(57)【要約】【課題】所定チャンネルの放送電波を受信して増幅し、その増幅後の受信信号を周波数を変換することなく再送信する放送信号中継装置において、送信信号の回込みにより発振等の不具合が発生して、再送信する放送電波の品質が低下するのを防止する。【解決手段】受信アンテナ２で受信した所定チャンネルの放送信号を増幅回路４，８で増幅し、送信アンテナ１０から再送信する中継装置において、送信信号の振幅のピーク値（Ｐ）及び平均振幅（Ａ）を検出回路２１，２２でそれぞれ検出し、異常判定回路２３，平滑回路２４及び出力回路２５により、これら各パラメータ（Ｐ，Ａ）の比（Ｐ／Ａ）が閾値を超えることのないよう、利得調整回路６を介して中継装置の利得を制御する。この結果、平均振幅（Ａ）やピーク値（Ｐ）だけで利得調整を行う従来装置に比べ、発振をより確実に防止し、放送信号（電波）の品質が低下するのを防止できる。【選択図】図１１
2010114649.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定チャンネルの放送電波を受信アンテナにて受信し、受信信号を増幅すると共に、その増幅後の受信信号を、受信時と同一周波数の放送信号として送信アンテナから再送信する放送信号中継装置において、
再送信する放送信号の平均振幅（Ａ）を検出する平均振幅検出手段と、
再送信する放送信号の振幅のピーク値（Ｐ）を検出するピーク値検出手段と、
前記ピーク値検出手段にて検出されたピーク値（Ｐ）と前記平均振幅検出手段にて検出された平均振幅（Ａ）との比（Ｐ／Ａ）が、予め設定された閾値を超えることのないよう、当該放送信号中継装置の利得を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする放送信号中継装置。
【請求項２】
前記ピーク値（Ｐ）又は前記比（Ｐ／Ａ）が異常判定用の設定値を超えるか、あるいは、前記平均振幅（Ａ）が異常判定用の設定値を下回ると、当該中継装置の動作異常を報知する警報手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の放送信号中継装置。
【請求項３】
前記平均振幅検出手段に代えて、前記放送信号の送信電力（Ｗ）を検出する電力検出手段を備え、前記制御手段は、前記ピーク値検出手段にて検出されたピーク値（Ｐ）と前記電力検出手段にて検出された送信電力（Ｗ）との比（Ｐ／Ｗ）が、予め設定された閾値を超えることのないよう、当該放送信号中継装置の利得を制御することを特徴とする請求項１に記載の放送信号中継装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、所定チャンネルの放送電波を受信し、その受信信号を増幅して、受信チャンネルと同一周波数の放送信号として再送信する放送信号中継装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、テレビの地上デジタル放送では、ＳＦＮ（Single Frequency Network：単一周波数放送網）と呼ばれる技術が用いられることがある。
【０００３】
ＳＦＮは、上位局からの送信電波と同一チャンネルを用いて中継局網を構成するものであり、中継局では上位局からの送信電波を受信して所定の電力に増幅し、増幅後の信号を受信波と同じ周波数（同一チャンネル）で再送信する。
【０００４】
ところで、この中継局では、周囲の建物や樹木、地形等で生じる送信電波の反射、或いは、機器間の電波的結合等の事由により、送信電波が自局の受信器入力に混入することがある。
【０００５】
このように送信電波が受信器入力に混入しても、混入の程度が小さな場合には、当該中継局から送信される送信波は概ね受信波形（すなわち上位局の電波）と同等と見なせるが、混入の程度が大きくなるに伴い、送信波形は受信波と異なるものとなる。そして、最悪の場合には発振状態に陥ってしまう。
【０００６】
そこで、こうした問題を防止するために、従来では、送信電波の受信側への回込みが少なくなるように受信アンテナや送信アンテナの取り付け位置を工夫するだけでなく、ある程度の混入があっても、発振などの異常動作に陥らないように、装置の利得を制御することが提案されている。
【０００７】
具体的には、送信アンテナに出力する送信信号のピークレベルを検出して、その検出値（若しくは、その検出値の積分値）が予め設定された閾値を超えることのないよう、装置の利得を制御する（例えば、特許文献１、２等参照）とか、あるいは、受信した放送信号の平均電力（平均値）を検出して、その平均値が予め設定された閾値を超えることのないよう、装置の利得を制御する（例えば、特許文献３等参照）ことが提案されている。
【特許文献１】特開２００４−２４８０７８号公報
【特許文献２】特開平９−９８１３０号公報
【特許文献３】特開２００４−１８６８２９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、上記提案の技術では、再送信する放送信号のピーク値若しくは平均値が閾値を超えたか否かによって、送信電波の受信側への回込みによる発振を判定し、発振が発生することないよう、利得を制御するものであることから、発振しないという保証はなく、環境条件の変化によって発振する可能性が否定できないという問題があった。
【０００９】
なお、この問題は、後述する実験（詳しくはシミュレーション）により本願発明者が発見したものである。
【００１０】
本発明は、こうした問題に鑑みなされたものであり、所定チャンネルの放送電波を受信して増幅し、その増幅後の受信信号を、周波数を変換することなく再送信する放送信号中継装置において、送信信号の回込みにより発振等の不具合が発生して、再送信する放送電波の品質が低下するのを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、所定チャンネルの放送電波を受信し、受信信号を増幅すると共に、その増幅後の受信信号を、受信チャンネルと同一周波数の放送信号として無線送信する放送信号中継装置において、
無線送信する放送信号の平均振幅（Ａ）を検出する平均振幅検出手段と、
無線送信する放送信号の振幅のピーク値（Ｐ）を検出するピーク値検出手段と、
前記ピーク値検出手段にて検出されたピーク値（Ｐ）と前記平均振幅検出手段にて検出された平均振幅（Ａ）との比（Ｐ／Ａ）が、予め設定された閾値を超えることのないよう、当該放送信号中継装置の利得を制御する制御手段と、
を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の放送信号中継装置において、前記ピーク値（Ｐ）又は前記比（Ｐ／Ａ）が異常判定用の設定値を超えるか、あるいは、前記平均振幅（Ａ）が異常判定用の設定値を下回ると、当該中継装置の動作異常を報知する警報手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の放送信号中継装置において、前記平均振幅検出手段に代えて、前記放送信号の送信電力（Ｗ）を検出する電力検出手段を備え、前記制御手段は、前記ピーク値検出手段にて検出されたピーク値（Ｐ）と前記電力検出手段にて検出された送信電力（Ｗ）との比（Ｐ／Ｗ）が、予め設定された閾値を超えることのないよう、当該放送信号中継装置の利得を制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１に記載の放送信号中継装置によれば、平均振幅検出手段及びピーク値検出手段が、それぞれ、無線送信する放送信号の平均振幅（Ａ）及びピーク値（Ｐ）を検出し、制御手段が、その検出されたピーク値（Ｐ）と平均振幅（Ａ）との比（Ｐ／Ａ）が予め設定された閾値を超えることのないよう、当該放送信号中継装置の利得を制御する。
【００１５】
これは、上述した従来装置のように、放送信号のピーク値（Ｐ）若しくは平均値（平均振幅Ａ）が閾値を超えたときに、発振を検出して、装置の利得を低減するようにしていては、発振を確実に防止することができず、送信信号の品質の低下を招くことがあるためである。
【００１６】
以下、この点について詳細に説明する。
【００１７】
まず、送信電波が受信側へ回り込む経路を帰還経路とすると、本発明の放送信号中継装置の等価回路は、図１に示す帰還回路として記述できる。
【００１８】
なお、図１において、Ｒは受信信号、Ｘは中継装置内部回路（増幅回路等）への入力信号、Ｙは送信アンテナからの出力信号、Ｚ（ω）は送信アンテナから受信アンテナに至る帰還経路の特性で、周波数ωの関数である。またＧ（ω）は増幅回路など、中継装置内部回路の周波数特性である。
【００１９】
そして、この帰還回路の応答は次式（１）で表される。
【００２０】
【数１】
2010114649.tif 000003
ここで、Ｇ（ω）は、送信周波数帯域内では平坦な周波数特性とみなせる（遅延はある）。
【００２１】
今、帰還経路の特性が単純な遅延特性であるとすると、（１）式は次式（２）のように書ける。
【００２２】
【数２】
2010114649.tif 000004
上記（２）式の応答特性、すなわち、Ｙ／Ｒの振幅特性の例を図２に示す。ここで、Ｇ（ω）とＺ（ω）の積を「回込み量」と定義することとし、図２（ａ）では、これをパラメータにグラフ化してある。
【００２３】
図２（ａ）のように、回込み量が０ｄＢに近づくにしたがい、出力の周波数特性に現れるピークが大きくなり、０ｄＢでは特定の周波数において出力信号が無限大の振幅、すなわち、発振状態となる。
【００２４】
図２（ｂ）は、出力信号の平均振幅、平均振幅に対する最大ピーク振幅（ピーク値）の比、及び、出力電力を、それぞれ、回込み量に対してプロットしたもの（つまり、検出値ｖｓ回込み量特性）である。なお、図２（ｂ）において、平均振幅及び出力電力は、回込みがないときの値を基準（０ｄＢ）として表されている。
【００２５】
そして、図２（ｂ）のように、出力信号中のピーク値と平均振幅との比（ピーク値／平均振幅：以下、ＰＡ比と記載する）を検出することにより、回込み量がどの程度であるかを知ることができる。
【００２６】
次に、図３（ａ）、（ｂ）は、図２（ａ）、（ｂ）に対応して、帰還経路が２つの場合の出力の周波数特性及び検出値ｖｓ回込み量特性を表すものである。なお、各経路は異なる遅延および減衰を持つものとしている。
【００２７】
この場合の回込み量は、帰還信号成分の電力和、すなわち、経路１の帰還電力と経路２の電力の和で定義する。図３に示すように、帰還経路が２経路になると、図２に示した単一帰還経路の場合と比べ、出力の周波数特性においてより大きなピークが生じるため、ＰＡ比が増加する。また、回込み量が大きな領域（−３ｄＢ近辺）で、平均振幅や出力電力の特性が単一経路の場合と異なっている。
【００２８】
一般的に複数の帰還経路がある場合、帰還回路の出力応答は、各経路の遅延量や相互の振幅関係などにより異なる特性を呈する。このことは、異常動作回避（発振防止）を出力電力や平均振幅の情報を用いて行なう場合に留意する必要があることを示唆している。実際には、帰還経路の遅延や減衰量は中継局ごとに千差万別であるため、全ての条件に対して適切な情報を得ることは不可能となる。
【００２９】
図４（ａ）、（ｂ）は、帰還経路数が２、１０である場合に、種々の遅延および減衰をランダムに発生させて、上記の平均振幅、ＰＡ比、出力電力をプロットした検出値ｖｓ回込み量特性を表している。図中の実線は各回込み量に対するプロットの平均値を繋いだもので、ランダムな条件に対する期待値であるともいえる。
【００３０】
この３者の中で、回込み量に対して単調増加関数となっているのは、ＰＡ比のみであり、他の２つは、いずれも回込み量の大きな領域で減少関数となる範囲が存在するため（例えば図３参照）、制御情報として用いるのに相応しくないといえる。
【００３１】
以上のことから、利得を制御することにより発振等の異常動作を回避するためには、従来のように平均振幅（Ａ）やピーク値（Ｐ）を用いるよりも、これらの比であるＰＡ比を用いるのが適切であることが分かる。
【００３２】
そして、本発明の放送信号中継装置においては、従来のように、放送信号のピーク値（Ｐ）若しくは平均値（平均振幅Ａ）が閾値を超えたときに、装置利得を制御（低減）するのではなく、これら各パラメータ（ピーク値Ｐ，平均振幅Ａ）の比（ＰＡ比：Ｐ／Ａ）に基づき、そのＰＡ比が閾値を超えることのないよう装置の利得を制御することから、放送信号中継装置において、発振等の異常動作が生じ、送信アンテナから無線送信する放送信号の品質が低下するのを防止できる。
【００３３】
また、本発明の放送信号中継装置によれば、発振等の異常動作を防止できるだけでなく、当該中継装置から送信される放送電波を、所定の周波数特性偏差内に収めることができ、これによっても、放送信号の品質が低下するのを防止できる。
【００３４】
すなわち、複数帰還経路の場合に、上記（１）式のＺ（ω）を、次式（３）で表すと、出力信号の最大ピークと最小ピークの比（Ｐ−Ｐ偏差）は次のように計算される。
【００３５】
【数３】
2010114649.tif 000005
これを（１）式または（２）式に代入して、その最大値、最小値を求めると、
【００３６】
【数４】
2010114649.tif 000006
となる。
【００３７】
この結果、Ｐ−Ｐ偏差（ＰＰ）は
【００３８】
【数５】
2010114649.tif 000007
となり、（４）式および（５）式からΣ｜Ａk｜ を消去することにより、次式（６）が得られる。
【００３９】
【数６】
2010114649.tif 000008
回込み量が小さい領域では、平均振幅はほぼ一定値となっている（図４参照）ことから、平均振幅の値として帰還経路のない場合の値（＝ＧＲ）を用いることができる。この場合、ＰＡ比は、
【００４０】
【数７】
2010114649.tif 000009
となり、Ｐ−Ｐ偏差を所定値以内に収めるために設定すべきＰＡ比の値が求まる。
【００４１】
次に、上記効果を裏付けるためにシミュレーションを行ったので、そのシミュレーション結果について説明する。
【００４２】
このシミュレーションでは、ＰＡ比を６ｄＢ（２倍）とし、帰還経路の遅延量をランダムに１００通り発生させ、その時々の最大値がＰＡ比を超えないように受信信号を増幅する増幅回路の利得Ｇを制御した。その結果を図５、図６に示す。
【００４３】
図５は帰還経路数が２の場合、図６は帰還経路数が１０の場合のシミュレーション結果を表している。また、これら各図において、（ａ）は各ランダムな遅延量に対する特性を表し、（ｂ）は（ａ）に示す各特性を平均化した特性を表している。このため、（ｂ）は、帰還経路数に対する代表的な特性（期待値）と見なすことができる。また、こうした複数帰還経路の場合の回込み量ＦＢは、次式（８）の電力和で定義している。
【００４４】
【数８】
2010114649.tif 000010
図５，６から明らかなように、本発明のように、ＰＡ比が閾値を超えないように装置の利得（Ｇ）を制御すれば、回込み量が増加した際に、出力信号の平均振幅および電力を低下させることができる。
【００４５】
つまり、帰還経路数が２および１０のいずれの場合でも、回込み量が−１０ｄＢ程度から制御が動作し始め、出力電力が低下しだす。従って、このように利得制御によって異常動作回避を行う中継装置では、回込み量が−１０ｄＢ以下となるようにアンテナ等の設置を行えばよい。
【００４６】
なお、ＰＡ比が規定値に近い領域（この例では回込み量が−１０ｄＢ近傍）で出力電力が若干大きくなっているが、その量は０．５ｄＢ程度であり実用上問題ない。
【００４７】
一方、図７、図８は、出力信号の平均振幅が一定となるように利得Ｇを制御した場合のシミュレーション結果を表し、図９、図１０は出力電力が一定となるように利得Ｇを制御した場合のシミュレーション結果を表している。
【００４８】
なお、図７、図８および図９、図１０は、それぞれ、図５、図６に対応して、上記各シミュレーション結果を表しており、図７、図９は、帰還経路数が２の場合、図８、図１０は帰還経路数が１０の場合、のシミュレーション結果を表している。また、これら各図において、（ａ）は各ランダムな遅延量に対する特性を表し、（ｂ）は（ａ）に示す各特性を平均化した特性を表している。
【００４９】
これらの場合、制御対象となる平均振幅や出力電力は略一定に制御されるが、各図の（ａ）に示す最大／平均（すなわちＰＡ比）から明らかなように、出力信号の最大値（ピーク値）が極めて大きくなることがある。
【００５０】
このため、出力信号の平均振幅や出力電力に基づき利得を調整した場合には、発振現象を回避できたとしても、大振幅の成分は増幅回路等でクリップされて、振幅比例雑音が大幅に増加し、当該中継装置からの送信電波を受信する受信装置側で正常な受信ができなくなってしまう。なお、振幅比例雑音については、電波産業会の技術資料（ＡＲＩＢ  ＴＲ−Ｂ１４第９偏）等に詳細に説明されているので、ここでは説明は省略する。
【００５１】
例えば、図８では平均振幅が一定値となるように制御しているにも関わらず、回込み量が０ｄＢ近辺でその値が低下している。これは、平均振幅を規定値（この場合は０ｄＢ）に制御しようとすると制御ループが発振状態に陥る場合があり、シミュレーションでは発振直前の状態に利得Ｇを留めるようにしたことに起因する。前述のように、帰還経路数が複数の場合には、回込み量に対する平均振幅値が減少関数となる場合があり、この場合に制御ループを不用意に動作させると発振することになる。つまり、平均値制御あるいは出力電力制御の場合には、発振を確実に回避できる保証がないといえる。
【００５２】
従って、図５〜図１０に示したシミュレーション結果からも、放送信号中継装置の利得を制御することにより、当該中継装置の発振等の異常動作を回避するためには、従来のように平均振幅（Ａ）やピーク値（Ｐ）を用いるよりも、これらの比であるＰＡ比を用いるのが適切であることが分かる。
【００５３】
ところで、本発明の放送信号中継装置では、ＰＡ比が閾値を超えることのないように利得を制御することで、放送信号中継装置の発振等の異常動作を防止することから、放送信号の送信電力が規定値よりも低下して、放送信号中継装置として正常に機能しないときがある。
【００５４】
そこで、本発明の放送信号中継装置においては、請求項２に記載のように、ピーク値（Ｐ）又はＰＡ比（Ｐ／Ａ）が異常判定用の設定値を超えるか、あるいは、平均振幅（Ａ）が異常判定用の設定値を下回ると、当該中継装置の動作異常を報知する警報手段を設けるようにするとよい。
【００５５】
そして、このようにすれば、発振等の異常動作防止のために利得（Ｇ）を低減した際、放送信号の送信電力が規定値よりも低下するか、あるいは、規定値よりも低下しそうになったときに、当該中継装置の管理者等にその旨を通知して、当該中継装置の修理・点検を促すことができる。
【００５６】
また、図２〜図６から明らかなように、再送信する出力信号（放送信号）の平均振幅（Ａ）と、出力信号（放送信号）の出力電力（送信電力）とは、回込み量の増加に対する変化割合は異なるものの、その変化特性（換言すれば変化傾向）は略同じであるため、放送信号中継装置の発振等の異常動作を防止する際には、必ずしもＰＡ比（Ｐ／Ａ）を用いる必要はなく、請求項３に記載のように、ピーク値（Ｐ）と送信電力（Ｗ）との比（Ｐ／Ｗ）を用いるようにしてもよい。
【００５７】
すなわち、請求項３に記載の放送信号中継装置には、平均振幅検出手段に代えて、放送信号の送信電力（Ｗ）を検出する電力検出手段が設けられ、制御手段は、ピーク値検出手段にて検出されたピーク値（Ｐ）と電力検出手段にて検出された送信電力（Ｗ）との比（Ｐ／Ｗ）が、予め設定された閾値を超えることのないよう、当該放送信号中継装置の利得を制御するが、放送信号中継装置をこのように構成しても、請求項１に記載の放送信号中継装置と同様の効果を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５８】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［実施形態の構成］
図１１は、本発明が適用された実施形態の放送信号中継装置全体の構成を表すブロック図である。
【００５９】
図１１に示すように、本実施形態の放送信号中継装置は、上記の放送局から送信されてきた地上デジタル放送の放送電波を受信する受信アンテナ２と、この受信アンテナ２からの受信信号の内、再送信の対象となる特定チャンネルの放送信号を選択的に増幅する入力増幅回路４と、この入力増幅回路４にて増幅された放送信号を減衰させることで当該中継装置の放送信号に対する利得を調整する利得調整回路６と、利得調整回路６を通過した放送信号を送信信号へと増幅する電力増幅回路８と、この電力増幅回路８から出力された送信信号を、上位の放送局からの送信電波が届かない地域に向けて再送信する送信アンテナ１０と、を備え、受信アンテナ２で受信した所定チャンネルの放送信号を入力増幅回路４及び電力増幅回路８で順次増幅して、その放送信号を受信時と同一周波数（換言すれば同一チャンネル）で送信アンテナ１０から再送信するよう構成されている。
【００６０】
また、本実施形態の放送信号中継装置には、電力増幅回路８から送信アンテナ１０に出力された送信信号（放送信号）の一部を、結合器１２を介して取り込み、その放送信号の平均振幅（Ａ）及びピーク値（Ｐ）に基づき利得調整回路６の減衰量を調整することで、当該中継装置の利得を制御する制御回路２０と、制御回路２０で検出された放送信号の平均振幅（Ａ）とピーク値（Ｐ）との比（ＰＡ比：Ｐ／Ａ）を算出する演算回路３０と、この演算回路３０からの出力に基づき当該中継装置の異常を判定して、管理者に対し異常を通報する警報装置３２と、が設けられている。
【００６１】
次に、制御回路２０には、結合器１２を介して取り込んだ放送信号を検波するダイオードＤ１、Ｄ２と、ダイオードＤ１にて検波された放送信号のピーク値（Ｐ）を検出するピーク検出回路２１と、ダイオードＤ２にて検波された放送信号の平均振幅（Ａ）を検出する平均値検出回路２２と、が備えられている。
【００６２】
ピーク検出回路２１は、反転入力端子と出力端子とが接続され、ダイオードＤ１から非反転入力端子に放送信号が入力されるオペアンプＡ１を中心に構成されており、その放送信号の入力経路とグランドラインとの間に設けられたコンデンサＣ１及び抵抗Ｒ１と、出力端子とグランドラインとの間に設けられた可変抵抗ＶＲ１とを備える。
【００６３】
この結果、ピーク検出回路２１では、放送信号がコンデンサＣ１にてピークホールドされると共に、そのピークホールド値が一定の時定数で抵抗Ｒ１を介して放電され、オペアンプＡ１からそのピークホールド値（つまり放送信号のピーク値Ｐ）が出力されることになる（図１２（ａ）のピーク検波の波形参照）。
【００６４】
また、平均値検出回路２２は、反転入力端子と出力端子とが接続され、ダイオードＤ２から非反転入力端子に抵抗Ｒ２２を介して放送信号が入力されるオペアンプＡ１を中心に構成されており、ダイオードＤ２と抵抗Ｒ２２との接続点とグランドラインとの間に設けられた抵抗Ｒ２１と、抵抗Ｒ２２とオペアンプＡ１の非反転入力端子との接続点とグランドラインとの間に設けられたコンデンサＣ２とを備える。
【００６５】
この結果、平均値検出回路２２では、放送信号が抵抗Ｒ２２及びコンデンサＣ２にて所定の時定数にて積分され、その積分値が平均値（平均振幅Ａ）としてオペアンプＡ２から出力されることになる。
【００６６】
なお、ピーク検出回路２１の時定数（Ｒ１・Ｃ１）は、放送信号のピーク値（Ｐ）を検出するのに適した値（例えば、３ｍｓ）に設定され、平均値検出回路２２の時定数（Ｒ２２・Ｃ２）は放送信号平均振幅（Ａ）を検出するのに適した値（例えば、１ｓｅｃ）に設定される。
【００６７】
また、ピーク検出回路２１の出力段に設けられた可変抵抗ＶＲ１は、オペアンプＡ１からの出力を分圧することで、平均値検出回路２２からの出力に対するピーク値Ｐの比率の上限値（つまり閾値）を設定するためのもの（図１２（ａ）の振幅設定後の波形参照）であり、例えば、可変抵抗ＶＲ１の分圧比が「１／２」であれば、放送信号のピーク値（Ｐ）と平均振幅（Ａ）との比（ＰＡ比）が値２（＝閾値）を超えたときに、ピーク検出回路２１からの出力が平均値検出回路からの出力よりも大きくなることになる。
【００６８】
次に、ピーク検出回路２１及び平均値検出回路２２からの出力は、それぞれ、異常判定回路２３に入力される。異常判定回路２３は、これら各入力を比較することにより、放送信号の振幅のピーク値（Ｐ）と平均振幅（Ａ）との比（ＰＡ比：Ｐ／Ａ）が、可変抵抗ＶＲ１の分圧値で決まる閾値を超えたか否かを判定するためのものであり、オペアンプＡ３を中心に構成されている。
【００６９】
すなわち、異常判定回路２３は、ピーク検出回路２１の可変抵抗ＶＲ１の摺動接点から閾値にて分圧されたピーク値を取り込み、オペアンプＡ３の反転入力端子に入力する抵抗Ｒ３１と、オペアンプＡ３の反転入力端子と出力端子との間にそれぞれ設けられたダイオードＤ３及び抵抗Ｒ３２とを備え、オペアンプＡ３の非反転入力端子に平均値検出回路２２からの出力が入力される。
【００７０】
また、ダイオードＤ３は、アノードがオペアンプＡ３の出力端子に接続され、カソードがオペアンプＡ３の反転入力端子に接続されている。
【００７１】
この結果、放送信号のＰＡ比が可変抵抗ＶＲ１の分圧値で決まる閾値を超えていなければ、異常判定回路２３からの出力は、平均値検出回路２２の出力と同レベルとなり、放送信号のＰＡ比が可変抵抗ＶＲ１の分圧値で決まる閾値を超えると、異常判定回路２３からの出力は、放送信号の回込みによる異常を表す負電圧となる。
【００７２】
つまり、異常判定回路２３を構成するオペアンプＡ３は整流回路として動作し、レベル調整されたピーク値（Ｐ）の検出信号が平均振幅（Ａ）の検出信号を超えたときに、大きな負極性パルスを発生し、ピーク値（Ｐ）の検出信号が平均振幅（Ａ）の検出信号を超えていないときには、平均振幅（Ａ）の検出信号を出力する（図１２（ｂ）に示すＡ３出力の波形参照）。
【００７３】
また、この異常判定回路２３からの出力は、平均値検出回路２２からの出力と共に、平滑回路２４に入力される。
【００７４】
平滑回路２４は、異常判定回路２３からの出力が抵抗Ｒ４１を介して反転入力端子に入力され、平均値検出回路２２から出力が非反転入力端子に入力され、反転入力端子と出力端子との間に平滑用のコンデンサＣ４及び抵抗Ｒ４２がそれぞれ設けられたオペアンプＡ４から構成されている。
【００７５】
このため、平滑回路２４からは、平均値検出回路２２からの出力（平均振幅Ａ）に異常判定回路２３からの出力（負電圧）を加え、所定の時定数（Ｃ４・抵抗Ｒ４２）で平滑化した信号（図１２（ｂ）に示すＡ３出力平滑の波形参照）が出力される。
【００７６】
そして、この平滑回路２４からの出力は、オペアンプＡ５からなる出力回路２５にて、基準電圧Ｅｏと比較され、基準電圧Ｅｏとの差に対応した利得調整用の制御信号に変換されて、利得調整回路６に出力される。
［実施形態の効果］
従って、本実施形態の制御回路２０は、送信アンテナ１０に出力される放送信号のＰＡ比（Ｐ／Ａ）が所定の閾値を超えない場合は、放送信号の平均振幅を目標値に制御する平均振幅制御回路として動作し、ＰＡ比が所定の閾値を超えると、放送信号のピーク値（Ｐ）を抑えてＰＡ比を閾値以下に制御する制御回路として動作する。
【００７７】
そして、このように、本実施形態の放送信号中継装置によれば、送信アンテナ１０から送信される放送信号のＰＡ比が予め設定された閾値を超えることのないよう、当該中継装置の利得を調整することから、放送信号の平均振幅（Ａ）やピーク値（Ｐ）だけをパラメータとして利得調整を行う従来装置に比べ、中継装置の発振をより確実に防止することができると共に、送信アンテナ１０から送信される放送信号（電波）の品質が低下するのを防止できる。
【００７８】
また、本実施形態の放送信号中継装置には、制御回路２０で検出された放送信号の平均振幅（Ａ）とピーク値（Ｐ）との比（ＰＡ比：Ｐ／Ａ）を算出する演算回路３０と、この演算回路３０からの出力に基づき当該中継装置の異常を判定して、管理者に対し異常を通報する警報装置３２とが設けられていることから、制御回路２０による利得調整によって、放送信号の送信電力が規定値よりも低下するか、あるいは、低下するおそれがあるときに、警報装置３２でその旨を検知して、管理者に報知することができる。このため、管理者は、こうした異常を速やかに検知して、放送信号中継装置の修理・点検を速やかに行うことが可能となる。
【００７９】
なお、本実施形態において、平均値検出回路２２は、本発明の平均振幅検出手段に相当し、ピーク検出回路２１は、本発明のピーク値検出手段に相当し、異常判定回路２３、平滑回路２４、出力回路２５、及び利得調整回路６は、本発明の制御手段に相当し、演算回路３０及び警報装置３２は、本発明の警報手段に相当する。
［ピーク値検出に関する考察］
ここで、上記実施形態の放送信号中継装置は、地上デジタル放送のテレビ放送信号を再送信するものとして説明したが、この放送信号は、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）波であり、多数の搬送波から構成されている。
【００８０】
このため、この放送信号（ＯＦＤＭ波）の中からピーク値（Ｐ）と平均振幅（Ａ）との比（Ｐ／Ａ）が閾値を超えた信号を検出して、放送信号中継装置の利得を制御するには、ピーク検出回路２１の時定数（Ｒ１・Ｃ１）を適正に設定して、ＰＡ比が閾値を超えるピーク値を補足できるようにする必要がある。
【００８１】
また、ピーク検出回路２１の時定数（Ｒ１・Ｃ１）を大きくしすぎると、ＰＡ比が閾値を超えるピーク値を検出した際、その値が保持されることになるため、ピーク検出回路２１の時定数（Ｒ１・Ｃ１）は、適切な頻度で、検出したピーク値（Ｐ）を更新できるように設定する必要がある。
【００８２】
そこで、次に、上記実施形態の放送信号中継装置におけるピーク検出回路２１の時定数（Ｒ１・Ｃ１）の設定に関し、考察する。
【００８３】
まず、ＯＦＤＭ波は多数の搬送波から構成されているので、その振幅分布は正規分布で近似できる（大数の法則）。この場合、どの程度の期間（サンプル数）にわたって信号を観測すれば、指定値を超える振幅を補足できるか考える。
【００８４】
今、観測期間に観測したピーク値（Ｐ）のサンプル数をＮとし、このサンプルすべてが指定値以下となる確率Ｐerr は、次式（９）のように記述できる。
【００８５】
【数９】
2010114649.tif 000011
ただし、上記（９）式において、Ｅrr（ｘ）は、サンプルが指定値を超える確率であり、周知の正規分布補関数である。
【００８６】
次に、図１３は、非検出確率を所定値以下とするのに必要な観測サンプル数を（９）式で計算したものである。そして、例えば、３×σを超えるサンプルを補足しようとするときに、非検出確率を１０-6以下とするためには、観測サンプル数として１０，０００以上が必要となる。
【００８７】
また、１つのＯＦＤＭフレーム期間内の独立情報の数は、ＯＦＤＭキャリア数に等しいから、１つのＯＦＤＭフレーム期間に観測される統計独立なサンプル数もキャリア本数に等しい。そして、地上デジタル放送波は、通常、約５６００本のＯＦＤＭキャリアを使用するモードで運用されており、この場合、１０，０００の独立サンプルを得るには、約２・ＯＦＤＭフレーム期間にわたって観測する必要がある。
【００８８】
ここで、ピーク検波時定数（Ｒ１・Ｃ１）は次の作用を行うよう適切に定める。すなわち、検出されたピーク値を所定の期間（この例の場合では２・ＯＦＤＭフレーム）に亘って保持することにより、当該期間におけるピーク値を得ようとするものである。この時定数が所定期間よりも極端に短い場合、短期間ごとにピーク値が更新されてしまう結果、所定期間のピーク値を検出することができない。
【００８９】
一方、ピーク検波時定数を長くしすぎると、何らかの原因で大きなピーク値が一旦検出されると、いつまでもその値を保持してしまうことになるため、適切な頻度で検出ピーク値が更新されるように時定数を選択しなければならない。適切な時定数の値として所定期間の１０倍程度が目安となる。
【００９０】
また、ピーク検出回路２１で検出されるピーク値は、検出の度に異なる値となるため、検出したピーク値に基づき利得を制御すると、放送信号の出力電力が頻繁に変化してしまう。したがって、ピーク検出回路２１で検出されたピーク値は、上記実施形態のように、平滑回路２４にて、適切な時定数で平滑化する必要がある。
【００９１】
図１４は、ＯＦＤＭキャリアのサンプル数と、指定値を超えたピーク値の平均値との関係をシミュレーションしたものである。例えば、３×σ超を検出した場合、数万サンプル以上の期間にわたって検出値を平均化することにより、ほぼ一定値となっている。したがって、図１１の平滑回路２４の時定数（Ｃ４・Ｒ４２）には、これ以上のものが適切となる。
【００９２】
次に、図１５に示す「表１」は、平滑化サンプル数をパラメータにして指定値超レベル検出を行ったシミュレーション結果である。このシミュレーションでは、平滑化サンプル数の区間長で検出サンプル値を平均化する操作を１０００回行った。
【００９３】
表中、「非検出」は、１０００回の試行で指定値超レベルが検出されなかった回数、「μ」は指定値超レベルの平均値、「σ」は指定値超レベルの標準偏差を表している。
【００９４】
また、図１６及び図１７は、このシミュレーション時における各試行ごとの検出値をプロットしたものである。
【００９５】
ここまでの検討は、ＯＦＤＭ波のピーク値検出に関するものであるが、本発明では、送信アンテナ１０から送信した放送電波の帰還経路がある場合に、その経路にＯＦＤＭ信号を通したときのピーク値を求めることが重要である。
【００９６】
そして、帰還経路がある場合、図２や図３に示したように、特定の周波数にピークが現れるので、時間波形のピーク値も、これらの周波数近傍成分により生成されるものとみなすことができる。
【００９７】
すなわち、時間波形のピーク値は、周波数特性のピークとなる周波数近傍のＯＦＤＭキャリアのみを観測して得られるもので近似できる。そして、ピーク近傍のキャリア数は、制御後のＰＡ比と遅延時間に依存するが、通常想定される６ｄＢ程度のＰＡ比の場合、この数は全キャリア本数の１／１０〜１／１００程度（これをピーク本数比率と呼ぶ）と見込まれる。また、ピーク値の検出に実質的に寄与するサンプル数は、全観測サンプルのピーク本数比率倍とみなせる。
【００９８】
したがって、平滑化後に検出する制御情報として十分な精度を得るためには、観測サンプル数をピーク本数比率倍する必要がある。仮にピーク本数比率を１／１００とすると、表１の「平滑化標本数」は、記載されている値の１００倍となる。仮に制御全体の応答速度を１秒とすると、この期間に約５６０万のサンプルが観測されるが、ピーク値検出に寄与するサンプル数は、その１／１００の５〜６万となる。
【００９９】
この場合、ＰＡ比を３×σ以下に設定しないと観測期間内でピーク値が観測されない確率が高くなるため制御が正しく行われなくなる。
【０１００】
以上の検討から、制御応答速度が１秒程度の場合は、ＰＡ比として３×σ、同０．１秒程度の場合は、ＰＡ比として２×σが目安となる。
【０１０１】
なお、図１５の「表１」に示すように、平均振幅の検出値は、入力電力σの約０．８倍となるので、ＰＡ比設定にはこれを考慮する必要がある。
［実施形態の変形例］
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内にて種々の態様をとることができる。
【０１０２】
例えば、上記実施形態では、ＰＡ比に基づく利得調整により放送信号の送信電力が規定値以下となって、放送信号中継装置が正常に機能しなくなったときに、その旨を検出して警報装置３２から警報を発生させるために、ピーク検出回路２１の出力と平均値検出回路２２の出力とからＰＡ比を算出する演算回路３０を設けるものとして説明したが、例えば、図１１に点線で示すように、この演算回路３０に代えて、平均値検出回路２２からの出力（放送信号の平均振幅Ａ）と異常判定用の基準電圧Ｅｅとを比較し、平均振幅（Ａ）が基準電圧Ｅｅよりも低下すると、警報装置３２に駆動信号を出力して警報を発生させるコンパレータ３４を設けるようにしてもよい。
【０１０３】
また、演算回路３０に代えて、ピーク検出回路２１からの出力（放送信号のピーク値Ｐ）と異常判定用の基準電圧とを比較し、ピーク値（Ｐ）が基準電圧を超えると、警報装置３２に駆動信号を出力して警報を発生させるコンパレータを設けるようにしてもよい。
【０１０４】
そして、このようにすれば、いずれの場合にも、送信アンテナ１０からの放送信号の送信電力の低下を検出（若しくは推定）して、その旨を管理者に通知することができ、上記実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。
【０１０５】
また次に、上記実施形態では、制御回路２０において、結合器１２を介して取り込んだ再送信用の放送信号を、そのまま、検波用のダイオードＤ１，Ｄ２を介してピーク検出回路２１及び平均値検出回路２２に入力するものとして説明したが、例えば、図１８に示すように、結合器１２から、ダイオードＤ１，Ｄ２を介して放送信号を取り込むピーク検出回路２１及び平均値検出回路２２に至る放送信号の入力経路に、スイープ発振器２７から出力される高周波信号と放送信号とを混合して、その高周波信号に対応した放送信号（具体的にはＯＦＤＭキャリア）のみを中間周波数帯に周波数変換し、その周波数変換された放送信号を、バンドパスフィルタ２９を介して、ピーク検出回路２１及び平均値検出回路２２に入力するようにしてもよい。
【０１０６】
そしてこのようにすれば、ピーク検出回路２１及び平均値検出回路２２において、スイープ発振器２７から出力される高周波信号に対応したＯＦＤＭキャリア毎にピーク値及び平均振幅を検出することができるようになり、上記実施形態のようにピーク検出回路２１の時定数（Ｃ１・Ｒ１）が細かく調整することなく、ＯＦＤＭキャリア毎に、ＰＡ比が閾値を超えたか否かを簡単に判定することができるようになる。
【０１０７】
また更に、上記実施形態では、制御回路２０の異常判定回路２３は、結合器１２を介して取り込んだ放送信号のピーク値（Ｐ）と平均振幅（Ａ）との比（ＰＡ比：Ｐ／Ａ）が閾値を超えたときに、その旨を表す負の信号を発生するものとして説明したが、例えば、図１９に示すように、平均値検出回路２２に代えて、放送信号の送信電力を検出する送信電力検出回路４０を設け、異常判定回路２３は、この送信電力検出回路にて検出された送信電力（Ｗ）とピーク検出回路２１にて検出されたピーク値（Ｐ）との比（Ｐ／Ｗ）が閾値を超えたときに、その旨を表す負の信号を発生するように構成してもよい。
【０１０８】
そしてこのようにすれば、放送信号中継装置の利得は、制御回路２０によって、ピーク値（Ｐ）と送信電力（Ｗ）との比（Ｐ／Ｗ）が閾値を超えることのないよう制御されると共に、ピーク値（Ｐ）と送信電力（Ｗ）との比（Ｐ／Ｗ）が閾値以下であるときには、送信電力（Ｗ）が所定の目標値になるよう制御されることになり、上記実施形態と同様、放送信号中継装置で送信電波の回込みにより生じる発振を防止しつつ、送信信号の品質が低下するのを防止することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０１０９】
【図１】放送信号中継装置の等価回路（帰還回路）を表す説明図である。
【図２】図１に示した帰還回路における出力の周波数特性及び検出値ｖｓ回込み量特性を表す説明図である。
【図３】帰還経路が２経路存在する場合の出力の周波数特性及び検出値ｖｓ回込み量特性を表す説明図である。
【図４】帰還経路が複数存在する場合に遅延及び減衰をランダムに発生させた際に得られる検出値ｖｓ回込み量特性を表す説明図である。
【図５】帰還経路が２経路存在する場合にＰＡ比が閾値以下となるよう利得を制御した際のシミュレーション結果を表す説明図である。
【図６】帰還経路が１０経路存在する場合にＰＡ比が閾値以下となるよう利得を制御した際のシミュレーション結果を表す説明図である。
【図７】帰還経路が２経路存在する場合に平均振幅が一定値となるよう利得を制御した際のシミュレーション結果を表す説明図である。
【図８】帰還経路が１０経路存在する場合に平均振幅が一定値となるよう利得を制御した際のシミュレーション結果を表す説明図である。
【図９】帰還経路が２経路存在する場合に出力電力が一定値となるよう利得を制御した際のシミュレーション結果を表す説明図である。
【図１０】帰還経路が１０経路存在する場合に出力電力が一定値となるよう利得を制御した際のシミュレーション結果を表す説明図である。
【図１１】実施形態の放送信号中継装置全体の構成を表すブロック図である。
【図１２】図１１に示した制御回路２０内での動作を表すタイムチャートである。
【図１３】非検出確率を所定値以下とするのに必要なサンプル数の計算結果を表す説明図である。
【図１４】ＯＦＤＭキャリアのサンプル数と指定値を超えたピーク値の平均値との関係を表す説明図である。
【図１５】平滑化サンプル数をパラメータにして指定値超レベル検出を行ったシミュレーション結果を表す説明図（表）である。
【図１６】図１５に示したシミュレーション時における各試行ごとの検出値を表す説明図である。
【図１７】図１５に示したシミュレーション時における各試行ごとの検出値を表す説明図である。
【図１８】制御回路にスイープ発振器を設けた放送信号中継装置の構成を表すブロック図である。
【図１９】制御回路に送信電力検出回路を設けた放送信号中継装置の構成を表すブロック図である。
【符号の説明】
【０１１０】
２…受信アンテナ、４…入力増幅回路、６…利得調整回路、８…電力増幅回路、１０…送信アンテナ、１２…結合器、２０…制御回路、２１…ピーク検出回路、２２…平均値検出回路、２３…異常判定回路、２４…平滑回路、２５…出力回路、２７…スイープ発振器、２９…バンドパスフィルタ、３０…演算回路、３２…警報装置、３４…コンパレータ、４０…送信電力検出回路、Ａ１〜Ａ５…オペアンプ。
【図１】
2010114649.tif 000012
【図１１】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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