JPH03201562A - 周波数変調方法および装置 - 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、信号が時間ディスクリートサンプリング値と
して現れる変調信号によりキャリア周波数信号を周波数
変調する方法および装置に関する。

特に、本発明はキャリア周波数信号および変調信号がそ
れぞれ２進コード形態で与えられる周波数変調を発生さ
せる方法に関する。

［従来技術］ 十分に高いクロック率で動作されることができるデジタ
ル集積回路が利用できるようになってから、テレビジョ
ン受像機およびビデオレコーダの構造においてビデオ信
号処理のデジタル化が大きい役割を果たしている。文献
（“Ｅ　Ｉｅｋｔｒｏｎｉｋ−３ｏｎｄｅｒｈｅｆ’ｔ
　”　、　　Ｎ　ｏ、５７　１９８４年、９７乃至　１
００頁）によると、ビデオレコーダにおいて始めの振幅
変調された複合カラー信号の輝度情報は、磁気テープに
記録するために周波数変調される。文献にはデジタルＦ
Ｍ変調器の概略的な回路図が示されている。この変調器
は変５３１信号がデジタル形態で供給される第１の加算
器を含む。第１の加算器に続いて第２の加算器、メモリ
およびメモリ出力から第２の加算器へのフィードバック
バスを含む積分器を見向している。デジタルＦ　Ｍ変調
器の出力を形成する出力を持つ正弦テーブルは積分器の
出力に接続されている。

［発明の解決すべき課題］ このようなデジタルＦＭ変調器により発生される周波数
変調がサンプリング周波数に匹敵する高周波数成分を含
んでいる場合、高いサイドバンドが生成される。これら
のサイドバンドの周波数は有効な帯域いわゆるエイリア
ス（ａｔｌａｓ）信号に戻る。それらは有効な帯域にお
いて発生するため、それらは次のフィルタリングによっ
て除去されることはできない。

本発明の目的は、このようなエイリアス信号の発生が始
めから阻止される周波数変調を発生させる方法を提供す
ることである。

［課題解決のための手段］ この目的は変調信号が低周波成分および高周波成分に分
離され、低周波変調信号成分が通常の周波数変調を行な
うために使用され、高周波変調信号成分が狭帯域周波数
変調を行なうために使用され、通、ｉ：；、の周波数変
調の結果得られた信号および狭帯域周波数変調の結果得
られた信号が結合される方法によって達成され、この方
法の別の有効な特徴は請求項２乃至４において規定され
ている。

この目的はまた変調信号を供給される入力を持つローパ
スフィルタが前記変調信号から低周波成分を分離するた
めに設けられ、第１の入力を介してキャリア周波数信号
を供給され、ローパスフィルタの出力に接続された第２
の入力を有する第１の加算器が設けられ、積分装置が３
個の積分器から構成され、第１の積分器および第２の積
分器が入力端部において第１の加算器の出力に結合され
、出力端部において正弦テーブルおよび余弦テーブルの
入力にそれぞれ結合され、変調信号を供給さ、ｔＬ　ル
加算入力と、ローパスフィルタの出力に接続された減算
入力とを持つ高周波変調信号成分を得るための減算器が
設けられ、第３の積分器の入力がこの減算器の出力に結
合され、第１の入力を介して余弦テーブルの出力に、ま
た第２の入力を介して積分器の出力に結合されている乗
算器が設けられ、第１の入力を介して正弦テーブルの出
力に、また第２の入力を介して乗算器の出力に結合され
、周波数変調器の出力を形成する出力を持つ付加的な加
算器が設けられている装置によって達成され、この装置
の別の特徴は請求項６乃至８に規定されている。

本発明は、異なる方法によって低周波成分および高周波
数成分に変調信号を分離し、２つの信号成分をそれぞれ
変調する基本的考えに基づいている。エイリアス信号を
生成しない低周波変調信号成分は通常の周波数変調を行
われる。高周波変調信号成分は狭帯域周波数変調を行わ
れる。低および高周波成分への分離はローパスフィルタ
により行われる。結果的に２つの変調から得られた変調
信号は再結合される。結合された信号はＦ　Ｍ変調器の
出力信号を形成する。

本発明によるデジタル周波数変調器の好ましい実施例は
、この積分器に作用する変調信号成分と共に変化する周
波数を持つ一定振幅ののこぎり歯形の波のサンプリング
値をそれぞれ提供する３個の積分器を含む。これらの中
の２個の積分器は、ローパスフィルタの出力から得られ
るキャリアおよび低周波変調成分を表す信号が第１の入
力および第２の入力を通じてそれぞれ供給される加算器
からの出力信号を供給される。２つの積分器のサンプリ
ング値は、正弦テーブルおよび余弦テーブルによってそ
れぞれ正弦波および余弦波のサンプリング値に変換され
る。完全な変調信号から低周波変調信号成分を減算する
ことによって得られる高周波変調信号成分は付加的な積
分器において処理される。この積分器の出力および余弦
テーブルの出力は乗算される。その結果得られた積は、
第２の加算段において正弦テーブルから出力信号に加算
される。後者の出力はＦ　Ｍ変調器の出力を形成する。

回路は、正弦および余弦テーブルに先行してそれぞれ接
続された２つの積分器を正弦および余弦の両テーブルに
供給される出力を持つ共通積分器と置換することによっ
て簡単にされることができる。

回踏は、ローパスフィルタの前方に装置される単一の積
分器だけを使用することによってさらに簡単にされるこ
とができる。正弦および余弦テーブルはローパスフィル
タの出力側に位置した状態である。乗算器の１つの入力
は、高周波信号成分を出力する減算器の出力に接続され
ている。

以下、添付図面に示された実施例により本発明およびそ
の他の観点の目的並びにその他の特徴をさらに詳細に説
明する。

［実施例］ 第１図は、変調信号の全周波数成分が通常の方法で変調
のために使用される通常のＦ　Ｍ変調器のブロック図で
ある。

第１図において、低周波変調（言号の処理は通常のＦＭ
変調器により説明される。昂１の加算器Ａ１の第１の入
力は変調信号を表す量Δｆ−ａ　（ｎ）を供給され、第
２の入力はキャリア周波数を表す一定の数値である量ｆ
ｃを供給される。加算器Ａｌの出力は第１の係数素子Ｋ
　ｌにおける係数１／ｆｓにより乗算され、積分器Ｉに
供給される出力を有する。ｆｓはサンプリング周波数で
あり、Δｆは周波数偏差であり、ａ（ｏ）は低周波変調
信号成分である。積分器は第２の加算器Ａ２および遅延
素子Ｖを含む。遅延素子Ｖは、出力と加算器Ａ２の２つ
の入力の１つとの間に接続されている。

積分器Ｊの出力は第２の係数素子に２における２πで乗
算され、正弦テーブルＳＩＮの入力に供給される出力を
有する。正弦テーブルの出力はＦ　Ｍ変調器の出力を表
す。実際に係数２πは正弦テーブルＳＩＮに含まれ、し
たがってこの乗算を不要にする。スケール係数１　／　
ｆ　ｓなしで、積分器Ｉにおける累算は各サンプリング
周波数ｆｓに依存する。固定されたサンプリング周波数
ｆｓが使用された場合、係数素子に１は遅延索子Ｖの蓄
積空間を予め決定することによって置換されることがで
きる。

低周波成分だけでなく、高周波成分も含む変Ｊ２ｊ信号
が第１図に示された周波数変調器に供給された場合、サ
イドバンドが変調された出力信号において生成され、そ
れは高周波変調信号成分の変調処理により発生し、それ
らはエイリアス１≦”号として現れる有効な帯域に生し
る。

この問題は本発明によって克服される。

本発明の第１の実施σ１１は第２図に示されている。

この図面において、第１図と同じ機能を有する部分は同
じ参照符号により示されている。

第２図のデジタルＦ　Ｍ変調器は、変調信号ｆ（ｎ）を
供給される入力を持つローパスフィルタＴＰを含む。変
調信号ｆ　（ｎ）はまたローパスフィルタの出力に接続
された減算入力を持つ減算器Ｓの加算入力に供給される
。ローパスフィルタＴＰの出力はまた、ｆｃ／Δｆによ
り正規化された形態で第２図に示されたキャリア周波数
信号を供給された第２の入力を持つ第１の加算器Ａｌの
第１の入力に結合されている。加算器ＡＩの出力は、係
数素子に３において係数へｆ　／　ｆ　ｓにより乗算さ
れ、その出力は一方では′ＴＸ１の積分器１１の入力に
供給され、他方では第２の積分器１２の入力に供給され
る。各積分器の出力は係数素子に２において２πにより
乗算される。第１の積分器Ｉｔから入来する信号は次に
正弦テーブルＳＩＮ＋、：供給され、一方は第２の積分
器Ｉ２から入来する信号は次に余弦テーブルＣＯＳに送
られる。

成算器Ｓの出力は係数素子に４において２πΔｆ／ｆに
より乗算され、その出力は第３の積分器■３の入力に供
給される。余弦テーブルｃｏｓの出力および第３の積分
器Ｉ３の出力は乗算器Ｍの２つの入力の１つにそれぞれ
供給される。後者の出力および正弦テーブルＳＩＮの出
力は、Ｆ　Ｍ変調器の出力を表す出力を持つ第３の加算
器Ａ３の２つの入力の１つにそれぞれ供給される。

各積分器は、第１図により説明された方法でｔ０互１妾
続された加算器Ａ２１．　Ａ２２．　Ａ２３および遅延
素子ｖｔ　、Ｖ２　、ｖａを含む。

以下、第２図に示された実施例の動作を数学的に説明す
る。使用された記号は次の意味を有する。

ｆｃ：ＦＭ出力信号 ｆｃ、ωＣ：キャリア周波数、角周ｉ皮数ｆｓ：サンプ
リング周波数 Ｃ（ｔ）：変調周波数 Δｆ：周波数偏差 α−２πΔＦ ａ　（ｔ）　　：低周波変調信号成分 ｂ（ｔ）：高周波変調信号成分 ｅ（ｔ）：ＦＭ出力信号の位相角 最初に、アナログの時間連続信号のＦ　Ｍ変調が考慮さ
れる。ＦＭ出力信号： ｒｅ（ｔ）＝　　ｓｉｎ　　［ｅ　　（ｔ）　　コ　　
　　　　　　　　　　（１）であって、これは位相角： ｅ（ｔ）　＝ωｅｔ＋ａ　ｆ　ｆ（ｔ）ｄ　ｔ　　　　
（２）を有する。

変調信号は低周波成分および高周波成分を有すると仮定
すると、次の式が得られる。

ｆ（ｔ）　−ａ（ｔ）＋　ｂ（ｔ）　　　　　　　　（
３）ｅ（ｔ）　　−ωｃｔ＋ａ　、１’　ａ（ｔ）ｄ　
ｔ　＋　ａ　Ｊ’ｂ（ｔ）ｄ　ｔ（４） 式（４）の２つの積分を簡１１にすると、「ｃＤ）　−
ｓｔｎωｃ　ｔ＋αｘ　（ｔ）十αｙ　（Ｌ）（５） 式（１）に式（５）を置換すると、 ｆｃ（ｔ）−ｓｉｎ　［ωｃｔ＋　ａ　ｘ　（ｔ）＋　
ａ　ｙ　（ｔ＞］−ｓｉｎ［ωｃｔ＋αｘ（ｔ）］　　
　　ｃｏｓ［α　ｙ（ｔ）］十　　ｅｏｓ［ω　ｃｔ＋
　α　ｘ　　（ｔ）　　］　　　　　　ｓｉｎ　　［α
　ｙ（ｔ）］（６） もし、 α！／（Ｌ）＋＜＜π／２　　　　　　　（７）ならば
、 ｃｏｓ　　［ａ　　ｙ　　（Ｌ）　　コ　−　１　　　
　　　　　　　　　　　（８）および、 ｓｉｎ　Ｅａ　ｙ　（ｔ）　］　−ａ　ｙ　（ｔ）　　
　　　（９）したがって、 ｆ’ｅ（ｔ）＝　　ｓｉｎ　　［ωｅｔ＋　ａ　ｘ　（
ｔ）］　　＋αｙ　（ｔ）　　　ｃｏｓ　［ωｅｔ＋ａ
　ｘ　（ｔ＞　　］（１０） 式（１０）を次のように、示すこ、とができる。

ｆｃ（１）＝　　ｓｉｎ　［θ１（１）　］　＋ａ　ｙ
　Ｄ）　　　ｃｏｓ　［θ、　（ｔ）　］　　　　（１
１）ここで、 θ、（ｔ）翼ωｃｔ＋αｘ　（ｔ） −ωｅｔ＋　ａ　ｆ　ａ　（ｔ）　ｄｔ＝Ｊ　　（ωｅ
　　＋αａ　（ｔ）　　］　　ｄｔ＝ｊ　　［ωｃ　＋
２　πΔｌ’　　−ａ（ｔ）］　　ｄｔ　　　　（１２
）ｓｉｎ　（θ、（１）　］は、低周波変調信号成分ａ
（ｔ）用の公称的な“広帯域Ｆ　Ｆｖｌ“に対応する。

対照的に、高周波変調信号成分ｂ（ｔ）は“狭帯域ＦＭ
“に対応する。

時間ディスクリート信号に対して、以下の関係が成立す
る。

１ωｌ＜＜ωＳに対して、 １／ｓ　ｚ　ｌ／ｆｓ−１／（１−ｚ　−’）　　　　
　（１３）この場合、α相角は、 θｒ　（Ｚ）−１／ｆｓ・１／　（１−ｚ−’）・２（
ωＣ十α・ａ　（ｎ）　） 一２π／「ｓ・１／（１−ｚ−’） −ｚ（ｆｃ＋Δｆ　−ａ（ｎ）　）　　　　（１４）式
（１４）は、第１図の説明と関連して仮定された低周波
変調信号成分のみが存在する場合の時間ディスクリート
ＦＭ出力信号の位相を示す。

以下において、関係式（７）はディスクリート信号が処
理された場合に満足されることができることを示す。

第５図は、変調信号「（ｎ）の低周波成分ａ　（ｎ　）
および高周波成分ｂ　（ｎ　）への分離の一例を示す。

第２図と関連させて既に説明したように、ローパスフィ
ルタＴＰおよび減算器Ｓが使用される。

第５図における入力および出力信号は、次のようにＺ変
換を対応させることによって表されることができる。

Ａ　（ｚ）　−Ｈ（ｚ）　　・Ｆ　（ｚ）　　　　　　
　　、（１５）Ｂ（ｚ）　−（１−Ｈ（ｚ）　ｌ　　Ｆ
（ｚ）　　　　　（ＩＧ）ここで、Ｈ（ｚ）は２平面に
おけるローパスフィルタＴＰの変換関数であり、Ｆ　（
ｚ）は２平面における粂調信号であり、Ａ　（ｚ）およ
びＢ　（ｚ）はそれぞれ２甲而における低周波および高
周波変調信号成分である。

＋１！７間デ、ｆスクリード信号および２変換の使用に
対して、式（４）の第２項および第３項の関係はそれぞ
れ次のようになる。

ｘ　（Ｚ）　＝１／ｒｓ・ｌ／（１−ｚ　−’）　　−
Ｈ（ｚ）　　−Ｆ　（７，）（１７） および、 ｙ　（７，）　−１／ｌ’ｓ−１／（１−ｚ　−’）　
・（１−Ｈ（７，））Ｆ　（Ｚ）（１８） 例えば、次のように定めると、 Ｈ（ｚ）　＝１／２　・（１＋　ｚ　−’）　　　　　
　（１９）ｘ　（ｚ）　　−１／２ｆ’ｓ　　＠　（ｔ
＋ｚ−’）／（１−ｚ　−’）　　・Ｆ　（ｚ）（２０
） ｙ　（ｚ）　−１／２ｆｓ　＊　Ｆ　（ｚ）　　　　　
　　（２１）２平面から時間ディスクリート表示に式（
２１）を変換すると、 α・ｙ　（ｎ）　＝　（α／２ｆｓ）　　・ｆ　（ｎ）
−（２πΔｆ　／２ｒｓ）　　・ｆ　（ｎ）−（π・Δ
ｆ　／Ｉ’ｓ　）　　・ｆ　（ｎ）　　　（２２）ｆ（
ｎ）ｌ≦１　　　　　　　　　　　　（２３）式（２３
）に対して、 αｙ（ｎ）ｌ≦π・Δｆ／ｆｓ　　　　　（２４）が得
られる。

この関係にビデオレコーダ用の標準方式からの数値を代
入すると、 ［’ｓ−２０，２５Ｍ　Ｈｚ １’ｃ−４，３１ｖｌ　Ｈｚ Δ　ｆ−０，５ＭＨｚ 関係式（２４）にこれらの数値を代入すると、ｌαｙ（
ｎ）ｌ≦ｙｒ　・（０，５／２０．２５　）−０，０８
≦π／２　　　　　　　　　　（２５）この数値例は、
信号が時間ディスクリート形態で処理されるならば、関
係式（７）がＨ（ｚ）を適切に選択することによって満
足されることができることを示す。重要なのはａｏｌ）
が感知できるような高周波成分を全く含まないことであ
る。

第２図の構造において、変調信号はローパスフィルタＴ
Ｐにより低周波成分ａ（ｎ）および高周波成分ｂ　（ｎ
）に分離される。低周波変調信号成分ａ（ｎ）は通常の
方法で第１の積分器１１において正弦テーブルＳＩＮに
より周波数変調される。これは式（１１）の第１の項に
対応する。式（１１）の第２の項による処理は第２の積
分器Ｉ２および第３の積分器１３をそれぞれ含む２つの
信号路において行われる。加算器Ａ３の出力は式（１１
）にしたがって信号を供給する。第１および第２の積分
器１１．１２の出力信号は、オーバーフローにより第１
および第２の遅延素子Ｖｌ、Ｖ２が再度中さい数値で始
動するまで２つの積分器が入力信号を累算するので、は
ぼのこぎり歯形状である。第３の積分！ＢＩ３はその出
力信号が連続するための本質的な積分器として動作し、
それ故オーバーフローをＨさない。

第３図は、本発明による回路の簡単化された実施例を示
す。第２図の実施例は、正弦テーブルを含む信号路およ
び余弦テーブルを含む信号路に関してそれぞれ同じ構造
の２つの積分器を使用する。

実際には、第３図に示された正弦および余弦の両テーブ
ルに供給されるのこぎり歯形状の出力信号を持つ共通の
積分器１ｇで十分である。」（通の積分器１ｇは第２の
加算器Ａ２ｇおよび共通の遅延素子Ｖｇを含む。それ以
外には、第３図の実施例は第２図のものに対応する。

モジュＯＨ算を使用する修正された回路構造を表してい
る第４図の実施例により回路はさらに簡単にされる。こ
の実施例には、第２の加算器Ａ２ｅおよび遅延素子Ｖｅ
を含む単一の積分器１ｃだけが存在する。

この積分器１ｅはローパスフィルタＴＰの前方に接続さ
れる。したがって、積分器によるのこぎり細波形の形成
は変調信号の全周波数成分の影響下において実行される
。結果的に得られた信号の個々の周波数成分は、ローパ
スフィルタＴＰによって低周波および高周波成分に分離
される。低周波成分は正弦および余弦テーブルに１１（
給される。

この後、別の実施例のように乗算器Ｍにおいて乗算およ
び加算器Ａ３において加算が行われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は通常のタイプのデジタルＦ　Ｍ変調器を示す。 第２図は、本発明によるデジタルＦ　Ｍ変調器の第１の
実施例を示す。 第３図は本発明によるＦ　Ｍ変調器の第２の実施例を示
す。 第４図は本発明によるＦＭ変調器の第３の実施例を示す
。 第５図は低周波および高周波成分に変調信号を分離する
一例を示す。 ＴＰ・・・ローパスフィルタ、Ｉ Ｉ３・・・ＩＡ分器。 Ｉｆ、　　１２゜

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. （１）時間ディスクリートサンプリング値としてそれぞ
   れ存在する変調信号によりキャリア周波数信号を周波数
   変調する方法において、 変調信号が低周波成分および高周波成分に分離され、低
   周波変調信号成分が通常の周波数変調を行なうために使
   用され、高周波変調信号成分が狭帯域周波数変調を行な
   うために使用され、通常の周波数変調の結果得られた信
   号および狭帯域周波数変調の結果得られた信号が結合さ
   れることを特徴とする周波数変調方法。
2. （２）変調信号はローパスフィルタによって分離される
   ことを特徴とする請求項１記載の方法。
3. （３）キャリア周波数信号および変調信号は値および時
   間ディスクリート値の形態で周波数変調に使用されるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の方法。
4. （４）キャリア周波数信号および変調信号は２進コード
   形態で周波数変調に使用されることを特徴とする請求項
   ３記載の方法。
5. （５）最大値に達したときに最小値に変化する出力信号
   を持ち、キャリア周波数信号によって決定される積分装
   置の出力信号の積分傾斜の角度が変調信号の値により変
   化する積分装置を具備している、２進コード化された変
   調信号により２進コード化されたキャリア周波数信号を
   周波数変調するデジタル周波数変調器において、 変調信号を供給される入力を持つローパスフィルタが前
   記変調信号から低周波成分を分離するために設けられ、 第１の入力を介してキャリア周波数信号を供給され、ロ
   ーパスフィルタの出力に接続された第２の入力を有する
   第１の加算器が設けられ、 積分装置が３個の積分器から構成され、 第１の積分器および第２の積分器が入力端部において第
   １の加算器の出力に結合され、出力端部において正弦テ
   ーブルおよび余弦テーブルの入力にそれぞれ結合され、
   変調信号を供給される加算入力と、ローパスフィルタの
   出力に接続された減算入力とを持つ高周波変調信号成分
   を得るための減算器が設けられ、 第３の積分器の入力がこの減算器の出力に結合され、 第１の入力を介して余弦テーブルの出力に、また第２の
   入力を介して積分器の出力に結合されている乗算器が設
   けられ、 第１の入力を介して正弦テーブルの出力に、また第２の
   入力を介して乗算器の出力に結合され、周波数変調器の
   出力を形成する出力を持つ付加的な加算器が設けられて
   いることを特徴とする周波数変調器。
6. （６）第１および第２の積分器の代りに、正弦および余
   弦の両テーブルの入力に結合された出力を持つ共通積分
   器が設けられることを特徴とする請求項５記載の周波数
   変調器。
7. （７）共通積分器および第３の積分器の代りに、第１の
   加算器の出力に結合された入力と、ローパスフィルタの
   入力に結合された出力とを持つ単一の積分器が設けられ
   、 第１の加算器の１つの入力が低周波変調信号成分の代り
   に変調信号を供給され、 ローパスフィルタの出力が正弦および余弦の両テーブル
   の入力に結合され、 乗算器の第２の入力が減算器の出力に結合され、その加
   算入力が単一の積分器の出力に結合されていることを特
   徴とする請求項６記載の周波数変調器。
8. （８）積分器は、積分されるべき信号を供給される第１
   の入力と、第２の入力と、出力とを有する加算器および
   出力と前記加算器の第２の入力との間に接続された遅延
   素子を具備していることを特徴とする請求項５乃至７の
   いずれか１項記載の周波数変調器。