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いとはちゃわんや
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1 資料 5-3 BS デジタル放送の概要とサービス 2007 年 3 月 13 日 NHK 技術局計画部加藤久和

2 BS デジタル放送の成り立ち放送は通信と異なり全ての国が使う権利を主張 : チャンネルプラン容易に隣接国に電波が漏れる : 国際的な取り決めが必要 ITUの国際無線通信会議 (WRC( 旧 WARC)) でルールを決める衛星放送で使われる周波数 : 第三地域 ( アジアオセアニア ) では 11.7GHz~12.2GHzの間の24チャンネル静止軌道は6 度間隔が基本 1977 年開催のWARC-BSで日本に東経 110 度の8チャンネルが割り当て 2000 年開催のWRC-2000で 4チャンネルが追加され計 12チャンネル BS デジタル放送の要求条件として HDTV/ データ放送中心の新たなサービス 2000 年 12 月から BS ch を利用して BS デジタル放送を開始 2007 年 12 月には BS-9ch もデジタル化 2

3 BS デジタル放送方式の特徴現在の BS デジタル放送は電通技審報告に盛り込まれた BS デジタル放送に関する要求条件に則って以下のような特徴が実現されている 1. 一つの衛星中継器でハイビジョン 2 番組の放送が可能 ( 要求条件には記載がないが ) システム設計当時デジタル用の4 中継器で8 番組程度が放送できる必要ありと考えられた充分な画質を保つために MPEG-2により1 番組 20Mbps 程度は必要とされた 52Mbpsの伝送容量が実用化 2. 一つの衛星中継器を共用する複数の事業者が独立にサービスを提供可能各放送局が制作したコンテンツを TS としてそのまま放送できるマルチ編成融通多重降雨対応放送緊急警報放送など事業者の判断で実施可能 TS 生成のプラットフォームを行う構造は用意されない 3. 新たなサービスとしてハイビジョンデータ放送 EPG などを導入 MPEG-TS で伝送データ放送は BML 文書をデータカルーセルで伝送 3

BS 伝送方式の主要パラメータ周波数 : 変調方式 : 伝送レート : 情報レート : 誤り訂正方式 : インターリーブ : ロールオフ率 : 符号化多重化 : スクランブル方式 : 11.7~12.2GHz ( 別途広帯域 CS の 12.2~12.75GHz にも適用 ) QPSK (r=1/2~7/8) BPSK (r=1/2) から選択組合せ可能 28.860Mbaud/34.

4 BS 伝送方式の主要パラメータ周波数 : 変調方式 : 伝送レート : 情報レート : 誤り訂正方式 : インターリーブ : ロールオフ率 : 符号化多重化 : スクランブル方式 : 11.7~12.2GHz ( 別途広帯域 CS の 12.2~12.75GHz にも適用 ) QPSK (r=1/2~7/8) BPSK (r=1/2) から選択組合せ可能 Mbaud/34.5MHz 最大 52Mbps ( 全時 ) トレリス / 畳み込み ( 拘束長 7) + RS(204,188) の連結符号ブロックインターリーブ ( 深さ 8) 0.35 MPEG-2 Video(MP@HL/ML/LL) MPEG-2 AAC MPEG-2 Systems MULTI-2 所要 CN と伝送可能な情報レートの関係 ( アナログ BS 方式の音声は CN=6dB 程度で遮断 ) 4

5 BS デジタル放送の送出構成 5

6 BS デジタル放送の信号生成過程 6

7 BS 伝送方式の概要 (TS 合成 - 伝送路符号化 - 変調 ) 複数の TS に変調方式によってスロット位置を割り当てスペクトル平坦化タイミング再生 RS(204,188) 符号化した TS1 RS(204,188) 符号化した TS フレーム合成 TMCC 生成 QPSK(r=1/2) Dummy 203B 同期,TMCC 2F 1F 8F RS(64,48) 符号化エネルギ拡散 ( スーパーフレーム周期 ) エネルギ拡散誤り訂正性能改善インターリーブ ( スロット毎, スーパーフレーム方向 ) 畳み込み符号化 #1-#46 slot 同期 TMCC 帯域幅 34.5MHz (ITU の基準に従う ) #47 slot 8PSK マッピング QPSK マッピング BPSK マッピング位相基準バースト発生時分割多重 / 直交変調変調波低 CN での安定受信 7

8 複数 TS の伝送方式割り付け例 (2TS 利用の場合 ) : : 伝送方式毎に割り当て周波数利用効率の高い方式ほど先に送る以外は効率に応じてダミースロットで一定処理速度にする TS1 TS1 TS1 48slot 24slot : : TS1 1 フレーム 26.1Mbps ( 映像音声データ PSI/SI) 23.9Mbps ( 映像データ SI) TS2 23.9Mbps ( 映像データ SI) TS2 24slot : TS2 TS2 26.1Mbps ( 映像音声データ PSI/SI) 26.1Mbps ( 映像音声データ PSI/SI) TS1 QPSK(r=1/2) 1.1Mbps ( 低階層映像音声 PSI) ダミースロット ( 伝送しない ) 23.9Mbps ( 映像データ SI) TS1 TS2 QPSK(r=1/2) 1.1Mbps 2 ( 低階層映像音声 PSI) 8 スロット割り当て階層変調なし TS1 が階層変調両 TS が階層変調

9 BS デジタル放送のインターリーブ書き込み方向 203B 1 2 インターリーブ前インターリーブ読み出し方向 i インターリーブ後 i 8F 48 8F B 2F 3F 1F 3F 2F 1F 203B 9 内符号のバースト誤りを拡散させ外符号で訂正することで性能向上スロット単位スーパーフレーム方向深さ8のブロックインターリーブスロット / スーパーフレーム単位で伝送方式の割り当てができ方式の切り換えがあっても画像音声へのショックはない 203 受信機ではこの逆のプロセス

10 変調波の構成 ( 46+QPSK(1/2) 1 の例 ) 192 symbol インターリーブされた1F~8Fの #2Slotのデータの1/8 TMCC/ Sync (BPSK) 同期捕捉用バースト (BPSK) 主信号主信号 (8PSK) (QPSK) 203 symbol Sync TMCC #1slot #2slot #3slot #46slot #47slot QPSK(r=1/2) 1 frame 分のシンボル (1 周期目 ) 1 スーパーフレーム TMCCデータシンボル (64bit) フレーム同期 W1 W TMCCデータシンボル (64bit) フレーム同期 W1 W3 Sync #1slot TMCC #2slot #3slot 1 frame 分のシンボル (8 周期目 ) フレーム同期 : フレーム / スーパーフレーム識別を行うと共に 8PSK の絶対位相の確定ビタビ復号の終端を行う #46slot #47slot QPSK(r=1/2) 同期補足用バースト : 8PSK が大半を占めている信号で低 CN 時に安定にキャリア再生を行うための 9 次の PN 信号 BPSK のバースト信号 10

11 TMCC の位置づけフレーム構造でスロット毎に伝送方式とTSを規定する TMCC (Transmission & Multiplexing Configuration Control 伝送制御信号) の利用 MPEG-2 Systemsで規定していない物理層での制御を実現利用する変調方式 TS 情報等を受信機に通知最も信頼性の高い方式で伝送し受信開始時に解読主信号の復調とTSの選択その他物理層での制御情報 ( 緊急警報起動サイトダイバシティ運用フラグ ) の伝送も可能スロット毎の伝送方式と TS_ID 緊急警報フラグサイトダイバシティ運用フラグ等 11

12 緊急警報放送の利用 (TMCC の活用 ) 要求条件に盛り込まれた緊急警報信号の起動制御信号を TMCC に割り当ててある当該中継器に割り当てられた TS のいずれかが緊急警報放送を開始すると起動ビットがアクティブになるこれにより受信機のバックエンドの電源が入って緊急警報放送の開始を知らせるなどが可能となる PMTに記載される緊急情報記述子によって緊急警報放送を行っているサービスID 大規模地震や津波警報の種別地域の情報を放送する事業者 1 事業者 2 TS1 TS2 TS 合成変調放送波アンテナODU フロントエンド受信機バックエンド 1 緊急警報放送の開始 (TMCC 生成情報と緊急情報記述子 ) 2TMCC 該当ビット ON ( 各 TS 間の OR 処理 ) 該当 TS に記述子付加 3TMCC の該当ビット起動を検出 4 バックエンド起動現在の市販受信機には BS の緊急警報放送開始を検知して電源投入動作を行うなどに対応したモデルはない 12

サイトダイバシティ運用 (TMCC の活用 ) BS は 17GHz 帯のアップリンクを用いており降雨に対して高い信頼性を確保するためにサイトダイバシティ運用を行う主局で合成後の TS 信号を菖蒲副局にデジタル回線で送り主局 / 副局どちらからでもアップリンクできるような構成とし降雨状況によって切り換えて運用するクロック周波数は同期させ

13 サイトダイバシティ運用 (TMCC の活用 ) BS は 17GHz 帯のアップリンクを用いており降雨に対して高い信頼性を確保するためにサイトダイバシティ運用を行う主局で合成後の TS 信号を菖蒲副局にデジタル回線で送り主局 / 副局どちらからでもアップリンクできるような構成とし降雨状況によって切り換えて運用するクロック周波数は同期させキャリア周波数も高い精度で近い周波数になっているが衛星で受信される 17GHz 帯のアップリンク信号の連続性は保証できない ( 数 m 秒の受信キャリアの重複または遮断が生じる ) 1 キャリア内には複数の番組が流れているため必ずしも番組の切れ目での切り換えが保証できないこのため TMCC にサイトダイバシティ告知信号を用意して 16 スーパーフレーム前 ( 約 170ms) から切り換えが起きるスーパーフレームが受信機で分かるようにしている受信機はこれを検知して受信信号にブロックノイズが入るなどの障害の発生を極力低減するための処理を行うことができる事業者 1 事業者 2 TS1 TS2 TS 合成遅延調整主局変調 17GHz 帯デジタル回線合成 TS 信号クロック情報副局変調 13

14 サイトダイバシティ運用の必要性 BS のアップリンクに使用している 17GHz 帯の減衰量は 12GHz 帯の約 2 倍 ( デシベル値として ) 程度になるフィーダーリンク遮断が生じるような降雨では急激で深い減衰が生じるため, 数 dbの電力増加では時間率改善効果に乏しい地理的に離れた場所に副局を設けサイトダイバシティ運用を行うサイトダイバシティ効果は降雨減衰量と地理的な距離によって推測できる渋谷 - 菖蒲 ( 約 49km) でのサイトダイバシティ効果 99.9%( 最悪月間 44 分 / 月 ) %( 最悪月間 40 秒 / 月 ) 降雨減衰量 [db] 各周波数帯の降雨減衰量と時間率 ( 東京 )

15 降雨対応放送 ( 階層変調 ) の運用例 CN 10dB 4dB ( 最悪月サービス時間率 * ) (99.70%) (99.94%) 26.1Mbps: 映像 + 音声 + データ +PSI/SI (24スロット/TS) QPSK (r=1/2) 23.9Mbps: 映像 + データ +SI 1.1Mbps: 低階層画像 + 音声 +PSI (24スロット/TS[ 内有効は23スロット分 ]) 受信できません受信できません受信できません ( 参考 ) アナログ放送 15 12GHz 帯は降雨減衰の影響が大きく雨が強くなるとアナログテレビは徐々に画質が劣化するがデジタルテレビは急激に画質が劣化し遮断する伝送容量の確保とサービス時間率確保という相反する問題を階層変調により解決所要 CN の低い伝送方式で最小限の情報を提供すれば実際の遮断時間を短縮できる受信機は誤り状況を判断して有効なパケットを使って情報を表示する * : 東京で 45cm アンテナで受信した場合階層変調により音声や低レートの画像が視聴でき遮断時間を低減する

16 降雨対応放送 ( 階層変調 ) の効果東京を例に最悪月で計算した結果低階層を QPSK(1/2) として 45cm アンテナを用いた受信の場合に 1/5 以下に遮断時間が低減する階層変調のために HDTV 用に利用する帯域は 2 スロット分 (1/12) の減少最悪月遮断時間 ( 分 ) /3 131 分 (11 分 ) 7/8QPSK 5/6QPSK 3/4QPSK 2/3QPSK 1/2QPSK 階層変調による改善効果 24 分 (2 分 ) 1/2BPSK 最悪月遮断時間 : 一日 2 時間視聴の場合 ( 分 ) C/N(dB) :18~ Time(minutes) 降雨減衰の観測例 8PSK QPSK 16

17 臨時チャンネルによるマルチ編成 (TS 内で完結 ) 通常チャンネルに加え一時的に臨時チャンネルを利用臨時チャンネルはアップダウンボタンで切り替わる臨時チャンネルはその放送が開始されるまで EPG に表示されない臨時チャンネルはリレー録画で録画を継続できる野球放送が延長しても最後まで放送を続けることが可能 17

18 イベント共有によるマルチチャンネル編成 (TS 内で完結 ) ほとんどの時間帯は HDTV 放送を行うが割り当てれた帯域内で 3 つの SDTV チャンネルに編成を切り替えることも可能 HDTV 時は HDTV コンポーネントを 3 つの PMT に割り当てることでいずれのサービス ID で SDTV を視聴していても次の番組では同じ HDTV 画面が表示される通常は若い番号 ( 下記の例では 191) がワンタッチボタンに割り当てられているので SDTV の選局はアップダウンボタンで行うイベント共有期間イベント共有期間ワンタッチボタンでその前の HDTV を選局していれば 191 の SDTV に移行 191 (SDTV) 帯域他の SDTV へはアップダウンボタンで切り換え 191 or 192 or 193 (HDTV) 192 (SDTV) 193 (SDTV) 191 or 192 or 193 (HDTV) いずれの SDTV を観ていても自動的に HDTV に移行データ放送 time 18

19 統計多重 / 融通多重の利用 (TS 内で完結 ) TS の帯域の中で映像データ放送コンテンツの割り当てビットレートを柔軟に変更することが可能 TS の独立性が確保されているために事業者毎に独自に設定可能例 1: 映像符号化を VBR( 可変レート ) として画質を確保し空き帯域でデータ放送を割り当てる例 2: 複数の SDTV のマルチチャンネル編成を行う際符号化レートを統計多重で可変とし画質を確保する Video-1 Video-2 Video-3 時間時間時間データ時間時間統計多重 / 融通多重の概念 Video-1 固定レート割り当て Video-2 固定レート割り当て Video-3 固定レート割り当て Video-1,2,3 統計多重によるレート割り当て Video 情報が送られていない期間にデータを送出 ( 融通多重 ) 19

20 まとめ :BS デジタル放送方式の特徴準基幹放送としてハイビジョン放送とデータ放送を確実に実施するための技術仕様を反映目的技術手段活用事例 HDTV 放送に必要な伝送容量確保複数の伝送方式から適切な方式を選択利用可能 / QPSK/BPSK 利用スロット / フレーム構造緊急警報放送サイトダイバシティ降雨対応放送 ( 階層変調 ) 放送事業者の制作したコンテンツを TS 単位でそのまま放送準基幹放送として必要な機能を実現可能 TMCC マルチ編成イベント共有統計多重 / 融通多重 TS 単位で様々な機能を実現可能 20

資料2-3　要求条件案.doc

資料2-3　要求条件案.doc 資料 2-3 社団法人電波産業会デジタル放送システム開発部会高度 BS デジタル放送及び高度広帯域 CS デジタル放送の要求条件 ( 案 ) 1 システムインターオペラビリティ衛星放送地上放送 CATV 蓄積メディアなど様々なメディア間でできる限り互換性を有することサービス実時間性高機能化 / 多様化拡張性アクセサビリティシステム制御著作権保護個人情報保護現行のデジタルHDTVを基本とした高画質サービスを可能とすること