(57)【要約】【課題】ハードウェア的規模を大きくすることなく、誤差が少なく精度の良い直交変調を行うことができるようにする。【解決手段】デジタルコンポジット信号を積分し、積分結果を符号付きの値として出力する積分器４と、積分器４より出力された値に対応する正弦波および余弦波の振幅値を計算することによりデジタル直交変調信号を発生するＣＯＲＤＩＣ６とを備え、デジタルコンポジット信号を、積分を通じてＣＯＲＤＩＣ６で演算可能な値に変換し、ＣＯＲＤＩＣ６における三角関数のデジタル演算によって直交変調信号を生成することにより、ルックアップテーブルを不要にするとともに、積分器４に比較的大きなビット幅を持たせることによって積分出力値の解像度を高め、誤差が少なく精度の良い直交変調信号を得ることができるようにする。【選択図】        図１
2008193209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＬチャネルおよびＲチャネルのデジタル信号からデジタルコンポジット信号を生成するステレオ変調器と、
上記ステレオ変調器により生成されたデジタルコンポジット信号を積分し、積分結果を符号付きの値として出力する積分器と、
上記積分器より出力された値に対応する正弦波および余弦波の振幅値を計算することによりデジタル直交変調信号を発生する三角関数演算部とを備えたことを特徴とする直交変調器。
【請求項２】
上記三角関数演算部は、上記積分器より出力された値を、上記三角関数演算部で演算可能な範囲の角振動数値に換算する前処理部と、
上記前処理部により求められた角振動数値に対応する正弦波および余弦波の振幅値を計算する振幅演算部と、
上記振幅演算部により求められた余弦波の振幅値を適宜符合変換する後処理部とを備えることを特徴とする請求項１に記載の直交変調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｉ信号（同相信号）とＱ信号（直交信号）とを発生する直交変調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、無線通信のデジタル化が進行している。デジタル無線通信では、従来のアナログ信号による変調に代わり、デジタル信号で直接搬送波を変調するデジタル変調が用いられる。デジタル変調方式の例として、ＱＰＳＫ（Quadrature Phase Shift Keying）、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）のように、Ｉ信号とＱ信号とを発生する直交変調（ＩＱ変調）方式がある。
【０００３】
従来、直交変調器の多くはＰＬＬ（Phase Locked Loop）回路を使ってＩ信号およびＱ信号を発生していた。これに対して、ＲＯＭ等のメモリに格納した三角関数（ｓｉｎ，ｃｏｓ）のルックアップテーブルを使ってデジタル的にＩ信号，Ｑ信号を発生する技術も存在する（例えば、特許文献１，２参照）。
【特許文献１】特開平１１−７４７３２号公報
【特許文献２】特表２００４−５１５９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ルックアップテーブルを用いた従来の技術では、発生する直交変調信号の精度を高めようとするとＲＯＭに格納すべきデータ量が多くなり、ハードウェア的規模が大きくなってしまうという問題があった。逆に、ＲＯＭ容量を減らすために、格納すべきテーブル値の数を少なくすると、発生するＩ信号，Ｑ信号の解像度が悪くなり、誤差が大きくなる。このため、復調時における変換特性のリニアリティが確保できなくなってしまうという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような問題を解決するために成されたものであり、ハードウェア的規模を大きくすることなく、誤差が少なく精度の良い直交変調を行うことができるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記した課題を解決するために、本発明の直交変調器は、デジタルコンポジット信号を積分し、積分結果を符号付きの値として出力する積分器と、積分器より出力された値に対応する正弦波および余弦波の振幅値を計算することによりデジタル直交変調信号を発生する三角関数演算部とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
上記のように構成した本発明によれば、デジタルコンポジット信号が、積分を通じて三角関数演算部で演算可能な値に変換され、三角関数演算部における三角関数のデジタル的な演算によって直交変調信号が生成される。このため、ルックアップテーブルが不要で、そのためのＲＯＭを省略することができるので、ハードウェア的規模を小さくすることができる。また、積分器に比較的大きなビット幅を持たせることにより、積分出力値の解像度を高めることができ、高解像度の積分出力値を用いた三角関数の演算によって、誤差が少なく精度の良い直交変調信号を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態による直交変調器の構成例を示す図である。図２は、図１に示した各部の出力波形を示す図である。以下、図１および図２を併用して、本実施形態による直交変調器の構成および動作を説明する。
【０００９】
図１において、１Ｌ，１ＲはＡ／Ｄ変換器（ＡＤＣ）であり、アナログ信号として入力されるＬチャネル音声信号およびＲチャネル音声信号をそれぞれデジタル信号に変換する。
【００１０】
２はデジタルパイロット信号発生器であり、３８ｋＨｚのデジタル副搬送波信号および１９ｋＨｚのデジタルパイロット信号を発生する。３はステレオ変調器であり、デジタルパイロット信号発生器３より入力される副搬送波信号およびパイロット信号を用いて、Ａ／Ｄ変換器１Ｌ，１Ｒより出力されるＬチャネルおよびＲチャネルのデジタル信号、または外部より直接入力されるＬチャネルおよびＲチャネルのデジタル信号からデジタルコンポジット信号を生成する。
【００１１】
４は積分器であり、ステレオ変調器３により生成されたデジタルコンポジット信号を積分し、積分結果を符号付きの値として出力する。図２（ａ）は、積分器４の出力波形を示している。積分値のとり得る範囲は、積分器４に入力されるデジタルデータのバス幅によって決定される。例えば、コンポジット信号のデータバス幅が１６ビットの場合、積分値のとり得る範囲は、符号付き整数で−３２７６８〜３２７６７となる。これを−１８０°〜＋１８０°の角度に対応させる。
【００１２】
１６ビット幅の積分器４では、１６ビットで表せる最大値に１を加えると、キャリー出力がない場合はオーバーフローして値は０になる。これを１６進で表現すると、
ＦＦＦＦｈ＋０００１ｈ＝００００ｈ
となる。つまり、＋１８０°（厳密には１８０°−１ビットの値）に対応する積分値に１を加えると、−１８０°に対応する積分値となる。
【００１３】
したがって、積分器４の出力波形は、図２（ａ）のようになる。すなわち、積分値は一定の割合で徐々に大きくなっていき、＋１８０°に対応する値に達すると、積分値は−１８０°に対応する値に一気に落ちこむ。その後、再び積分値は一定の割合で徐々に上昇していき、＋１８０°に対応する値に達すると、積分値は再び−１８０°に対応する値に落ちこむ。このような動きが繰り返された波形が積分器４の出力波形となる。
【００１４】
ここで、積分器４に比較的大きなビット幅を持たせることにより、積分出力値の解像度を高めることができる。例えば、積分器４のデータバス幅を２１ビットとした場合、２１ビットで−１８０°〜＋１８０°の範囲を表現するため、１ビット当たりの角度は０．０００１７°となる。これに対して、従来のようにルックアップテーブルを用いる場合は、例えば１２８階調のＲＯＭを使用して０°〜９０°の範囲を１２８階調で表現すると、１階調当たりの角度は０．７０３°と粗くなる。もちろん、階調数を大きくすれば角度の解像度も高くなるが、ＲＯＭ容量が増大する。これから分かるように、ルックアップテーブルを用いる従来例に比べて、積分器４を用いて比較的大きなビット幅を持たせた方が、より小さいハードウェア的規模で角度の解像度を効果的に高めることができる。
【００１５】
５は係数器であり、積分器４より出力される積分値に“２π”という係数を乗算する。６は本発明の三角関数演算部に相当するＣＯＲＤＩＣ（Coordinate Rotation Digital Computer）であり、係数器５より出力された値に対応する正弦波および余弦波の振幅値を計算することにより、デジタル直交変調信号を発生する。ＣＯＲＤＩＣ６は弧度法で三角関数の値を計算するため、ＣＯＲＤＩＣ６の前段に係数器５を配置し、積分器４の出力値をラジアン単位に変換している。
【００１６】
ＣＯＲＤＩＣ６は、演算によって実現する機能構成として、前処理部と、振幅演算部と、後処理部とを備えている。前処理部は、係数器５より出力された値を振幅演算部で演算可能な範囲の角振動数値に換算する。図２（ｂ）は、前処理部の出力波形を示している。すなわち、ＣＯＲＤＩＣ６が取り扱うことのできる値の範囲は−９０°〜＋９０°（−π／２〜＋π／２）であるため、−１８０°〜−９０°の範囲と＋９０°〜＋１８０°の範囲の値に関しては、０°〜−９０°の範囲と０°〜＋９０°の範囲の値にそれぞれ変換する。その際、変換した値にはそのことを示すフラグを立てておく。
【００１７】
具体的には、−１８０°〜−９０°の範囲の値に関しては、−９０°を下回る分の２倍の値を当該値から減算する。例えば−１００°の場合、−９０°を下回る分（−１０°）の２倍に対応する値を−１００°に対応する値から減算して（＝（−１００°）−（−２０°））、−８０°に対応する値とする。また、＋９０°〜＋１８０°の範囲の値に関しては、＋９０°を上回る分の２倍の値を当該値から減算する。例えば＋１５０°の場合、＋９０°を上回る分（＋６０°）の２倍に対応する値を＋１５０°に対応する値から減算して（＝１５０°−１２０°）、＋３０°に対応する値とする。
【００１８】
振幅演算部は、前処理部により求められた角振動数値に対応する正弦波および余弦波の振幅値を計算する。この振幅演算部は、三角関数、乗算、除算などの初等関数演算によって２次元ベクトルの平面回転を実現するアルゴリズムで、シフト、加減算、テーブルからの定数読み出しによる演算を繰り返し行うことで三角関数の値を得ることができる。例えば、ｘ軸上の点Ｐ0(1,0)を基準点として、ある角振動数だけ回転させた点Ｐ(x,y)の座標を求めれば、そのｘ座標を当該角振動数に対応するcos関数の値、つまり求める余弦波信号の振幅として得ることができる。また、ｙ座標を当該角振動数に対応するsin関数の値、つまり求める正弦波信号の振幅として得ることができる。
【００１９】
振幅演算部による計算は、図２（ｂ）のような波形のデータから、図２（ｃ）のような波形の正弦波信号ｙまたは余弦波信号ｘを生成することに相当する。上述のように、振幅演算部では−９０°〜＋９０°（−π／２〜＋π／２）の範囲で演算を行っているため、正弦波信号ｙは振幅が正および負の値をとる波形となり、余弦波信号ｘは振幅が正の値だけの波形となる。
【００２０】
後処理部は、振幅演算部により求められた余弦波信号ｘの振幅値を適宜符合変換する。上述のように、正弦波信号ｙの振幅値に関しては、振幅演算部から始めから符号付きで出力されるため、符号変換の必要はない。これに対して、余弦波信号ｘの振幅値に関しては、図２（ｂ）のような前処理を行った結果として振幅値が全て正の値となっているため、フラグを立てていた部分に対応する箇所の振幅値を符号変換する。
【００２１】
この後処理によって、図２（ｄ）に示すような正弦波信号と余弦波信号とを得ることができる。この余弦波信号がＩ信号に相当し、正弦波信号がＱ信号に相当する。すなわち、本実施形態においてＩ信号およびＱ信号は、以下の（式１）および（式２）のように定義される。ここで、τは積分器４のサンプリング周波数、ｍ(τ)はコンポジット信号、Ｋｄは積分結果を０〜±１８０°の範囲に変換するための変換係数を示している。
Ｉ(ｔ)＝cos｛Ｋｄ∫ｍ(τ)ｄτ｝  ・・・（式１）
Ｑ(ｔ)＝sin｛Ｋｄ∫ｍ(τ)ｄτ｝  ・・・（式２）
【００２２】
図１に戻り、７Ｉ，７ＱはＤ／Ａ変換器（ＤＡＣ）であり、ＣＯＲＤＩＣ６より出力されたＩ信号（余弦波信号）およびＱ信号（正弦波信号）をそれぞれデジタル信号からアナログ信号に変換する。８はミキサ、９は搬送波発振器である。ミキサ８は、Ｄ／Ａ変換器７Ｉ，７Ｑによりアナログ信号とされたＩ信号およびＱ信号と、搬送波発振器９より出力される搬送波信号とを混合して周波数変換を行う。
【００２３】
ミキサ８は、乗算器８ａ，８ｂおよび加算器８ｃを備えている。第１の乗算器８ａは、Ｄ／Ａ変換器７Ｉより出力されたＩ信号を同相の搬送波（余弦波信号）で変調して、その結果を加算器８ｃに出力する。第２の乗算器８ｂは、Ｄ／Ａ変換器７Ｑより出力されたＱ信号を直交の搬送波（正弦波信号）で変調して、その結果を加算器８ｃに出力する。加算器８ｃは、第１および第２の乗算器８ａ，８ｂから出力される信号を加算して高周波増幅器１０に出力する。高周波増幅器１０は、ミキサ８により直交変調された信号を増幅してアンテナ１１に出力する。これにより変調信号は、例えばＦＭ電波としてアンテナ１１から放射される。
【００２４】
以上詳しく説明したように、本実施形態によれば、コンポジット信号を積分器４により積分して、その積分出力をＣＯＲＤＩＣ６の演算可能な範囲（−π／２〜π／２）に値が収まるように調整し、ＣＯＲＤＩＣ６において正弦波および余弦波の振幅値を計算することによりデジタル直交変調信号を発生するようにしている。これにより、ＣＯＲＤＩＣ６における三角関数のデジタル的な演算によって直交変調信号が生成されるため、ルックアップテーブルが不要で、その分ハードウェア的規模を小さくすることができる。また、積分器４に比較的大きなビット幅を持たせることにより、積分出力値の解像度を高めることができ、誤差が少なく精度の良い直交変調を行うことができる。
【００２５】
なお、上記実施形態では、ステレオコンポジット信号をＦＭ変調する例について説明したが、変調する信号はステレオ信号に限定されない。例えば、モノラル信号であっても良い。また、信号の変調方式はＦＭ変調に限定されない。例えば、ＡＭ変調やＰＭ変調であっても良い。
【００２６】
その他、上記実施形態は、何れも本発明を実施するにあたっての具体化の一例を示したものに過ぎず、これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明はその精神、またはその主要な特徴から逸脱することなく、様々な形で実施することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２７】
本発明は、Ｉ信号とＱ信号とを発生する直交変調器に関するもので、例えばＦＭトランスミッタ等の無線送信機に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本実施形態による直交変調器の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態による直交変調器の動作例を示す波形図である。
【符号の説明】
【００２９】
３  ステレオ変調器
４  積分器
５  係数器
６  ＣＯＲＤＩＣ（三角関数演算部）
【図１】
2008193209.tif 000003
【図２】
2008193209.tif 000004