［特別講演］地上SHV放送を目指した研究開発－伝送容量拡大技術および周波数有効利用技術の検討－
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(2) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. Vol.2017-AVM-99 No.9 2017/11/30. 術 と 組 み 合 わ せ た 総 合 接 続 試 験 に つ い て 述 べ る ．ま た ，. 値 と E 0 に 大 き く 差 が あ る 地 点 は ，地 形 や 建 物 な ど の 遮. 暫定仕様について，その特長と技術を述べる．. 蔽を受けていることなどを示している ． 4096QAM が 受 信 可 能 で あ っ た 65 地 点 に お い て ， ア ッ テ ネ ー タ に よ っ て 受 信 信 号 の レ ベ ル を 減 少 さ せ ,受. 2. 伝 送 実 験 の パ ラ メ ー タ 地上放送の伝送容量拡大技術，周波数有効利用技術. 信可能となる最小の電界強度（ 所要電界強度）を測定. の実証のために，熊本県人吉地区に実験試験局を設置. し た ． 65 地 点 に お け る 4096QAM の 所 要 電 界 強 度 の 中. して伝送実験を実施した．. 央 値 は 54.3dBV/m で あ っ た ．表 3 は ，4096QAM と 同. 野外実験で用いた伝送パラメータを 表 1 に，実験試. 様 に 1024QAM，256QAM に お け る 所 要 電 界 強 度 と 受 信. 験局の送信諸元を表 2 に示す．キャリア変調方式は，. 可能であったサンプル数を示したものである．各キャ. 多 値 化 を 目 指 し ， 現 行 IDSB-T の キ ャ リ ア 変 調 で あ る. リ ア 変 調 に お け る 所 要 電 界 強 度 は ， 1024QAM で は. 64QAM の 2 倍 の 容 量 が 伝 送 可 能 な 4096QAM ま で 伝 送. 49.0dBV/m， 256QAM は 44.2dBV/m で あ っ た ．. で き る よ う に し た ．FFT（ Fast Fourier Transform）サ イ. 図 3 は ，82 地 点 に お け る ，水 平 偏 波 と 垂 直 偏 波 の レ. ズ に つ い て は ，現 行 ISDB-T の 8k-FFT の 4 倍 の サ イ ズ. ベ ル 差 を 0.5dB 間 隔 で 集 計 し た 場 合 の 頻 度 分 布 を 示 す ．. で あ る 32k-FFT を 利 用 し て い る ．. こ れ よ り ， レ ベ ル 差 が ±1.25dB 以 内 で 全 体 の 50%を ，. 実験試験局の送信電力は，現行の地上デジタル放送. レ ベ ル 差 が ± 3.75dB 以 内 で 全 体 の 90%を 占 め て い る ．. の 人 吉 中 継 局 と 同 規 模 で あ る 10W と し て ，現 行 と 同 程 ー 人吉実験試験局 60dBμV/mコンタ. 度の受信エリアを確保して伝送実験を実施した ． 表 1. ■. 測定地点. 伝送パラメータ. 変調方式. OFDM. 占有周波数帯域幅. 5.57MHz. キャリア変調. 256QAM, 1024Q AM, 4096QAM. FFT サ イ ズ. 32k （ キ ャ リ ア 総 数 22,465 本 ）. 人吉 実験試験局. 1/32 （ 126 sec ）. ガードインターバル比. 内 符 号 : LDPC （ r=3/4 ），. 誤り訂正符号. 外 符 号 : BC H. 図 1 測定地点. 91.8Mbps （ 4096Q AM, r=3/4 ） 伝送容量. 90. 76.5Mbps （ 1024Q AM, r=3/4 ）. 4096QAM受信可能 垂直偏波の電界強度[dBμV/m]. 61.2Mbps （ 256Q AM, r=3/4 ） 注：r は符号化率を表す. 表 2. 実験試験局の送信諸元. 人吉実験試験局 送信周波数. 水上実験試験局. 671.142857MHz （ U HF 46c h）. 送信出力. 水 平 10W, ERP14 0W. 水 平 3W, ERP25W. ERP. 垂 直 10W, ERP13 5W. 垂 直 3W, ERP25W. 送信高. 海 抜 632 m. 海 抜 1080 m. 実験は，人吉実験試験局のみを送信して実施した． 図 2 は ，82 地 点 に お け る ，水 平 偏 波 と 垂 直 偏 波 の 電 界強度の関係および伝搬距離と電界強度（水平偏波と 垂直偏波の平均値）の関係を示したものである ．図 2 に お い て ， ● は 4096QAM で 誤 り が 発 生 せ ず 受 信 可 能 で あ っ た 地 点 ， ■ は 4096QAM で 誤 り が 発 生 し 受 信 で きなかった地点を示す．また，実線は自由空間電界強. 60. 50. 40. 30. 40. 50 60 70 80 水平偏波の電界強度[dBμV/m]. 90. 水平偏波と垂直偏波の電界強度. (a) 水平偏波と垂直偏波の電界強度の平均[dBμV/m]. 信特性を測定した．測定地点を図 1 に示す．なお，本. 70. 30. 3. エ リ ア 測 定 熊 本 県 人 吉 地 区 の 82 地 点 で 所 要 電 界 強 度 な ど の 受. 4096QAM受信不可. 80. 90 4096QAM受信可能 4096QAM受信不可 自由空間電界強度E0. 80. 70. 50. 7 GP d G : 送信アンテナの利得. 40. d：送受信点間距離. E0 . 60. P : 送信出力. 30 0. 10. 20 送受信点間距離[km]. 30. 40. 度 （ E 0 ） を 示 す ． 実 施 し た 82 地 点 の う ち ， 65 地 点 で 4096QAM が 受 信 可 能 で あ っ た ．な お ，電 界 強 度 の 測 定. （ b） 伝 搬 距 離 と 平 均 電 界 強 度. 図 2 エリア測定の結果. ⓒ 2017 Information Processing Society of Japan. 2.
(3) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. Vol.2017-AVM-99 No.9 2017/11/30. 表 3 所要電界強度と受信可能地点数 変調方式 所要電界強 度の中央値 [dB V/m] 受信可能 地点数. を ，B 局 か ら は（ -S2*，S0*）を 送 信 す る ．垂 直 偏 波 で 送 信 す る デ ー タ キ ャ リ ア シ ン ボ ル (S1,S3) も 同 様 に 周. 4096QAM. 1024QAM. 256QAM. 54.3. 49.0. 44.2. （ 53.5-61.1）. （ 48.2-55.7）. （ 43.2-54.1）. 65 地 点. 69 地 点. 71 地 点. 波 数 方 向 で 符 号 化 し て 送 信 す る ．符 号 化 SFN 技 術 を 用 受信点で双方が同じレベルで受信されても，互いに信 号を弱め合う周波数が生じない ．. 符 号 化 率 が 3/4 の 場 合. 受 信 側 で は ，図 5 に 示 す SP（ Scattered Pilot）信 号 か らチャネル応答を算出し，受信信号とチャネル応答を. 0.18. 全 体 の 90%. 用いた処理によって，互いに干渉することなく，A 局. 全 体 の 50%. 0.16. と B 局の送信信号を復号している．. 0.14. 頻度. い た 場 合 ，A 局 と B 局 の 送 信 信 号 が 符 号 化 さ れ て お り ，. 0.12. 上記技術を使用することで送信ダイバーシチ効果. 0.10. が 得 ら れ る た め ，A 局 と B 局 の 受 信 電 力 比 が 小 さ い 地. 0.08. 点において，受信品質の向上が期待できる．そこで，. 0.06. 6.25～6.75. 5.75～6.25. 5.25～5.75. 4.75～5.25. 4.25～4.75. 3.75～4.25. 3.25～3.75. 2.75～3.25. 2.25～2.75. 1.75～2.25. 1.25～1.75. 0.75～1.25. 0.25～0.75. -0.25～0.25. -0.75～-0.25. -1.25～-0.75. -1.75～-1.25. -2.25～-1.75. -2.75～-2.25. -3.25～-2.75. -3.75～-3.25. -4.25～-3.75. -4.75～-4.25. -5.25～-4.75. の位置関係を示した図，図 7 は，受信信号の一例であ. -5.75～-5.25. 験試験局（A 局：人吉局，B 局：水上局）と測定地点. 0.00. -6.25～-5.75. フィールドにおける伝送特性を評価した ．図 6 は，実. 0.02. -6.75～-6.25. 0.04. 水平偏波と垂直偏波の電界強度の差[dB]. 図 3 水平偏波と垂直偏波の電界強度差の頻度分布. る．本実験では，各地点にて受信アンテナの直下に挿 入した可変抵抗減衰器で受信装置への入力電力を減衰 させ，受信装置がエラーフリーで受信できる最小の入 力 電 力 を 所 要 電 力 と し て 従 来 SFN と 符 号 化 SFN で 比. 4. 符 号 化 SFN の 実 験. 較 し た ．な お ，人 吉 局 の 送 信 出 力 を 10W，3W，1W と. 地 上 波 に よ る SHV 放 送 の 実 現 に は 更 な る 周 波 数 利. 変 え て 送 信 し ，各 地 点 に お い て A 局 と B 局 の 受 信 電 力. 用 効 率 向 上 が 必 要 で あ る た め ，2 種 類 の 符 号 化 SFN 技. 比が異なる 3 データを取得した．図 8 はキャリア変調. 術の実験を実施し，それらの改善効果を確認した．. 256QAM に お け る 各 地 点 の 従 来 SFN と 符 号 化 SFN の. 図 4 に 符 号 化 SFN 実 験 の 伝 送 モ デ ル と 符 号 化 SFN. 所 要 電 力 差 を 示 す ．こ れ よ り ，符 号 化 SFN は 従 来 SFN. 技術の復号処理の概要を示す．伝送するデータキャリ. よ り も 所 要 電 力 が 小 さ く ，そ の 傾 向 は A 局 と B 局 の 受. ア シ ン ボ ル （ S0,S1,S2,S3 ） は ， A 局 で は 水 平 偏 波 で. 信 電 力 比 が 小 さ い ほ ど 所 要 電 力 差 は 大 き か っ た ．ま た ，. （ S0,S2） を ， 垂 直 偏 波 で （ S1,S3） を 送 信 す る ． 現 状. STC-SFN と SFC-SFN を 比 較 す る と ， 両 者 は 同 等 な 改. の 地 上 デ ジ タ ル 放 送 で 使 用 さ れ て い る SFN 技 術（ 従 来. 善効果であった．. SFN） で は ， A 局 と B 局 の 信 号 が 同 じ で あ る た め ， 双 方が同じレベルで受信される地点では互いに信号を弱. A局. H h00. x0 V. め合う周波数と強め合う周波数が生じる 場合があった．. x1. を 検 討 し た ． OFDM シ ス テ ム で は ， 時 間 方 向 と 周 波 数 方向，それぞれ隣接するデータキャリアシンボルを組 としたブロック符号化が考えられるため ，双方の符号 化について試作装置に実装した．時間方向に符号化す. y0. h10. A局. h11. 上 記 課 題 を 解 決 す る た め に ，A 局 と B 局 の 同 一 偏 波 間 で 時 空 間 ブ ロ ッ ク 符 号 を 構 成 す る 符 号 化 SFN 技 術. H. h01. 受信側. 送信側 h02. B局. h03 H. x2 V. V h12. y1. h13. x3 B局. x0 y 0 h00 h01 h02 h03 x1 y1 h10 h11 h12 h13 x 2 時刻： ｔ+1 t x3 . (a) 伝 送 モ デ ル. る STC （ Space Time Coding） -SFN で は ， 図 4(b)に 示. A局 H 偏波 S2. S0. すように水平偏波で送信する時間方向に並んでいるデ. A局 V 偏波 S3. S1. H 偏波. S2 S0. ＳＴＣ 復号. ー タ キ ャ リ ア シ ン ボ ル（ S0,S2)を 組 と し て 符 号 化 し ，A 局 か ら は （ S0,S2） を ， B 局 か ら は （ -S2*， S0*） を 送. B局 H 偏波 S0* -S2*. V 偏波. 信 す る （ *は 複 素 共 役 ）． 垂 直 偏 波 で 送 信 す る デ ー タ キ. B局 V 偏波 -S1* S3*. S3. ャ リ ア シ ン ボ ル (S1,S3) も 同 様 に 時 間 方 向 で 符 号 化 し て 送 信 す る ． 一 方 ， 周 波 数 方 向 に 符 号 化 す る SFC （ Space Frequency Coding）で は ，水 平 偏 波 で 送 信 す る 周波数方向に並んでいるデータキャリアシンボル （ S0,S2） を 組 と し て 符 号 化 し ， A 局 か ら は （ S0,S2）. ⓒ 2017 Information Processing Society of Japan. S1. h01(t ) h02(t ) h03(t ) S 0 y 0(t ) h00(t ) y1(t ) h10(t ) h 11 ( t ) h 12 ( t ) h13(t ) S1 * * * * y 0 (t 1) h02 (t 1) h03 (t 1) h00 (t 1) h01* (t 1) S 2* * * * * * * y1 (t 1) h12 (t 1) h13 (t 1) h10 (t 1) h11 (t 1) S 3 . （ b） STC-SFN の 復 号 処 理 図 4 符 号 化 SFN 技 術 の 概 要. 3.
(4) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. Vol.2017-AVM-99 No.9 2017/11/30. 人 吉 地 区 で 実 施 し た [6] ． 人吉実験試験局，水上実験試験局の双方の電波が到 来するあさぎり町の施設「農村女性の家」に実験会場 を 設 け た ． 両 局 か ら 従 来 SFN と 符 号 化 SFN を 切 り 替 A局（水平偏波）. えて送信し，それぞれの受信特性を比較した．また，. A局（垂直偏波）. HEVC で 圧 縮 さ れ た 8K 映 像 信 号 と MPEG-4 AAC で 圧 縮 さ れ た 音 声 信 号 を 両 実 験 試 験 局 か ら 符 号 化 SFN で 送 信 ，実 験 会 場 で 受 信・復 号 し て 85 イ ン チ 8K LCD で 表示した．なお，総合接続試験に使用した変調パラメ B局（水平偏波）. ー タ は ，4096QAM，STC-SFN と し た ．ま た ，受 信 ア ン. B局（垂直偏波）. テナ方向を水上局として実施した ．そのときの，受信. 図 5 SP パ タ ー ン. 信 号 の 2 局 間 の 受 信 電 力 比 は ，5.7dB（ 水 平 偏 波 ）お よ ー 人吉実験試験局 60dBμV/mコンタ ー 水上実験試験局 60dBμV/mコンタ. び 11.5dB（ 垂 直 偏 波 ） で あ っ た ．. ■ 測定地点. 図 9 に 総 合 接 続 試 験 時 に お け る 符 号 化 SFN 実 験 の 評 価手順を示す．単局送信時の所要電界強度は 水上実験試験局 （B局）. 56.1dBV/m で あ る ． 従 来 SFN に お け る 2 局 送 信 時 の 所 要 電 界 強 度 は 59.5dBV/m と な り ， 単 局 送 信 時 よ り 3.4dB 劣 化 し た ． そ し て ， 符 号 化 SFN に よ る 2 局 送 信. 人吉実験試験局と水上実験試験局の 直線距離は38km. 時 の 所 要 電 界 強 度 は 57.8dBV/m と な り ，従 来 SFN に 比 較 し て ， 1.7dB 改 善 さ れ た こ と が わ か る ．. 人吉実験試験局 （A局）. 図 10 に 総 合 接 続 試 験 に 使 用 し た 機 器 を 示 す ． 本 実. 図 6 符 号 化 SFN の 実 験 地 図. 験 に お い て ， SFN 環 境 下 で 8K 映 像 が 安 定 し て 伝 送 で きることを確認した． なお，ここまでの研究は，総務省の電波資源拡大の ための研究開発「超高精細度衛星・地上放送の周波数 有効利用技術の研究開発」による委託研究として実施. （ a） 符 号 化 SFN 送 信 時 （ b） 従 来 SFN 送 信 時 図 7 受信信号の例. した．. (従来SFN所要電力/符号化SFN所要電力). 従来SFNと符号化SFNの所要電力差 [dB]. ステップ. 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 -1. A局（水上局）のみが開局. 1. エリア測定結果(STC-SFN) エリア測定結果(SFC-SFN). A局のみ送信. 1波. 計算機シミュレーション. 10. 15. 20. 25. 30. STC-SFN の 改 善 効 果 SFC-SFN の 改 善 効 果. 全データ. 主 波 と SFN 波 の 受 信 電 力 比 が 5 ～ 12d B の 範 囲. 平 均 1.8dB 平 均 1.8dB. 平 均 2.0dB 平 均 2.0dB. 次世代SFN. 次世代 SFN. 人吉局. 56.1dBμV/m. 符号化SFNは、電力の大きい SFN波到来で受信特性劣化. 59.5dBμV/m. 1波時から3.4dB劣化. 同一信号を送信. 3 5. 水上局. 人吉局. 受信者もアンテナをA局向け していると想定. B局（人吉局）開局. 従来SFN. 従来 SFN. 受信機入力における主波とSFN波の受信電力比 [dB]. 水上局. 人吉局. 2. 0. 所要電界強度 （4096QAM）. イメージ図. 符号化SFNは、電力の大きい SFN波到来で、1波時よりも 受信特性が改善 水上局. 符号化して送信. 57.8dBμV/m. 従来SFNによる2波時から 1.7dB改善. 図 9 総 合 接 続 試 験 時 の 符 号 化 SFN 評 価 手 順 と改善効果. 図 8 符 号 化 SFN の 改 善 効 果. 5. 総 合 接 続 試 験 符 号 化 SFN 技 術 を 組 み 込 ん だ 変 復 調 装 置 と ， HEVC 符号化技術を組み込んだ符号化装置とを組み合わせた 次 世 代 地 上 放 送 の 総 合 接 続 試 験 を ， 平 成 28 年 11 月 に. ⓒ 2017 Information Processing Society of Japan. （ a）復 調 装 置 ほ か （ b）HEVC デ コ ー ダ ,8K LCD 図 10 総 合 接 続 試 験 に 使 用 し た 機 器. 4.
(5) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. Vol.2017-AVM-99 No.9 2017/11/30. 2) 新 た な 信 号 構 造 に よ る 伝 送 容 量 の 増 加 と 柔 軟 性 の. 6. 地 上 放 送 の 高 度 化 技 術 の 研 究 開 発 平 成 28 年 度 よ り ， 総 務 省 の 電 波 資 源 拡 大 の た め の 研究開発として「地上テレビジョン放送の高度化技術. 向上 暫 定 仕 様 で は OFDM 信 号 の 帯 域 幅 を ISDB-T よ り 5%. に 関 す る 研 究 開 発 」 [ 7] が 進 め ら れ て い る ． 研 究 開 発 の. 拡 大 す る こ と に よ っ て 伝 送 容 量 を 増 や し て い る ．ま た ，. 中では，次世代地上放送に向けた技術を組み込んだ変. FFT サ イ ズ が 最 大 で ISDB-T の 4 倍 と な る 伝 送 パ ラ メ. 復調装置の試作や都市部での大規模な実験試験局を利. ー タ （ モ ー ド ） を 備 え て い る ． FFT サ イ ズ を 大 き く す. 用 し た 実 験 な ど が 予 定 さ れ て お り ，地 上 波 で の SHV 放. る こ と で ， OFDM 信 号 の 有 効 シ ン ボ ル 長 が 長 く な り ，. 送の可能性の検証に取り組んでいく予定である．本章. ガ ー ド イ ン タ ー バ ル （ GI： Guard Interval） を 同 じ 長 さ. で は ，試 作 装 置 の 仕 様 の も と と な る 暫 定 的 な 仕 様 (以 下 ，. に設定した場合でも，伝送シンボル全体の時間長に占. 暫 定 仕 様 と 記 す )に つ い て 述 べ る ．. め る GI の 割 合 （ 以 下 ， GI 比 ） は 小 さ く な り ， 伝 送 容. 6.1. 暫 定 仕 様 の特 徴. 量を拡大することができる．. 暫 定 仕 様 は ， 現 行 の 地 上 放 送 方 式 で あ る ISDB-T の. また暫定仕様では，セグメント構造や伝送パラメー. 長所を継承しながら，新たな信号構造や伝送技術を取. タ の 選 択 肢 の 幅 を 広 げ て い る ．セ グ メ ン ト 数 を 13 か ら. り入れて周波数効率を向上させるとともに，さまざま. 最 大 35 に 増 や し ，各 階 層 の ビ ッ ト レ ー ト を 細 か く 調 整. なニーズに対応できるように機能を充実させている ．. で き る よ う に し て い る ．ISDB-T で は 部 分 受 信 用 に 用 意. 主な特徴を下記に示す．. されたセグメントが中央の１セグメント分のみである. 1). のに対して，暫定仕様では部分受信部のセグメント数. ISDB-T の 機 能 を 継 承 暫 定 仕 様 は ，ISDB-T と 同 様 に 階 層 伝 送 が 可 能 で あ る ．. を調整できる信号構造にしている ．さらに，パイロッ. また，限られた周波数を用いて日本全国の送信ネット. ト間隔，変調多値数の選択肢を増やすことで，ニーズ. ワ ー ク を 構 築 す る た め に ，ISDB-T で も 活 用 さ れ て い た. に合わせて各階層の伝送容量や受信特性を選べるよう. SFN 技 術 を 発 展 さ せ た 符 号 化 SFN 技 術（ 4 章 参 照 ）を. にしている．. 導入している． 表 4. 暫 定 仕 様 の 伝 送 パ ラ メ ー タ (ISDB-T と の 比 較 ). ISDB-T （ モ ー ド ３ ）. 暫 定 仕 様 (SISO シ ス テ ム ). FFT サ ン プ ル 速 度. 512/63 = 8.13 MHz. FFT サ イ ズ (ポ イ ン ト 数 N F F T ). 8k （ 8,192）. セグメント数. 13. 最 大 35. セグメント帯域幅. 483 kHz. 167 kHz. 占有帯域幅. 5.57 MHz. 5.83 MHz. キャリア総数. 5,617 本. SP 比 率. 8.3％. 8.3％ ， 4.2％ ， 2.1％. TMCC 比 率. 2.8％. 2.8%. キャリア変調方式. QPSK, 16QAM, 64QAM. QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM, 1024QAM, 4096QAM 均一コンスタレーション， 不均一コンスタレーション. OFDM フ レ ー ム 当 た り の シ ン ボル数. 204. 224. 112. 56. 有効シンボル長. 1,008 ms. 1,296 ms. 2,592 ms. 5,184 ms. ガ ー ド イ ン タ ー バ ル （ GI） 比. 1/4，1/8，1/16，1/32. 1/4， 1/8， 1/16， 1/32， 1/64， 1/128， 800/N F F T. OFDM フ レ ー ム 長. 231 ms. 292 ms - 363 ms （ GI 比 に 応 じ て 変 化 ）. 内符号. 畳み込み符号. LDPC 符 号. 外符号. リード・ソロモン 符号. BCH 符 号. ⓒ 2017 Information Processing Society of Japan. 512/81 = 6.32 MHz 8k （ 8,192）. 7,561 本. 16k （ 16,384）. 15,121 本. 32k （ 32,768）. 30,241 本. 5.
(6) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. 3). Vol.2017-AVM-99 No.9 2017/11/30. 新たな特性改善技術の導入. 暫 定 仕 様 は ，ISDB-T と 同 様 に 階 層 伝 送 が 可 能 で ，最. 暫 定 仕 様 で は ， 所 要 CN 比 （ Carrier to Noise Ratio）. 大３階層（A 階層，B 階層，C 階層）に加えて低遅延. を 低 減 す る た め ISDB-T で 使 用 さ れ て い る 畳 み 込 み 符. 伝送階層を多重することができる ．各階層では，誤り. 号 よ り も 誤 り 訂 正 能 力 が 高 い LDPC 符 号 と ， 不 均 一 コ. 訂正符号長，符号化率，キャリ ア変調方式，時間イン. ン ス タ レ ー シ ョ ン （ NUC： Non Uniform Constellation）. ターリーブ長，パイロット配置を独立に設定すること. を導入している．. が で き る ．OFDM 信 号 を 復 調 す る た め の ス キ ャ ッ タ ー. 4). 複数アンテナを使用したシステムの高機能化 暫定仕様では，送受信アンテナがそれぞれ 1 本の. SISO シ ス テ ム ， 送 受 信 ア ン テ ナ が そ れ ぞ れ 2 本 の. ド パ イ ロ ッ ト（ SP： Scattered Pilot）に 関 し て は ，低 密 度 の SP 比 率（ 4.2％ ま た は 2.1％ ）を 選 択 す る こ と に よ り，伝送容量を増やすことも可能である ．. MIMO シ ス テ ム と い っ た 複 数 の ア ン テ ナ に よ る シ ス テ. さらに暫定仕様では，フレーム当たりのシンボル数. ムが想定されている．アンテナ数を増やすことで伝送. に つ い て も 工 夫 を し て い る ．ISDB-T と 同 様 に フ レ ー ム. 容量の増加や受信特性の改善が見込まれる ．. ごとに同期信号が挿入されているため，フレーム長が. 次節に，暫定仕様の中の特徴的な技術を示す．. 長くなると同期に要する時間やチャンネル切り替え時. 6.2. 暫 定 仕 様 の技 術. 間 が 長 く な る ．そ の た め ，暫 定 仕 様 で は FFT サ イ ズ に. 6.2.1. 信 号 構 造 と 伝 送 パ ラ メ ー タ. 応 じ て フ レ ー ム 当 た り の OFDM シ ン ボ ル 数 を 変 え て. 表 4 に ， ISDB-T と 暫 定 仕 様 （ SISO シ ス テ ム ） の 伝. い る ．こ れ に よ り ，フ レ ー ム 長 は FFT サ イ ズ に よ ら ず. 送パラメータを示す．暫定仕様では，1 チャンネル分. 300ms 程 度 に な る ．. の 周 波 数 帯 域 幅 で あ る 6MHz を 36 分 割 し た 1/6 MHz. 6.2.2. 伝 送 路 符 号 化. （ ≒ 167kHz） を 1 セ グ メ ン ト と し て ， 最 大 で 35 セ グ. SISO シ ス テ ム に お け る 伝 送 路 符 号 化 の 系 統 図 を 図. メントを使用できるようにしている．これにより，伝. 11 に 示 す ．複 数 の デ ー タ ス ト リ ー ム が 再 多 重 化 さ れ た. 送 信 号 の 帯 域 幅 を ISDB-T よ り 約 5%増 や す こ と が で き. 入力ストリームは階層ごとに分割され，それぞれエネ. る ．OFDM 信 号 を 生 成 す る た め の サ ン プ リ ン グ ク ロ ッ. ル ギ ー 拡 散 ， 外 符 号 の BCH 符 号 化 ， 内 符 号 の LDPC. ク の 周 波 数 を ISDB-T（ 512/63 = 8.13MHz） の 7/9 倍. 符号化，ビットインターリーブ，マッピング，時間イ. （ 512/81 = 6.32MHz） に 設 定 し て い る ． サ ン プ リ ン グ. ンターリーブ処理が施される．次に，階層内，階層間. ク ロ ッ ク 周 波 数 を 7/9 倍 に す る こ と で ， 同 じ FFT サ イ. で周波数インターリーブ処理が行われた後，パイロッ. ズ に 対 す る OFDM 信 号 の 有 効 シ ン ボ ル 長 が 9/7 倍 に な. ト 信 号 ， TMCC （ Transmission. る た め ， 同 じ GI 比 に お け る GI 長 も 9/7 倍 に な り ， 同. Configuration Control）信 号 ，低 遅 延 伝 送 階 層 と と も に. じ FFT サ イ ズ で 比 較 し て ISDB-T よ り 9/7 倍 大 き い 遅. OFDM フ レ ー ム が 構 成 さ れ る ．最 後 に ，IFFT（ Inverse. 延量のマルチパス妨害を吸収できる．例えば，現在の. Fast Fourier Transform）処 理 を 行 い ，GI が 付 加 さ れ る ．. 地 上 放 送 で は 126s の GI 長 が 用 い ら れ て い る が ， 暫. 6.2.3. キ ャ リ ア 変 調. 定 仕 様 で は 同 じ FFT サ イ ズ お よ び GI 比 で 162s の GI 長となる．. and. Multiplexing. キ ャ リ ア 変 調 方 式 は ， 伝 送 容 量 や 所 要 CN 比 に 応 じ て ， QPSK（ Quadrature Phase Shift Keying）， 16QAM， 64QAM， 256QAM， 1024QAM， 4096QAM か ら 選 ぶ こ. A 階層 ｴﾈﾙｷﾞｰ 拡散. BCH 符号化. LDPC 符号化. ﾋﾞｯﾄ ｲﾝﾀｰﾘｰﾌﾞ. ﾏｯﾋﾟﾝｸﾞ. 時間 ｲﾝﾀｰﾘｰﾌﾞ. BCH 符号化. LDPC 符号化. ﾋﾞｯﾄ ｲﾝﾀｰﾘｰﾌﾞ. ﾏｯﾋﾟﾝｸﾞ. 時間 ｲﾝﾀｰﾘｰﾌﾞ. BCH 符号化. LDPC 符号化. ﾋﾞｯﾄ ｲﾝﾀｰﾘｰﾌﾞ. ﾏｯﾋﾟﾝｸﾞ. 時間 ｲﾝﾀｰﾘｰﾌﾞ. B 階層 再多重化 された ストリーム. 階層 分割. ｴﾈﾙｷﾞｰ 拡散. 周波数 ｲﾝﾀｰﾘｰﾌﾞ. OFDM ﾌﾚｰﾑ構成. IFFT. ｶﾞｰﾄﾞ ｲﾝﾀｰﾊﾞﾙ 付加. C 階層 ｴﾈﾙｷﾞｰ 拡散. ﾊﾟｲﾛｯﾄ信号 TMCC信号 低遅延伝送階層. 図 11. ⓒ 2017 Information Processing Society of Japan. 伝送路符号化の系統図. 6.
(7) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. Vol.2017-AVM-99 No.9 2017/11/30. (a) 1024QAM-NUC 図 12. (b) 4096QAM -NUC. 不均一コンスタレーションの一例. とができる．また暫定仕様では，マッピングの信号点. べ て 2-5 倍（ 30-80Mbps）と な る 大 容 量 の 情 報 が 伝 送 で. 配置を不均一化することで伝送特性を改善する不均一. き，サービスの要求条件に合わせて階層伝送の容量を. コ ン ス タ レ ー シ ョ ン（ NUC）を 導 入 し て い る [ 8] ．図. 柔軟に選択することができる．. 12. に ， 1024QAM と 4096QAM に NUC を 導 入 し た 場 合 の. 6.2.4. 誤 り 訂 正. 信号点配置例を示す．各信号点に対するビット割り当. 誤 り 訂 正 符 号 は ，LDPC 符 号 と BCH 符 号 の 連 接 符 号. ては，グレイコード化した信号点配置を用いている ．. を適用している．この連接符号の組み合わせは，欧州. NUC を 導 入 す る と 振 幅 が 大 き く な る 信 号 点 が あ る が ，. の 第 2 世 代 地 上 デ ジ タ ル 放 送 方 式 DVB-T2 [ 9] や ， わ が. 全信号点の平均電力は均一コンスタレーションと同じ. 国 の 高 度 広 帯 域 衛 星 デ ジ タ ル 放 送 方 式 ISDB-S3 [ 10] に 採. になるよう正規化している．. 用されており，シャノン限界に近い特性を得ることが. 図 13 に ， SISO シ ス テ ム に お け る 1 チ ャ ン ネ ル （ 6MHz）当 た り の 伝 送 容 量 と 所 要 CN 比 の 関 係 を 示 す ．. できるとされている． 6.2.5. 変 復 調 装 置 の 試 作. FFT サ イ ズ は 16k， GI 比 は 1/16， セ グ メ ン ト 数 は 35. 暫 定 仕 様 の 特 性 を 検 証 す る た め に ，単 一 階 層 の SISO. セ グ メ ン ト ， SP 比 率 は 8.3%と し て 計 算 機 シ ミ ュ レ ー. シ ス テ ム に 対 応 し た 変 復 調 装 置 を 試 作 し た ．図 14 に 変. シ ョ ン に よ り 算 出 し た ．ISDB-T と 比 較 す る と ，同 じ 所. 調装置の出力スペクトルを示す ．伝送信号の帯域幅は. 要 CN 比 で 伝 送 容 量 を 約 10Mbps 増 や す こ と が で き ，. 5.83MHz で あ り ， ISDB-T の 帯 域 幅 で あ る 5.57MHz よ. 同 じ 伝 送 容 量 で 所 要 CN 比 を 約 7dB 低 減 す る こ と が で. り広いことが確認できる．また，変調装置と復調装置. き る ． MIMO シ ス テ ム を 用 い る と ， 伝 送 容 量 を 最 大 2. を 接 続 し た と き の 白 色 ガ ウ ス 雑 音 （ AWGN ： Additive. 倍 に 増 や す こ と が で き る ．暫 定 仕 様 で は ，ISDB-T に 比. White Gaussian Noise）環 境 に お け る 各 キ ャ リ ア 変 調 方. 0. 6MHz. -10. 50. -20 -30. 40. 相対電力 （dB）. 1チャンネル当たりの伝送容量 (Mbps/1ch). 60. 暫定仕様 30. 10Mbps. 20. 5.57MHz （ISDB-T）. -50 -60 -70. ISDB-T. ７dB. 5.83MHz （暫定仕様）. -40. -80. 10. -90 -100. 0. -5. 0. 5. 10. 15. 20. 25. 所要CN比 (dB). 図 13. 伝 送 容 量 と 所 要 CN 比 の 関 係. ⓒ 2017 Information Processing Society of Japan. 30. 35. -4. -3. -2. -1. 0. 1. 2. 3. 4. 5. 中心周波数からの周波数差 （MHz）. 図 14. 暫定方式のスペクトル 7.
(8) 情報処理学会研究報告 IPSJ SIG Technical Report. Vol.2017-AVM-99 No.9 2017/11/30. き周波数の検討や送信ネットワーク構築に向けた検討 も必要となる．. 10 -1 QPSK. 16QAM. 64QAM. こ れ ら の 検 討 を 進 め る こ と に よ り ，地 上 SHV 放 送 の. 1024QAM 256QAM 4096QAM. 実現に向けて研究開発を進めていきたい．. 10 -2. BER. 10 -3. 文. 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7 0. 5. 10. 15. 20. 25. 30. 35. CN比 (dB). 図 15. 暫 定 仕 様 の BER 特 性. 式 の CN 比 対 BER（ Bit Error Rate）特 性 を 図 15 に 示 す ． 図 15 の 測 定 に お い て は ， FFT サ イ ズ は 16k， GI 比 は 1/16， SP 比 率 は 8.3%， LDPC 符 号 の 符 号 長 は 269,280 ビ ッ ト ， 符 号 化 率 は 約 10/15 と し た ． 全 帯 域 を 用 い た 場 合 の 伝 送 容 量 は ， キ ャ リ ア 変 調 方 式 が 1024QAM の と き に 32Mbps，キ ャ リ ア 変 調 方 式 が 4096QAM の と き に 39Mbps と な っ た ．. 7. ま と め 地上放送に関する伝送容量拡大技術の開発 ，周波数 有 効 利 用 技 術 の 開 発 を 実 施 し た ．超 多 値 OFDM 変 調 技 術 ， 誤 り 訂 正 符 号 化 技 術 ， 偏 波 MIMO 技 術 と 符 号 化 SFN 技 術 を 組 み 合 わ せ て ， 実 環 境 で 地 上 波 で の 8K 伝 送 を 検 証 す る 総 合 試 験 を 実 施 し ，地 上 波 の SFN 環 境 下 に お い て も ，8K 伝 送 が 可 能 な 伝 送 パ ラ メ ー タ が あ る こ とを確認した． さ ら に ，ISDB-T の 特 徴 を 継 承 し ，伝 送 容 量 拡 大 や 柔 軟 性 を 改 良 し た 暫 定 仕 様 の 検 討 を 進 め た ．暫 定 仕 様 は ， ISDB-T に 比 べ 2-5 倍 の 大 容 量 伝 送 が 可 能 と な り ，ニ ー ズや送受信システムに合わせて伝送容量や受信特性を 選択できるような仕様である．総務省の電波資源拡大. 献. [1] S. Saito et al.: "8K Terrestrial Transmission Field Tests Using Dual-Polarized MIMO and Higher-Order Modulation OFDM", IEEE Transactions on Broadcasting, vol.62, no.1, pt.2, p.306-315(Mar.2016) [2] 一 般 社 団 法 人 電 波 産 業 会 “ : 地上デジタルテレビジ ョ ン 放 送 の 伝 送 方 式 標 準 規 格 (2.2 版 )”,ARIB STD-B31, 2014 年 [3] 齋 藤 進 ，蔀 拓 也 ，朝 倉 慎 悟 ，土 田 健 一 ，斉 藤 知 弘 ， 澁 谷 一 彦 : “ 偏 波 MIMO-超 多 値 OFDM 方 式 を 用 い た 8K ス ー パ ー ハ イ ビ ジ ョ ン 地 上 波 伝 送 実 験 ”, 映 情 学 技 報 , Vol.38, No.8, BCT2014-45, pp.53-56, 2014 年 [4] 齋 藤 進 ，蔀 拓 也 ，朝 倉 慎 悟 ，佐 藤 明 彦 ，岡 野 正 寛 ， 土 田 健 一 : “ 熊 本・人 吉 地 区 で の 次 世 代 SFN 実 験 ”, 映 情 学 年 次 大 ， 33D-2, 2015 年 [5] 竹 内 知 明 ，佐 藤 明 彦 ， 宮 坂 宏 明 ， 朝 倉 慎 悟 ， 蔀 拓 也，齋藤進，成清善一，中村円香，村山研一，岡 野正寛，土田健一，澁谷一彦: “次世代地上放送 に 向 け た 暫 定 仕 様 の 検 討 ”,映 情 学 年 次 大 ，31A-1, 2016 年 [6] 白 井 規 之 ,佐 藤 明 彦 ,朝 倉 慎 悟 ,竹 内 知 明 ,中 村 円 香 , 村 山 研 一 ,岡 野 正 寛 ,井 口 和 久 ,三 須 俊 枝 ,松 尾 康 孝 , 岩 村 俊 輔 ,北 島 周 ,土 田 健 一 : “ 熊 本・人 吉 地 区 に お け る 8K ス ー パ ー ハ イ ビ ジ ョ ン の SFN 地 上 伝 送 実 験 ”, 映 情 学 年 次 大 ， 11C-2, 2017 年 [7] 総 務 省 : “ 平 成 28 年 度 に お け る 電 波 資 源 拡 大 の た め の 研 究 開 発 に 係 る 提 案 公 募 の 結 果 ”, http://www.soumu.go.jp/menu_news/s-news/01kiban 09_02000192.html, [8] 蔀 拓 也 ，朝 倉 慎 悟 ，齋 藤 進 ，斉 藤 知 弘 ，澁 谷 一 彦 : “ 次 世 代 地 上 放 送 に 向 け た 伝 送 技 術 － Non-Uniform Mapping に よ る 超 多 値 信 号 の 伝 送 特 性 改 善 － ”,映 情 学 技 報 ，Vol.38，No.5，BCT2014-30， pp.117-120, 2014 年 [9] ETSI EN 302 755 V1.4.1: “ Digital Video Broadcasting (DVB) ; Frame Structure Channel Coding and Modulation for a Second Generation Digital Terrestrial Television Broadcasting System (DVB-T2) ” , 2015 年 [10] 一 般 社 団 法 人 電 波 産 業 会 : “ 高 度 広 帯 域 衛 星 デ ジ タ ル 放 送 の 伝 送 方 式 標 準 規 格 （ 2.0 版 ）” ,ARIB STD-B44, 2014 年. のための研究開発として「地上テレビジョン放送の高 度化技術に関する研究開発」で開発している試作装置 は暫定仕様をもとに製作している．試作装置を用いて 大 規 模 な 実 験 試 験 局 を 利 用 し た 実 験 な ど が 平 成 30 年 度 よ り 予 定 さ れ て お り ，地 上 波 で の SHV の 検 証 に 取 り 組んでいく． 次世代地上放送の実現には，伝送方式の開発 と並行 して．映像符号化技術，通信との連携技術などを進展 させることが必要となる．また，限られた地上放送用 周波数の中で次世代地上放送を導入できるように， 空. ⓒ 2017 Information Processing Society of Japan. 8.
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