(57)【要約】【課題】  建物内、あるいは車両内にてデジタル放送を再送信する際に、放送局からの直接波と、建物内あるいは車両内にて再送信する電波とが干渉しないように電波の強度を調整する。特に不要な電波の漏洩による電波障害を事前に防止する必要がある。【解決手段】  外部アンテナで受信した放送局からの直接波と、建物内あるいは車両内で再送信する電波とが干渉しないように、再送信装置のアンテナ出力を制御する装置を設ける。またそのアンテナ出力を決定するための最適なアンテナ出力を決定するために、建物あるいは車両の周囲に干渉領域を発生させるように再送信装置のアンテナ出力を変えながらリアルタイムシミュレーションを行う計算装置を設ける。【選択図】図１
2010010852.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波塔からの電波をアンテナで受信して、その受信電波を建物あるいは車両内で再送信するデジタル放送再送信装置であって、
電波塔から受信した電波の電界強度を計測する計測手段と、
前記計測手段による計測結果に応じて、電波塔からの直接電波と、建物あるいは車両内で再送信する電波が互いに干渉する領域をシミュレーショするシミュレーション装置と、
該シミュレーション装置によるシミュレーションを元に、再送信する電波の出力を変更する出力決定装置と
を有することを特徴とするデジタル放送送信装置。
【請求項２】
電波塔からの電波をアンテナで受信して、その受信電波を建物あるいは車両内で再送信するデジタル放送再送信装置であって、
電波塔から受信した電波の電界強度を計測する計測手段と、
建物あるいは車両内で再送信する電波が該建物あるいは該車両外に漏れないように再送信アンテナからの出力を調整し、該建物あるいは該車両の周囲に前記電波塔からの直接電波に対する不感帯を形成する電波分布を生成する出力決定装置と
を有することを特徴とするデジタル放送送信装置。
【請求項３】
請求項１に記載のデジタル放送送信装置において
前記シミュレーション装置は、不感帯の領域を数値化した電波遮蔽度と、電波塔からの放送波を直接受信する外部アンテナの受信電力値、あるいは再送信アンテナの出力電力値を求め、
更に、前記シミュレーション装置により求めた電波遮蔽度，外部アンテナの受信電力値，再送信アンテナの出力電力値のいずれかの組合せを表示する表示装置を備えること
を特徴とするデジタル放送送信装置。
【請求項４】
請求項１に記載のデジタル放送送信装置において、
電波塔からの直接電波と、する際に、
電波塔から受信した電波と、ＧＰＳデータ，履歴データから、数時点先の電波変動を予測する電波変動予測装置を備え、
前記シミュレーション装置は、該電波変動予測装置による電波変動の予測値を元に、前記建物あるいは前記車両内で再送信する電波が互いに干渉する領域を変更するためのシミュレーションを実施する
ことを特徴とするデジタル放送送信装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、デジタル放送送信装置、特にデジタル放送再送信装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
デジタル放送再送信装置に関して以下のような技術がある。
【０００３】
特開２００７−２５９２２６号公報に記載されている発明では、送信されたＯＦＤＭ方式の放送電波を受信して再送信する中継システムにおいて、放送電波を受信し、受信した放送電波信号の振幅，位相、あるいは周波数を増減するか、あるいはガードインターバルの長さ未満で遅延させ、送信手段で再送信する再送信方式を開示している。
【０００４】
特開２００６−３０４１１４号公報に開示された発明は、ＯＦＤＭで放送されている地上波デジタルラジオ放送の電波を屋外アンテナで受信すると、そのアンテナ出力をケーブルを通してＲＦアンプ及びＢＰＦを内蔵した再送信装置に入力し、周波数及びデータ内容に変更を加えることなく屋内へ再送信することで、通常は電波が届かないか、あるいは電波は届くが受信が困難な場所においても、受信機には変更を行わずに受信が可能となる仕組みに関する発明である。
【０００５】
特開２００６−７４２６７号公報に記載の発明では、送信機側で周波数変換を行うことにより、地上波デジタルＴＶ放送信号の同一チャンネルにおおける干渉妨害の発生を防止でき、しかも受信機側で周波数変換が不要となる地上波デジタルＴＶ放送の無線再配信システムを開示している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００７−２５９２２６号公報
【特許文献２】特開２００６−３０４１１４号公報
【特許文献３】特開２００６−７４２６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
以上の従来技術に関して、特開２００７−２５９２２６号公報に記載の従来技術では、電波のフェージングを考慮すると、ガードインターバル未満で遅延させて再送信するだけでは、再送信の際の電波の品質を維持することが難しい場面が多い。また、特開２００６−３０４１１４号公報に記載の従来技術では、外部からの電波が強い場合には直接波と再送信波間で発生する干渉を低減させる手段が更に必要となる。そして、特開２００６−７４２６７号公報に記載の従来技術については、送信機側で周波数変換を必要とするため、送信側ではこれまで利用してきた機器をそのままの設定で利用することが困難である。
【０００８】
建物内、あるいは車両内にてデジタル放送を再送信する際には、放送局からの直接波と、建物内、あるいは車両内にて再送信する電波とが干渉しないように電波の強度を調整する必要がある。一般的に、地上デジタル放送はガードインターバルを閾値として直接波と再送信波間で発生する干渉を低減する仕組みがあるものの、時々刻々と変わる屋外の電波状況を考えると、ガードインターバルを基本とした干渉防止策のみではフェージング対策が不足することが考えられる。特に建物内、あるいは車両内からの不要な電波の漏洩による建物あるいは車両周辺での電波障害を事前に防止する必要がある。
【０００９】
これらのことを鑑み、本発明では放送局からの直接波のフェージングの影響をリアルタイムで低減させ、更に再送信の電波を受信する視聴者になんらの新しい特別な端末の設定を行わなくて済み、再送信を行う建物、並びに車両内で、放送局からの直接波の干渉影響を最低限にしながら、高品質の再送信電波を送信することが可能な地上デジタル放送再送信装置並びに方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上に述べたように、再送信を行う建物内，車両内以外での電波の干渉、すなわち漏れの電波を低減するために、本発明では外部アンテナで受信した放送局からの直接波と、建物内，車両内で再送信する電波とが干渉しないように再送信装置のアンテナ出力を制御する装置を設ける。
【００１１】
またそのアンテナ出力を決定するための最適なアンテナ出力を決定するためのリアルタイムシミュレーションを行う計算装置を設ける。
【００１２】
また、外部アンテナから所望のチャンネルを通すバンドパスフィルターを通した後に、受信した電界強度を測定する測定装置を設け、更に再送信した電波が外部に漏れないかどうかを前記計算装置で計算した結果をもとに再送信用のアンテナ出力を調整し、その後バンドパスフィルターで更に所望の出力を取り出した後に、再送信用のアンテナから電波を送信する。
【発明の効果】
【００１３】
受信する既存の端末側では、チャンネル設定変更並びにそのほかの操作を行うことなく、放送局からの直接波と同様に再送信電波を受信し、放送局からの直接波を受信するだけよりも安定した放送を受信することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の詳細を図を用いて説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は本発明を用いた放送の再送信装置を説明する図である。図１の再送信装置１０３は、ＵＨＦ帯域の地上デジタル放送を再送信の対象としており、建物あるいは車両１０１に設置又は搭載され、放送局からの放送波を直接受信する外部受信アンテナ１０２，再送信アンテナ１０４を備えている。建物あるいは車両１０１は、外壁と窓のように誘電率が異なる材質から構成される構造物である。受信機１０６は、受信機アンテナ１０５を備えており、この受信機アンテナ１０５によって放送局からの放送波と再送信装置１０３からの再送信を受信する。
【００１６】
再送信装置１０３は、所望の周波数のチャンネルを通過させるバンドパスフィルター２０１，２０６，電界強度を測定するための電測装置２０２，電測装置２０２で測定した電界強度を元に、建物あるいは車両内の所定位置における電界強度を算出するシミュレーション装置２０３，電測装置２０２、並びにシミュレーション装置２０３により求めた所要位置における電界強度の算出結果をもとに、再送信アンテナ１０４からの出力電力値を決定する出力決定装置２０４、出力決定装置２０４で算出された出力値にて再送信アンテナ１０４から電波を出力するための出力調整装置であるアンプ２０５から構成される。また、再送信装置１０３が建物に設置される場合、表示装置７０１を備えていても良い。出力調整のためのアンプ２０５は、バンドパスフィルター２０６を介して再送信アンテナ１０４に接続されている。再送信アンテナ１０４から発射された電波は、受信機１０６に接続されている受信機アンテナ１０５にで受信され、受信機１０６の図示されていないチューナー部，デコーダ部を介して受信機１０６のディスプレイ上に放送内容を表示する。
【００１７】
バンドパスフィルター２０１，２０６は、単に所望の周波数のチャンネルを通過させるだけでなく、更に、本実施例で扱うＵＨＦ帯域の地上デジタル放送におけるフェージングをはじめとした電波品質を改善することが目的であるため、比較的Ｓ／Ｎ比が良いとされている２段増幅型バンドパスフィルターを用いる。対象とする電波の周波数をＵＨＦ帯域とは異なる周波数帯域で実施する場合は、バンドパスフィルターとして、多重帰還型、バイカット型に代表される他のバンドパスフィルターを用いても差し支えない。
【００１８】
電測装置２０２は、例えば日本における地上デジタル放送で用いられているＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）方式の場合、数千本のキャリアが約６ＭＨｚの帯域幅いっぱいに近接して並ぶことになり、放送波の電力が帯域全体に分布しているため、測定対象とする帯域全体にわたって電界強度を測定する方式の電界強度計を用いることが、本発明の実施には望ましい。
【００１９】
次にシミュレーション装置２０３について説明する。地上デジタル放送を建物あるいは車両内で再送信する場合には、その建物あるいは車両内部から再送信の電波が漏れてしまい、建物あるいは車両の周囲に混信をはじめとした受信障害を引き起こすことが問題となる。特に、最近の集合住宅、あるいは渋滞中の車両においては、近隣アンテナからの発射電波による受信障害を最低限に抑える必要がある。そのため、本発明では放送局の電波塔から送信された電波を直接受信した電波（直接電波）と、建物内あるいは車両内において、直接電波と同様の周波数にて再送信する電波（再送信波）とにより、再送信装置が設置又は搭載された建物あるいは車両の周辺における他の建物並びに車両で受信障害などの影響が出ないように、直接電波と再送信波との混信範囲を発生させる領域が所定の範囲に収まるよう再送信波の出力を予め算出し、外部に漏れた再送信の電波が引き起こす受信障害を低減させることを目的とする。
【００２０】
図２は縦軸が電界強度、横軸が位置を示していて、Ｐｉ(ｎ)が電波塔からの直接波による電界強度、Ｐｊ(ｎ)が再送信装置から出力される再送信波による電界強度とする。この場合、Ｐｉ(ｎ)とＰｊ(ｎ)が交差する位置の周辺は、直接波と再送信波の２波による干渉領域となる。この干渉領域は不感帯となる。Ｐｉ(ｎ)は電波塔からの電波による電界強度であるため再送信装置側で制御を行うことはできない。一方、再送信装置から出力される電波の電界強度Ｐｊ(ｎ)は再送信装置側で制御可能である。そこで、電波塔からの受信電力の変動に応じて、再送信装置の出力電力値を変更することにより、直接波との干渉領域を増減することが可能となる。そしてこの干渉領域では不感帯となり、このような干渉領域を電波塔からの受信電力の変動に応じて、再送信装置からの出力電力値を変更することにより調節することで、再送信装置からの再送信波が外部に漏れることによる受信障害を低減する。
【００２１】
次に図３を用いて具体的な計算方法について説明する。Ｐｊ(ｎ)は建物あるいは車両の壁面に位置するｎ番目の設定点における電界強度とし、Ｐｉ(ｎ)はこの壁面位置するｎ番目の設定点から垂直にｓ(ｍ)離れた地点における電界強度とする。すなわちｓ(ｍ)だけの干渉領域を設定すること、並びにＰｉ(ｎ)とＰｊ(ｎ)の間では電波塔からの直接電波を希望波（Desired Wave）とし、再送信波を干渉波としての非希望波（Undesired Wave）とした時の各搬送波電力の比率であるＤ／Ｕ比が、例えば１０ｄＢ程度以下となることを前提として、以下の説明を行う。具体的なｓの値としては０.１〜０.２ｍを仮定している。なお、Ｐｉ(ｎ)とＰｊ(ｎ)は組になっていて、１≦ｎ≦Ｎ、ただしＮは総設定点数とする。Ｐｉ(ｎ)、Ｐｊ(ｎ)は、再送信装置の設置又は搭載対象が車両などの移動体である場合、時間や場所と共に変化し、例えばＰｉ(ｎ，ｔ，ｘ，ｙ，ｚ)のように表される。しかし、以下の説明では、ある時刻における、ある場所での電界強度を対象として説明するため、時間ｔは固定，位置の座標ｘ，ｙ，ｚも固定であると仮定し、Ｐｉ(ｎ)のように簡略化して表記するものとする。
【００２２】
Ｐｉ(ｎ)に関しては、外部受信アンテナ１０２と再送信アンテナ１０４によって発生する電界の重ね合わせと考えて、外部受信アンテナ１０２で発生する電界をＥ１、再送信アンテナ１０４にて発生する電界をＥ２とする。そしてＥ１に関して外部受信アンテナ１０２では、電測装置２０２にて測定した値をもつ、外部受信アンテナ１０２から新たに放射される電波と仮定して電界計算を行う。再送信アンテナ１０４によって生じる電界Ｅ２も同様の考え方で求める。このときの電界を求める手法として、シミュレーション装置２０３により、建物あるいは車両を構成する材料の誘電率，導電率，透磁率，導磁率と、その構造物のモデルに関するデータを用いて電界強度Ｐｉ(ｎ)，Ｐｊ(ｎ)をＦＤＴＤ（Finite Difference Time Domain Method）法を用いて求める。
【００２３】
ＦＤＴＤ法ではMaxwell方程式を解く方法で以下の式１を解くことになる。
【００２４】
∇×Ｅ＝−∂Ｂ／∂ｔ−Ｊｍ
∇×Ｈ＝∂Ｄ／∂ｔ＋Ｊ
Ｄ＝εＥ，Ｂ＝μＨ，Ｊ＝σＥ，Ｊｍ＝σ*Ｈ    …（式１）
ただし、
Ｅ：電界，Ｄ：電束密度，Ｈ：磁界，Ｂ：磁束密度，Ｊ：電流，Ｊｍ：磁流
ε：誘電率，μ：透磁率，σ：導電率，σ*：導磁率、とし、ε、μ、σ、σ*は場所の関数あるいは物体の形状により決まる既知量であるものとする。
【００２５】
ここで、建物あるいは車両の誘電率をεｓとすると、各地点ｎにおけるＰｉ(ｎ)，Ｐｊ(ｎ)を下記のように求めることができる。
【００２６】
Ｐｉ(ｎ)＝Ｅ１＋（１＋εｓ）Ｅ２
Ｐｊ(ｎ)＝（１＋εｓ）Ｅ１＋Ｅ２
なお、再送信電波の出力（Ｅ２）の初期状態は、後述する図５に示す処理において繰り返し計算を行うため、例えば当初の段階ではその初期値として１ｍＷ（放送に関する実験局免許交付の際に一般的に用いられている出力）を設定する。また、構造物のモデルに関するデータは、施設などの場合はその構造を設計データから求める。車両などの移動体の場合は、本発明による再送信装置の搭載対象が公共交通機関である場合を想定すると、人体の影響を除けばバス，地下鉄をはじめとして、ほぼ一定の構造となっていることから、いくつかの代表モデルを予め設定しておくことで、その中から使用するモデルを選択することで求めることが出来る。
【００２７】
次に図４に示すフロー図を用いて、設定された各地点ｎにおけるＰｉ(ｎ)とＰｊ(ｎ)を求めてから、建物あるいは車両の周囲に最適な値の不感帯を生じさせるために、再送信装置１０３からの電波出力を収束計算して決定する処理について説明する。まず、処理５００において、外部受信アンテナ１０２における電界強度を電測装置２０２により取得し、シミュレーション装置２０３では変数Ｆｔ−１の初期化を実施する。またシミュレーション装置２０３では、処理５０１にて変数Ｆｔの値を０に初期化する。更に処理５０２にて変数ｎに計算する設定点の総点数であるＮを代入する。その後、再送信装置のアンプ２０５の出力を出力決定装置２０４にて設定する（処理５０３）。この初期値は前述したように初期状態では１（ｍＷ）を設定する。
【００２８】
次にシミュレーション装置２０３では、処理５０４にて測定点ｎにおける電界強度Ｐｉ(ｎ)、Ｐｊ(ｎ)を前記したようにＦＤＴＤ法を用いて算出する。そして、上記で求めた各点ｎに対するＰｉ(ｎ)とＰｊ(ｎ)の誤差の二乗を変数Ｆｔに加えていき（処理５０５）、処理５０６でｎを１減算してから処理５０７でｎが０になったか否かを判定し、ｎが０になるまで、処理５０４に分岐することで、Ｎ点全てに関して処理５０４〜処理５０６の操作を実行する（処理５０７）。
【００２９】
全ての設定点について処理した結果、ここで求めたＦｔの値が前計算時点のＦｔ−１と比較して（処理５０８）、その差分が所定の閾値δ以下となりＦｔの値が収束していれば（処理５０８：Ｎｏ）終了する。一方、収束していなければ（処理５０８：Ｙｅｓ）、Ｆｔの値を前計算時点のＦｔ−１としてから（処理５０９）、処理５０１に戻り、変数Ｆｔ，ｎを再び初期化した後、アンプ２０５の値を設定して再送信アンテナ１０４の出力電力を変化させ、処理５０４から処理５０７の操作を繰り返して再びＦｔを計算する。
【００３０】
出力決定装置２０４は、シミュレーション装置２０３にて求められた再送信装置１０３の再送信アンテナ１０４におけるアンテナ出力を、アンプ２０５に入力するための物理量に変換する装置である。ここでの値を元にアンプ２０５にて所望の出力値とした外部受信アンテナ１０２からの信号を、前記したバンドパスフィルター２０１と同様のバンドパスフィルター２０６を通して再送信アンテナ１０４から再送信電波として出力する。ＦＤＴＤ法は一般的に計算が高速な手法であるので、以上の手順にてリアルタイムで再送信アンテナの出力を変更することが可能となるため、高速移動中の車両に関してもリアルタイムでの適用が可能となる。また、大型車両が行き交って電波品質が時々刻々と変化する地域における再送信に関しても、上記実施例を用いることにより外部の受信電界の変動に左右されない安定したデジタル放送の受信が可能となる。
【００３１】
図５に再送信装置における表示の一例を示す。表示装置７０１には、シミュレーション装置２０３で計算した電界強度に基づく、不感帯となる干渉領域における電波遮蔽度、外部受信アンテナの受信電力、再送信アンテナの出力電力が表示される。ここでの電波遮蔽度はｓ＊ｓ＊Ｎを最小とし、０を最大としてグラフ形式で、図４に示した処置におけるＦｔの値を表示する。
【００３２】
なお、本発明の第一の実施例において、シミュレーション装置で用いた計算手法としてＦＤＴＤ法を想定したが、もちろんレイトレーシング法をはじめとしたそのほかの手法を用いて電界分布を算出することも可能である。
【００３３】
また、上記の実施例ではシミュレーション対象を建物あるいは車両の側面のような平面を想定して行ったが、３次元の立体空間としてモデル化してシミュレーションを行うことも可能である。この場合はシミュレーションを行った平面を微小な一定間隔をあけた連続面で計算を行い、再送信アンテナの出力電力を算出する方法、並びに３次元空間それ自体をモデル化してシミュレーションすることも可能である。
【００３４】
以上、本発明の第一の実施例では、電波塔から直接受信する電波に応じて、再送信装置の電波出力を変更することで、再送信対象となる空間より外に漏れる再送信装置からの出力が低減するようにシミュレーションによりあらかじめ再送信対象となる空間周囲の電界強度を算出しているため、再送信を行う外部の空間に対する電波障害を低減し、品質が安定したデジタル放送を受信することが可能となる。
【００３５】
また、本発明の第一の実施例を能力の高い計算機上にて実施することにより、外部受信アンテナからの受信電力がフェージングをはじめとする物理現象によりリアルタイムで変動する移動中の車両においても、隣接する車両に混信の影響を及ぼすことなく、車両内で安定したデジタル放送を視聴することが可能となる。
【実施例２】
【００３６】
本発明の第二の実施例を図６を用いて説明する。本発明の第二の実施例は、主に車両に代表される移動体にて本発明を用いる際に有効な再送信装置の例である。電界変動が大きい移動体で直接波を受信する際、あらかじめナビ地図８０４による地図情報と、地図上における過去の電界強度に関する履歴データ８０２、及びＧＰＳ８０１から求めた現在の車両の位置と、電測装置２０２で求めた現在受信している電波の出力から、数時点先の電波の変動を入力電力予測装置８０３により予測して、その予測した結果を元に、シミュレーション装置２０３で適切な干渉領域を発生させるためのシミュレーションを行い、このシミュレーション結果に基づいて出力決定装置２０４で再送信装置１０３における再送信電波の出力計算を行うものである。第二の実施例では図６に示すように、実施例１における再送信装置１０３の電測装置２０２とシミュレーション装置２０３の間に電波変動予測装置７０２を設けている。電波変動予測装置７０２は図６に示すように、電測装置２０２の測定値と、過去の履歴データベース８０２、並びにＧＰＳ８０１からの入力を基に、入力電力予測装置８０３にて現時点から数時点先の時点における電波塔からの受信電波の変動を予測する。
【００３７】
上記の過去の履歴データ８０２に対し、電測装置２０２から取得した電界強度データをまず、取得日時，電界強度データを取得した位置，取得した位置における電界強度データからなるテーブルの形で履歴データ８０２に格納する。次にこのテーブルから、まずＧＰＳ８０１にて取得した現在位置に近いデータを履歴データ８０２の中から抽出し、そのデータの位置と電界強度の相関関係を作成する。その相関関係のデータと、電測装置から取得したデータの差分を算出し、その差分値を先に求めた相関関係の電界強度に上乗せする形で数時点先の電界強度を予測する。この予測値を後段のシミュレーション装置２０３に入力して、移動時のフェージング等の変動に対する精度を向上することが可能となる。
【００３８】
本発明の第二の実施例にて、移動体にて電波塔から受信した放送電波を車内で再送信する際に、直接受信する電波のフェージングを考慮することが可能となるため、走行中でも隣接する車両に混信の影響を及ぼすことなく、車両内で安定したデジタル放送を視聴することが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明の放送再送信装置を用いることにより、受信する既存の端末側において、チャンネル設定変更並びにそのほかの操作を行うことなく、放送局からの直接波と同様の内容である再送信電波を受信し、放送局からの直接波よりも安定した放送を建物内並びに移動中の車両内にて外部への干渉を引き起こすことなく受信することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明を用いた再送信装置を示す図面。
【図２】電波干渉に関する簡略説明図面。
【図３】シミュレーションのための概念図。
【図４】シミュレーションを行うためのフローチャート。
【図５】表示装置の一例。
【図６】本発明の第二の構成に関する図面。
【符号の説明】
【００４１】
１０１  建物又は車両
１０２  外部受信アンテナ
１０３  再送信装置
１０４  再送信アンテナ
１０５  受信機アンテナ
２０１，２０６  バンドパスフィルター
２０２  電測装置
２０３  シミュレーション装置
２０４  出力決定装置
２０５  アンプ
７０１  表示装置
７０２  電波変動予測装置
【図１】
2010010852.tif 000003
【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】
2010010852.tif 000008