ボクにもわかる地上デジタル - 地デジ基礎編 - 相互変調と混変調
(作成:2004年04月) 地デジTopへ戻る
(更新:2005年03月)
相互変調
増幅器に２つの電波が入ったときに、本来は出ないはずの周波数から電波が
出力される場合があります。これを、相互変調とかインターモジュレーション
あるいは、IMD、３次高調波歪、３次混変調波歪などと呼びます。
放送波1 放送波2
┃ ┃
┃ ┃
┃ ┃
干渉波1 ┃ ┃ 干渉波2
｜ ┃ ┃ ｜
｜IM3- ┃ ┃ ｜
｜ ┃ ┃ ｜
─────┴───┸───┸───┴──────
等間隔｜←─→｜←─→｜←─→｜ 周波数→
14ch 15ch 16ch 17ch
相互変調は、２つの放送波の周波数間隔と同じだけ離れた周波数に、妨害と
なる電波(IM波)を出力し、この妨害波と同じ周波数で放送が受信できなくなっ
たり、アナログ放送では、スノーノイズやビートノイズが発生してしまいま
す。上図では、15chと16chに妨害となる放送波を受信した時に、14chと17ch
に、本来は受信していない干渉波が発生しているイメージを表しています。
ここで、相互変調の干渉波比が-60dB、定格出力110dBμのブースタの場合に、
ちょうど定格となる放送波が２波、つまり、107dBμが、混入するとした例を、
下図に示します。
放送波1 放送波2
＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿
↑ 定格出力 2波で110dBμ（1波あたり107dBμ）
│ ┃ ┃
干渉波比 -60dB ┃ ┃
│ ┃ ┃
↓ 干渉波 ┃ ┃ 干渉波 50dBμ
￣￣￣￣｜ ┃ ┃ ｜
┃IM3- ┃ ┃ ┃IM3+
┃ ┃ ┃ ┃
─────┸───┸───┸───┸──────
アンプ出力波形 周波数→
この時、相互変調の発生する上下２つの周波数においては、50dBμの干渉波
が発生してしまいます。地上デジタル波は干渉波よりも28dB高い必要があり
ますので、干渉波の生じる部分では、78dBμ(=50+28)以上のブースタ出力が
得られる放送波でなければ、受信が出来ないことになります。
だとすれば、利得を上げれば良いかというと、正反対で、利得を上げると、
確かに受信したい放送波の出力は上がるのですが、干渉波は、dBで３倍増加
しますので、より受信できない方向に推移します。また、地上デジタルの増
力で、放送波が、例えば、放送波が100Wから200Wの２倍(3dBＵＰ)したとして
も、dBの３倍の９dBの上昇となりますので、脅威的な存在です。
特に、地上デジタル放送の場合は、この相互変調が問題になります。それは、
従来、UHFで使用されていた周波数が少なかったのに、地上デジタルになって
多数の周波数が使用されるようになった点と、地上デジタル放送波はＯＦＤＭ
という約６千波もの電波を１チャンネルにまとめて送る方式を使用していて、
その放送波の中で相互変調が発生して、自己中毒のように電波を崩しあって
しまうためです。
AM波混変調
相互変調と非常に似たものにAM波の混変調があります。AM波とは電波の大き
さの強弱が変化する妨害波で、この妨害波につられて、全ての周波数の電波
が強弱してしまう現象を、AM波混変調とか、AM波抑圧、AMサプレッション、
クロスモジュレーションなどと呼びます。
AM変調波
＿＿＿＿＿＿＿＿
↑ 定格出力 ｜110μ
│ ┃
干渉波比 -50dB ┃
│ ┃
干渉波 ↓ ┃
／＼／＼／＼／＼｜＼／＼／＼┃／＼／＼／＼60dBμ
┃ ┃
┃ ┃
────────┸─────┸─────────
アンプ出力波形 周波数→
AM波混変調の場合は、AM変調波が１dB上昇すると、干渉波は2dBの上昇です。
それでも、２乗の上昇ですし、全てのチャンネルに影響する点では、やはり、
驚異的な存在です。
例えば、AM混変調の干渉波比が-50dB、定格出力110dBμのブースタの場合に、
定格110dBμのAM変調波が混入すると、周波数のほぼ全域に60dBμの干渉波
が発生します。これに28dBを加算すると、88dBμ以上の放送波しか受信でき
ない計算になります。
まとめ
相互変調と混変調は、似ているので、比較表を作成しました。
｜ 相互変調 ｜ 混変調
─────────────┼──────┼───────
干渉波となる入力妨害波の数｜ ２波以上 ｜ １波以上
発生する干渉波の周波数 ｜ ２箇所以上 ｜ほぼ全周波数
発生する干渉波のdB増加量 ｜ ３倍 ｜ ２倍
発生する干渉波の有害成分 ｜ 全ての波形 ｜電波の強弱(AM)
関連情報
相互変調の対策方法については、「対策編-相互変調」を御覧下さい。
(参考情報)インターセプトポイントとは
増幅器は、ある一定の入力以上は出力が上がらない特性をもっています。
(実際には少しづつ上がります)
下図は増幅器の入力と出力の特性を表した入出力特性図です。図中①の入力
があると②の出力が得られることを示しており、入力が増加すれば同じだけ
出力が増大する③線形特性の領域(増加量１)があります。入力を上げてゆく
と、徐々に増加量が低下してゆく④非線形特性を示し、さらに上げてゆくと、
出力が増加しなくなります。また、相互変調IM3は3倍の増加量で増加します。
↑
増｜
幅｜ ＿＿＿＿＿
器｜ ④非線形特性 _／￣ リミット
出｜ _／
力｜ _／
｜ _／
dB｜ ／
｜ ／ ＿＿＿＿＿＿
｜ ／ ／￣ リミット
｜ ③線形特性／ IM3 /|
｜ ／| / |
｜ ／ |１ / |３
｜ ／１ | / |
②┼──／￣￣￣ / |
｜ ／｜ / １ |
│／ ｜ /￣￣￣
└──┼──────────────────→
① 増幅器入力 dB
増加量１の入出力特性と増加量３の相互変調に延長線を付加すると、やがて
下図のように交点が描けます。この点をインターセプトポイントIP3と呼んで
います。
｜IP3 インターセプトポイント
｜--------------------------------------●
｜ ↑ ／/
｜ ｜ 延長線→／ /
｜ ｜12dB ｜ ／ /
増｜ ｜ ↓ ／ /
幅｜P1dB ↓ --------／ /＿＿＿＿＿
器｜--------------------------／-_／￣
出｜コンプレッション 1dB↑ ／_／ /
力｜ポイント ｜ _／ /←延長線
｜ _／ /
dB｜ ／ /
｜ ／ / ＿＿＿＿＿＿
｜ ／ ／￣
｜ ／ /|
｜ ／| IM3 / |
｜ ／ |１ / |３
｜ ／１ | / |
｜ ／￣￣￣ / |
｜ ／ / １ |
│／ /￣￣￣
└─────────────────────→
増幅器入力 dB
また、延長線との差が１dBとなる部分をコンプレッションポイントP1dBと呼
び、インターセプトポイントIP3との差は、およそ12dBとなります。
(上図では出力IP3でP1dBを示していますが入力であらわす場合もあります)
(参考情報)インターセプトポイントとＤＵ比(DUR)
希望波(Desired Signal)と不要波(Undesired Signal)の比をＤＵ比(DUR)や
ＣＩ比(CIR、Carrier Interference Rate)と呼びます。
希望波 放送波1 放送波2
─────────────
↑ ｜ ┃ ┃
│ ｜ ┃ ┃
ＤＵ比 ｜ ┃ ┃
│ ｜ ┃ ┃
↓ ｜ ┃ ┃
￣￣￣￣ ┃ ┃ ┃ ┃
不要波 ┃IM3- ┃ ┃ ┃IM3+
(相互変調波)┃ ┃ ┃ ┃
─────┸───┸───┸───┸──────
アンプ出力波形 周波数→
ＤＵ比（ＤＵＲ） Ｄ＝希望波 ⇔ Ｕ＝不要波
ＣＩ比（ＣＩＲ） Ｃ＝搬送波 ⇔ Ｉ＝妨害波、干渉波
ＳIM比（ＳIMＲ） Ｓ＝信号 ⇔ IM＝相互変調波
ＣＮ比（ＣＮＲ） Ｃ＝搬送波 ⇔ Ｎ＝ノイズ
ＳＮ比（ＳＮＲ） Ｓ＝信号 ⇔ Ｎ＝ノイズ
その他 与干渉波 ⇔ 被干渉波
※当サイト内、ページ内でも表現が統一できていません。
(なるべく、説明ごとに相応しい表現を選択しています)
ＤＵ比は、下図のように増幅器の入力レベルによって変化します。
｜IP3=120dBu
｜--------------------------------------●
｜ ／/
｜ ／ /
｜ ／ /
増｜ ／ /
幅｜ ／ /
器｜Pout=106dBu ／ /
出｜────────────／ /
力｜ ／↑ /IM3
｜Pout=100dBu ／ ｜DUR /
dB｜─────────／ ｜28 /
｜ ／↑ ｜dB/
｜ ／ ｜ ｜ /
｜ ／ ｜ ↓/
｜ ／ ｜ /
｜ ／ ｜DUR /
｜ ／ ｜40 /
｜ ／ ｜dB/
｜ ／ ｜ /
│／ ↓/
└─────────────────────→
増幅器入力 dB
ここで、インターセプトポイントIP3を用い、増幅器の出力レベルをPoutと
すると、ＤＵ比は以下の式で計算するこ出来るようになります。
ＤＵ比 ＝ ２×(ＩＰ３－Ｐout)
例えば、IP3＝120dBuの増幅器において、Pout=100dBuの出力が得られる時の
ＤＵ比(DUR)=2×(120-100)=40dBとなります。利得を上げて出力を106dBuに
すると、ＤＵ比28dBとなって相互変調波が発生するチャンネルでの地上デジ
タル放送に影響してしまう場合があります。
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