JPH02305151A - 復調装置 - Google Patents

復調装置

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JPH02305151A
JPH02305151A JP2111905A JP11190590A JPH02305151A JP H02305151 A JPH02305151 A JP H02305151A JP 2111905 A JP2111905 A JP 2111905A JP 11190590 A JP11190590 A JP 11190590A JP H02305151 A JPH02305151 A JP H02305151A
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    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
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    • H03D3/02Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by detecting phase difference between two signals obtained from input signal
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
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    • H03D3/00Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations
    • H03D3/006Demodulation of angle-, frequency- or phase- modulated oscillations by sampling the oscillations and further processing the samples, e.g. by computing techniques
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    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D2200/00Indexing scheme relating to details of demodulation or transference of modulation from one carrier to another covered by H03D
    • H03D2200/0041Functional aspects of demodulators
    • H03D2200/005Analog to digital conversion
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03DDEMODULATION OR TRANSFERENCE OF MODULATION FROM ONE CARRIER TO ANOTHER
    • H03D2200/00Indexing scheme relating to details of demodulation or transference of modulation from one carrier to another covered by H03D
    • H03D2200/0041Functional aspects of demodulators
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    • H03D2200/0062Computation of input samples, e.g. successive samples

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)

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、角度変調された信号を検波することに関し、
特に周波数変調された信号のディジタル復調に関する。
発明の背景 において広く使用されている。最近、この種の受信機に
おける情報信号を処理するためにディジタル技術を用い
る傾向がある。ディジタル回路の伝達関数が十分に定義
され、温度変動および電源変動に関して安定しているの
で、できるだけ多くの信号処理をディジタル領域で行う
ことが望ましい。
従って、現在、FM搬送波のディジタル復調器の必要性
が生じている。1979年8月発行の二し/クトロニク
スレターズ(Electronics Letters
 )第15巻、第16号の第489頁−第490頁の”
ディジタル周波数弁別器”と題するエフ・ジー・ん エイ・クーK(FsG*A、Coupe )%の論文は
、ディジタル技術を使ってFM信号を復調するだめの回
路について説明している。クー4氏の回路では、FM信
号は最初にヒルベルト(H41bert )変換によシ
演算され、複素信号の直交成分x(t)とy(t)が導
かれる。
j”(t)=x(t)+jy(t)  ’      
      (la)=a(t)ex¥+ [jθ(1
)コ               (2a)ここで、
θ(t)=tan  [y(t)/x(t)]    
     (3a)X成分とX成分は同時にサンプリン
グされ、サンプルx(t)とy(t)を発生する。、 
(1)とy (t)のサンプルはXおよびyの処理チャ
ネルに供給される。F (t)の信号は時間に関するθ
(1)の第1次微分から得られ次式で与えられる。
ここで、ドツト(・)は微分演算子d/dtを表わす。
第1次微分;およびンはXサンプル・チャネルおよびy
サンプル・チャネル中の連続するサンプルの差の値で近
似される。例えば、x = x(n+1)−x(n)、
y=y (n+1 )−y(n)である。値nは個々の
サンプルの発生番号を表わす指標である。
これらの導関数を(4a)式に代入すると次式が得られ
る。
F(n )≧(n)((y(n−1)−y(n))+y
(n、)((x(n、−1)−x(n))(5a) ≧y(n)X (n−1)−x(n)y (n−1) 
      (6a)(5a)式において、(4a)式
の分母が計算されていないことが分る。この理由は、式
(4a)の分母がFM信号の振幅に対応し、復調された
サンプル値に定数を単に掛けたものである所定の一定値
に保持されるものと仮定しているからである。式(5a
)の各項を整理すると1式(6a)が得られ、連続する
2つの、 (1)サンプルおよび対応する2コのy (
t)サンプルの4つのサンプルだけの関数となることが
分る。FM信号を復調するための式(6a)で表わされ
るアルゴリズムは実現するのに極めて簡単である。
一方、FM信号が無変調搬送周波数の4倍でサンプリン
グされると、交互のサンプルは直角成分に対応する。F
M信号は連続する対をなすサンプルを使って復調される
。復調信号が隣接サンプルの対から比較的高いサンプル
周波数で発生されるから、信号の精度および線形性が良
好であシ、高調波歪みも最小となる。
発明の概要 本発明は、角度変調(例えば、FM)信号の隣接サンプ
ルの積および各種を形成する際に使われるサンプルの平
方を形成する回路を含んでいる。
本発明の一実施例において、隣接サンプルの積を対応す
る平方の各々で割ることにより商が発生され、商は合計
されて復調サンプルを発生する。別の実施例において、
対応する平方の積の平方根が発生される。次いで、隣接
サンプルの積が平方根で割られ、復調サンプルが発生さ
れる。
実施例 FMもしくは角度変調された信号3(t)は次式で表わ
される。
s (t)= (1+ A(t))m (Wo を十〇
(t))       (1)ここで、A (t)はF
M信号の振幅変調を表わし、Woは搬送周波数であシ、
θ(1)は周波数変調信号に対応する。信号A (t)
は復調信号中に再生されるべきでない望ましくない信号
成分である。信号5(1)が間隔Δtでサンプリングさ
れると、連続するサンプルは次式に対応する。
5(t)= (1+A(t))sin(Wot十〇(t
))      (2)および s(t+Δt)=(1+A(t+Δt ) )CQS(
WOを十〇(t+Δt))  (3)式(2)と式(3
)を掛は算すると次の積が得られる。
5(t)s (t+Δ1 )=(1+、猷t))(1+
A(t+Δt )=(Wot + 久t))xcm (
Wo t+θ(t+Δt))   (4)三角関数の恒
等式を使うと、(4)式は次のよって変換される。
5(t)s (t+Δt)=(1−+−A(t)) D
−+−A(t+Δt)冗3’5sto(θ(t)−(t
+Δt ) )+/2 stn (ZWo t  十θ
(1)十〇(t+Δt))]C5) この信号が、例えばWoの遮断周波数を有するフィルタ
を使って低域通過濾波されると、かぎ括弧中の最後の項
は除去され、低域通過濾波済み信号は次のように表わさ
れる。
5(t)a (t+Δt)LP = (1+A(t))
 (1+A(t+Δ1))[y2自(()−〇(t+Δ
t))]  (6)S励項中の偏角(θ(1)−〇(t
+Δ1))は導関数dθt/dtをよ、く近似し、Δt
が非常に短かいからdθ(t)/dtは1よりずっと小
さい。
Xが小さい値の場合、地(x) ’= xであるという
関係を使うと、(6)式は次式で表わされる。
g(t)s (t+Δt)t、p =(1+A(t))
 (1+A(t+Δt)3A[dθ(t)/at  コ
          (7)ここで、dθ(t)/at
は所望の復調信号である。(7)式から、所望の信号は
FM信号の非所望の振幅変調成分A(t)により変調さ
れていることが分る。
第1の実施例において、振幅変調項は次のようにして除
去される。A(t+Δt)−=AIt)+ΔA(1)と
する。
ここで、ΔA(t)(1と仮定する。よって、(1+A
(t+Δ1))の項は(1+ A(t)+ΔA(t) 
’)となる。次に、5(t)を平方し、平方したものを
遮断周波数W0を有するフィルタで低域濾波することを
考えてみる。低域濾波済み平方5(t)、5Pは次式で
与えられる。    □8ft)j p ==3A (
1+ A(t))2(8)低域濾波済み平方s(t+Δ
t)LPは次式で与えられる。
s(t+Δt)ep  =K  (1+4t)+ΔA(
t) > 2(9)(7)式を(8)式と(9)式で割
ると商は次式で与えられる。
5(t)s (t+Δt )t、p/ 5(t)2= 
[1+ΔA(tl/(1+A(t))コP dθ(tMdt     (10 および 5(t)s(t+Δt:)+1. P、/ s (t+
Δt)LP 〜[”−ΔA(t)/(x+A(t)) 
] dθ(t)/ dt    り℃00式とα9式を
合計すると、次式で与えられる所望の復調信号Mt)が
得られる。
M(t)=2dθ(t)/at           
   (1つこの場合、AM成分は十分に抑圧されてい
る。
αη式は近似であり、従りてAM成分が完全に抑圧され
ないことが分る。第2の実施例は、もう少し複雑な処理
の犠牲の下に、この成分が精確に抑圧される。第2の実
施例において、(8)式と9式で定義される信号が掛は
算され、次の信号が発生される。
5(t)2s (t+Δt)”= 1/4 (1+A(
t))2(1+A(t+Δt))2α■ この信号の平方根が発生され、信号a(t)s (t+
Δt)を割シ、よシ精確に信号M(t)=2dθ(t)
/at  を発生するために使われる。
次に第1および第2図を参照する。第1図において、ア
ナログのFMもしくは角度変調信号は入力結線10に供
給され、アナログ・ディジタル(AD)変換器14およ
びクロック発生器12に結合される。クロック発生器1
2は、FM信号の無変調搬送波成分に同期している複数
のパルス波形P。−P3を発生する。パルス波形は搬送
波に同期していることが必ずしも必要でないことに注意
されたい。必要なことは、各計算で使われるサンプルの
対が搬送波と直角位相関係(もしくはほぼ直角位相関係
)にあるサンプルを近似することである。第2図の波形
を検討してみる。FMと付けられた波形はFM信号を表
わし、図示しである部分は無変調期間に相当するように
選択されている。
波形P。は搬送波の周波数の4倍の周波数を有する信号
であり、搬送波に位相固定されている。p、−P3の波
形は信号P。から得られ、従ってそれに同期している。
波形P。の交互のノ9ルスは搬送波に対して90°の間
隔である。搬送波が、例えば、波形P。
の各パルスの正方向遷移においてサンプリングされると
、交互のサンプルは直角成分に対応する。
波形P。の周波数が搬送波の周波数の4倍にほぼ等しい
が、搬送波に位相固定されていなくても、同じことがほ
ぼ当てはまる。
第1図において、波形P。はAD変換器14のサンシリ
ンダ入力結線に結合され、アナログ信号を表わすノクル
ス符号変調(PCM )を各ノ4ルスの発生時に発生す
るようAD変換器14を条件づける。
時間t。、tl、+2・・・において、サンプル8゜、
S4、S2・・・が発生され、データ・ラッチ18と1
サンプル期間の遅延要素16に結合される。遅延要素1
6の出力はデータ・ラッチ20に結合される。
ここで使われているように、データ・ラッチは各クロッ
ク端子に供給されるノクルスの正方向遷移の直前に各デ
ータ入力結線にあるデータ値を取シ入れる形式のもので
ある。時間期間t1の間、サンプルの値S、とS。はラ
ッチ18と20に結合される。
これらの値は、各クロック入力端子に供給される信号P
1に応答してラッチ18と20に一人力される。
この説明と先に述べた解析とを関連させるために、サン
プルS。とSlがサンプルS (t)とS(t+Δt)
にそれぞれ対応するものと仮定する。
時間期間t2の間、ラッチ20からのサンプルS。
は乗算器26の2つの入力結線と乗算器24の1つの入
力結線に結合される。ラッチ18からのサンプルS1は
乗算器22の2つの入力結線と乗算器24の第2の入力
結線に結合される。乗算器26.24.22は、積S。
、5oS1、S、をそれぞれ発生する。期間t2の終シ
に、これらの値は信号P2に応答してデータ・ラッチ3
2,30,28にそれぞれ入力される。
データ・ラッチ30からの値S。Slは低域フィルタ3
4を介して除算器40の被除数入力結線に結合される。
Sgと82の値はマルチプレクサ36と低域フィルタ3
8を介して除算器40の除数入力結線に交互に結合され
る。低域フィルタ34と38は、例えば無変調搬送周波
数の通過帯域を有する。マルチプレクサ36は信号P3
によシ条件づけられ、期間t3の間S。の値を除算器4
0に結合させ、期間t4の間S?の値を除算器40に結
合させる。
期間t5の間、除算器40は信号P1に応答してデータ
・ラッチ44に入力される商(SoS、/5o)LPを
発生する。期間t4の間、除算器40は信号P2に応答
してデータ会ラッチ42に入力される商(SoS1/5
1)LPを発生する。ラッチ42と44中の値は、期間
t5の間S。S1/s1+5oS1Ao  の和を発生
する加算器46の各入力端子に供給される。加算器46
から発生される和は信号P1によシ制御されるデータ・
ラッチ48に入力される。ラッチ48は搬送波のサイク
ル当シ2つの復調出力サンプルを発生する。
第2図て示す制御波形で動作する第1図の回路は、それ
ぞれ対をなすサンプル、So、Sl;S2、S3;S4
、S、;・・・から連続する出力信号を発生する。
しかしながら、変調信号の周波数は、例えばテレビジョ
ン信号の音声信号のように搬送波の周波数よシ低いもの
でもよい。この場合、先の例で説明したほど搬送周波数
に比べて高い周波数で出力サンプルを発生する必要はな
い。回路に対するタイミング定数は、よシ低い周波数で
サンプルを発生することにより軽減することができる。
例えば、制御信号p1− p5を適当に変え、So、S
l; S8、S、;S、S;・・・またはS、S″s 
 、s;s、s’・・・またはS 、S″S  S″S
、S;・・・などのよ0     1 y 6%   
 7512     13うな対をなすサンプルから出
力サンプルを発生させることにより復調信号を発生させ
ることができる。主な必要条件は復調出力サンプルの発
生周波数が情報帯域幅に比べてナイキスト(Nyqui
st )のサンプリング基準を満足し、各計算に使われ
る対をなすサンプルが搬送波に対して(2nπ+π/2
)ラジアンだけ離れていることである。この最後の基準
を使うことにより、タイミングの複雑さを低減するのに
役立つ対をなすサンプルはSn、S、1+m:Sn+m
、Sn+2m;Sn+2m、Sn+3m;・・・などの
ような一連の対で表わされる。ここで、mは(1+ 4
g)に等しく、gは0.1,2、などの中から選択され
た整数である。
次に第3図および第4図を参照する。第3図の回路は第
1図の回路と同様の機能を実行するが、算術回路要素へ
の信号を時分割多重化してハードウェアを減らし、以下
の例においては復調信号を発生するのにS。、Sl;S
4、S5;S8、S、:・・・などの対をなすサンプル
を使用する。説明を簡単化するために1乗算器70、低
域フィルタ72、線形一対数変換器74の直列接続の処
理遅延は搬送波サイクルの整数倍であるものとする。ま
た、減算器80と対数−線形変換器82の直列接続の処
理遅延も搬送波サイクルの整数倍であるものとする。
従りて、クロック・タイミングに関して、これらの要素
はシステムの残りの部分に比べて簡単である。処理遅延
が搬送波サイクルの整数倍以外の場合、回路設計の技術
分野の当業者は適当なラッチ回路のタイミングを容易に
調整することができる。
第4図を参照すると、S、でそれぞれ表わされるX、S
の行は第2図の波形FMのサンプル点Siに対応する′
。また、CLIと名づけられた波形は第2図の波形P。
に対応する。
第3図において、周波数変調もしくは角度変調された信
号はクロック信号CLIに応答してPCMサンプルを発
生するAD変換器62に結合される。
個々のPCMサンプルはクロック信号CL2に応答して
データ・ラッチ64に顆次入力される。例えば、データ
・ラッチ64はサングルS。、S4、S4、S5、S8
、S2、などを順次取り込む。特に、期間1o(第4図
)の間にラッチ64はサンプルS。を取り込み、このサ
ンチルをラッチ66と68に供給する。データ・ラッチ
66と68は期間t、の始めにクロック信号CL3とC
L4にそれぞれ応答してサンプルS。を取シ込み、デー
タ・ラッチ64はクロックCL2に応答してサンプルS
、を取り込む。ラッチ66と68からのサンプルS。は
1期間t、の間に積S。を発生する乗算器70の各入力
端子に結合される。積S。は少なくとも搬送周波数よシ
高い信号を減衰させる低域通過フィルタ72に結合され
る。低域濾波された積S。 は積S。 のLP    
      LPL 対数を発生する線形一対数変換器74に供給される。積
S2 は期間t1の終りにクロック信号CL5LPL に応答してデータ・ラッチ76に入力される。
データ・ラッチ64からのサンプルS1は期間t2の間
にデータ・ラッチ68に入力される。このとき乗算器7
0に結合される各入力サンプルはS。とS、であ)、乗
算器70は積S。S、を発生する。積5oS1は低域濾
波され、線形一対数変換され、期間t2の終シにクロッ
ク信号CL6に応答してデータ・ラッチ78に入力され
る。
サンプルS、が乗算器70の2つの入力端子に供給され
るように、ラッチ64からのサンプルS、は期間t3の
間にラッチ66に入力される。乗算器70は、要素72
と74でそれぞれ低域通過濾波され、線形一対数変換さ
れる積S12を発生する。
期間t3の終夛に、低域通過濾波され、線形一対数変換
された積312  はラッチ76に入力される。
LPL 期間t3の間において、ラッチ76と78からの積% 
  とSS   は減算器80の減数および被LPL 
      OILPL 減数入力端子にそれぞれ同時に結合される。減算器80
は対数−線形変換器82に供給される差logSO8I
LPL ”−1ogS、L、L(線形商5O8I LP
/SO”LPに対応する)を発生する。出力値S。SI
 L 、/s O’LPはクロック信号CL7に応答し
てラッチ84に入力される。期間t4の間に積S、LP
Lがラッチ76に入力され、減算器80は差togso
S1L、L+ 10gS1’LPLを発生する。この差
は線形商S。S、LPに変換され、クロック信号CL8
に応答して期間t4の終シにラッチ86に入力される。
商S。51LP/5OLPは期間t5の間に加算器88
によシ合計され、クロック信号CL9に応答して出力用
データーラッチ90に入力される。
積S。Slは正または負であり、対数は単一極性の信号
についてのみ意味を持つから、線形一対数変換器74に
供給される積S。S、の大きさを決め、変換器74への
入力と変換器82の出力間の極性に関する情報を得る用
意をすることが必要である。
これを行うための方法は知られているが、混乱を避ける
ために図示してない。変換器74および82は、それぞ
れのアドレス入力ポートに供給されるサンゾル値の対数
値と真数値を与えるようにゾログラムされている読み出
し専用メモリでよい。
第5図の回路は先に述べた解析的な説明に示される第2
の実施例を実現するものである。第5図の回路において
、第3図の要素と同じ番号が付けられている要素は同様
のものであシ、同じ機能を実行する。要素62−68に
供給されるクロック信号は、復調計算においてs。、S
5;S5、slo;51o1S15;・・・のような対
をなすサンプルを使用することを反映して本実施例では
変更されている。
時間T。、T3、T6において、サンプルS。%s5、
S、。がラッチ64に入力される。時間T、とT2にお
いてサンプルS。がラッチ66と68にそれぞれ入力さ
れ、時間で2とT4の間に乗算器70が積S♂を発生す
る。この積は濾波され、変換され、クロック信号CL1
4に応答し時間T4にデータ・ラッチェOOに入力され
る。時間T4にクロック信号CL12に応答してサンプ
ルS5がラッチ66に入力され、乗算器70は時間T4
とT5の間に積S。s5を発生する。この積は濾波され
、線形一対数変換され1時間T5にデータ・ラッチ10
0に入力され、また積S。がデータ・ラッチ102に入
力される。
サンプルS5は時間T51Cクロック信号CL13に応
答してデータ・2ツチ68に入力され、乗算器70は時
間T5とT7の間に積S52を発生する。この積は低域
濾波され、線形一対数変換され、時間T にデータ・ラ
ッチ100に入力され、積S。′と5oS5はデーター
ラッチ104と102にそれぞれ入力される。これらの
積が対数形式であるから、ラッチ104と100からの
積S。とも は、線形領域におけるS。S5 に対応す
るサンプル値を発生するために時間T、とT8の間に加
算器106に・より合計される。この和は要素108に
おいて2で割られ(平方根を求めることに対応する)、
減算器1100減数入力端子だ結合京れる。データ・ラ
ッチ102からの積S。S5は減算器110の被減数入
力に結合される。減算器110からの差の値(関数S。
Ss/m−に対応する)は時間T8にクロック信号CL
13に応答してデータ・ラッチ112に入力される。デ
ータ書ラッチ112からのサンプルは線形の復調サンプ
ルを発生する対数−線形変換器114に結合される。
このような構成においてクロック信号CL 1O−CL
I 4を使うことにより、すべての回路要素の動作周波
数は低減される。また、各出力サンプルの計算に使われ
る積の一方は次の出力サンプルを計算するのに使われ、
従って実行しなければならない乗算の回数が3分の1は
ど減る。
単一の低域通過フィルタが第3図および第5図に示され
ていることに注目されたい。このフィルタは同じサンプ
ルの平方から2つの異なるサンプルの積を個々に濾波す
るように構成されていることは容易に理解できることで
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のブロック図である。 第2図は第1図の実施例の動作を説明するのに有用な制
御波形を示す。 第3図および第5図は本発明の別の実施例のブロック図
である。 第4図は第3図および第5図の実施例の動作を説明する
のに有用な制御波形を示す。 10・・・入力端子、14・・・アナログ・ディジタル
(AD)変換器、22,24,26・・・乗算器、34
.38・・・低域通過フィルタ、40・・・除算器。 42.44・・・ラッチ、46・・・加算器、48・・
・ラッチ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)無変調搬送周波数f_0を有する周波数または角
    度変調された入力信号を復調する復調装置であって、前
    記入力信号を受け取る信号入力端子と、 前記信号入力端子に結合され、前記搬送周波数の(2n
    π+π/2)(nは零を含む整数)ラジアンにほぼ相当
    する期間だけ時間軸上で離れている前記入力信号につい
    ての連続するサンプルを発生するサンプリング手段と、 前記サンプリング手段に結合され、前記サンプルの連続
    する2つのサンプルの積を形成し、且つ前記サンプルの
    前記連続する2つのサンプルの各各の平方を形成する手
    段と、 前記積および平方を形成する前記手段に結合され、前記
    積および平方について前記搬送周波数より高い周波数成
    分が前記搬送周波数より低い周波数に比べて相当に減衰
    されている濾波された前記積および平方を発生する濾波
    手段と、 前記フィルタ手段に結合される除算手段を含んでおり、
    且つ前記濾波された積および平方に応答し、前記濾波さ
    れた積を前記濾波された平方の関数で割って復調出力サ
    ンプルを発生する手段とを含んでいる、前記復調装置。
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