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2013年4月11日 (木)

これが番組再送信システム「Aereo」の仕組み?

 米国で現在サービスが行なわれている番組再送信(再配信)システム"Aereo"は、以前日本でサービスされていた「まねきTV」に類似しているように思われます。
 「まねきTV」(アンテナ共有)の場合は最高裁で負けてしまいましたが、米国の場合は少し様子が違うようです。

  CNET Japan
  「Aereo」番組再配信の仮差し止めを求めるテレビ局各社の要請、控訴裁判所でも却下 
   2013/04/02 11:56
  http://japan.cnet.com/news/business/35030282/

  AFP BBNews
  米放送界を揺るがす新興ストリーミングTV、アエレオ
  2013年04月09日 16:15 発信地:ワシントンD.C./米国   
  http://www.afpbb.com/article/environment-science-it/it/2937954/10556732

 Aereoは2012年3月にサービスが開始されたようですが、そのメカニズム(システム)がよく分かりません。

  PRONEWS
  クラウドTVサービス「Aereo」、ついにニューヨークでサービス開始
  2012-03-19 掲載
  http://www.pronews.jp/news/1203191825.html

 Aereoのサイトに説明らしきページがあったので見てみましたが、さっぱり判りません。
 御題目の説明がほとんで、肝心の仕掛けの説明がほとんどありません。

  Aereo
  https://www.aereo.com/

  How it works
  https://aereo.com/how-it-works

  判ったのは、普通の八木アンテナの代わりに多数の超小型のアンテナのアレイを使うこと位です。
 アンテナについて幾つかの疑問が生じます。
 ・動作原理は?
  ・この大きさ(10セント硬貨サイズ)で十分な利得が得られるのか?
 ・どこに設置されるのか?
 ・指向性はどうなっているのか?
 ・偏波面はどうなっているのか?

 当方は古い人間なので、上の疑問は従来の屋根や屋上のVHFのテレビアンテナ(八木アンテナ)を比較の対象として考えていますが、現在の技術レベルでは内蔵アンテナを使用した携帯電話のワンセグTV(UHF)は結構視聴することができます。

 関東地方のデジタルTV(キー局)の最も周波数が低いチャンネルは、フジテレビ(物理Ch21,論理Ch8,中心周波数521MHz,波長約58cm)となっています。

  テレビ周波数チャンネル
  http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%86%E3%83%AC%E3%83%93%E5%91%A8%E6%B3%A2%E6%95%B0%E3%83%81%E3%83%A3%E3%83%B3%E3%83%8D%E3%83%AB

 ワンセグ用の内蔵アンテナは大きくても数cmと思われるので、波長に比べて十分小さなアンテナで実用になっています。
 このことを考えると、Aereoのアンテナの動作原理は良く判りませんが、十分な電界強度があれば周波数が高い場合には技術的には実現できてもおかしくないような気がします。

 Aereoのサイトによれば、Major Networksとして以下の6個のチャンネルが記載されています。

  Available Channels
  https://aereo.com/channels

   CBS WCBS (2.1) 
   NBC WNBC (4.1) 
   FOX WNYW (5.1) 
   ABC WABC (7.1) 
   The CW WPIX (11.1) 
   PBS WNET (13.1) 

 ニューヨーク州ニューヨーク市のデジタルテレビの放送チャンネルをFCCのTV Query Broadcast Station Searchで調べてみると、低い方は7チャンネル、高い方は44チャンネルとなっています。

  Query Broadcast Station Search
  http://transition.fcc.gov/fcc-bin/tvq?state=NY&call=&arn=&city=new+york&chan=&cha2=69&serv=DT&type=0&facid=&list=1&dist=&dlat2=&mlat2=&slat2=&dlon2=&mlon2=&slon2=&size=9

 周波数との対応を調べてみると、ATSCの搬送波の周波数は、7チャネルが174.31MHz、44チャンネルが650.31MHzとなっています。
 波長では7チャネルが172cm、44チャンネルが46cmとなります。

  North American broadcast television frequencies
  http://en.wikipedia.org/wiki/North_American_broadcast_television_frequencies

 低い方の周波数の場合には、放送波の波長に比べてアンテナのサイズが極端に小さくなりますが、この場合でも問題ないのでしょうか?
 送信アンテナの近くであればゼムピンでも受信出来るので電界強度次第かもしれませんが・・・

 条件がよければ小さいアンテナでも受信できるのかもしれませんが、普通の共通アンテナの出力を分配する場合に比べて技術的に何が優れているのかよくわかりません。
 著作権対策のために、複数のユーザでアンテナを共有していないことを示すためだけ?
 アンテナの実態がよく判らないので少し調べてみると以下のような記事がありました。

  HDTV Magazine
  HDTV Expert - Guess What? You Can Get Away With It!
  Posted by Pete Putman, July 12, 2012 2:58 PM      
  http://www.hdtvmagazine.com/columns/2012/07/hdtv-expert-guess-what-you-can-get-away-with-it.php

 以下、上記URLから抜粋引用
**********************************************************
"From the start, Aereo has claimed that each of the tiny, dime-sized antennas was assigned to a specific subscriber, and all they were providing was a souped-up antenna system - albeit one that converts the received signals from the 8VSB RF modulation format to baseband video, and then encodes it as an MPEG4 stream for delivery to Apple and Roku boxes; all on a individual subscriber basis. One antenna, one subscriber.
(中略)
Readers who understand RF theory can take one look at the Aereo antenna and understand immediately that it is not suited at all for UHF TV reception, let alone high-band channels 7, 11, and 13 (all used in New York City). It’s just electrically too small and has no resonance or gain at the desired frequencies.
**********************************************************

 これによれば、受信契約者毎に小さなアンテナが割り当てられて、各アンテナ毎に「選局→8VSB復調→MPEG4符号化→ストリーム配信」という処理が行なわれるようです。
 また、アンテナが受信に適していないのでは? という疑問が呈されています。

 もう少し詳しい説明はないのかと探してみたら、以下のサイトにAereo社が出願した特許の情報がありました。

  A New Domain
  Larry Press: Aereo Antenna Tech Explainer, Patents and Why You Should Care
  http://anewdomain.net/2012/07/12/aereo-antenna-tech/
  "If the antenna works well, it could take over the indoor antenna market."

  Barry Diller, Aereo: Tiny Antennae and Great Big Lawsuits?
  http://anewdomain.net/2012/02/18/aereo-brings-tv-to-the-internet/

 4件の米国公開特許番号のリストがあったので、もっとも関係がありそうなUS2012/0127363の米国公開特許をUSPTOのPatent Number Search
で調べてみました。

  Publication Number Search
  http://appft1.uspto.gov/netahtml/PTO/srchnum.html

 検索窓に20120127363を放り込むと下記の案件がヒットします。

  PUB. APP. NO. Title
  1 20120127363 Antenna System with Individually Addressable Elements in Dense Array 

 番号をクリックすると内容が表示されます。

以下抜粋引用
***********************************************************
--------------------------------------------------------------------------------
United States Patent Application 20120127363 
Kind Code  A1 
Kanojia; Chaitanya ;   et al.  May 24, 2012 
--------------------------------------------------------------------------------
Antenna System with Individually Addressable Elements in Dense Array
Abstract
A method and system for capturing, storing, and streaming over the air broadcasts based on user requests is disclosed. The system and method utilize subarrays of antenna elements for receiving over the air broadcasts. Processing pipelines are used to demodulate, transcode and index the content transmissions to produce content data that are streamed to users. In this way, the feeds from antennas can be accessed by users over a network connection.
--------------------------------------------------------------------------------
Assignee: AEREO, INC.
Long Island City
NY
Filed:  November 17, 2011
--------------------------------------------------------------------------------
Claims
--------------------------------------------------------------------------------
1. An antenna system comprising:
a two dimensional array of antenna elements for separately receiving over the air broadcasts, the array of antenna elements having a density of at least 10 antenna elements per square meter; and
an encoder system for converting over air broadcasts received by the separate antenna elements into content data to be stored in a data storage system.
..........
***********************************************************

 図面を見るとアンテナの構造が実際のものとは少し違うようですが、全体の雰囲気はかなりAereoのシステムに近いような感じがします。
 特許明細書の記載内容と実際のシステムは完全には対応していないことが多いですが、とりあえず図面の一部をざっと見てみました。

Fig.1(抜粋)

Us20120127363_fig_1
  100:system
  102:antenna array
  102-1...102-n:dual loop antenna(electrically balanced symmetric loop)
  104-1...104-n:radio frequency tuner
  106-1...106-n:demodulator
  108:multiplexer
  110:demultiplexer switch
  112-1...112-n:transcoder
  114-1...114-n:indexer
  116:antenna optimization and control system
  120:streaming server
  126:broadcast file store

Fig.2
Us20120127363_fig_2

  102:antenna array
  102-1...102-n:dual loop antenna
  103:encoder system
  104-1...104-n:radio frequency tuner
  116:antenna optimization and control system
  802, 804:antenna subarray
  806, 808:broadcasting antenna

Fig.3
Us20120127363_fig_3
  102-1...102-n:dual loop antenna 
  151:card cage structure
  152-1...152-n:multiple PCB antenna array

Fig.4
Us20120127363_fig_4
  102-1...102-n:dual loop antenna
  106-1...106-n:demodulator   
  108:multiplexer
  152:PCB antenna array
  154:electronics section
  160:data transport controller
  162:PCB optical interface connector
  810;ground plane
  812-1...812-n:balanced transmission line

Fig.5
Us20120127363_fig_5
  102:antenna array
  152:PCB antenna array
  154:electronics section
  812,813:transmission line
  904,906:tuning varactor diode
  914:balun

Fig.6A
Us20120127363_fig_6a
  152:PCB antenna array
  812,813:transmission line

Fig.6B
Us20120127363_fig_6b
  102:antenna array
  152:PCB antenna array
  904,906:tuning varactor diode

  なんとなくイメージが湧いてきました。
 アンテナは以下の以下の構成を持っているようです。
・ループアンテナ
・平衡型(バランで平衡を不平衡に変換)
・同調型(バラクタでLC共振)

 しかしながら詳細がよく分かりません。
 Fig.5、Fig.6にアンテナの図面があるのですが、図面間の整合が取れていないので、構造がよく分かりません。
 Fig.6Bは、Fig.5のB-B断面図ということになっているのですが、見えるはずのtransmission line 812,813が図示されてないし、tuning varactor diode 904,906の取り付け付け位置も一寸変です。
 diode 904,906の基板側の端子は導電パターン(?)に接続されているように見えますが、この導電パターンらしきものとtransmission line 812,813との関係がよく分かりません。それぞれ電気的に接続されている?
 また、可変容量ダイオード(バラクタ、バリキャップ)で同調周波数を制御するのであれば、可変直流電圧を供給するための信号線が必要なはずですが、見当たりません。transmission line 812,813を利用して給電?
 硬貨サイズのループのインダクタンスは相当に小さいと思われるので、VHFではかなり大きな容量が必要になると思われます。
 一個のバリキャップでVHFとUHFの両方をカバーするのは相当に無理があるような気がしますが、これはバリキャップの特性(可変容量範囲)に依存するのでなんともいえません。

  可変容量ダイオードの特徴と特性 - 電子回路設計入門
  http://www.nteku.com/diode/kahennyouryou-diode.aspx

 また、Fig.5ではantenna array 102のループから内側に向かう突出部が形成されていますが、説明が無いので動作が判りません。 スタブ? インピーダンスマッチング素子? 電界成分ピックアップ用? 共振周波数低下用?

 Fig.5のアンテナと発表されているアンテナの写真を比べると、一見かなり異なっているように見えますが、電気的に見ると似ているかもしれません。
 写真のアンテナでは、「コ」字状のループの両端が基板の導電パターンに接続されているように見えます。また、ループの途中から内側に向かう突出部が形成されており、その先端は開放されているように見えます。
 したがって、可変容量ダイオードの部分を除けば、両者は高周波的には類似構成かもしれません。
 
 また、Fig.3を見るとdual loop antenna 102-1...102-nのループの面が水平になっていますが、図面の上下が実際の上下と一致しているとすると、普通のループアンテナであれば水平面では無指向性になるので、アンテナの向きは考慮しなくて良いということになるのかもしれません。

  RF WORLD
  電界&磁界アンテナによって水平偏波のFM放送波の到来方向を探る!
  http://www.rf-world.jp/bn/RFW14/samples/p122-123.pdf

 なお、アンテナは契約者と1対1に固定されている訳ではなくて、動的に割り当てられるようです。
 指定された放送局の位置データや信号強度に応じて最適なアンテナが選択されるという説明がありました。
 時分割的にアンテナを共有することになりますが、ある瞬間では特定の契約者が占有しているので、法律的にはセーフという理屈のようです。

 以上、アマ無銭家の好奇心でざっと調べてみましたが、十分な電界強度があれば実現可能であるかもしれません。(実際に営業しているし・・・)
 純粋に技術的には放送局毎に設けた共通アンテナの出力を分配したほうが簡単なような気が・・・・

【参考外部リンク】
 The Compass
 Aereo
 http://www.nsirinc.com/compass/tag/aereo/

 IT・メディア
 米テレビ局を震撼させた2件の訴訟(その1)2012年11月13日12:11
 http://agora-web.jp/archives/1500466.html
 米テレビ局を震撼させた2件の訴訟(その2)2012年11月15日17:47
 http://agora-web.jp/archives/1500974.html

 A New Domain
 Aereo: How It Works and How It’s Working So Far
 http://anewdomain.net/2012/04/06/aereo-has-launched-lets-hope-they-are-for-real/
 "I am half joking, but I can’t help imagining that the dime-size antennae might be fakes - hiding a real, large antenna that is really grabbing the broadcast signal. "

 高効率な内蔵アンテナを実現するチューナブル アンテナ技術
 www.toshiba.co.jp/tech/review/2011/04/66_04pdf/a05.pdf

 A Varactor-Tuned Indoor Loop Antenna
 http://www.home.earthlink.net/~christrask/Indoor%20Loop%20Antenna.pdf

 Frequency tunable antenna for Digital Video broadcasting handheld application
 http://hal.archives-ouvertes.fr/docs/00/66/14/62/PDF/Frequency_tunable_antenna_for_Digital_Video_broadcasting_handheld_application.pdf

 微小ループアンテナ
 http://ja.wikipedia.org/wiki/%E5%BE%AE%E5%B0%8F%E3%83%AB%E3%83%BC%E3%83%97%E3%82%A2%E3%83%B3%E3%83%86%E3%83%8A

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