JP2007110268A

JP2007110268A - Ｆｍ変調装置及びその方法並びにそれを用いた通信装置

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Publication number: JP2007110268A
Application number: JP2005297061A
Authority: JP
Inventors: Shinji Watanabe; 慎二渡辺
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 2005-10-12
Filing date: 2005-10-12
Publication date: 2007-04-26
Anticipated expiration: 2025-10-12
Also published as: JP4792907B2

Abstract

【課題】ビデオ信号のＦＭ変調装置において、高速処理をなくして低速処理を可能として、各種の調整をできるだけ容易とする。
【解決手段】オーディオ信号＃１、＃２及びＯ／Ｗ（オーダワイヤ）をそれぞれＡＤＣ７によりデジタル化し、ＮＣＯ１７〜１９によりＦＭ変調を行ってサブキャリアに周波数変換する。一方、ビデオ信号をＡＤＣ１によりデジタル化して加算器５で、ビデオ信号とサブキャリアとされたオーディオ信号とを合成する。この合成出力を、ＦＭ変調部６で、デジタルＦＭ変調すると共に直交変調方式でＩＦ周波数へアップコンバートして、ＤＡＣ２３でアナログ化してＩＦ出力として導出する。ベースバンド帯域でデジタル化してデジタルＦＭ変調するので、各部の処理速度を低速化でき、また各部の調整が容易となる。
【選択図】図１

Description

本発明はＦＭ変調装置及びその方法並びにそれを用いた通信装置に関し、特にビデオ信号及びオーディオ信号のＦＭ変調波を送信する送信機能を有し、ＦＰＵ（Field Pick Up ）装置に用いて好適なＦＭ変調方式に関するものである。

ビデオ信号を中継するためのＦＰＵ装置の送信部では、ＮＴＳＣ方式のコンポジット信号（映像信号と同期信号との合成信号であり、以下、簡単化のためにビデオ信号と称す）とオーディオ信号とをＦＭ変調して、ＩＦ周波数へアップコンバートして出力するようになっている。

図８はこのようなＦＰＵ装置におけるＦＭ変調部を有する送信部の機能ブロック図である。図８を参照すると、ビデオ信号は、プリエンファシス部１０１によりプリエンファシス処理された後、ＬＰＦ１０２を介してデビエーション部１０３に入力され、後段のＦＭ変調のための変調度調整であるデビエーション調整が、調整信号ｊにより行われて、合成部１０４への一入力となる。

一方、オーディオ＃１，＃２及びＯ／Ｗ（Order Wire）の３種のオーディオ信号は、それぞれプリエンファシス部１０５〜１０７を介してデビエーション調整部１０８〜１１０へ入力され、調整信号ｋ〜ｍにより変調度調整のためのデビエーション調整が行われる。しかる後に、ＦＭ変調部１１１〜１１３へそれぞれ入力されて、局部発振器（ＬＯＣ）１１４〜１１６の出力をサブキャリア（副搬送波）とするＦＭ変調が行われる。

この場合のサブキャリアの各々は、図９にベースバンド（ＢＢ）信号の周波数スペクトラムを示す如く、ビデオ信号の上側において、例えば、オーディオ＃１が６ＭＨｚ、オーディオ＃２が６．５ＭＨｚ、Ｏ／Ｗが７．５ＭＨｚとなっている。なお、これら各サブキャリアの値は、ＦＰＵ装置のユーザの仕様により異なる。

これらＦＭ変調出力は合成比調整部１１７〜１１９へそれぞれ入力されて、調整信号ｎ〜ｐによりレベル調整された後、合成部１２０にて合成される。この合成出力は、更にビデオ信号との合成比を調整すべく、合成比調整部１２１において、調整信号ｑによりレベル調整された後、先の合成部１０４の他入力となって、ビデオ信号と合成される。この合成部１０４の出力におけるスペクトラムが図９に示したものである。

合成部１０４の出力は、ＦＭ変調部１２２へ入力されてＶＣＯ１２３によるＩＦ周波数（１３０ＭＨｚ）をキャリアとするＦＭ変調が行われる。このＦＭ変調後の出力は、アンプ１２４、ＢＰＦ１２５、アンプ１２６を介して、ＩＦ出力として導出される。このＩＦ出力のスペクトラムが図１０に示されている。図１０に示す如く、ＩＦ信号は、１３０ＭＨｚを中心として、帯域１８ＭＨｚを有するものとなっている。

この様に、図８に示したＦＰＵ装置のＦＭ変調方式では、全てがアナログ処理であるために、回路の調整が必要となる。例えば、ビデオ信号のデビエーション調整部１０３や、オーディオ信号のデビエーション調整部１０８〜１１０や、合成比調整部１１７〜１１９，１２１などの他に、オーディオ用ＦＭ変調部１１１〜１１３の各局部発振器１１４〜１１６の調整や、ＩＦ周波数へのアップコンバートをなすと共にＦＭ変調をなすＦＭ変調部１２２及びＶＣＯ１２３の調整などが必要となる。

特に、オーディオ用ＦＭ変調部１１１〜１１３のサブキャリアを発生するＬＯＣ１１４〜１１６は、前述した如く、ユーザ毎にサブキャリア周波数が異なるために、ユーザの仕様に合わせて、水晶発振器を取り換えて調整することが必要であり、また、ＩＦ周波数へのアップコンバートのためのＦＭ変調部１２２では、扱う信号の周波数が高くかつその帯域が、図１０に示す如く広いために（１８ＭＨｚ）、調整が極めて難しく、更には、オーディオのサブキャリアが異なることもあって、更に調整を困難としている。

なお、特許文献１を参照すると、デジタルベースバンド信号の直交成分であるＩ，Ｑ信号を、直交変調回路を用いて直交変調してアップコンバートする技術が開示されている。
特開２００５−１５１４７７号公報

上述した如く、図８に示したアナログ方式のＦＭ変調装置においては、アナログ処理であるが故に、デビエーション調整部や合成比調整部や、ＩＦ信号へのアップコンバートのためのＦＭ変調部やＶＣＯの調整が複雑であり、また、ユーザによって相違するオーディオ信号用ＦＭ変調部のサブキャリア周波数の変更や調整も煩雑であり、ユーザ毎に水晶発振器を準備する必要もあってコスト的にも得策ではないという問題がある。なお、上記の特許文献１においては、デジタルＩ，Ｑ成分を直交変調する技術であって、ＦＭ変調の技術ではない。

本発明の目的は、アナログ処理であるが故に生ずる上述した各種調整の煩雑さをなくすことが可能なＦＭ変調装置及びその方法並びにそれを用いた通信装置を提供することである。

本発明の他の目的は、高速処理をなくして低速処理を可能として、各種の調整を容易とし得るＦＭ変調装置及びその方法並びにそれを用いた通信装置を提供することである。

本発明によるＦＭ変調装置は、ビデオ信号を含むベースバンド帯域の信号に応じて、所定の周波数の搬送波をＦＭ変調して出力するようにしたＦＭ変調装置であって、前記ベースバンド帯域の信号をデジタル化する手段と、このデジタル出力をベースバンド帯域でデジタルＦＭ変調する第一のＦＭ変調手段と、このデジタルＦＭ変調出力を直交変調方式により前記搬送波の周波数に変換してアナログ化して導出する手段とを含むことを特徴とする。

本発明による他のＦＭ変調装置は、ビデオ信号を含むベースバンド帯域の信号に応じて、所定の周波数の搬送波をＦＭ変調して出力するようにしたＦＭ変調装置であって、前記ベースバンド帯域の信号をデジタル化する手段と、このデジタル出力をベースバンド帯域でデジタルＦＭ変調する第一のＦＭ変調手段と、このデジタルＦＭ変調出力をアナログ化する手段と、このアナログＦＭ変調出力を直交変調方式により前記搬送波の周波数に変換して導出する手段とを含むことを特徴とする。

本発明によるＦＭ変調方法は、ビデオ信号を含むベースバンド帯域の信号に応じて、所定の周波数の搬送波をＦＭ変調して出力するようにしたＦＭ変調方法であって、前記ベースバンド帯域の信号をデジタル化するステップと、このデジタル出力をベースバンド帯域でデジタルＦＭ変調する第一のＦＭ変調ステップと、このデジタルＦＭ変調出力を直交変調方式により前記搬送波の周波数に変換してアナログ化して導出するステップとを含むことを特徴とする。

本発明による他のＦＭ変調方法は、ビデオ信号を含むベースバンド帯域の信号に応じて、所定の周波数の搬送波をＦＭ変調して出力するようにしたＦＭ変調方法であって、前記ベースバンド帯域の信号をデジタル化するステップと、このデジタル出力をベースバンド帯域でデジタルＦＭ変調する第一のＦＭ変調ステップと、このデジタルＦＭ変調出力をアナログ化するステップと、このアナログＦＭ変調出力を直交変調方式により前記搬送波の周波数に変換して導出するステップとを含むことを特徴とする。

本発明による通信装置は、上記のＦＭ変調装置を用いたことを特徴とし、特にＦＰＵ装置に適用したことを特徴とする。

本発明によれば、ビデオ信号及びオーディオ信号をデジタル信号に変換した後に、ＦＭ変調を行い、その後に直交変調方式によりＩＦ信号にアップコンバートする様にしたので、アナログＦＭ変調方式をそのままデジタルＦＭ変調処理した場合に比較して、ＦＭ変調の処理速度を低下させることができるという効果がある。また、デジタル信号処理であるために、ユーザ毎にサブキャリア周波数が相違しても、制御信号のみを変更することにより容易に対処することができ、よって各部の調整が簡単化されるという効果もある。

以下に本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の実施の形態を示すブロック図である。図１において、ビデオ信号はアナログデジタル変換をなすＡＤＣ１へ入力されデジタル化されてプリエンファシス部２へ入力される。プリエンファシス処理されたデジタル信号は、後段のＦＭ変調のための変調度調整であるデビエーション調整が、調整信号ｉにより行われる。しかる後に、合成部５の一入力となる。

一方、オーディオ＃１、＃２及びＯ／Ｗの３種のオーディオ信号は、ＡＤＣ７へ入力されてそれぞれデジタル化され、プリエンファシス部８〜１０へ入力されてプリエンファシス処理された後、補間部１１〜１３へ供給される。これら補間部１１〜１３においては、これらオーディオ信号のサンプリング周波数がビデオ信号のそれとは異なっており、両者を合わせるために（ビデオ信号のサンプリング周波数に合わせるために）、オーバサンプリング処理が行われるようになっている。

オーバサンプリング後のデジタルオーディオ信号は、デビエーション調整部１４〜１６において、デジタル設定信号ａ〜ｃによりそれぞれデビエーション調整されてＦＭ変調のための周知のＮＣＯ（Numerical Controlled Oscillator ：数値制御発振器）１７〜１９へ入力される。これらＮＣＯ１７〜１９では、外部からのデジタル設定信号ｄ〜ｆに基づいたサブキャリアのＦＭ変調が行われる。ＮＣＯ１７，１８の出力は直接合成部２１へ入力され、また、ＮＣＯ１９の出力は、合成比調整部２０において、デジタル設定信号ｇによりレベル調整されて合成部２１へ入力される。

合成部２１による合成出力は、合成比調整部２２において設定信号ｈに基づいてレベル調整されて先の合成部５の他入力となり、ビデオ信号と合成される。合成出力はＦＭ変調部６によりＦＭ変調されると共にＩＦ周波数にアップコンバートされ、ＤＡＣ２３においてアナログ化される。このアナログＩＦ信号はＢＰＦ２４及びアンプ２５を介してＩＦ出力（１３０ＭＨｚ）として導出される。

図２は図１に示したＦＭ変調部６の一例を示す図である。図２における合成ビデオ＆オーディオ入力は、図９に示した周波数スペクトラムを有するものであり、ベースバンド（ＢＢ）帯域となっている。この場合３種のオーディオ信号は、図１のＮＣＯ１７〜１９により、サブキャリア周波数６ＭＨｚ，６．５ＭＨｚ，７．５ＭＨｚ（ユーザにより異なる）のＦＭ変調波となっている。

図２の例では、図９に示したようなスペクトラムのＢＢ信号を、図１０に示すようなスペクトラムを有するＩＦ周波数（キャリア波）のＦＭ波に直接ＦＭ変調すると共にアップコンバートするものであるから、デジタル入力信号のオーバサンプリングが必要となる。すなわち、図１０から判るように、ＩＦ信号は、１３０ＭＨｚを中心に帯域１８／２＝９ＭＨｚの帯域を有しているので、１３０＋９＝１３９の約１４０ＭＨｚの２倍（２８０ＭＨｚ）以上の動作帯域が必要となり、よってオーバサンプリング部６０を設けて、８倍補間を行って約３９０ＭＨｚの補間処理を行い、次段のＮＣＯ６１へ入力して、直接ＦＭ変調を行うようになっている。

このＮＣＯ６１では、数値制御信号として外部より１３０ＭＨｚに相当するデジタル信号を設定しておけば良いことになる。このように、ビデオ信号及びオーディオ信号をデジタル化してデビエーション調整、合成比調整、ＮＣＯによるＦＭ変調及びアップコンバート処理を行うものであるから、各調整のための設定信号は全てデジタル信号で良く、アナログ素子のバラツキなどに起因する煩雑で複雑な調整がなくなるのである。

この図２の例では、オーバサンプリング部６０によりオーバサンプリングを行って直接ＦＭ変調をなすようになっているので、ＮＣＯ６１におけるＦＭ変調処理も、次段のＤＡＣ２３（図１参照）の処理も、高速性が要求され、実用的ではない。そこで、図１の変調部６を図３に示すような構成として、ＦＭ変調の処理速度を低下させるようにしている。

図３を参照すると、デジタル化されたビデオ及びオーディオ信号（ＢＢ）は、ＮＣＯ６２へ入力されてｓｉｎ（正弦）成分とｃｏｓ（余弦）成分とが生成される。これらｓｉｎ及びｃｏｓ成分は、オーバサンプリング部６３及び６４へそれぞれ入力されて、オーバサンプリング（補間）処理され、直交変調部６５へ入力される。直交変調部６５において、１３０ＭＨｚのＩＦ周波数へアップコンバートされてデジタルＩＦ出力として、図１のＤＡＣ２３へ供給される。

図３におけるＮＣＯ６２の入力であるデジタルビデオ及びオーディオ信号は、図９に示したベースバンドであって図示の様なスペクトラムを有している。この入力信号をＦＭ変調して次段のアップコンバート用の直交変調部６５へ入力する必要があるために、ＮＣＯ６２を用いてＦＭ変調すると同時に、直交成分であるｓｉｎ及びｃｏｓの両成分を生成する様にしている。

また、ビデオ信号のベースバンドにおけるＦＭ変調は、図４に示す様に、コンポジット信号の中央をゼロボルト（０Ｖ）としたとき、この０Ｖを図９の周波数０に相当し、０Ｖ〜０．５Ｖの正の成分を図９の正の周波数成分とし、０Ｖ〜−０．５Ｖの負の成分を図９の負の周波数成分（図示せず）としたものと考えることができ、よって、ＮＣＯ６２において、正の周波数成分（ｓｉｎ成分に相当）を生成する以外に、負の周波数成分（−ｓｉｎ成分に相当）をも生成する様にしている。

かかる機能を有するＮＣＯ６２の例として、図５に示すような回路構成が挙げられる。図５において、例えば、３２ビットの入力は、加算器７０において、１サンプル遅延素子７１による１サンプル前の信号と加算され、ｓｉｎ／ｃｏｓ変換テーブル７２へ入力される。この変換テーブル７２から、１６ビットのｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とが導出される様になっている。

かかる構成において、いま仮に、入力としてある一定のレベルを有するデジタル信号が入力され続けるとすると、加算器７０の出力には、図６（Ａ）に示す様な入力レベルに応じた一定の正の傾きを有する信号が得られる。そして、所定の最大値になると、零にリセットされるとすると、入力レベルに応じた周期（周波数）を有する鋸歯状波が得られので、これをｓｉｎ／ｃｏｓ変換テーブル７２により、ｓｉｎ／ｃｏｓの各成分に変換することにより、ＦＭ変調されたｓｉｎ及びｃｏｓの成分が得られることになる。

上述した負の周波数成分である−ｓｉｎ成分は、図４で説明したマイナスの信号に対応するものであり、この場合には、図６（Ａ）の場合とは反対に、図６（Ｂ）に示す様に、所定の最大値から入力レベルに応じた、一定の負の傾きを有する信号が得られる。そして、零に達すると、再度最大値にセットされるとすると、この場合にも、入力レベルに応じた周期（周波数）を有する鋸歯状波が得られるので、これをｓｉｎ／ｃｏｓ変換テーブル７２により−ｓｉｎ成分に変換する様にするのである。

再び、図３に戻ると、ＮＣＯ６２で得られたＦＭ変調されたｓｉｎ及びｃｏｓ成分は、オーバサンプリング部６３，６４によりそれぞれ補間処理されて、直交変調部６５へ供給される。この直交変調部６５では、ｓｉｎ成分とｃｏｓ成分とが、乗算器６７，６８において、ＩＦ周波数である１３０ＭＨｚ設定されたＮＣＯ６６からの直交搬送波により乗算されてＩＦ周波数帯域にアップコンバートされる。こうしてＩＦ周波数帯域にアップコンバートされた両成分は、加算器６９により加算されて、図１のＤＡＣ２３，ＢＰＦ２４，アンプ２５を介して、図１０に示したスペクトラムのＩＦ信号として導出されることになる。

図３の回路構成とすることにより、ＮＣＯ６２はベースバンド帯域での処理であり、その周波数帯域は約９ＭＨｚであり、よって高々その２倍（正及び負の周波数のため）の１８ＭＨｚの処理速度があれば良いことになり、処理速度が低くて良いことになる。また、デジタル信号処理であるために、図２で説明したと同様に、調整の繁雑さもなくなる。

図７は図１のＦＭ変調部６の更に他の例を示す図である。図７において、ＦＭ変調機能及び直交成分生成機能を有するＮＣＯ７３の出力は、ＤＡＣ７４，７５によりそれぞれアナログ信号に変換されて直交変調部７６へ供給される。この直交変調部７６では、１３０ＭＨｚの局部発振器（ＬＯＣ）７７及び９０度移相器７８によるＩＦキャリアと、乗算器７９，８０によりそれぞれ乗算されて、ＩＦ周波数にアップコンバートされる。これらアップコンバートされた直交成分は加算器８１により合成されてＩＦアナログ出力として導出される。この場合には、図１のＤＡＣ２３は不要であることは明白である。

図７のＮＣＯ７３は図３のＮＣＯ６２と同一の機能を有していることは勿論であり、局部発振器７７は１３０ＭＨｚの水晶発振器が用いられる。この図７の構成では、図７の回路全体の処理速度を低下させることができるが、直交変調部７６はアナログ処理のために、調整が必要となるが、図８の従来例よりも良いものとなる。

なお、上記実施の形態によるＦＭ変調装置は、ＦＰＵ装置の送信部に用いて好適であるが、ＦＭ変調方式を採用する他の通信装置の送信部に用いることができることは明白である。

本発明の実施の形態を示す全体ブロック図である。図１のＦＭ変調部６の一例を示す図である。図１のＦＭ変調部６の他の例を示す図である。ビデオ信号とＦＭ変調との関係を説明するための図である。図３のＮＣＯ６２の例を示す図である。図５の動作を説明するための図である。図１のＦＭ変調部６の更に他の例を示す図である。従来例を示すブロック図である。従来及び本発明におけるベースバンド信号の周波数スペクトラムを示す図である。従来及び本発明におけるＩＦ信号の周波数スペクトラムを示す図である。

符号の説明

１，７ＡＤＣ
２，８〜１０プリエンファシス部
３ＬＰＦ
４，１４〜１６デビエーション調整部
５，２１，６９，７０，８１加算器
６ＦＭ変調部
１７〜１９，６２ＮＣＯ（ＦＭ変調部）
２０，２２合成比調整部
２３，７４，７５ＤＡＣ
２４ＢＰＦ
２５アンプ
６３，６４オーバサンプリング部
６５，７６直交変調部
６７，６８，７９，８０乗算器
７１遅延素子
７２ｓｉｎ／ｃｏｓ変換テーブル
７７局部発振器

Claims

ビデオ信号を含むベースバンド帯域の信号に応じて、所定周波数の搬送波をＦＭ変調して出力するようにしたＦＭ変調装置であって、
前記ベースバンド帯域の信号をデジタル化する手段と、
このデジタル出力をベースバンド帯域でデジタルＦＭ変調する第一のＦＭ変調手段と、
このデジタルＦＭ変調出力を直交変調方式により前記搬送波の周波数に変換してアナログ化して導出する手段と、
を含むことを特徴とするＦＭ変調装置。
ビデオ信号を含むベースバンド帯域の信号に応じて、所定周波数の搬送波をＦＭ変調して出力するようにしたＦＭ変調装置であって、
前記ベースバンド帯域の信号をデジタル化する手段と、
このデジタル出力をベースバンド帯域でデジタルＦＭ変調する第一のＦＭ変調手段と、
このデジタルＦＭ変調出力をアナログ化する手段と、
このアナログＦＭ変調出力を直交変調方式により前記搬送波の周波数に変換して導出する手段と、
を含むことを特徴とするＦＭ変調装置。
オーディオ信号をデジタル化する手段と、
このデジタル出力により所定周波数の副搬送波をＦＭ変調する第二のＦＭ変調手段と、
このＦＭ変調出力をベースバンド帯域の信号に合成する手段と、
を更に含み、この合成出力を前記第一のＦＭ変調手段へ入力することを特徴とする請求項１または２記載のＦＭ変調装置。
前記第一のＦＭ変調手段は、前記ベースバンド帯域の信号レベルに応じて周波数が変化する出力を生成する第一手段と、この出力に基づいて互いに直交する成分を生成する第二手段とを含むことを特徴とする請求項１または２記載のＦＭ変調装置。
前記第一手段は、前記ベースバンド帯域のデジタル入力と、その１サンプリング前の信号とを加算する加算器を有し、前記第二手段は、この加算出力に応じて前記直交成分である正弦成分及び余弦成分を生成する変換テーブルを有することを特徴とする請求項４記載のＦＭ変調装置。
前記第二のＦＭ変調手段は、ＮＣＯ（数値制御発振器）であることを特徴とする請求項１〜５いずれか記載のＦＭ変調装置。
ビデオ信号を含むベースバンド帯域の信号に応じて、より高い周波数の搬送波をＦＭ変調して出力するようにしたＦＭ変調方法であって、
前記ベースバンド帯域の信号をデジタル化するステップと、
このデジタル出力をベースバンド帯域でデジタルＦＭ変調する第一のＦＭ変調ステップと、
このデジタルＦＭ変調出力を直交変調方式により前記搬送波の周波数に変換してアナログ化して導出するステップと、
を含むことを特徴とするＦＭ変調方法。
ビデオ信号を含むベースバンド帯域の信号に応じて、より高い周波数の搬送波をＦＭ変調して出力するようにしたＦＭ変調方法であって、
前記ベースバンド帯域の信号をデジタル化するステップと、
このデジタル出力をベースバンド帯域でデジタルＦＭ変調する第一のＦＭ変調ステップと、
このデジタルＦＭ変調出力をアナログ化するステップと、
このアナログＦＭ変調出力を直交変調方式により前記搬送波の周波数に変換して導出するステップと、
を含むことを特徴とするＦＭ変調方法。
オーディオ信号をデジタル化するステップと、
このデジタル出力により所定周波数の副搬送波をＦＭ変調する第二のＦＭ変調ステップと、
このＦＭ変調出力をベースバンド帯域の信号に合成するステップと、
を更に含み、この合成出力を前記第一のＦＭ変調手段へ入力することを特徴とする請求項７または８記載のＦＭ変調方法。
前記第一のＦＭ変調ステップは、前記ベースバンド帯域の信号レベルに応じて周波数が変化する出力を生成する第一ステップと、この出力に基づいて互いに直交する成分を生成する第二ステップとを含むことを特徴とする請求項７または８記載のＦＭ変調装置。
前記第一ステップは、前記ベースバンド帯域のデジタル入力と、その１サンプリング前の信号とを加算するステップを有し、前記第二ステップは、この加算出力に応じて前記直交成分である正弦成分及び余弦成分を生成するステップを有することを特徴とする請求項１０記載のＦＭ変調方法。
前記第二のＦＭ変調ステップでは、ＮＣＯ（数値制御発振器）を用いることを特徴とする請求項７〜１１ていすいずれか記載のＦＭ変調方法。
請求項１〜６いずれか記載のＦＭ変調装置を用いたことを特徴とする通信装置。
ＦＰＵ（Field Pick Up ）装置であることを特徴とする請求項１３記載の通信装置。