分散伝送システム

北米の地上デジタル テレビ放送において、分散伝送システム( DTSまたはDTx ) は、単一の放送信号がマイクロ波、地上線、または通信衛星を介して、複数の同期された地上無線送信サイトに送られる単一周波数ネットワークの一形態です。信号は、同じカバレッジエリアの異なる重複部分で同じ周波数で同時に放送され、多くの小型送信機を効果的に組み合わせて、 1 つの大型送信機に匹敵する放送エリアを生成したり、地形や局所的な障害物によるカバレッジのギャップを埋めたりします。

複数の送信機から同じチャンネルで同じ番組を複数の送信機サイトから放送する単一周波数ネットワークのアイデアは新しい概念ではありませんが、北米で使用されているATSCデジタルテレビ規格はこの動作モード用に設計されておらず、これらのアプリケーションにはあまり適合していませんでした。初期の ATSC 実装の厳しいタイミング要件と不十分なマルチパス干渉処理により、1998 年に初めて大規模な商用 ATSC が展開された時点では、同じ周波数で複数の同期送信機を使用することは不可能でした。これらの制限は、その後の受信機設計の進歩に伴い、いくらか緩和されました。2004 年までには、静的 (移動または変化しない) マルチパス干渉 (特定のタイミング制約の対象) を検出し、デジタル信号への影響を補正する手段をデジタルテレビ受信機に提供する技術が存在していました。

テストは、メトロポリタンテレビアライアンス（MTVA、ニューヨーク市のテレビ局の連合体）を含むさまざまな個別の放送局または放送グループによって実行されています。 ^[1]ニューヨーク市とニュージャージー州の4つの分散送信サイトと100を超えるテスト測定サイトで行われた一連の初期テストは、2007年にニューヨークで小規模なテストとともに、2008年6月に完了しました。ニューヨーク市場は、エンパイアステートビルの上にある主要な放送施設から市全体の適切なデジタルカバレッジを妨げる人工の障害物が多いため、マルチパス受信に特有の問題があります。

受信機にとって、単一周波数ネットワークからの信号は、強いマルチパス干渉を伴う単一の放送として現れます。最悪の場合、信号が複数の送信機からわずかに異なる時間で同じ中間位置に到達するため、同じ強度の主信号と反射として検出されます。

北米でデジタルテレビに使用されている ATSC 規格は、ヨーロッパやその他の国のDVB-T規格とは異なり、 OFDMではなく8VSBを使用します。OFDMは、より低いピーク電力レベルでの送信を可能にする変調方式ですが、歴史的にマルチパス反射やRF 干渉の処理能力がはるかに劣っていました。

米国ATSCデジタルテレビの商用展開は1998年に始まり、最初の早期導入者は最大市場の放送局（世界貿易センターの頂上にある送信機でサービスを提供しているニューヨーク市を含む）でした。この時代のデジタル受信機は高価でしたが、反射信号に対処するための装備が不十分で、都市化された環境では大きな欠点でした。後の世代の受信機設計ではこれらの制限が大幅に緩和され、2004年までに、単一のエコーが10dB弱い（30マイクロ秒の時間差以内）または同じ強度（最悪の場合でも12マイクロ秒の範囲内）の静的マルチパス干渉条件を検出して補正できる受信機を構築する技術が存在しました。^[2]

送信機がこれらの制限内で動作するのに十分正確な同期と十分に近い地理的間隔を保つことができれば、新しい受信機設計を使用した単一周波数ネットワークは、既存の北米ATSCデジタル放送規格でも可能になります。^[3]

ペンシルベニア州立大学の公立教育機関WPSX-TV （現在のWPSU-TV）によるテストは、2003年に初めて実施されました^{[4] WPSUはアナログ}VHF 3局であり、ジョンズタウンとアルトゥーナもカバーする必要がある遠方の送信機からペンシルベニア州ステートカレッジにサービスを提供しています。デジタル局として、WPSUは元の低VHF放送塔の場所に大型のUHF 15送信機を使用していたため、地形による遮蔽によりステートカレッジ自体のUHF受信が妨げられるという局所的な問題が発生しました。メインの送信機を再配置すると、他の2つのコミュニティにサービスを提供する局の能力に支障をきたすことになります。ステートカレッジにメインのUHF 15信号と同じ周波数で小型（50kW）の同期デジタルTV送信機を追加すると、受信が改善されることがわかりました。サービス対象の各コミュニティに小型の同一チャネル50kW送信機を追加することで、さらに改善することができます。

ATSCは2004年9月25日に、複数の送信機、単一周波数ネットワーク、および複数周波数ネットワークの設計に関するガイドラインとして標準を発表しました。^[5] 2004年の新しい標準には次のものが含まれています。

• A/110A、「分散伝送の同期規格、改訂版 A」
• A/111、「同期された複数の送信機ネットワークの設計」^[6]

取り組まれた技術的な問題には、送信機間の同期（GPS を使用して 1 Hz と 10 MHz の基準周波数、およびタイミング情報を提供）と送信周波数の正確な制御（1 Hz 以内）が含まれていました。トラブルシューティングのために、各送信機の識別情報を信号に埋め込む必要がありましたが、同期されたすべての送信機のメイン データ ストリームは同一である必要があります。これは、メイン信号より 27～30 dB 弱い、2 番目の低ビット レートの拡散スペクトル信号を追加することで実現されます。この「ウォーターマーク」識別子は、より強いメイン信号の下に埋め込まれているため、同じ識別子を複数回受信して合計し、放送技術者にウォーターマークの判読可能なバージョンを提供できます。一方、標準的な受信機は、設計上、すべての送信機から同じ信号を受け取ります。

トランスポート層の一部として伝送される非 MPEG データの生成(送信されたフレーム同期の位置やトレリス エンコーディング デバイスの初期状態など) も、同期されたすべての送信機間で正確に一致させる必要があります。受信信号が復調された後、このデータは破棄されますが、不一致があると、さまざまな同一チャネル信号間で干渉が発生する可能性があります。スタジオで ATSC データに追加の「運用と保守」分散送信パケット (OMP、パケット識別子 PID:0x1FFA) を追加し、個々の送信機の構成と同期に必要なさまざまなパラメータを制御する必要があります。

ATSCシステムでは、受信機に複数の同じ信号が到着するまでの最大時間差に非常に厳しい制限があるため、各送信機の位置、指向性パターン、電力レベルも非常に慎重に選択する必要があります。受信に問題のあるエリアでは大幅な改善が期待できますが、複数の同一チャネル送信機を破壊的な干渉なしに動作させるには慎重な設計が必要です。^[7]

2007年にテレムンドが 所有・運営する放送局 WNJU、イオンTV、放送塔所有者リッチランドタワーズが、ニュージャージー州のメイン送信機1台とタイムズスクエアの代替DTSセカンダリ送信機^[8]を使用して実施したさらなるテストでは、ニューヨーク市内の放送局受信テストサイト15か所のうち、既存の放送局にセカンダリ送信機を追加することで40%で信号が大幅に改善され、^[9] 1か所を除くすべてのサイトで、分散送信システムがない場合と同等以上の信号品質が受信されることが示された。^[10]ニューヨークのメトロポリタンテレビジョンアライアンスは、2007年と2008年に同様のテストをより大規模に実施する予定であった。^[11]

米国連邦通信委員会は2004年以来、原則としてDTSを支持してきたが、2005年末にFCCが公衆意見を求めたところ、2006年初頭には、全米放送事業者協会^[12]などの団体による強力な支持から、無線データなどの非放送目的^{[14]での「ホワイトスペース」（未使用の放送周波数） [13]}の自由な使用を主張する団体による広範な反対まで、幅広い反応が寄せられた。^[15]

FCCは2006年12月にペンシルベニア州レディングのWTVE に6か月間の特別技術権限を与え、分散伝送システムを実験的に運用することを許可したが、その時点ではシステムを恒久的に認可することはなかった。^[16]

ノースカロライナ州ウィルミントンで行われたFCC主催のテスト市場演習では、2008年9月8日正午にすべてのアナログフルパワー商業放送が停止された。視聴者からの電話の多くは、アンテナやコンバーターの設置や、デジタルテレビを見る前にチャンネルをスキャンする必要があるかどうかといった単純な質問だったが、さらに何百件もの電話はより解決困難な問題に関するものだった。アナログ形式ではマートルビーチの端まで信号が届いていたWECT（NBC 6ウィルミントン）などの長年のフルパワー低VHF放送局の視聴者は、コンバーターと適切なアンテナを設置しても、もはやこの放送局を受信できなかった。UHF 44への移行と別の送信所によって、WECTの受信エリアは大幅に縮小し^[17]、長年アナログNBC 6信号の周辺にいた多くの人々にとって、WECTはもはや存在しなくなった。^[18]

2008 年 11 月 7 日、FCC は、さまざまな制限を条件として、地上波 DTV 放送局による分散伝送システムの使用を承認する命令を発行しました。^[19]これにより、放送局は、アナログ TV がかつてカバーしていたエリアをカバーするために DTS 設備を申請できますが、既存のアナログ放送エリアを超えて放送エリアを拡大することはできません。また、放送局が都市部をカバーしながら地方の視聴者に信号が届かないように、放送エリアを「厳選」することも禁止されています。

この免除は、連邦政府が義務付けた2009年のアナログ放送停止までに、新たに提案されたDTS施設を建設し運用するには遅すぎた。^[20]

全米家電協会とCTIAは2009年12月、すべての放送局にこの方式の使用を強制し、彼らが代表する企業がテレビ帯域の残りのスペースをモバイルブロードバンドに使用できるようにすることを提案した。しかし、米国のデジタルテレビ移行とは異なり、彼らは放送局に費用を支払わせることは提案していない。これは、2GHz放送補助サービスがFCCによって強制的に移行されたが、受益者（スプリントネクステル）が放送局に規制による取得に対する補償を行った後にのみ行われたのと同様である。^[21]

プエルトリコでは、スペイン語圏に属さないWSTE 7「Super Siete」が現在、同じ島のさまざまな地域をカバーするために、同じ周波数で複数のアナログ送信機を運用しています。このシステムでは、すべての送信機が同時に運用されている場合、送信機間の干渉により制限が生じます。適切に同期されたデジタル DTS を使用すると、この干渉を軽減できます。

ペンシルバニア州では、独立系WTVEがレディングへの放送許可を得ているが、主な視聴者はフィラデルフィアである。分散送信システムにより、WTVE は放送エリアを調整し、現在信号が弱い地域での放送エリアを改善できるようになった。

バージニア州の公共テレビ局WVPT / WVPYは、2つの主要VHF / UHF送信機から山によって遮られた地域を補うために、合計5つの追加のオンチャネル同期送信機を運用しています。10万ドルの同期デジタル送信機セットは、同数の従来のアナログ放送トランスレータによるサービスを置き換えることができ、地域の188の学校に教材の夜間データ放送も可能にします。^{[22] [23]}

ニューメキシコ州では、テレムンド系列のKTDOが、ライセンス地域（ラスクルーセス）で現在運用されている低出力DTV施設と、テキサス州エルパソを見下ろす山の頂上にある2番目の施設を組み合わせて、より広い視聴者にリーチする手段としてDTSを提案している。^[24]

ミズーリ州では、FOX 系列局のKRBK が、スプリングフィールド DMA 周辺の 5 つの送信ポイントからミズーリ州スプリングフィールド市場にサービスを提供する手段として DTS を運営しています。このシステムは 2011 年後半に放送が開始され、現在も改訂中です。

アラスカ州では、アンカレッジの CBS 系列局KAUU が限られたリソースと設備で、多数の小規模な放送トランスレータステーションで、人口の少ない広大な地域をカバーしています。放送信号の同期は問題になりませんが (信​​号間の重複は完全に人口の少ない地域に収まるため)、複数の小型送信機を再利用できるため、放送局はデジタル信号用の 1 つの大型で高価なメイン送信機を構築するコストを回避できる可能性があります。

• ATSC
• 放送翻訳者
• MediaFLO (これも単一周波数ネットワークですが、OFDM を使用します)
• 8VSB