(57)【要約】【課題】デジタル方式で復調するＦＭ復調器において、復調時のサンプリングレートを低く設定すると、過変調時に歪が発生してしまう一方、サンプリングレートを高く設定すると、低変調時や低振幅の信号のＳ／Ｎ比が低下してしまう。【解決手段】ＦＭ復調部に入力する信号のサンプリングレートを、ＦＭ復調部の入力・出力信号に応じて可変にする。【選択図】図１
2005341100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数変調された信号をデジタル方式で復調するＦＭ復調器であって、
ＦＭ復調を行うＦＭ復調部と、
前記ＦＭ復調部に入力する信号のサンプリングレートを制御するサンプリングレート制御部と、
を備えていることを特徴とするＦＭ復調器。
【請求項２】
前記サンプリングレート制御部が、
前記ＦＭ復調部に入力する信号のサンプリングレートを制御すると同時に、前記ＦＭ復調部の出力後の信号のサンプリングレートを制御する
ことを特徴とする請求項１記載のＦＭ復調器。
【請求項３】
前記サンプリングレート制御部が、
前記ＦＭ復調部に入力する信号の帯域を測定する帯域測定部と、
前記帯域測定部が測定した帯域を含むサンプリングレートを算出するサンプリングレート算出部と、
を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＦＭ復調器。
【請求項４】
前記サンプリングレート制御部が、
前記ＦＭ復調部が出力する信号の振幅値を監視する振幅監視部と、
前記振幅監視部が監視した振幅から、前記ＦＭ復調部に入力する信号のサンプリングレートを算出するサンプリングレート算出部と、
を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＦＭ復調器。
【請求項５】
前記サンプリングレート制御部が、
前記ＦＭ復調部に入力する信号の変調率を推定する変調率推定部と、
前記変調率推定部が推定した変調率に対応した、前記ＦＭ復調部に入力する信号のサンプリングレートを選択するサンプリングレート算出部と、
を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＦＭ復調器。
【請求項６】
前記変調率推定部が、
帯域測定部が測定した前記ＦＭ復調部に入力する信号の帯域を用いて、前記ＦＭ復調部に入力する信号の変調率を推定する
ことを特徴とする請求項５記載のＦＭ復調器。
【請求項７】
前記変調率推定部が、
振幅監視部が監視した前記ＦＭ復調部が出力する信号の振幅を用いて、前記ＦＭ復調部に入力する信号の変調率を推定する
ことを特徴とする請求項５記載のＦＭ復調器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、周波数変調された信号をデジタル方式で復調するＦＭ復調器に関わり、過変調時の復調信号の歪を抑え、かつ、低変調時のＳ／Ｎ比を低下させることのない、ＦＭ復調器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
デジタル信号処理技術を用いたＦＭ復調器として、アークタンジェント型のＦＭ復調器が知られている。アークタンジェント型のＦＭ復調器の構成を示すブロック図を図１０に示す。アークタンジェント型のＦＭ復調器は、被復調信号として、互いに直交する２信号、すなわちＩＱベースバンド信号、を入力とし、除算器１０１により除算され、アークタンジェント演算器１０２により位相値が得られ、差分器１０３により一時刻前の位相値との差分値が得られ、演算器１０４により定数Ｔ・ｋで除算され、復調出力が得られる。ここで、Ｔは被復調信号の周期、ｋはシステムによって定まる定数である。以下に、数式を用いて説明する。一般に、ＦＭ変調された信号は、被変調信号をｍ（ｔ）として、
Ｓ（ｔ）＝Ａ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ（ｔ））
φ（ｔ）＝ｋ・∫（τ）ｄτ
と表すことができる。Ａは振幅、ωは搬送波角周波数、ｋはシステムによって定まる定数である。∫は積分記号を示す。一方、ＩＱベースバンド信号は、
ＳＩ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）・ｃｏｓ（ωｔ）
＝Ａ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ（ｔ））・ｃｏｓ（ωｔ）
＝Ａ／２［ｃｏｓ（ωｔ＋φ（ｔ）＋ωｔ）＋ｃｏｓ（φ（ｔ））］
＝Ａ／２・ｃｏｓ（φ（ｔ））＋Ａ／２・ｃｏｓ（２ωｔ＋φ（ｔ））
ＳＱ（ｔ）＝Ｓ（ｔ）・（−ｓｉｎ（ωｔ））
＝−Ａ・ｃｏｓ（ωｔ＋φ（ｔ））・ｓｉｎ（ωｔ）
＝−Ａ／２［ｓｉｎ（ωｔ＋φ（ｔ）＋ωｔ）−ｓｉｎ（φ（ｔ））］
＝Ａ／２・ｓｉｎ（φ（ｔ））−Ａ／２・ｓｉｎ（２ωｔ＋φ（ｔ））
と表され、ローパスフィルタを経由して、
Ｓｉ（ｔ）＝Ａ／２・ｃｏｓ（φ（ｔ））
Ｓｑ（ｔ）＝Ａ／２・ｓｉｎ（φ（ｔ））
と表される。ＩＱベースバンド信号の除算値はアークタンジェント演算により、位相値が求められ、
ａｒｃｔａｎ（Ｓｉ（ｔ）／Ｓｒ（ｔ））
＝ａｒｃｔａｎ（ｓｉｎ（φ（ｔ））／ｃｏｓ（φ（ｔ）））
＝ａｒｃｔａｎ（ｔａｎ（φ（ｔ）））
＝φ（ｔ）
位相値の差分をとり、
（φ（ｔ）−φ（ｔ−１））／（Ｔ・ｋ）＝φ´（ｔ）／ｋ＝ｍ（ｔ）
元の信号ｍ（ｔ）が得られる。一般的なＦＭ復調器の場合、ｍ（ｔ）はＦＭコンポジット信号である。
【０００３】
図１１には、被復調信号の帯域と、復調出力の振幅値の関係図を示す。斜線部が、被復調信号の帯域幅を示す。図に示すように、被復調信号の最大帯域が復調出力の最大振幅値に相当し、被復調信号の帯域に合わせて、復調出力の振幅値が対応している。図１１のように、被復調信号のナイキスト周波数ｆｓ／２が最大帯域より大きければ、歪なく復調することができる。上記のように、被復調信号の帯域は、ＩＱベースバンド信号の位相角に等しく、位相角を求めるアークタンジェント演算には精度が求められる。
【０００４】
しかしながら、上記ＦＭ復調処理をデジタル信号処理回路で実装する場合、特に、固定小数点で実装する場合、アークタンジェント値は、ＲＯＭテーブルや近似式を用いて得ることが多いため、アークタンジェント演算の高精度化と、ＲＯＭテーブルや回路規模の縮小化はトレードオフの関係にあり、回路規模の縮小化を図りつつ、アークタンジェント演算の高精度化を目的とする手法が、多く考え出されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平６−７７７３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＦＭ復調をデジタル方式で実装する際に考慮する点として、前記アークタンジェント演算の高精度化とは別に、過変調など大振幅の信号を歪なく復調することが挙げられる。通常ＦＭ放送は、変調後の信号が±７５ｋＨｚの帯域に制限されるように規定されている。つまり、被変調信号の最大振幅が、変調後の信号の±７５ｋＨｚの帯域に相当するように変調される。しかしながら、時系列上で過去から未来すべての被変調信号の最大振幅を正確に知ることは不可能であり、瞬時的には±７５ｋＨｚを超える変調がされる場合が発生する。また、放送国によっては、２００％を超える変調率、つまり、±１５０ｋＨｚを超える帯域をもつ変調信号で放送している放送局も存在し、その一方で、ＦＭ放送受信機としては、そういった過変調の信号でも、歪なく復調することが求められる。図１２に、過変調時の被復調信号の帯域と、復調出力の振幅値の関係図を示す。図１２は、図１１の状態に対し、被復調信号が倍の変調率で変調されている状態を示す。図１１の状態に比べ、被復調信号の帯域幅が倍に広がっている。この時、Ａ’、Ｃ’、Ｄ’の３点はナイキスト周波数ｆｓ／２以下であるため、正常に復調できるが、Ｂ’はナイキスト周波数を超える帯域であるため、復調信号に歪が生じている。このように、過変調歪は音質に対して非常に大きな影響を与える。
【０００６】
過変調の信号を歪なく復調するためには、被復調信号の帯域をカバーし得るサンプリングレートで復調すればよい。つまり、復調時のサンプリングレートをより高く設定すれば、過変調の信号にも十分対応が可能となる（図１３）。図１２で、サンプリングレートをｆｓとしていたのを、図１３ではｆｓ’＞ｆｓとしているため、最大位相角Ｂ’もナイキスト周波数ｆｓ’／２以下となり、正常に復調できる。
【０００７】
しかしながら、復調時のサンプリングレートを高く設定すれば、低変調の信号、あるいは、位相角の小さな信号に対しての分解能が低下し（図１３）、前述したアークタンジェント演算の近似や縮小化による精度の劣化が顕著に表れる。結果、被復調信号が正規の変調率であっても、復調信号のＳ／Ｎ比は低下してしまう。
【０００８】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、過変調信号の復調にも対応しつつ、低振幅の信号のＳ／Ｎ比を低下させることなく復調することができる、デジタル方式で復調するＦＭ復調器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明のＦＭ復調器は、周波数変調された信号をデジタル方式で復調するＦＭ復調器であって、ＦＭ復調を行うＦＭ復調部と、ＦＭ復調部に入力する信号のサンプリングレートを制御するサンプリングレート制御部と、を備えていることを特徴とするＦＭ復調器である。
【００１０】
本構成によって、ＦＭ復調時のサンプリングレートを可変にし、常に最適なサンプリングレートで復調を行うことを可能とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のＦＭ復調器によれば、ＦＭ復調時に、常に最適なサンプリングレートで復調を行うことができ、過変調信号の復調にも対応しつつ、低振幅の信号のＳ／Ｎ比を低下させることなく復調することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明のＦＭ復調器が適用されるＦＭ受信機の一実施形態の構成を示すブロック図である。
【００１３】
（実施の形態１）
フロントエンド部１２は、受信アンテナ１１を介して受信したＦＭ放送波をＩＦ信号に変換して出力する機能を有している。ＩＦ処理部１３は、ＩＦ信号を入力として互いに直交するＩＱベースバンド信号に変換して出力する。ＦＭ復調部１４は、デジタル化されたＩＱベースバンド信号を入力としてＦＭ復調を行い、ＦＭコンポジット信号を出力する機能を有し、その復調機能は、図１０で説明した従来手法のアークタンジェント型のＦＭ復調器と同等のものを使用することができる。ＦＭコンポジット信号は、コンポジット処理部１５でオーディオ信号に変換され、Ｄ／Ａ回路を介して再生出力、あるいは、デジタルオーディオ信号として出力される。サンプリングレート制御部１６は、ＦＭ復調部１４に入力するデジタルＩＱベースバンド信号のサンプリングレートを監視、制御する。この時、ＦＭ復調部１４に入力するデジタルＩＱベースバンド信号のサンプリングレートに従って、コンポジット処理部１５で行われるダウンサンプリング処理の実施／不実施、あるいは、実施時のパラメータも同時に制御可能としてもよい。さらに、変動可能とするサンプリングレート間のダウンサンプリングは等倍間隔で、各フィルタ次数を等しく設計すれば、ＦＭ復調時のサンプリングレートをダイナミックに変動させても、遅延量を考慮することなく実施することができる。
【００１４】
図２に、実施の形態１におけるサンプリングレート制御時の機能ブロック図を示す。図２において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。以下、同じ構成要素、同じ機能ブロックについては同じ符号を用い、詳細な説明を省略する。ここで、直交変換部１３２に入力するＩＦ信号がすでにデジタル化されている場合、Ａ／Ｄ変換部１３１を省略しても構わない（図６）。また、サンプリングレート制御部１６が、Ａ／Ｄ変換部１３１のサンプリング周波数を制御して、ダウンコンバータ１３３を省略することも可能である（図７）。また、Ａ／Ｄ変換部１３１と直交変換部１３２の順番を入れ替えることも可能である。その場合も、ダウンコンバータ１３３の省略は可能である（図８）。また、コンポジット処理部１５において、ダウンコンバータ１５１とオーディオ処理部１５２の順番を入れ替えることも可能であり、その際、ダウンコンバータ１５１ではなくＤ／Ａ変換部１５３を用いても同等の効果が得られる（図９）。
【００１５】
サンプリングレート制御部１６は、ＩＦ処理部１３に入力するＩＦ信号を、帯域測定部１６１の入力とし、被復調信号、本実施の形態ではデジタルＩＱベースバンド信号、の占有帯域を測定する。なお、図２では、Ａ／Ｄ変換部１３１に入力する前のＩＦ信号を、帯域測定部１６１の入力としているが、帯域測定部１６１に入力する信号は、Ａ／Ｄ変換部１３１でＡ／Ｄ変換した後、あるいは、直交変換部１３２での直交変換した後の信号を入力としても効果は変わらない。ＦＭ復調部１４に入力する被復調信号の帯域を測定できる信号であれば、その形態を限定しない。帯域測定部１６１が測定した被復調信号の帯域を用いて、サンプリングレート算出部１６０がＦＭ復調に必要なサンプリングレートを算出し、ＦＭ復調部１４に入力する信号のサンプリングレート、ＦＭ復調部１４の動作クロック、コンポジット処理部１５の出力サンプリングレートを制御する。具体的には、被復調信号の帯域が広い場合には、ＦＭ復調部１４に入力する信号のサンプリングレートを高く設定し、狭い場合には、ＦＭ復調部１４に入力する信号のサンプリングレートを低く設定する。ＦＭ復調時のサンプリングレートを高く設定すれば、被復調信号が広い帯域を占有、つまり、変調が深い状態であっても、正しく復調することができる。ＦＭ復調時のサンプリングレートを低く設定すれば、高いサンプリングレートのときに比べ、同振幅に相当する位相角が大きくなり、例えば、固定小数点では有効ビット数が増え、結果、復調出力のＳ／Ｎ比を向上させることができる。
【００１６】
また、上記実施の形態では、ＦＭ復調部をアークタンジェント型のＦＭ復調器を用いて説明したが、本発明のＦＭ復調器は、例えば、アークサインを用いたＦＭ復調器など、ベースバンド信号の位相差を求め、復調結果の振幅値に相当させるデジタル方式のＦＭ復調器であれば、その手段を限定しない。
【００１７】
（実施の形態２）
図３に、実施の形態２におけるサンプリングレート制御時の機能ブロック図を示す。
【００１８】
サンプリングレート制御部１６は、ＦＭ復調部１４が出力する復調信号を、振幅監視部１６２の入力とし、復調信号、本実施の形態ではＦＭコンポジット信号、の振幅値の変動を監視する。振幅監視部１６２が監視した復調信号の振幅値を用いて、サンプリングレート算出部１６０が、ＦＭ復調に必要なサンプリングレートを算出し、ＦＭ復調部１４に入力する信号のサンプリングレート、ＦＭ復調部１４の動作クロック、コンポジット処理部１５の出力サンプリングレートを制御する。具体的には、復調信号の振幅値が大きい場合には、ＦＭ復調部１４に入力する信号のサンプリングレートを高く設定し、小さい場合には、ＦＭ復調部１４に入力する信号のサンプリングレートを低く設定する。この時、振幅値の変動にはある閾値、例えば最大振幅値に対して９０％の閾値、を設定し、その閾値を超えればサンプリングレートを高く設定する、といった制御を行うことで、瞬時的に入力される大振幅信号に対して追従可能となり、歪なく復調することができる。
【００１９】
（実施の形態３）
図４に、実施の形態３におけるサンプリングレート制御時の機能ブロック図を示す。
【００２０】
サンプリングレート制御部１６は、変調率推定部１６３で、被復調信号の変調率を推定し、変調率推定部１６３が推定した被復調信号の変調率を用いて、サンプリングレート算出部１６０が、変調率に対応したサンプリングレートを選択し、ＦＭ復調部１４に入力する信号のサンプリングレート、ＦＭ復調時の動作クロック、コンポジット処理部１５の出力サンプリングレートを制御する。具体的には、変調率に応じたサンプリングレートをあらかじめ記憶しておき、被復調信号の変調率に応じたサンプリングレートを選択する。変調率は、放送局、あるいは、放送番組によって固定であることが多く、ダイナミックなサンプリングレートの制御より、各放送局、あるいは、受信を開始した番組に最適なサンプリングレートを選択し、安定した復調動作を保証することに有効である。ここで、変調率の推定は、帯域測定部１６１で被復調信号の占有帯域を測定し、その出力を変調率推定部１６３の入力にすることで、容易に推定することができる。また、実施の形態１と同様、帯域測定部１６１に入力する信号は、ＦＭ復調部に入力する被復調信号の帯域を測定できる信号であれば、その形態を限定しない。
【００２１】
（実施の形態４）
図５に、実施の形態４におけるサンプリングレート制御時の機能ブロック図を示す。サンプリングレート制御部１６は、変調率推定部１６３で、被復調信号の変調率を推定し、変調率推定部１６３が推定した被復調信号の変調率を用いて、サンプリングレート算出部１６０が、変調率に対応したサンプリングレートを選択し、ＦＭ復調部１４に入力する信号のサンプリングレート、ＦＭ復調時の動作クロック、コンポジット処理部１５の出力サンプリングレートを制御する。具体的な制御、効果は、実施の形態３と同様であるため、説明は省略する。ここで、変調率の推定は、振幅監視部１６２で復調信号の振幅値の変動を監視し、その出力を変調率推定部１６３の入力にし、最大振幅値を選択することで、容易に推定することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
本発明にかかるＦＭ復調器は、過変調信号の復調に対応しつつ、低変調／低振幅の信号でも、高音質で復調、及び、再生することができるＦＭ放送受信機等として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明のＦＭ復調器が適用されるＦＭ受信機の一実施の形態を示す図
【図２】本発明の実施の形態１におけるサンプリングレート制御時の機能ブロック図
【図３】本発明の実施の形態２におけるサンプリングレート制御時の機能ブロック図
【図４】本発明の実施の形態３におけるサンプリングレート制御時の機能ブロック図
【図５】本発明の実施の形態４におけるサンプリングレート制御時の機能ブロック図
【図６】本発明の実施の形態における直交変換部の一構成例を示す図
【図７】本発明の実施の形態における直交変換部の一構成例を示す図
【図８】本発明の実施の形態における直交変換部の一構成例を示す図
【図９】本発明の実施の形態におけるオーディオ処理部の一構成例を示す図
【図１０】従来のアークタンジェント型のＦＭ復調器を示す図
【図１１】被復調信号の帯域と復調出力の振幅値の関係図
【図１２】過変調時の、被復調信号の帯域と復調出力の振幅値の関係図
【図１３】復調時のサンプリングレートを高く設定した時の、被復調信号の帯域と復調出力の振幅値の関係図
【符号の説明】
【００２４】
１    ＦＭ放送受信機
１１    受信アンテナ
１２    フロントエンド部
１３    ＩＦ処理部
１４    ＦＭ復調部
１５    コンポジット処理部
１６    サンプリングレート制御部
１３１    Ａ／Ｄ変換部
１３２    直交変換部
１３３    ダウンコンバータ
１５１    ダウンコンバータ
１５２    オーディオ処理部
１５３    Ｄ／Ａ変換部
１６１    帯域測定部
１６２    振幅監視部
１６３    変調率推定部
１６０    サンプリングレート算出部
１０１    除算器
１０２    アークタンジェント演算器
１０３    差分器
１０４    演算器
【図１】
2005341100.tif 000003
【図２】
2005341100.tif 000004
【図３】
2005341100.tif 000005
【図４】
2005341100.tif 000006
【図５】
2005341100.tif 000007
【図６】
2005341100.tif 000008
【図７】
2005341100.tif 000009
【図８】
2005341100.tif 000010
【図９】
2005341100.tif 000011
【図１０】
2005341100.tif 000012
【図１１】
2005341100.tif 000013
【図１２】
2005341100.tif 000014
【図１３】
2005341100.tif 000015