JP4663087B2 - 地上波デジタル放送用ギャップフィラー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、地上波デジタル放送用の電波を、親局からの直接波を受信できない受信不能エリアに向けて中継する地上波デジタル放送用ギャップフィラーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、地上波テレビジョン放送をデジタル化する、いわゆる地上波デジタル放送が検討されている。そして、この地上波デジタル放送では、全てのチャンネルをＵＨＦ帯に割り当てることが考えられている。
【０００３】
ところで、ＵＨＦ帯では、ＶＨＦ帯より周波数が高く電波の直進性が強いため、高層建築物等の障害物付近では、地上波デジタル放送用の親局から送信された電波（以下「直接波」という）を受信できない受信不可エリアが多数発生することが予想される。
【０００４】
従って、地上波デジタル放送の実現のためには、親局からの直接波を受信可能な位置（高層建築物の屋上等）に設置した送信アンテナと、受信不能エリアを見渡す位置に設置した送信アンテナとを有し、直接波と同じ内容の中継波を、受信不可エリアに向けて送信する補助的な中継設備（以下「ギャップフィラー」という）が必要となる。
【０００５】
ところで、このギャップフィラーには、受信した信号を増幅するだけで送信するもの、また、受信した信号を一旦復調し、誤り訂正等を行った後、再変調して送信するもの、更に、受信した信号をダウンコンバートし、不要な信号成分を除去した後、元の周波数にアップコンバートして送信するもの等、様々なものが考えられているが、いずれも、受信した直接波と同じ周波数の中継波を送信するようにされている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このため、親局からの直接波と、ギャップフィラーからの中継波とを両方受信可能なエリアでは、いわゆるマルチパスによって受信品質の劣化（ＣＮ比の劣化）を引き起こすという問題があった。また、送信アンテナから放射された電波が、受信アンテナにて直接的或いは間接的に回り込むと、発振を引き起こしてしまったり、また、発振しない場合でも、回り込んだ信号により、マルチパスと同様な受信品質の劣化を引き起こしてしまうという問題もあった。
【０００７】
これに対して、ギャップフィラーにて周波数変換し、直接波とは異なる周波数帯（チャンネル）を用いて中継波を送信することにより、上述のようなマルチパスや信号の回り込みが発生しないようにする方法が考えられる。
しかし、この場合、周波数変換に用いるローカル信号の持つ位相雑音（正規の周波数を中心とした周波数のゆらぎ）が、周波数変換後の信号に付加されてしまい、これが、ギャップフィラーから中継波を受信する受信端末での受信品質を劣化させる新たな要因となってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決するために、信号の回り込みによる発振やマルチパスによる受信品質の劣化を確実に防止でき、しかも位相雑音の増大を最小限に抑えることが可能な地上波デジタル放送用ギャップフィラーを提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための発明である請求項１記載の地上波デジタル放送用ギャップフィラーにおいて、受信側設備では、地上波デジタル放送用の電波（親局からの直接波）を受信した受信手段からの受信信号を、第１周波数変換手段が、第１ローカル信号で周波数変換することにより中間信号を生成し、ケーブルを介して送信側設備に伝送する。
すると、送信側設備では、この中間信号を、第２周波数変換手段が、第２ローカル信号で再度周波数変換することにより、受信信号とは周波数帯が異なった送信信号を生成する。そして、送信手段が、この送信信号に従って中継波を、親局からの直接波を受信できない受信不能エリアに送信する。
【００１０】
なお、第１及び第２周波数変換手段での周波数変換の際には、二つの入力信号が混合されることにより、和の周波数成分（周波数が両入力信号の周波数の和に等しい）と、差の周波数成分（周波数が両入力信号の周波数の差に等しい）が生成されるが、ここでは、中間信号及び送信信号として、必ず一方では和の周波数成分、他方では差の周波数成分が用いられている。
【００１１】
また、第１ローカル信号生成手段および第２ローカル信号生成手段は、ケーブル上に設けられた中継器から該ケーブルを介して供給される基準信号を抽出し、その抽出した基準信号から第１ローカル信号および第２ローカル信号を生成する。これにより、第１ローカル信号生成手段が生成する第１ローカル信号及び第２ローカル信号生成手段が生成する第２ローカル信号は、異なる周波数を有し、且つ位相雑音の周波数成分の分布が略同一形状を有している。
従って、本発明の地上波デジタル放送用ギャップフィラーによれば、受信不能エリアに向けて送信される中継波は、第１及び第２ローカル信号の周波数差分だけ直接波とは周波数の異なったものとなるため、直接波と中継波とを両方受信可能な干渉エリアでのマルチパスや、ギャップフィラーでの信号の回り込みが発生せず、受信品質の劣化を確実に防止できる。また、直接波を受信する受信アンテナや中継波を送信する送信アンテナの配置、及び送信アンテナの指向性の設定を、信号の回り込みや干渉エリアを考えることなく容易に行うことができる。
【００１２】
しかも、第１周波数変換手段での周波数変換時に中間信号に重畳された第１ローカル信号の位相雑音は、第２周波数変換手段での周波数変換時に第２ローカル信号の位相雑音によって相殺され、送信信号（中継波）には、位相雑音がほとんど現れないため、ギャップフィラーでの中継に基づく受信品質の劣化を、最小限に抑えることができる。
【００１３】
即ち、本発明のギャップフィラーは、信号の回り込みによる発振や、マルチパスによる信号の劣化がなく、設置場所の自由度も高いため、極めて使い勝手の優れたものとなる。
なお、第１及び第２ローカル信号の位相雑音の周波数分布は、厳密に同一である必要はなく、略同一であればよい。具体的には、例えば、ローカル信号の周波数が数十ないし数百ＭＨｚである場合には、ローカル信号の周波数の上下３ｋＨｚにおける位相雑音のレベル差が、３〜５ｄＢ程度であれば略同一とみなしてよい。
【００１４】
また、第１及び第２ローカル信号の位相雑音の周波数分布が略同一であれば、その位相雑音の信号レベルは、同一にする必要はなく、例えば、一方が１０ｄＢｍである場合に、他方は０ｄＢｍ程度であってもよい。但し、一方のレベルを極端に小さくすると、周波数変換自体に悪影響を及ぼす可能性があるため、両ローカル信号の信号レベルは、ほぼ同程度であることが望ましい。
【００１５】
このように、位相雑音の周波数分布及び信号レベルは、いずれも厳密に等しくする必要がないため、ローカル信号生成手段としては、比較的精度の低い発振器を用いることができ、装置を安価に構成することができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施例を図面と共に説明する。
まず、本発明の前提となる参考例について説明する。
図１は、参考例の地上波デジタル放送用ギャップフィラー（以下、単に「ギャップフィラー」という）の全体構成図である。
【００１７】
図１に示すように、参考例のギャップフィラー２は、地上波デジタル放送用に割り当てられたＵＨＦ帯（例えば、４７０ＭＨｚ〜６２０ＭＨｚ）の電波を受信する受信アンテナ４と、同じくＵＨＦ帯の電波を送信する送信アンテナ６と、受信アンテナ４からの受信信号を周波数変換して送信アンテナ６から再送信する本体設備８とからなる。
【００１８】
なお、受信アンテナ４は、地上波デジタル放送用の放送信号を送信する親局（図示せず）からの電波（以下「直接波」という）を受信できるように、ビルの屋上等に設置され、一方、送信アンテナ６は、ビル等の障害物の陰になっていて直接波を受信できない受信不能エリアに電波（以下「中継波」という）を送信できるように、この受信不能エリアを見渡すことのできる場所に設置される。
【００１９】
そして、本体設備８において、受信アンテナ４からの受信信号は、増幅器１０により所定レベルまで増幅された後、分配器１２に入力され、少なくとも使用チャンネル数に分配される。その分配された受信信号は、個別に設けられた周波数変換器１４にそれぞれ入力され、この周波数変換器１４にて周波数変換される。更に、各周波数変換器１４から出力される周波数変換後の信号である送信信号は、合波器１６にて合成され、更に増幅器１８にて所定レベルまで増幅された後、送信アンテナ６に供給され、受信不能エリアに向けて中継波として送信されることになる。
【００２０】
次に、周波数変換器１４において、分配器１２にて分配された受信信号は、第１ミキサ２０にて第１局部発振回路２５からの第１ローカル信号Ｌ１と混合されることにより周波数変換された後、第１バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２１に入力され、所定周波数の中間信号に変換された１チャンネル分の信号のみが抽出される。更に、第１ＢＰＦ２１にて抽出された中間信号は、第２ミキサ２２にて第２局部発振回路２６からの第２ローカル信号Ｌ２と混合されることにより周波数変換された後、第２バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）２３に入力され、所定周波数（ＵＨＦ帯の未使用チャンネル）の送信信号に変換された１チャンネル分の信号のみが抽出される。
【００２１】
つまり、各周波数変換器１４は、それぞれ、受信信号中に含まれる複数チャンネルのうち、いずれか一つの対象チャンネルについてのみ周波数変換を行うようにされている。
但し、第１ローカル信号Ｌ１の周波数ｆ１、及び第２ローカル信号Ｌ２の周波数ｆ２は、対象チャンネルの中心周波数をｆａ、中間信号の中心周波数をｆｂ、送信信号（変換後チャンネル）の中心周波数をｆｃとして、（１）式に従って設定される。
【００２２】
ｆ１＝ｆｂ−ｆａ，ｆ２＝ｆｂ−ｆｃ （１）
また、第１ＢＰＦ２１では、第１ミキサ２０にて生成される周波数成分ｆａ±ｆ１のうち、和の周波数成分ｆａ＋ｆ１を抽出し、第２ＢＰＦ２３では、第２ミキサ２２にて生成される周波数成分ｆｂ±ｆ２のうち、差の周波数成分ｆｂ−ｆ２を抽出するように設定され、結局、送信信号（変換後チャンネル）の中心周波数ｆｃが、次の（２）式にて表されるように設定される。
【００２３】
ｆｃ＝ｆａ＋ｆ１−ｆ２ （２）
次に、第１及び第２局部発振回路２５，２６は、いずれも水晶発振子を用いて構成された基準発振器２４からの基準信号に基づいて動作するように構成されている。
【００２４】
そして、第１局部発振回路２５は、図２に示すように、制御信号により発振周波数を制御可能な電圧制御発振器（ＶＣＯ）３０と、ＶＣＯ３０の出力信号を周波数が１／Ｎとなるように分周する分周器３２と、基準発振器２４からの基準信号を周波数が１／Ｍとなるよう分周する分周器３４と、両分周器３２，３４の出力信号の位相差に応じた信号を生成する位相比較器３６と、位相比較器３６の出力に基づきＶＣＯ制御用の制御信号を生成するループフィルタ３８とからなる周知のＰＬＬ回路からなる。
【００２５】
そして、ＶＣＯ３０の出力が、第１ローカル信号Ｌ１として第１ミキサ２０に供給され、その第１ローカル信号Ｌ１の周波数は、分周器３２，３４の分周比を適宜設定することにより、ＵＨＦ帯のチャンネルの帯域幅に相当する６ＭＨｚ単位で変化させることができるように構成されている。
【００２６】
なお、第２局部発振回路２６は、ＶＣＯ３０の出力が第２ローカル信号Ｌ２として第２ミキサ２２に供給されること、及び分周器３２，３４での分周比が異なる以外は、第１局部発振回路２５と全く同様の構成を有しているので、その説明は省略する。
【００２７】
また、ＶＣＯ３０やループフィルタ３８は、図示しないが、構成要素となる受動素子（コンデンサ，抵抗，インダクタ等）の一部、特に、位相雑音の特性に影響を与えるものが、特性を変化させることができるように構成されており、これらの素子を調整することにより、第１及び第２ローカル信号Ｌ１，Ｌ２が、いずれも位相雑音の周波数分布の形状が略同一となるように設定されている。このＶＣＯ３０やループフィルタ３８の具体的な構成と位相雑音との関係は、例えば、本願出願人による特願２０００−１５１３１６号に詳述されているので、ここでは説明を省略する。
【００２８】
以上説明したように、参考例のギャップフィラー２においては、親局からの直接波を受信し、受信信号に含まれる各チャンネルの信号を未使用チャンネルの信号に周波数変換したものを中継波として送信するようにされている。
従って、参考例によれば、信号の回り込みによるギャップフィラー２の動作異常やマルチパスによる受信端末での信号品質の劣化を生じることがなく、地上波デジタル放送用電波の中継を安定して行うことができる。
【００２９】
その結果、受信アンテナ４や送信アンテナ６の配置の自由度が広がると共に、送信アンテナ６の指向性の設計も容易となり、当該ギャップフィラー２の製造及び設置を容易に行うことができる。
また、参考例のギャップフィラー２では、２度の周波数変換に用いる第１及び第２ローカル信号Ｌ１，Ｌ２の位相雑音の周波数分布が略同一形状となるようにされており、しかも、その周波数変換により、第１及び第２ローカル信号Ｌ１，Ｌ２の周波数の差分だけ周波数がシフトするようにされている。
【００３０】
従って、第１ミキサ２０での周波数変換で中間信号に重畳された第１ローカル信号Ｌ１の位相雑音は、第２ミキサ２２での周波数変換により第２ローカル信号Ｌ２の位相雑音と相殺されるため、位相雑音が殆ど現れない送信信号を得ることができる。つまり、本発明によれば、ギャップフィラー２での中継に基づく信号品質の劣化を最小限に抑えることができる。
【００３１】
【００３２】
なお、上記参考例では、分配器１２にて分配された受信信号をそのまま第１ミキサ２０に入力しているが、第１ミキサ２０の入力側にＢＰＦを設け、その周波数変換器１４の処理対象チャンネルの信号のみを抽出して、第１ミキサ２０に供給するように構成してもよい。
【００３３】
次に、第２参考例について説明する。
上記参考例では、単一の本体設備８にて２回の周波数変換を行っているが、第２参考例のギャップフィラー２ａでは、図３に示すように、受信アンテナ４の近傍に受信側設備８ａ、送信アンテナ６の近傍に送信側設備８ｂを設置し、これらの間をケーブルＣを介して接続している。
【００３４】
つまり、第２参考例のギャップフィラー２ａにおいて、受信側設備８ａは、増幅器１０，分配器１２，第１周波数変換器１４ａに加え、各第１周波数変換器１４ａの出力を合流させる合波器１３を備えており、この合波器１３にて多重化された信号をケーブルＣを介して送信側設備８ｂに送信し、一方、送信側設備８ｂは、ケーブルＣを介して入力される信号を、必要な数だけ分配する分配器１５、分配された各信号毎に設けられた第２周波数変換器１４ｂ、合波器１６，増幅器１８を備えている。
【００３５】
そして、第１周波数変換器１４ａは、第１ミキサ２０，第１ＢＰＦ２１，第１局部発振回路２５，第１基準発振器２４ａからなり、第２周波数変換器１４ｂは、第２ミキサ２２，第２ＢＰＦ２３，第２局部発振回路２６，第２基準発振器２４ｂからなる。なお、各第１周波数変換器１４ａが生成する中間信号は、上記参考例の場合とは異なり、互いに周波数が重ならないように周波数を割り当てられている。
次に、本発明が適用された実施例について説明する。
上記第２参考例のギャップフィラー２ａの場合、受信側設備８ａ及び送信側設備８ｂのそれぞれに基準発振器２４ａ，２４ｂを備えているが、本実施例では、両設備８ａ，８ｂを接続するケーブルＣ上に中継器を設け、この中継器に基準発振器を設けて、ケーブルＣを介して両設備８ａ，８ｂに基準信号を供給する。
そして、各第１及び第２周波数変換器１４ａ，１４ｂでは、中間信号を伝送する線路に分岐回路を設け、分岐した信号からＢＰＦを用いて基準信号を抽出し、これを局部発振回路２５，２６に供給するように構成されている。
【００３６】
なお、本実施例の前提となる第２参考例のギャップフィラー２ａの場合、受信側設備８ａと送信側設備８ｂとを１本のケーブルＣで接続しているが、第１及び第２周波数変換器と同数の信号線にて接続し、合波器１３と分配器１５とを省略してもよい。この場合、各第１周波数変換器１４ａが生成する中間信号は、いずれも同じ周波数を割り当てるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考例の地上波デジタル放送用ギャップフィラーの全体構成図である。
【図２】 局部発振回路の構成を表すブロック図である。
【図３】 第２参考例の地上波デジタル放送用ギャップフィラーの全体構成図である。
【符号の説明】
２，２ａ…地上波デジタル放送用ギャップフィラー ４…受信アンテナ
６…送信アンテナ ８…本体設備 ８ａ…受信側設備
８ｂ…送信側設備 １０，１８…増幅器 １２，１５…分配器
１３，１６…合波器 １４，１４ａ，１４ｂ…周波数変換器
２０，２２…ミキサ ２１，２３…バンドパスフィルタ（ＢＰＦ）
２４，２４ａ，２４ｂ…基準発振器 ２５，２６…局部発振回路
３０…電圧制御発振器（ＶＣＯ） ３２，３４…分周器
３６…位相比較器 ３８…ループフィルタ Ｃ…ケーブル

Claims (3)

1. 地上波デジタル放送用の電波を、親局からの直接波を受信できない受信不能エリアに向けて中継する地上波デジタル放送用ギャップフィラーであって、
   地上波デジタル放送用の電波を受信する受信手段、
   予め設定された周波数を有する第１ローカル信号をする第１ローカル信号生成手段、
   前記受信手段からの受信信号を前記第１ローカル信号で周波数変換することにより中間信号を生成する第１周波数変換手段
   を備えた受信側設備と、
   前記第１ローカル信号とは異なる周波数を有し、且つ位相雑音の周波数成分の分布が前記第１ローカル信号と略同一形状を有した第２ローカル信号を生成する第２ローカル信号生成手段、
   前記第１周波数変換手段が生成する中間信号を前記第２ローカル信号で周波数変換することにより、前記受信信号とは周波数帯が異なった送信信号を生成する第２周波数変換手段、
   前記第２周波数変換手段が生成する送信信号に従って、前記受信手段が受信したものと同じ内容の中継波を再送信する送信手段
   を備え、前記受信側設備とは前記中間信号を伝送するケーブルを介して接続された送信側設備と、からなり、
   前記第１及び第２周波数変換手段が生成する前記中間信号及び前記送信信号として、一方では和の周波数成分、他方では差の周波数成分を用いると共に、
   前記第１ローカル信号生成手段および前記第２ローカル信号生成手段は、前記ケーブル上に設けられた中継器から該ケーブルを介して供給される基準信号を抽出し、その抽出した基準信号から前記第１ローカル信号および第２ローカル信号を生成することを特徴とする地上波デジタル放送用ギャップフィラー。
2. 前記受信側設備は、
   前記第１ローカル信号生成手段および前記第１周波数変換手段を、少なくとも使用チャンネル数だけ備えると共に、前記受信信号を前記第１周波数変換手段のそれぞれに分配する第１分配器および前記第１周波数変換手段のそれぞれから出力される中間信号を合波させる第１合波器を更に備え、該第１合波器にて多重化された中間信号を１本のケーブルを介して送信側設備に送信し、
   前記送信側設備は、
   前記第２ローカル信号生成手段および前記第２周波数変換手段を、必要な数だけ備えると共に、前記ケーブルを介して入力される多重化された中間信号を、前記第２周波数変換手段のそれぞれに分配する第２分配器および該第２周波数変換手段のそれぞれから出力される送信信号を合波させる第２合波器を更に備え、該第２合波器にて多重化された送信信号を送信手段に供給し、
   前記中間信号の周波数は、前記第１周波数変換手段毎に異なるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載の地上波デジタル放送用ギャップフィラー。
3. 前記受信側設備は、
   前記第１ローカル信号生成手段および前記第１周波数変換手段を、少なくとも使用チャンネル数だけ備えると共に、前記受信信号を前記第１周波数変換手段のそれぞれに分配する第１分配器を更に備え、前記第１周波数変換手段のそれぞれから出力される中間信号を、前記第１周波数変換手段毎に用意された複数のケーブルを介して送信側設備に送信し、
   前記送信側設備は、
   前記第２ローカル信号生成手段および前記第２周波数変換手段を、必要な数だけ備えると共に、該第２周波数変換手段のそれぞれから出力される送信信号を合波させる第２合波器を更に備え、該第２合波器にて多重化された送信信号を送信手段に供給し、
   前記第２周波数変換手段は、それぞれ前記複数のケーブルのいずれかに接続されていることを特徴とする請求項１に記載の地上波デジタル放送用ギャップフィラー。

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