波数変換回路１２および駆動回路１３を具備し、入力されるＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ波の周波数を４７０ＭＨｚ以下の周波数、例えばＭＩＤ帯の一部の周波数に変換した後、再送信アンテナ３９，４０，４１および４２に供給する。

駆動回路１３は、複数の再送信アンテナ３９〜４２を駆動できるようにその出力が強化されるが、再送信装置６を微弱無線局として使用する場合には、１アンテナあたりの出力電力が僅かとなるため、その出力の強化は容易である。
再送信アンテナ３９〜４２は、供給された電力に応じて決まる到達範囲（アンテナ３９ではエリア４３、アンテナ４０ではエリア４４）を考慮して設置間隔を決定する。
また、アンテナ３９，４０，・・・の本数は、地下電波遮蔽空間３７の広さと該アンテナ３９，４０，・・・設置間隔を考慮して決めればよい。
さらに、受信機器である携帯電話９，１０、個人用携帯端末１１、小型ポータブルテレビ３８などは、ＵＨＦ帯の地上ＤＴＶのワンセグ放送受信機能を持つように構成されるとともに、そのフロントエンドは４７０ＭＨｚ以下の周波数帯域（この実施形態では、ＭＩＤ帯も含む）も受信できるよう構成される。

この実施形態によれば、比較的広い電波遮蔽空間３７でも、簡単な構成で地上ＤＴＶのワンセグ放送を受信することが可能となる。
本実施形態では、再送信装置６を地下に設置しているが、この再送信装置６を地上に設置して、その出力をケーブルを介して地下空間３７内の各再送信アンテナ３９〜４２に供給することももちろん可能である。また、この実施形態に係る技術は、地下の電波遮蔽空間３７での適用に限定されず、ビルや家屋内等の微弱電界空間にも適応可能である。この場合、ビルや家屋内等の各階に上記複数アンテナ３９〜４２を設置し、これらのアンテナ３９〜４２に再送信装置６の出力を供給することになる。

図６は、上記再送信装置６の別の構成を示すブロック図である。この再送信装置６において、マルチプレクサー４５，４６には、受信アンテナ３（図２参照）で受信されたＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ放送波がそれぞれ入力され、かつ、局部発信器４７，４８から出力される単一周波数の信号がそれぞれ入力される。なお、局部発信器４７，４８の出力信号の周波数は互いに相違している。
各マルチプレクサー４５，４６の出力は、それぞれ帯域フィルタ４９，５０を経て合成器５１に入力され、ここで合成された後、駆動回路１３に入力される。駆動回路１３の出力は、再送信アンテナ７に供給され、再送信波として発射される。

図７（ａ）は、上記再送信装置６に入力される地上ＤＴＶ放送波のチャンネル配置を例示している。この例では、ＵＨＦ帯の下限周波数４７０ＭＨｚから５００ＭＨｚに渡る周波数域に６ＭＨｚ帯域のチャンネルがｃｈ１３からｃｈ１７まで配列し、６０８ＭＨＺから６１４ＭＨｚにｃｈ３６が存在している。
上記離れた帯域に存在するチャンネルｃｈ３６は、中継局の設置などにより実在する希望の受信チャンネルである。

ところで、上記チャンネルｃｈ１３〜ｃｈ１７およびｃｈ３６を有するＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ波の周波数を４７０ＭＨｚ以下の周波数、例えばＭＩＤ帯の一部の周波数に一括して変換した場合、上記離れた帯域に存在するチャンネルｃｈ３６のために、ＭＩＤ帯が不連続なチャンネル配置となる。つまり、比較的狭い帯域に連続したチャンネルを並べることができなくなる。これは、帯域使用効率が悪くなること意味する。
しかし、図６に示す構成の再送信装置６によれば、図７（ｂ）に示すように、ＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ波の周波数を上記チャンネルｃｈ１３〜ｃｈ１７およびｃｈ３６が例えばＭＩＤ帯の周波数域１０８ＭＨＺから１４４ＭＨｚに連続して配置されるように変換することが可能である。

すなわち、図６の再送信装置６において、例えば、局部発信器４７の周波数を３６２ＭＨｚに設定し、局部発信器４８の周波数を４７０ＭＨｚに設定すると、マルチプレクサー４５の差成分出力として、周波数範囲１０８ＭＨｚ〜１３８ＭＨｚに配列する５チャンネルと、帯域２４６ＭＨｚ〜２５２ＭＨｚの１チャンネルが得られ、そのうちの１０８ ＭＨｚ〜１３８ＭＨｚ成分が帯城フィルタ４９によって取り出される。一方、マルチプレクサー４６の差成分出力として、０〜３０ ＭＨｚに配列する５つチャンネルと、帯域１３８ＭＨｚ〜１４４ＭＨｚの１チャンネルが得られ、そのうちの１３８ ＭＨｚ〜１４４ＭＨｚの１チャンネルが帯域フィルタ５０によって取り出される。

このようにして取り出された１０８ＭＨｚ〜１３８ＭＨｚの５チャンネルと、１３８ＭＨｚ〜１４４ＭＨｚの１チャンネルが前記合成器５１で合成され、その結果、図７（ｂ）に示すように、ＭＩＤ帯域である１０８ＭＨｚ〜１４４ＭＨｚに連続した６チャンネルを形成することができる。もちろん、局部発信器の発信周波数を選ぶことにより、各チャンネルを連続させずに隙間を空けて配置することも可能である。
以上のように、図６の再送信装置６によれば、地上ＤＴＶ放送波のチャンネル配置が不連続なものであっても、低い周波数に変換する際、受信などに都合のよいチャンネル配置を実現することが可能となる。

図８は、本発明に係る地上ＤＴＶ放送の送受信装置におけるワンセグ放送受信機（例えば、図１に示す携帯電話９）のフロントエンド１８の基本的な構成を示すブロック図である。
図８において、バンドパスフィルタ５２は、図示していない受信アンテナからの入力をフィルタリングして、地上ＤＴＶ放送波および周波数変換した再送信波を通過させ、それ以外の周波数成分を取り除くものである。このバンドパスフィルタ５２の代表的な通過帯域は、９０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚに設定される。ＲＦ増幅器５３は、バンドパスフィルタ５２を通過した９０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚのＲＦ信号を低雑音で増幅する。図示していないが、このＲＦ増幅器５３には、出カレベルを一定に保つための自動利得制御が付加されることが多い。

ＲＦ増幅器５３で適切なレベルに増幅されたＲＦ信号は、ミキサー５４に入力される。ミキサー５４は、上記ＲＦ信号と、周波数発生器５５、ループフィルタ５６および周波数制御回路５７より構成されるＰＬＬ周波数発生回路５８の出力との周波数差成分を出力する。ローパスフィルタ５９は、ミキサー５４の出力からベースバンド信号を取り出してＯＦＤＭ復調回路６０に入力する。ＯＦＤＭ復調回路６０は、地上ＤＴＶの変調方式であるＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）の復調処理を実行して、トランスボートストリーム（ＴＳ）と呼ばれる信号を出力する。

上記バンドパスフィルタ５２、ＲＦ増幅器５３、ミキサー５４、ＰＬＬ周波数発生回路５８およびローパスフィルタ５９は、フロントエンドのチューナ６１を形成している。そして、図９に示すように、このチューナ６１とＯＦＤＭ復調回路６０とによってフロントエンド１８が構成されている。
なお、ワンセグ放送専用の受信機では、映像信号の圧縮方式などが異なるフルセグ放送への対応が不要であるので構成が簡単になる。

次に、上記構成のフロントエンドの動作について説明する。バンドパスフィルタ５２、ＲＦ増幅器５３を経た周波数９０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚのＲＦ信号は、ミキサー５４に入力される。一方、ミキサー５４には、図示していない制御系から与えられる制御信号に基づいた周波数を有するＰＬＬ周波数発生回路５８の出力信号が入力される。そこで、ミキサー５４は、両入力の差周波数成分に基づいて所望チャンネルのベースバンド信号を出力する。そして、ローパスフィルタ５９は、帯域０Ｈｚ〜６ＭＨｚのべースバンド信号を通過させ、他の不要な成分を除去する。

具体例として、アンテナ入力がＭＩＤ帯のｃｈ１３（帯域１０８ＭＨｚ〜１１４ＭＨｚ）の再送信波であると仮定する。この場合、受信者が選んだｃｈ１３の情報が制御信号としてＰＬＬ周波数発生回路５８の周波数制御回路５７に与えられ、その結果、同回路５８の周波数発生器５５が周波数１０８ＭＨｚの信号をミキサー５４に入力することになる。そこで、ミキサー５４は、上記再送信波の周波数と周波数発生器５５の出力周波数の差周波数成分となる０Ｈｚ〜６ＭＨｚの信号をチャンネルのべースバンド信号として出力することになる。これは、所望のチャンネル１３が選局されたことを意味する。

以上では、ｃｈ１３のワンセグ放送を選択受信する例について説明したが、ワンセグ放送のみを受信するように構成することも可能である。このワンセグ放送専用の受信は、ＰＬＬ周波数発生回路５８の出力周波数をＯＦＤＭ信号のワンセグメントの下限周波数とし、ローパスフィルタ５９の通過帯域を５００ＫＨｚ程度に狭くすることにより実現することができる。

以上の説明から明らかなように、受信機の受信周波数範囲、つまり、チューナに入力されるＲＦ信号の周波数範囲は、該チューナ６１のＰＬＬ周波数発生回路５８の発生周波数を９０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚにすることにより、９０ＭＨｚ〜７７０ＭＨｚに拡張することができる。そして、受信周波数範囲をこのように設定すれば、ＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ放送に加えて、４７０ＭＨｚ以下のＶＨＦ帯、ＭＩＤ帯、スーパーハイバンド帯などの周波数を用いて再送信される地上ＤＴＶ波を受信することが可能となる。
なお、図８は基本的なフロントエンド１８の構成を説明したものである。したがって、受信性能をさらに向上させ得る他方式のフロントエンドを４７０ＭＨｚ以下の受信周波数にも対応できるように構成して、本発明の実施に供することももちろん可能である。

図９は、上記フロントエンド１８を含む受信機の全体構成を概略的に示したブロック図である。図８のＯＦＤＭ復調回路６０によってＯＦＤＭ復調されたＴＳ信号は、この図９に示すバックエンド１９に入力される。
バックエンド１９は、信号処理回路６２と、この信号処理回路６２に接続された制御回路６３、不揮発性メモリ６４などによって構成されている。
視聴者が選局をスムーズに行えるよう、通常、上記不揮発性メモリ６４には選局可能なチャンネルの一覧（チャンネルリスト）が保持される。従って、視聴者は、記憶されているチャンネルリストからワンタッチで希望局を選択することが可能である。上記チャンネルリストは、通常、初期チャンネルスキャンによって全受信範囲を順次スキャンし、それにより検出取得されたチャンネルの情報を不揮発性メモリ６４に書き込むことによって作成される。

本実施形態に係るワンセグ受信機は、移動に伴ってＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ波を直接受信する場合と、ＭＩＤ帯の再送信波を受信する場合があることから、チャンネルリストが二つ以上必要であり、このため、不揮発性メモリ６に容量の大きなものを用いて、二つ以上のチャンネルリストをこのメモリ６に格納するようにしている。このように構成すれば、視聴者が外にいる時はＵＨＦ帯の、屋内に入った時はＭＤ帯のチャンネルリストをワンタッチ操作で容易に選択することができる。

制御回路６３は、チャンネルリストを用いた所望チャンネルの指定を受付け、このチャンネルに相当する周波数を示す制御信号をＰＬＬ周波数発生回路５８に入力する。そこで、ＰＬＬ周波数発生回路５８は、指定された所望チャンネルに相当する周波数の信号を発生し、その結果、この所望のチャンネルがチューナ６１において選択される。
なお、バックエンド１９の信号処理回路は、ＯＦＤＭ復調された前記ＴＳ信号をフルセグ放送またはワンセグ放送に復号する処理等も実行し、これによって得られた映像信号や音声信号をディスプレイやスピーカなどで構成される出力装置２０に出力する。
以上のように、本実施形態に係るワンセグ受信機によれば、ＵＨＦ帯および周波数変換されたＭＩＤ帯の地上ＤＴＶ波のワンセグ放送をスムーズな切り替えで受信することが可能である。

図１０は、屋内など微弱電界空間に適用した本発明に係る地上ＤＴＶ放送の送受信装置の別の使用形態を示している。
ここでは、ビル、マンションなどの共同受信施設やケーブルテレビ会社を通じて送られてくる地上ＤＴＶ放送を屋内に設置した再送信装置を通じてテレビ受信機や携帯端末で無線受信する場合について説明する。

この使用形態では、ＵＨＦ帯の地上ＤＴＶ放送波がケーブルテレビ信号に載せられてケーブル６５により各戸に配信され、各戸の引込み口６６から屋内に設置された再送信装置６に導かれる。再送信装置６は、地上ＤＴＶ放送波をＭＩＤ帯の周波数の放送波に変換して再送信アンテナ７に供給し、電波法による規定値（５００μＶ／ｍ以下）に適合した電界強度が得られる電波として発射させる。
再送信アンテナ７から発射された電波は、アンテナ設置点から遠ざかるに従って減衰するので、アンテナ７からの距離が短い所定電界強度以上のエリアと、この所定電界強度よりも低い電界強度を示す外周エリアがそれぞれ形成される。

図３を参照して既に説明したように、フルセグ放送とワンセグ放送は、変調方式が異なるために受信可能電界の差が約１５ｄＢあり、このため、フルセグ放送の受信可能距離が高々１０ｍであるのに対して、ワンセグ放送のそれは数１０ｍに及ぶ。図１０おいて、エリアＡはフルセグ放送の受信可能エリアであり、また、エリアＡを含むエリアＢはワンセグ放送の受信可能エリアである。
したがって、エリアＡ内に設置したＭＩＤ帯対応の地上デジタルテレビ５は、簡単な室内アンテナ５ｂをアンテナ端子に接続するだけでフルセグ放送を受信できる。そして、地上デジタルテレビ５がキャリアブルテレビなどの場合には、エリアＡ内で設置場所を自由に移動しながら視聴することができる。

一方、エリアＢにおいては、再送信波に対応した地上ＤＴＶのワンセグ放送を受信する機能を備えた本発明に係る受信機（携帯電話９，１０、個人用形態端末１１、小型ポータブルワンセグテレビ３８など）を用いることにより、屋内のどこにおいてもワンセグ放送を受信できることになる。

この実施形態によれば、再送信装置６から屋内に送信される周波数変換されたフルセグ放送に基づいて、フルセグ放送、ワンセグ放送を同時に多地点でワイヤレス受信することができる。
もし、ワンセグ放送のみを再送信したい場合には、ワンセグメントのみを送信するように再送信装置６を構成することもでき、その場合、不要セグメントからのノイズの影響を受けないので、受信可能距離をさらに延ばすことができる。

本発明に係る地上ＤＴＶ放送の送受信装置の一実施形態を概念的に示すブロック図である。 再送信装置と、ワンセグ放送を受信する携帯端末の一例である携帯電話の基本構成をそれぞれ例示したブロック図である。 免許不要微弱無線局を想定した揚合の送受信間距離に対する電界強度（微弱無線局規定の測定法に基づく値）の関係を示すグラフである。 本発明に係る再送信装置に装備させるのに適した振幅制限手段の具体例を示す回路図である。 本発明に係る送受信装置を地下街など電波遮蔽空間のギヤップフィラーとして適用する場合の形態を示す概略図である。 再送信装置の他の構成例を示すブロック図である。 図６の再送信装置の動作を説明するチャンネル配置図である。 ワンセグ受信装置のフロントエンドの基本的な構成を示すブロック図である。 ワンセグ受信装置の全体構成を例示したブロック図である。 本発明に係る送受信装置を屋内など微弱電界空間で使用する場合の別の形態を示す概略図である。 従来における屋内再送信の実施形態を例示した概略図である。 電波法規上の免許不要微弱無線局の許容電界強度を示すグラフである。

符号の説明

１ 放送局送信アンテナ
２ ビル
３ ＵＨＦ受信アンテナ
４ 引き込みケーブル
５ 地上デジタルテレビ
６ 再送信装置
７ 再送信アンテナ
８ 電波
９，１０ワンセグ放送受信機能付携帯電話
１１ 個人用携帯端末
１２ 周波数変換回路
１３ 駆動回路
１４ 携帯電話の通信用アンテナ
１５ 携帯電話用フロントエンド
１６ 携帯電話用バックエンド
１７ ワンセグ放送受信アンテナ
１８ ワンセグ用フロントエンド
１９ ワンセグ用バックエンド
２０ 出力装置
２９ 可変利得増幅器
３０ 整流回路
３１ 基準電位
３２ 直流増幅器
３３ 抵抗器
３４，３５ ダイオード
３６ 出力増幅器
４５，４６ マルチプレクサー
４７，４８ 局部発信器
４９，５０ 帯域フィルタ
５１ 合成器
５２ バンドパスフィルタ
５３ ＲＦ増幅器
５４ ミキサー
５５ 周波数発生器
５６ ループフィルタ
５７ 周波数制御回路
５８ ＰＬＬ周波数発生回路
５９ ローパスフィルタ
６０ ＯＦＤＭ復調回路
６１ 地上ＤＴＶ受信用チューナ
６２ 信号処理回路
６３ 制御回路
６４ 不揮発性メモリ

Claims (4)

1. ワンセグメント放送波を含む第１の地上デジタルテレビジョン放送波を入力し、この入力した第１の地上デジタルテレビジョン放送波における少なくとも前記ワンセグメント放送波に周波数変換処理を施した第２の地上デジタルテレビジョン放送波を再送信アンテナから送信する再送信手段と、
   前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波を受信アンテナを介して受信する受信手段と、を有し、前記再送信手段は、
   前記第１の地上デジタルテレビジョン放送波における少なくとも前記ワンセグメント放送波の周波数を該放送波の周波数帯の下限周波数よりも低い３２２ＭＨｚ以下の周波数に変換して前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波を得る周波数変換手段と、
   前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波が前記再送信アンテナから送信されるように該再送信アンテナを駆動する駆動手段と、を有し、
   前記再送信手段は、前記再送信アンテナを複数備え、前記駆動手段によってこれらの再送信アンテナを同時に駆動するように構成されるとともに、前記周波数変換手段を複数設けてそれらの変換周波数を互いに相違させ、前記各周波数変換手段に前記第１の地上デジタルテレビジョン放送波のフルセグメント放送波を入力するとともに、前記各周波数変換手段の出力を合成手段によって合成するように構成され、
   前記駆動手段は、前記周波数変換手段の出力を増幅して前記再送信アンテナに供給する増幅手段と、前記再送信アンテナから送信される第２の地上デジタルテレビジョン放送波の電界強度を５００μＶ／ｍ以下に制限するための振幅制限手段と、を有し、
   前記振幅制限手段は、前記増幅手段の出力を直流電圧に変換する手段と、その直流電圧が基準電圧に一致するように前記増幅器の利得を調整する手段とを備えることを特徴とする地上デジタルテレビジョン放送の送受信装置。
2. 前記受信手段は、前記第１の地上デジタルテレビジョン放送波と前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波の双方が受信可能なチューナを備えることを特徴とする請求項１に記載の地上デジタルテレビジョン放送の送受信装置。
3. 前記チューナは、ＰＬＬ周波数発生器の発振周波数に基づいて所要チャンネルの信号を取り出すように構成され、その受信可能周波数に前記第１および第２の地上デジタルテレビジョン放送波の周波数が含まれるように前記ＰＬＬ周波数発生器の発振周波数範囲が設定されていることを特徴とする請求項２に記載の地上デジタルテレビジョン放送の送受信装置。
4. 前記再送信手段は、前記第１の地上デジタルテレビジョン放送波のフルセグメント放送波に周波数変換処理を施して前記第２の地上デジタルテレビジョン放送波を得るように構成され、前記受信手段は、前記第１および第２の地上デジタルテレビジョン放送波の各チャンネルを格納するメモリを備え、該メモリに格納された前記各放送波のチャンネルを選択指定することによって、その指定されたチャンネルに対応する周波数を前記ＰＬＬ周波数発生器で発生させるよう構成されていることを特徴とする請求項３に記載の地上デジタルテレビジョン放送の送受信装置。

Images