JPH01108802A - Ｆｍ信号復調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明はＦＭ信号復調装置に係り、特にＦＭ信号に、同
信号の周波数帯域にほぼ一様に電力スペクトル密度が分
布するガウス分布のノイズが加わった場合の復調信号に
現われるパルス状ノイズを低減するＦＭ信号復調装置に
関するものである。

（発明の概要） この発明は、衛星放送受信機などＦＭ信号復調装置にお
いて、信号のＣＮ比＜＊送波電力と熱雑音電力の比）が
特定値（スレッショルド）を下回った時に生じるパルス
性ノイズの低減を図るもので、１つの入力信号を高周波
伝達特性を異ならしめた複数のＦＭ復調回路を用い、信
号は互いに相関性が高くパルス性ノイズは無相関になる
復調信号を得、さらに雑音低減回路を介してパルス性ノ
イズを低減させるＦＭ信号復調装置に関するものである
。

（従来の技術） ＦＭ信号はＣ／Ｎζ９ｄＢに達するとパルス性ノイズが
発生し、この値を下回るにつれて復調信号のＳ／Ｎが急
激に低下する。上記Ｃ／Ｎ−９ｄＢの値をスレッシツル
トポインドと呼び、この値を下げるスレッショルド改善
方式には等測的にＣ／Ｎを高める作用をさせる方式など
い（つかの提案がある（例えば、伊東祐弥他［わかりや
すいＦＭ技術Ｊ　１９８２，６．１０．法度出版ｐ、１
３７〜）。ＦＭ帰還方式、ＰＬＬ負帰還位相検波方式な
どの例がそれであり、これらはいずれも追跡狭帯域フィ
ルタの原理が利用されている。

これらはＦＭ信号の瞬時周波数が変調信号に対応して変
化しているため、復調される信号を利用して瞬時周波数
が特定した狭帯域フィルタを介するよう帰還制御するも
のである。入力されるＦＭ信号のＣ／Ｎを左右するノイ
ズ電力（Ｎ）は、ＦＭ信号が占有する周波数帯域幅に比
例するため、上記のようにフィルタを狭帯域化すること
により実効上のＣ／Ｎを高めスレッショルド改善を行な
わせている。これらの方式は主として音声伝送のＦＭ信
号復調装置に用いられる例が多い。

テレビジョン信号のように変調信号が高い周波数成分を
有する場合は、回路構成素子として用いられる各種フィ
ルタ類の遅延時間が無視し得す負帰還動作が困難となる
。また負帰還方式でない場合でも上記フィルタ類の群遅
延特性や回路構成上止じる遅延時間調整等に高精度な回
路設置が要求されるなどの問題点がある。

（発明が解決しようとする問題点） ＦＭ信号にガウス分布のノイズのようなランダム性ノイ
ズが加わった場合、復調信号にも通常ホワイトノイズと
呼ばれるランダム性ノイズが含まれることとなるが、復
調前ＦＭ信号のＣ／Ｎ　（搬送波電力とノイズ実効電力
との比）が９ｄＢ以下になると復調信号には高い波高値
を有する正極および負極のパルス状ノイズも派生する。

このパルス性ノイズは復調信号が音声信号ならばブツブ
ツというクリックノイズとなり耳ざわりな障害を与える
。また、復調信号がテレビジョン映像信号ならば画像に
不規則な白、黒の点状の先鋭なパルス性ノイズとして現
われる。

このパルス性ノイズは、併わせ含まれているランダム性
ノイズ（通称スノーノイズという）に比し目立ち方が著
しいため画質を極度に低下させる結果となる。このパル
ス性ノイズを取り除くだけでも画質向上を図ることが可
能である。

また、ＦＭ伝送におけるスレッショルド改善技術は古く
から研究され前項にも述べたように各種の方法が提案さ
れている。しかし、テレビジョン映像信号を対象にした
改善効果の高い方式は実用に供されていない。日本国内
で昭和５９年から販売されている衛星テレビジョン放送
用受信機においても、ＰＬＬを用いたＦＭ検波方式ある
いは、ＦＭ搬送波抽出回路にインジェクションロックド
オツシレータ方式を採用するなど復調信号のＳ／Ｎ改善
に効果を期待した方式の採用が見られるが、いずれもス
レッショルド改善には顕著な効果を挙げていない。衛星
テレビジョン放送では、地上電界強度が微弱なため受信
機感度の性能向上が特に強く望まれている状況である。

そこで本発明の目的は、前述の諸問題を解決し、比較的
簡単な構成で、衛星放送受信機などＦＭ信号復調装置に
おいて、信号のＣＮ比がスレッショルド値を下回った際
に生じるパルス性ノイズの低減のはかれるＦＭ信号復調
装置を提供せんとするものである。

（問題点を解決するための手段） この目的を達成するため、本発明ＦＭ信号復調装置は、
すなわち電力スペクトル密度がほぼ一様に分布している
雑音が印加されたＦＭ信号を復調するＦＭ信号復調装置
において、高周波伝達特性を互いに異ならしめた複数の
ＦＭ復調回路と、雑音低減回路とを具備し、前記複数の
ＦＭｆｉ調回路調法路信号についてはその波形はほぼ同
一で相関が高く、雑音については互いに無相関となる複
数の復調信号を得るようにし、前記雑音低減回路により
これに同時に入力された前記複数の復調信号より無相関
雑音成分を低減せしめて１つの復調出力信号を得るよう
にしたことを特徴とするものである。

本発明の好適な実施態様は、さらに前記複数のＦＭ復調
回路を、主要周波数帯域幅は互いにほぼ同一で、該周波
数帯域幅内の振幅周波数特性または位相周波数特性を互
いに異ならしめた複数の復調回路で構成したことを特徴
とするものである。

さらにまた、好適な実施態様は、前記複数のＦＭ復調回
路を、所定の前記ＦＭ信号が占有する周波数帯域幅を共
通にし、該周波数帯域に接する低域側または高域側の余
剰周波数帯域の含め方を互いに異ならしめた複数の復調
回路で構成したことを特徴とするものである。

（作　用） このように高周波伝達特性を異ならしめた複数のＦＭ復
調回路と雑音低減回路とを使用することにより、ＦＭ信
号の復調波形はほぼ同一で含有する雑音は互いに無相関
な複数の復調信号を得て、これらより無相関雑音成分の
みを相対的に低減させた復調出力信号を得ることができ
る。

（実施例） 以下本発明を衛星テレビジョン放送（ＦＭ信号）用受信
機を例にし添付図面を参照して詳細に説明する。

第１図に本発明第１の実施例構成のブロック線図を示す
。

衛星テレビジョン放送信号は１２ＧＨｚ帯搬送波を周波
数変調した信号である。受信装置は第１図に示すように
放送衛星からの電波１を面形受信アンテナ（ＢＳアンテ
ナ）２で受信し、同アンテナと一体構造に装着されてい
る周波数コンバータ（ＢＳコンバータ）３によって第１
中間周波数（ＢＳ−Ｉ　Ｆ　：　ＩＧＨｚ）に変換され
、接続ケーブル４を用いて屋内に設置するＢＳチューナ
（同図選局回路５以下で構成されるＦＭ信号復調装置）
に導き、その出力を別に設ける受像管表示装置によって
受信する構成となっている。

本発明は上記構成機器のうちＦＭ信号復調装置に関する
部分である。

先ず同図選局回路５に入力されるＢＳ−ＩＦ倍信号日本
国に割り当てられた衛星放送用チャンネル数８チヤンネ
ル分を包含する周波数帯域幅内３００ＭＨｚの帯域幅を
有し、複数チャンネルの受信信号が含まれている。これ
を選局回路５によって所定チャンネルを選択する。これ
には通常、周波数コンバータを用い選択したチャンネル
の信号を第２中間周波数に変換している。この第２中間
周波数には１３０ＭＨｚ帯または４００ＭＨｚ帯が利用
されている。

以下、従来の一般的なＦＭ信号復調回路構成例との対比
で本発明の構成および作用を説明する。

従来の回路構成は、選局回路５の出力を選択された信号
のみを通す帯域通過フィルタ（ＢＰＦ）６、第２中間周
波信号増幅器７および１個のＦＭ信号検波回路で構成さ
れる。ＦＭ検波回路には種々の方式があり方式によって
は、検波回路の前段に信号振幅を一定にするための振幅
リミッタを配置する場合もある。すなわち、従来は１組
のＦＭ信号復調回路を用いていた。

本発明の第１の実施例は選局回路５、ＢＰＦ６、増幅回
路７は通常用いられる回路をそのまま利用することがで
き、新たな回路構成としてＦＭ信号復調回路８および９
、雑音低減回路１２で構成するところにある。増幅回路
７の出力信号はＦＭ信号復調回路８および９に並列に供
給されそれぞれ復調信号１０および１１を得る。

ここに２つのＦＭ信号復調回路を設けた意味は次の通り
である。

同図ＦＭ信号復調回路の入力信号は、周波数のみが変換
された放送衛星からのＦＭ信号にＢＳアンテナ２に入射
する熱雑音および主としてＢＳコンバータ３の内部で発
生している雑音が加わっている。これらの雑音は通常型
カスベクトル密度が広い周波数帯域にわたってほぼ−様
なレベルで分布するガウス分布を有するランダム雑音と
みなすことができる。該雑音はＢＰＦ６によって帯域幅
が制限されているためその雑音波のみの振幅および位相
変化はランダムであり、振幅エンベロープの瞬時値確率
分布はレイリー分布で近似されることが知られており、
エンベロープが瞬時的にその雑音平均電力値の４倍のピ
ークに到達することがある。一方ＦＭ信号は一定振幅値
を有する信号であるが、この信号の振幅値と前記雑音波
の振幅値がほぼ同等になる瞬時には復調出力に変調信号
とは無関係なパルス性ノイズを発生する。これはその瞬
時に雑音波によって信号成分に急激な位相変化を与える
ことに起因している。そして発生するパルス性ノイズの
極性、振幅の大きさ、パルス幅は、信号と雑音波の振幅
がほぼ一致した瞬時における信号の周波数と雑音波周波
数の相対関係で決まる。

このようなパルス性ノイズ発生の始まる条件は、信号成
分電力値（Ｃ）と雑音波平均電力値（実効値、Ｎ）との
比Ｃ／Ｎ−９ｄｂの点から始まり、Ｃ／Ｎ値が低下する
に従って発生するパルスの数も増加し、その増加率はレ
イリー分布曲線に沿うものと考えることができる。

ここで−ある周波数帯域幅内に分布する雑音の総ベクト
ル和が雑音波の瞬時、瞬時のエンベロープ値と位相を決
定しているものと考えれば、同帯域内の信号伝達特性を
異ならしめれば雑音波エンベロープが高いピークを示す
時刻も変化させることが可能であり、本発明はここに着
眼点をもったものである。

本発明に使用するＦＭ信号復調回路８および９は、それ
ぞれに振幅リミッタ、ＦＭ検波回路を有するとともに、
ＦＭ検波回路までの高周波段の振幅周波数特性または位
相周波数特性または振幅および位相周波数特性すなわち
高周波伝達特性を若干可変できる回路を振幅リミッタ回
路の前段に配置して構成したものである。振幅リミッタ
はＦＭ検波回路の方式によっては不要な場合がある。こ
の構成によって、伝達特性を互いに異ならしめた例を第
３図特性Ｂの特性曲線１８および１９に示す。同図特性
ＡはＦＭ信号のスペクトル分布１６およびガウス雑音の
スペクトル分布１７の様子を示し、同図特性Ｂの曲線１
８および１９はＢＰＦ６によって主要帯域幅が制限され
たのち前記周波数伝達特性可変回路を通したオーバーオ
ールの特性である。

このように伝達特性を異ならせることによって、第１図
示の復調出力１０および１１は、復調信号が互いにほぼ
同一波形となるが、発生したパルス雑音波に対しては互
いに発生時刻が無相関になるとともに、発生時刻が重な
る場合があってもパルス波形の極性、大きさ、幅が異な
ったものとなる。

Ｃ／Ｎ値が９ｄｂ　（スレッショルド点）近傍では、パ
ルス発生頻度が小さいため再出力のパルスが重なる確率
も小さくほぼ無相関と言える状態となる。

２つの復調出力の信号が同一でパルス雑音が無相関にな
ることを利用して、第１図示の雑音低域回路１２により
雑音成分のみを低減させることが可能である。

本発明を効果的に実施するには２つの復調出力ｌＯおよ
び１１が信号に対してはできるだけ同一波形になるよう
にし、パルス性雑音に対してはできるだけ無相関な出力
となるように両回路の伝達特性に差を持たせることにあ
り、これを満足する特性として第３図特性Ｂの特性曲線
１８および１９はその具体例である。

一般に伝達特性の異なる回路を通せば復調される信号そ
のものにも若干波形に差が生じることはあり得るが、実
際には伝達特性に大きな差をもたせないかぎり復調信号
のうち信号に対してはあまり差が生じることなしにパル
ス性雑音に対して相関性を小さくすることを比較的容易
に実現することが可能である。しかしＣ／Ｎ値が小さく
なり再復調出力共にパルス数が多大になるに従い相関性
の高いパルス性ノイズも増加するので、この場−合を考
慮すると、両回路の伝達特性差を大きくする方が望まし
いが、復調信号にひずみが生じることとなるので両者の
兼ね合いが設計時の判断事項となる。

第３図特性Ｂに示した特性差の例は主要帯域を同一にし
て両者の利得特性を互いに逆の傾斜をもたせた場合で、
この特性の場合に得られる復調信号例を第４図波形ａ、
ｂに示す。第３図特性ＡにおけるＦＭ信号の原調極性で
テレビジシン映像信号の同期信号が低域側（同図左側）
にある場合、同図特性Ｂの曲線１８の特性により得られ
る復調信号は、第４図波形すの出力に相当し、発生パル
スは比率的に負極パルスが多くなり、第３図特性Ｂの曲
線１９の特性の場合は第４図波形ａの出力に相当し正極
パルスが多くなる。しかしそれぞれの出力に含まれるパ
ルスの絶対数はほぼ等しい。

次にこのようにして得られた２つの復調信号を入力して
パルス雑音成分の振幅を低減または除去させる第１図示
の雑音低減回路１２の実施例を説明する。

最も簡易な第１の回路例として、再入力信号を加算する
方法がある。信号振幅は２倍になるが、互いに無相関な
パルス性ノイズの振幅は加算されず合成出力中のパルス
振幅を相対的に１／２に低減できる。この場合の画質へ
の効果は、パルス数は増加することとなるが各パルスの
振幅が６ｄＢ低下するため、画質は主観評価値で約１ラ
ンクの改善が得られる。

次に第２の回路例として突出したパルスを除去する方法
を示す。２つの入力信号の差をとることにより両信号に
含まれる雑音成分のみを抽出することができる。この差
信号を整流し、同極性にそろえスライス整形してキー信
号を得る。この信号で２つの入力信号の和信号中に含ま
れるパルス信号部分の期間をゲートオフするとともに、
このオフ時間をゲートオフ直前電位で穴うめ（ホールド
）することによって先鋭なパルス成分を除去することが
可能である。得られる画質は絵柄によって一部不自然さ
が残る場合があるが、第１の回路例よりもパルス性雑音
の目立たない映像を得ることができる。

以上、２例について説明したが、雑音低減回路１２には
例えば、ディジタル信号に変換して信号処理を行なうな
どその他側の手段にても雑音低減または除去することが
可能であり、本発明においては雑音低減回路を具体的に
特定するものではない。

以上本発明の実施例として、ＦＭ信号復調回路を２つ設
ける場合について説明したが、３つ以上のＦＭ信号復調
回路を有し、それぞれの復調前の高周波信号伝達特性を
互いに異ならしめることによって、それぞれの復調信号
のパルス雑音の相関性を小さくなるようにして用いるこ
ともできる。

そして雑音成分を低減または除去する雑音低減回路の方
式によっては３つ以上の出力を得ることが適当な場合も
ある。

ただし、このように復調出力数を増すに従って互いのパ
ルス雑音の相関性を小さくすることが困難となるため、
増加数に応じた雑音低減効果が期待できにくくなること
を考慮する必要がある。

上記のほか本発明の実施にあたっては次の諸点について
も実施態様は任意である。

衛星放送用受信機の場合複数個設けたＦＭ信号復調回路
のそれぞれの復調出力には、テレビ映像信号のほかディ
ジタル化音声信号を伝送するための音声副搬送波（５，
７３ＭＨｚ帯のＱ−ＰＳＫ信号）が含まれているが、こ
の音声副搬送波を含めたまま雑音低減回路で雑音低減を
行った後両信号を分離する場合と、ＦＭ信号復調回路の
直後で分離し、雑音低減回路には映像信号のみを入力す
る場合とがあるがいずれを採るかは任意である。さらに
ＦＭ伝送方式における復調信号等価に用いられるデイエ
ンファシス回路は、雑音低減回路の前段に配置しても後
段に配置してもよい。

次に、本発明の第２の実施例を第２図を参照して説明す
る。

同図に示す選局回路５に到る回路構成は第１の実施例と
同じである。

第２の実施例に示すＦＭ信号復調回路１４および１５の
両回路は主要回路構成が同一であり、本発明の目的を達
成するために高周波伝達特性を異ならせたものである、
構成する主要回路は一般にＦＭ信号復調器を構成す−る
場合と同様にＢＰＦ、増幅回路、振幅制限リミッタ、Ｆ
Ｍ検波回路であるが、本実施例の特徴は、高周波伝達特
性を異ならしめる手段として、上記ＢＰＦの周波数帯域
選択特性を異ならせることにある。同ＢＰＦの周波数選
択特性例を第３図特性Ｃの曲線２０および２１に示す。

同側は、同図特性Ａに示したＦＭ信号が占有する周波数
帯域を共通に包含しながら、隣接する低域側の余剰帯域
を若干部分含めた特性と他方は高域側の余剰帯域の若干
部分を含めた特性で　、ある。このように余剰帯域を若
干含めることによって雑音波が無相関になりやすい条件
を造り出している。

本実施例の場合、余剰帯域を含めるため、復調前信号の
Ｃ／Ｎ値を若干低下させることとなるが、第１の実施例
に比べ、それぞれの復調信号に波形ひずみを含むことな
しにパルス雑音の相関度の小さい復調信号を得ることが
可能となる。

余剰帯域を含めるにあたっては、不要帯域のスプリアス
など妨害波混入の恐れもあるので無用に広げることは得
策ではない、また復調前信号Ｃ／Ｎ値を低下させるので
、雑音低減効果との兼ね合いから総合的に見て適正な値
が要求される。衛星放送受信機の場合、ＦＭ信号の占有
帯域幅は２７ＭＨｚでありこれに対し余剰帯域幅は低域
側、高域側ともに２〜３ＭＨｚ程度が妥当である。

本実施例に示した第３図特性Ｃの実施例は、通過帯域内
振幅周波数特性をほぼ平坦にした例であるが、それぞれ
に傾きを異ならせて若干の傾斜をもたせることもある。

雑音低減回路１２は、第１の実施例と同様な目的を果す
機能を有すれば良い。

（発明の効果） 本発明の効果は次の諸点が挙げられる。

（１）帰還制御など制御回路系を必要とせず回路動作が
安定で確実な雑音低減効果が期待できる。

（２）比較的低層な回路構成で雑音低減効果を生む。

（３）画像信号においては、スレッシロルドポイント以
下におけるパルス雑音障害画像を主観評価で１ランク以
上の改善効果を得ることができる。

衛星放送受信装置に適用した場合、受信信号のＣ／Ｎ値
が９ｄＢ（スレッシツルトポインド）以下になってもパ
ルス性雑音障害を抑制し、画質低下を防止する効果があ
り、実効上の受信機の雑音制限感度の向上となるため、
衛星放送電波が受ける降雨減衰膳害時において多大な改
善効果を有する。これによって、小面積の衛星放送受信
用アンテナが実用になるなど、衛星放送受信普及の促進
に貢献する効果は大である。

また本発明は、衛星放送受信機のみならず、ＦＭ音声放
送、ディジタル化コード放送などの放送受信用機器ある
いは、ＦＭ方式による各種通信分野における受信端末機
器への適用が可能であり産業上の利用分野は広い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明第１の実施例構成のブロック線図を示
し、 第２図は、本発明第２の実施例構成のブロック線図を示
し、 第３図は、本発明実施例の動作特性例を示し、第４図は
、本発明実施例の信号波形例を示す。 １・・・入力電波　　　　　２・・・ＢＳアンテナ３・
・・ＢＳコンバータ　　４・・・接続ケーブル５・・・
選局回路　　　　　６・・・帯域通過フィルタ７・・・
第２中間周波信号増幅器 ８．９・・・ＦＭ信号復調回路 １０．１１・・・復調信号　１２・・・雑音低減回路１
４．１５・・・ＦＭ信号復調回路 １６・・・ＦＭ信号のスペクトル分布

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電力スペクトル密度がほぼ一様に分布している雑音
   が印加されたＦＭ信号を復調するＦＭ信号復調装置にお
   いて、 高周波伝達特性を互いに異ならしめた複数 のＦＭ復調回路と、雑音低減回路とを具備し、前記複数
   のＦＭ復調回路により信号につい てはその波形はほぼ同一で相関が高く、雑音については
   互いに無相関となる複数の復調信号を得るようにし、 前記雑音低減回路によりこれに同時に入力 された前記複数の復調信号より無相関雑音成分を低減せ
   しめて１つの復調出力信号を得るようにしたことを特徴
   とするＦＭ信号復調装置。 ２、特許請求の範囲第１項に記載の復調装置において、 前記複数のＦＭ復調回路を、主要周波数帯 域幅は互いにほぼ同一で、該周波数帯域幅内の振幅周波
   数特性または位相周波数特性を互いに異ならしめた複数
   の復調回路で構成したことを特徴とするＦＭ信号復調装
   置。 ３、特許請求の範囲第１項に記載の復調装置において、 前記複数のＦＭ復調回路を、所定の前記Ｆ Ｍ信号が占有する周波数帯域幅を共通にし、該周波数帯
   域に接する低域側または高域側の余剰周波数帯域の含め
   方を互いに異ならしめた複数の復調回路で構成したこと
   を特徴とするＦＭ信号復調装置。