JP3865628B2 - RDS decoder - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、FM音声信号にデジタルデータに基づくRDS信号を重ねて伝送するラジオ・データ・システム(RDS)において使用されるRDSデコーダに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
RDS放送においては、パイロット信号が19kHzであるFM音声信号に、パイロット信号の3倍の周波数(57kHz)帯に変調されたRDS信号を重ねて送信する方式(即ち、多重送信)が採用されている。送信されるRDS信号は、差動エンコードされた2値の時系列データを2相位相変調(BPSK)し、このBPSK信号により57kHzの副搬送波を両側波変調したものである。RDS放送の受信にはRDSラジオ受信機が用いられる。RDSラジオ受信機は、FM放送信号を受信するための受信回路(FMチューナ部)や音声再生のためのデジタルオーディオ信号処理回路の他に、RDS信号を復調し、復号するためのRDSデコーダを有する。図7は、特許第2593079号公報に開示された従来のRDSデコーダの構成を示すブロック図である。
【0003】
図7に示されるRDSデコーダにおいて、帯域通過フィルタ(BPF)101は、FM放送信号を検波して得られたFM複合音声信号から57kHzを中心とするRDS信号のみを取り出す。サブキャリア再生手段103は、両側波変調されキャリアを持たないRDS信号を同期検波し、RDS副搬送波と位相及び周波数の揃った再生キャリア信号を乗算器102に与える。サブキャリア再生手段103は、例えば、コスタス・ループ(Costas loop)形式の位相同期ループとして構成される。
【0004】
乗算器102の出力は、ベースバンドRDS信号と、114kHzの不要成分信号とを含む。低域通過フィルタ(LPF)104は、不要成分信号を除去してベースバンドRDS信号を出力する。また、LPF104は、復号に必要なスペクトルのみを通し雑音を排除することでRDSデコーダの性能向上を図る機能をも持つ。
【0005】
シンボルクロック再生手段106は、LPF104から出力されたベースバンドRDS信号から、BPSKシンボルの区切りを検出する。シンボルクロック再生手段106は、シンボルクロックの周期が57kHz副搬送波周期の48倍であることを利用して、シンボルクロックの周期(シンボルレート1187.5Hz)を決定し、BPSK信号がその波形の中央に必ずゼロクロス点をもつことを利用して、BPSK信号の位相を決定する。
【0006】
反転増幅器105は、利得1倍の反転増幅器である。スイッチ107は、シンボルクロック再生手段106から与えられるシンボルクロック(図7の波形SC)により制御される。スイッチ107は、シンボルクロックの1周期(シンボル期間)の前半の半サイクル期間だけ直接ベースバンドRDS信号(図7の波形R1)を積分器109に与え、シンボル期間の後半の半サイクル期間には反転増幅器105からの出力(図7の波形R2)を積分器109に与える。これにより、BPSK変調位相が0度の場合、全シンボル期間を通して積分器109に、例えば、正の電位が与えられ、BPSK変調位相が180度の場合、全シンボル期間を通して積分器109に、例えば、負の電位が与えられる。
【0007】
積分器109による積分結果(図7の波形R3)は、シンボル期間の最後に、スライサ110により正負判定され、2値のデータに復号される。このシンボル期間に同期して行う処理はインテグレート・アンド・ダンプ処理と呼ばれる。スイッチ108は、シンボル期間の最初に一旦閉じて、積分器109の状態を初期化する。
【0008】
フリップフロップ回路111は、スライサ110の出力をシンボル期間の最後のタイミング(次のシンボルの初めのタイミングでもある。)で取り込み、次のシンボル期間中その値を出力に保持する。フリップフロップ回路112は、前段のフリップフロップ回路111の出力を1シンボル期間遅れて保持する。よって、排他的論理和回路(XOR)113は、BPSKシンボルにて搬送されるデータの時系列的に相隣り合うものが異なる場合「真」とし、同一の場合「偽」とする出力を与えることで差動復号を行う。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
以上説明したように、従来のRDSデコーダは、復号処理専用の回路として構成されており、先ず最初に、副搬送波を中心とする帯域の信号を通過させるBPF101によってFM複合音声信号からRDS信号を抜き出す処理を行っていた。また、BPF101によって抜き出されたRDS信号の処理のタイミングを決めるクロック信号としては、副搬送波周波数又はシンボルレートに同期するマスタクロックを用いていた。このため、FM音声放送を受信するための受信処理や音声再生のためのデジタルオーディオ信号処理等を行うデジタル信号処理系の一部として、RDSデコーダを組み込む場合に、以下に示されるような二つの大きな問題があった。
【0010】
第一の問題は、副搬送波抜き取りフィルタであるBPF101に関する。BPF101には、次のような機能上の要求がある。
▲1▼通過帯域を比較的高い周波数である副搬送周波数に持つ必要がある。
▲2▼副搬送周波数が比較的高い周波数であるにも拘わらず通過帯域を狭くする必要がある。
▲3▼通過帯域外の減衰量を十分に大きくする必要がある。
このため、BPF101には、サンプリング周波数が高く且つ次数の大きいフィルタを用いる必要があり、処理の工数が多くなるという問題があった。
【0011】
第二の問題は、復号処理のサンプリング周波数に関する。RDS信号の復号処理においては、伝送シンボルのタイミングに同期してデータを処理することが望まれる。しかし、ラジオ信号処理やデジタルオーディオ信号処理等の他の処理を優先して基本クロックを定めるようにする場合、一般に、基本クロック周波数の単純な整数比からは伝送シンボルに同期するサンプリング周波数を生成できない。換言すれば、基本クロック周波数をRDS伝送シンボルの周波数に同期するよう調整することが、他の系の動作上困難であるという問題がある。
【0012】
そこで、本発明は、上記したような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、FM複合音声信号からのRDS信号抜き取りに係る処理の工数を減らすことができるRDSデコーダを提供することである。
【0013】
また、本発明の他の目的は、RDS信号処理のクロック(時間基準)がRDSシンボル周波数に同期しなければならないという制約を不要とし、FM放送の主音声信号処理を行うデジタル信号処理系への一体組み込みを容易に実現できるRDSデコーダを提供することにある。
【0015】
また、請求項2に係るRDSデコーダは、
前記データ復号手段が、
前記同期復調手段で生成されたベースバンドRDS信号が入力され、適宜変換比率を調節し得るよう構成されたサンプリング周波数変換手段と、
前記サンプリング周波数変換処理部から出力されるデータと伝送シンボルタイミングとの位相誤差を検出するシンボル位相誤差検出手段と
を有し、
前記サンプリング周波数変換手段が、前記シンボル位相誤差検出手段により検出された位相誤差に基づいて、前記サンプリング周波数変換手段の変換比率を調節する
ことを特徴としている。
【0016】
また、請求項3に係るRDSデコーダは、
前記直交復調手段が、
第一の入力部及び第二の入力部を有し、前記第一の入力部に入力される信号及び第二の入力部に入力される信号の乗算結果を出力する第一の乗算処理部と、
第三の入力部及び第四の入力部を有し、前記第三の入力部に入力される信号及び第四の入力部に入力される信号の乗算結果を出力する第二の乗算処理部と、
互いに90°位相の異なる二信号を出力する数値制御オシレータと
を有し、
前記第一の乗算処理部の第一の入力部及び前記第二の乗算処理部の第三の入力部の双方に前記多重信号が入力され、
前記第一の乗算処理部の第二の入力部及び前記第二の乗算処理部の第四の入力部のそれぞれに、前記数値制御オシレータから出力された互いに90°位相の異なる二信号のそれぞれが入力され、
前記第一の乗算処理部からの出力信号及び前記第二の乗算処理部からの出力信号を前記フィルタ手段に与える
ことを特徴としている。
【0019】
【課題を解決するための手段】
請求項1に係るRDSデコーダは、
FM音声信号にデジタルデータに基づくRDS信号を多重させた多重信号が入力され、前記RDS信号からベースバンドRDS信号を生成する同期復調手段と、
前記同期復調手段で生成されたベースバンドRDS信号から前記デジタルデータを復元するデータ復号手段とを有し、
前記データ復号手段が、
前記ベースバンドRDS信号が入力されるサンプリング周波数変換手段と、
前記サンプリング周波数変換手段から出力されるデータと伝送シンボルタイミングとの位相誤差を検出するシンボル位相誤差検出手段とより構成されるとともに、
前記サンプリング周波数変換手段が、
複数の係数組を備えて入力データを補間する複数タイミングのデータを生成し得る低域フィルタを備え、この低域フィルタの係数組選択によりRDSシンボルに同期する所望のタイミングに最も近い時点のデータを順次生成し出力することを通して所望の変換比率によるサンプリング周波数変換を行うように構成されており、同時に前記シンボル位相誤差検出手段により検出された位相誤差に基づいてこの変換比率を調節し得るよう構成される
ことを特徴としている。
【0020】
また、請求項2に係るRDSデコーダは、
前記データ復号手段が、前記サンプリング周波数変換処理部から出力される伝送シンボルのゼロクロス点がシンボル期間の中心に位置するように伝送シンボルタイミングを調整することを特徴としている。
【0021】
【発明の実施の形態】
RDS放送においては、FM音声信号にデジタルデータに基づくRDS信号を重ねて伝送する。RDS放送の受信にはRDSラジオ受信機が用いられる。本発明に係るRDSデコーダは、通常は、RDSラジオ受信機の一部として装備される。
【0022】
<RDSデコーダの構成の説明>
図1は、本発明の実施の形態に係るRDSデコーダの構成を示すブロック図である。図1に示されるように、本実施の形態に係るRDSデコーダは、FM音声信号にRDS信号を重ねて伝送するFM放送信号を検波して得られたFM複合音声信号が入力され、ベースバンドRDS信号を出力する同期復調手段1を有する。また、本実施の形態に係るRDSデコーダは、同期復調手段1からのベースバンドRDS信号が入力され、送信デジタルデータと同じRDSデータを出力するデータ復号手段2を有する。
【0023】
同期復調手段1は、直交復調手段3と、フィルタ手段4と、位相同期手段5とを有する。直交復調手段3は、第一の乗算処理部11と、第二の乗算処理部12と、ヌメリックオシレータ(数値制御オシレータ:numerically controlled oscillator)13とを有する。フィルタ手段4は、Iブランチフィルタ(LPF)14と、Qブランチフィルタ(LPF)15とを有する。位相同期手段5は、位相回転(phase rotation)処理部16と、第三の乗算処理部17と、ループフィルタ(loop filter)18とを有する。
【0024】
データ復号手段2は、サンプリング周波数変換手段6と、シンボル位相誤差検出手段7と、インテグレート・アンド・ダンプ(I&D)処理部26と、二値化処理部27と、差動復号処理部28と、シンボルクロックに基づくクロック信号を生成するクロック(CLK)生成処理部29とを有する。サンプリング周波数変換手段6は、サンプリング周波数変換処理部19と、増分設定処理部23と、タイミング計数処理部24と、フィルタ係数設定処理部25とを有する。シンボル位相誤差検出手段7は、サンプル番号計数処理部20と、ゼロクロス(ZC)検出処理部21と、タイミング誤差累積処理部22とを有する。
【0025】
上記各構成は、以下に説明する機能を有するハードウェア、ソフトウェア、又は、これらの組み合わせによって構成することができる。
【0026】
<同期復調手段1の機能の説明>
同期復調手段1の入力信号は、FM検波後の複合音声信号である。この入力信号のサンプリング周波数は、ほぼ57kHz±2.4kHzに成分をもつRDS信号帯域への折り返し歪み(エイリアシング:aliasing distortion)等による影響を抑え得る周波数である約120kHz以上(即ち、57kHz±2.4kHzの2倍以上)とする必要がある。これはデジタル検波により直接与えることも、アナログの複合音声信号をデジタル(Analog to Digital)変換して与えることもできる。
【0027】
こうして入力される複合音声信号は、先ず直交復調手段3にて直交する二つのベースバンド信号に変換される。直交復調手段3は、第一の乗算処理部11、第二の乗算処理部12、及びヌメリックオシレータ13より構成される。ヌメリックオシレータ13は、ほぼ副搬送周波数57kHzに等しい周波数を持ち、互いに90°位相の異なる二信号を第一及び第二の乗算処理部11,12の一方の入力部に対し与える。第一及び第二の乗算処理部11,12の他方の入力部には複合音声信号が与えられる。このため、各乗算器11,12の出力部には、副搬送周波数がほぼゼロ周波数に変換された信号が現れる。また、RDS信号帯域外の成分はより高い周波数に変換されることとなる。直交復調手段3は、このようにして得られた直交する二つのベースバンド信号をフィルタ手段4に与える。
【0028】
フィルタ手段4は、不要信号を除去するフィルタ機能と、折り返し歪みの弊害を抑えながらサンプルデータを間引いてサンプリング周波数を低減する間引き機能とを併せ持つ。フィルタ手段4は、直交復調手段3から出力された直交する二つのベースバンド信号に対応する二つの同等の特性を持つフィルタであるIブランチフィルタ14及びQブランチフィルタ15を有する。このとき、Iブランチフィルタ14及びQブランチフィルタ15の二つの信号出力の成分は、ほぼ0〜2.4kHzの帯域に変換して出力されることとなる。このため、この段階におけるサンプリング周波数を、ほぼ5kHz以上(即ち、2.4kHzの2倍以上)程度にまで低減することができる。したがって、Iブランチフィルタ14及びQブランチフィルタ15において、大幅なデータの間引きが可能であり、フィルタの形式をFIR(有限インパルス応答:Finite Impulse Response)型とする場合、処理の工数を大幅に低減することができる。
【0029】
比較のために、57kHz±1.2kHzにおいてほぼ減衰が無く、57kHz±3kHzの帯域外での減衰を40dBとするフィルタを考える。この場合には、サンプリング周波数を128kHzとして、143係数程度の処理を行う必要がある。これを1秒間当たり必要となる積和演算回数として数えると、約18.3×106となる。したがって、仮に、これと同じ処理をベースバンド信号(57kHz)について同じ特性のフィルタで行う場合、所要のフィルタ係数は同じく143となる。これに対し、本実施の形態に係るRDSデコーダのように、フィルタ手段4の出力を0〜2.4kHzの帯域に変換した場合には、例えば、サンプリング周波数を8kHz(ほぼ5kHz以上の周波数の一例)に下げ、データ数を1/16(=8kHz/128kHz)に低減する処理(即ち、間引き処理)が可能である。したがって、本実施の形態に係るRDSデコーダの場合には、実際のフィルタ処理は入力に対し頻度1/16となる出力についてのみ行えばよい。このため、処理の工数(積和演算の回数)は、二つのブランチフィルタ14,15のそれぞれに57kHz帯域でフィルタ処理を行う場合に比べ、1/16で済むこととなる。よって、二つのブランチフィルタ14,15を合わせても処理の工数は1/8(=2×1/16)に低減されることとなる。
【0030】
さらに、Iブランチフィルタ14及びQブランチフィルタ15に不要成分の減衰・除去を行うための低域通過特性を持たせるとともに、波形整形のためのロールオフ(roll off)率0.5のレイズドコサイン(raised cosine)特性に近似のものを持たせることによって、復号処理性能の向上を図ることができる。これは、従来のRDSデコーダにおいて同期検波後の信号について適用していたフィルタ(図7の符号101及び104)の処理を、この段階で同時に施すことを意味しており、構成要素の削減、トータルの処理工数低減が可能となる。
【0031】
ところで、RDS放送のエリアと同じエリアで、RDS放送とは別の方式を採用したARI(Autofahrer Rundfunk Information:自動車運転者用ラジオ放送情報)放送と呼ばれる交通情報サービスを伴う放送が実施される場合がある。このARIは、副搬送周波数及びこれに極めて近いスペクトラムにより伝送される。RDS放送とARI放送は同じエリアで同時に実施されることがあるので、ARI放送により、RDSデコーダの復号動作が悪影響を受けないようにする必要がある。本実施の形態に係るRDSデコーダによれば、Iブランチフィルタ14及びQブランチフィルタ15に、ARI伝送信号のスペクトラムを阻止する高域通過特性を付加することにより容易にこれを実現することができる。実際に、ARI伝送信号のスペクトラムがほぼ250Hz以下の周波数帯域に分布するのに対し、RDS信号のスペクトラムが約1.2kHzを中心として分布するという差違がある。したがって、RDSデコーダがARI放送による悪影響を受けないようにする必要がある場合には、ほぼ250Hz以下の成分のみを減衰させるフィルタを追加するだけで、効果的にこの目的を達成することができる。
【0032】
フィルタ手段4の出力には、ほぼ0周波数のRDS信号が得られる。しかし、本実施の形態に係るRDSデコーダにおいては、フィルタ手段4の出力の段階では、入力のRDS信号キャリアとヌメリックオシレータ13の出力の位相が同期していないため、正しくベースバンドRDS信号を得ることはできていない。位相同期手段5は、このため位相の調整を行い、ベースバンドRDS信号を取り出す操作を行う。以下数式によりその動作を説明する。
【0033】
先ず、位相同期手段5に入る二信号Rc及びRsを、
Rc=R(t)・cos(φ)
Rs=R(t)・sin(φ)
とする。ここで、R(t)はベースバンドRDS信号であり、φはその時点での位相誤差を表す。位相回転処理部16は、この二信号Rc及びRsに対し次式で示される操作を行い、信号Rco及びRsoを生成する。
Rco=Rc・cos(ψ)−Rs・sin(ψ)=R(t)・cos(φ+ψ)
Rso=Rc・sin(ψ)+Rs・cos(ψ)=R(t)・sin(φ+ψ)
ここでは、ψがほぼ−φに等しくなるようループフィルタ18を通して帰還制御がなされるため、Rco出力は結果的にベースバンドRDS信号R(t)にほぼ等しくなり、Rsoは0に近づく。
【0034】
第三の乗算処理部17は信号RcoとRsoの乗算を行うことで、{R(t)}2・sin(2φ+2ψ)/2を出力として得る。この出力は、R(t)の正負にかかわらず、(φ+ψ)が±45°より十分小さい範囲で、(φ+ψ)の大きさにほぼ比例する出力を与える。従って、第三の乗算処理部17の出力{R(t)}2・sin(2φ+2ψ)/2を0に収斂させるように、上記ψの値を設定して帰還制御を行うことで、先に述べたとおり、位相回転処理部16の出力RcoをベースバンドRDS信号R(t)として、データ復号部2に与えることができる。
【0035】
なお、この帰還制御をヌメリックオシレータ13に対して行うことで位相回転処理部16を省いた構成とすることも考えられるが、実際には、フィルタ手段4における遅延等の影響により帰還ループの動作が不安定となりやすい。従って、本実施の形態の構成は安定動作を達成し得るという大きな利点を持つ。
【0036】
<データ復号手段2の機能の説明>
ベースバンドRDS信号を復号する処理を従来のアナログ回路によるインテグレート・アンド・ダンプ処理(図7の構成105〜109による処理)により行う場合には、処理データのサンプリング周波数をRDS信号のシンボル周波数の偶数倍とし、シンボル期間前半のサンプルデータをそのまま累積加算し、シンボル期間後半のサンプルデータの符号を反転してさらに累積加算するという方法を採ることができる。例えば、図4(b)及び図5(b)は、サンプリング周波数をシンボル周波数の6倍とする場合を示している。このように、サンプリング周波数をシンボル周波数に同期させることにより、データ復号処理を簡素に実現することができる。
【0037】
しかしながら、本実施の形態に係るRDSデコーダにおいては、位相同期手段5の出力として与えられるデータは、シンボル周波数に同期したものとはなっていない。サンプリング周波数変換処理部19は、シンボル周波数に同期しないサンプル周波数のデータから、シンボル周波数に同期しているサンプル周波数のデータを生成する。具体的には、サンプリング周波数変換処理部19は、図2に示すように、元のデータ(図2における入力データ「○」)に対し、そのデータ間を補間するN個のデータ(図2における仮想出力データ「×」)を生成可能なように構成され、仮想出力データの中から所望のタイミングに最も近い時点のデータを選んで出力するという処理を行う。
【0038】
サンプリング周波数変換処理部19における実際の処理は、例えば、K倍オーバーサンプルフィルタを使用するものである。K倍オーバーサンプルフィルタは、入力のサンプリング周波数のK倍のサンプリング周波数におけるK×L係数のフィルタを元とするL係数K組のサブセットから成る。言い換えれば、L個のデータに対し、K個の係数組の1つを畳み込むことによって、元のデータの中間のタイミングに位置する新たなデータを生成し出力する。
【0039】
フィルタ係数設定処理部25は、サンプリング周波数変換処理部19に対しこのフィルタ係数組の選択を指示し、これにより生成されるデータのタイミングを決定する。
【0040】
タイミング計数処理部24は、サンプリング周波数変換処理部19に対しデータ生成の指示を与えると同時に、フィルタ係数設定処理部25を介して生成されるデータのタイミングを制御する。
【0041】
図3は、データ復号手段2におけるサンプリング周波数変換処理を説明するための説明図である。図3において、「計数の値」は、タイミング計数処理部24の計数値を示す。また、図3において、「入力データ・タイミング」は、サンプリング周波数変換処理部19にデータが入力するタイミングを示し、「出力データ・タイミング」は、サンプリング周波数変換処理部19からデータが出力するタイミングを示す。
【0042】
タイミング計数処理部24は、図3に示されるように、サンプリング周波数変換処理部19に対しデータが入力される毎に内蔵カウンタの計数値に数値Nを加える処理を行う。タイミング計数処理部24は、計数値が数値Mを超える場合、サンプリング周波数変換処理部19に対しデータ生成の指示を与える。これと同時に、タイミング計数処理部24は、内蔵カウンタの計数値から数値Mを差し引いて得られた値(図3における、M1,M2)をカウンタの計数値とし、さらに、この値をフィルタ係数設定処理部25に与えることでサンプリング周波数変換処理部19にて生成されるデータのタイミングを制御する。
【0043】
このとき、図3に示される値M1,M2は、1〜Nの範囲の値となる。フィルタ係数設定処理部25は、この値に反比例してタイミングの進んだデータを生成するようフィルタ係数を設定する。このため、サンプリング周波数変換処理部19から出力されるデータは、図3に示されるように、数値Mに対応してほぼ等間隔のタイミングを持つようになる。
【0044】
ここでサンプル番号計数処理部20は、サンプリング周波数変換処理部19から出力されるデータに対し、シンボル周期で繰り返されるサンプル番号を与え、実際には、タイミング計数処理部24からのデータ生成の指示を計数することにより、P(本実施の形態ではP=6)を法として順次1増加する数値(即ち、0,1,2,3,4,5)を充てる。ゼロクロス検出処理部21によるシンボルタイミングの検出に従い、シンボル中央でのゼロクロス発生直後の番号がP/2となるよう初期設定を行う。
【0045】
タイミング誤差累積処理部22は、図4及び図5に示されるように、シンボル期間中央部のデータの値を累積加算するものである。図4及び図5の例では、シンボルに同期して0から5までのサンプル番号を付したデータ中、1から4までのサンプル番号に対応のデータの値を累積加算するものとしており、さらにその結果に対し、同じシンボルのインテグレート・アンド・ダンプ処理部20の出力(=Dt)の符号を掛けて最終出力Teとする。これを数式で表すと以下となる。
Te=(s1+s2+s3+s4)・sign(Dt)
Dt= s0+s1+s2−(s3+s4+s5)
ここで、s0からs5まではそれぞれ、サンプル番号0から5までに対応するデータの値であり、sign(Dt)は、出力Dtの符号に応じて“1”又は“−1”をとる関数である。
【0046】
図4(a)及び図5(a)に示されるように、出力サンプルタイミングがシンボルタイミングから遅れる場合には、Teが負となる。また、図4(c)及び図5(c)に示されるように、出力サンプルタイミングがシンボルタイミングより進んでいる場合には、Teが正となる。さらにまた、図4(b)及び図5(b)で示されるように、出力サンプルタイミングがシンボルタイミングに一致している場合には、Teがほぼ0となる。このことから、タイミング誤差累積処理部22の出力Teが、タイミング誤差を表す信号として有効であることが分かる。
【0047】
増分設定処理部23は、このタイミング誤差累積処理部22の出力を受けてタイミング計数処理部24の動作を制御する。増分設定処理部23は、タイミング計数処理部24が、通常は、その内蔵カウンタの計数値を数値Nずつ増加させるよう設定するのに対し、進み方向のタイミング誤差がある場合には一時的に、その内蔵カウンタの計数値の増分を数値Nより大きく設定する。逆に、遅れ方向のタイミング誤差がある場合には、一時的に、その内蔵カウンタの計数値の増分を数値Nより小さく設定する。このように内蔵カウンタの増分を変化させることによって、出力サンプルタイミングがシンボルタイミングとの誤差を減少させるように動作する。
【0048】
このため、一旦この初期設定が正しく行われると、サンプリング周波数変換処理部19は、帰還制御によりフィルタ係数設定処理部25の出力を減少させるよう作用することから、以降シンボルタイミングとサンプル番号との同期関係が維持されることとなる。
【0049】
ゼロクロス検出処理部21は、RDSシンボルの中央に必ずゼロクロスが存在するという特性を利用して、サンプル番号計数処理部20から出力されるサンプル番号とRDSシンボルの同期をとる。実際には、ゼロクロス検出処理部21は、先ず、サンプリング周波数変換処理部19の出力を監視し、前データと現データとの符号の変化を検出保持する。ゼロクロス検出処理部21は、これをシンボルの最終データまでチェックし、符号の変化、即ち、ゼロクロス直後のサンプル番号がP/2である場合、シンボルへの同期が正しく維持されていると判定し、そうでない場合、同期が外れていると判定する。ゼロクロス検出処理部21は、さらに、この同期はずれの頻度を判定して、この頻度が予め定める値より大きい場合、最近に観測したゼロクロス直後のサンプル番号をP/2に揃えるというサンプル番号の更新処理を行う。
【0050】
この更新処理により、最近に観測されたゼロクロスがシンボル周期の中央に位置するものであった場合、シンボルタイミングとサンプル番号との同期関係が確立されることとなる。また、もしも観測されたゼロクロスがシンボル境界に位置するものであったとしても、こうしてサンプル番号が更新された場合、図6の「サンプル番号の誤系列」の欄に示されるように、サンプル番号P/2にて符号変化しないケースが頻発することとなり、再びサンプル番号更新が行われることとなるため、程なくシンボルタイミングとサンプル番号との同期関係が確立されることとなる。
【0051】
インテグレート・アンド・ダンプ処理部26は、こうしてシンボルタイミングに同期したサンプルデータに対し、シンボル期間前半のサンプルデータをそのまま累積加算し、シンボル期間後半のサンプルデータの符号を反転してさらに累積加算する。インテグレート・アンド・ダンプ処理部26は、1シンボルについての累積が完了した時点でその結果を出力する。
【0052】
二値化処理部27は、インテグレート・アンド・ダンプ処理部26からの出力の符号に従い、“1”又は“0”の2値データを出力する。
【0053】
差動復号処理部28は、前シンボルに対応する入力と現入力との排他的論理和をとり、RDSデータを再現して出力する。
【0054】
本実施の形態に係るRDSデコーダによれば、RDSデコーダ処理の工数を削減するとともに処理の基本クロックに関する要求条件を緩和することにより、これを組み込むFMラジオ受信処理を含む信号処理系の実現を容易として装置製造コストを低減することができる。
【0056】
【発明の効果】
請求項1及び2の発明に係るRDSデコーダによれば、信号処理のクロック(時間基準)に関し従来課されてきたRDSシンボル周波数に同期するという制約を不要とすることで、FM放送の主音声信号処理を行うデジタル信号処理装置等への一体組み込みを容易化することができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態に係るRDSデコーダの構成を示すブロック図である。
【図2】 本発明の実施の形態に係るRDSデコーダのデータ復号手段におけるサンプリング周波数変換処理を説明するための説明図である。
【図3】 本発明の実施の形態に係るRDSデコーダのデータ復号手段におけるサンプリング周波数変換処理を説明するための説明図である。
【図4】 (a)から(c)までは、本発明の実施の形態に係るRDSデコーダのサンプリング周波数変換処理を説明するための説明図である。
【図5】 (a)から(c)までは、本発明の実施の形態に係るRDSデコーダのサンプリング周波数変換処理を説明するための説明図である。
【図6】 本発明の実施の形態に係るRDSデコーダのゼロクロス検出処理を説明するための説明図である。
【図7】 従来のRDSデコーダの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
1 同期復調手段、 2 データ復号手段、 3 直交復調手段、 4 フィルタ手段、 5 位相同期手段、 6 サンプリング周波数変換手段、 7 シンボル位相誤差検出手段、 11 第一の乗算処理部、 12 第二の乗算処理部、 13 ヌメリックオシレータ、 14 Iブランチフィルタ(LPF)、15 Qブランチフィルタ(LPF)、 16 位相回転処理部、 17 第三の乗算処理部、 18 ループフィルタ、 19 サンプリング周波数(fs)変換処理部、 20 サンプル番号計数処理部、 21 ゼロクロス(ZC)検出処理部、 22 タイミング誤差累積処理部、 23 増分設定処理部、 24 タイミング計数処理部、 25 フィルタ係数設定処理部、 26 インテグレート・アンド・ダンプ(I&D)処理部、 27 二値化処理部、 28差動復号処理部、 29 クロック(CLK)生成処理部、 101 BPF、 102 乗算器、 103 サブキャリア再生手段、 104 LPF、 105 反転増幅器、 106 シンボルクロック再生手段、 107 スイッチ、 108 スイッチ、 109 積分器、 110 スライサ、 111 フリップフロップ回路、 112 フリップフロップ回路、 113 排他的論理和回路(XOR)、 114 差動デコーダ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an RDS decoder used in a radio data system (RDS) that transmits an RDS signal based on digital data superimposed on an FM audio signal.
[0002]
[Prior art]
In RDS broadcasting, a method of transmitting an RDS signal modulated in a frequency band (57 kHz) three times that of a pilot signal on an FM audio signal having a pilot signal of 19 kHz (that is, multiplex transmission) is employed. . The transmitted RDS signal is obtained by performing binary phase modulation (BPSK) on binary time-series data that has been differentially encoded, and performing double-sided modulation on a 57 kHz subcarrier using the BPSK signal. An RDS radio receiver is used to receive RDS broadcasts. The RDS radio receiver has an RDS decoder for demodulating and decoding an RDS signal, in addition to a receiving circuit (FM tuner unit) for receiving an FM broadcast signal and a digital audio signal processing circuit for audio reproduction. . FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional RDS decoder disclosed in Japanese Patent No. 2593079.
[0003]
In the RDS decoder shown in FIG. 7, a band pass filter (BPF) 101 extracts only an RDS signal centered on 57 kHz from an FM composite audio signal obtained by detecting an FM broadcast signal. The subcarrier reproducing means 103 synchronously detects an RDS signal that is modulated on both sides and does not have a carrier, and provides the
[0004]
The output of the
[0005]
The symbol clock recovery means 106 detects a BPSK symbol break from the baseband RDS signal output from the
[0006]
The inverting
[0007]
Integration result by integrator 109 (waveform R in FIG. 73) Is determined to be positive or negative by the
[0008]
The flip-
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, the conventional RDS decoder is configured as a circuit dedicated to decoding processing. First, an RDS signal is extracted from an FM composite audio signal by the
[0010]
The first problem relates to the
(1) It is necessary to have a pass band at a subcarrier frequency which is a relatively high frequency.
(2) It is necessary to narrow the pass band even though the subcarrier frequency is a relatively high frequency.
(3) It is necessary to sufficiently increase the attenuation outside the passband.
For this reason, the BPF 101 needs to use a filter having a high sampling frequency and a large order, and there is a problem that the number of processes is increased.
[0011]
The second problem relates to the sampling frequency of the decoding process. In the decoding process of the RDS signal, it is desired to process the data in synchronization with the timing of the transmission symbol. However, when the basic clock is determined by giving priority to other processes such as radio signal processing and digital audio signal processing, it is generally impossible to generate a sampling frequency synchronized with a transmission symbol from a simple integer ratio of the basic clock frequency. . In other words, there is a problem that it is difficult to adjust the basic clock frequency to synchronize with the frequency of the RDS transmission symbol in the operation of other systems.
[0012]
Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and an object thereof is an RDS decoder capable of reducing the number of processes for extracting an RDS signal from an FM composite audio signal. Is to provide.
[0013]
Another object of the present invention is to eliminate the restriction that the RDS signal processing clock (time reference) must be synchronized with the RDS symbol frequency, and to provide a digital signal processing system that performs FM audio main audio signal processing. An object of the present invention is to provide an RDS decoder that can be easily integrated.
[0015]
The RDS decoder according to
The data decoding means is
Sampling frequency conversion means configured to receive the baseband RDS signal generated by the synchronous demodulation means and adjust the conversion ratio as appropriate,
Symbol phase error detection means for detecting a phase error between data output from the sampling frequency conversion processing unit and transmission symbol timing;
Have
The sampling frequency converting means adjusts the conversion ratio of the sampling frequency converting means based on the phase error detected by the symbol phase error detecting means.
It is characterized by that.
[0016]
The RDS decoder according to
The orthogonal demodulation means comprises:
A first multiplication processing unit that has a first input unit and a second input unit, and outputs a multiplication result of the signal input to the first input unit and the signal input to the second input unit; ,
A second multiplication processing unit that has a third input unit and a fourth input unit, and outputs a multiplication result of the signal input to the third input unit and the signal input to the fourth input unit; ,
A numerically controlled oscillator that outputs two signals that are 90 ° out of phase with each other;
Have
The multiplexed signal is input to both the first input unit of the first multiplication processing unit and the third input unit of the second multiplication processing unit,
Two signals output from the numerical control oscillator and having a phase difference of 90 ° are respectively input to the second input unit of the first multiplication processing unit and the fourth input unit of the second multiplication processing unit. Entered,
An output signal from the first multiplication processor and an output signal from the second multiplication processor are provided to the filter means.
It is characterized by that.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
An RDS decoder according to
Synchronous demodulation means for receiving a multiplexed signal obtained by multiplexing an RDS signal based on digital data on an FM audio signal and generating a baseband RDS signal from the RDS signal;
Data decoding means for restoring the digital data from the baseband RDS signal generated by the synchronous demodulation means,
The data decoding means is
in frontRecordingSource band RDS signal is inputRuSampling frequency conversion means;
Sampling frequency conversionmeansSymbol phase error detection means for detecting a phase error between data output from the transmission symbol and transmission symbol timing;Composed of
TheSampling frequency conversion means,
A low-pass filter capable of generating a plurality of timing data that interpolates input data with a plurality of coefficient sets is provided, and the data at the time closest to the desired timing synchronized with the RDS symbol is selected by the coefficient set selection of the low-pass filter. It is configured to perform sampling frequency conversion at a desired conversion ratio through sequential generation and output, and at the same time, it is configured to be able to adjust this conversion ratio based on the phase error detected by the symbol phase error detection means. Ru
It is characterized by that.
[0020]
Claims2The RDS decoder according to
The data decoding means adjusts the transmission symbol timing so that the zero cross point of the transmission symbol output from the sampling frequency conversion processing unit is located at the center of the symbol period.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In RDS broadcasting, an FM audio signal is transmitted by superimposing an RDS signal based on digital data. An RDS radio receiver is used to receive RDS broadcasts. The RDS decoder according to the invention is usually equipped as part of an RDS radio receiver.
[0022]
<Description of configuration of RDS decoder>
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an RDS decoder according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the RDS decoder according to the present embodiment receives an FM composite audio signal obtained by detecting an FM broadcast signal transmitted by superimposing an RDS signal on an FM audio signal, and receives a baseband RDS. Synchronous demodulation means 1 for outputting a signal is provided. In addition, the RDS decoder according to the present embodiment has data decoding means 2 that receives the baseband RDS signal from the synchronous demodulation means 1 and outputs the same RDS data as the transmission digital data.
[0023]
The
[0024]
The
[0025]
Each said structure can be comprised by the hardware which has a function demonstrated below, software, or these combination.
[0026]
<Description of Function of
The input signal of the synchronous demodulation means 1 is a composite audio signal after FM detection. The sampling frequency of this input signal is about 120 kHz or higher (that is, 57 kHz ± 2.P) which can suppress the influence of aliasing distortion or the like on the RDS signal band having a component of approximately 57 kHz ± 2.4 kHz. 4 times or more of 4 kHz). This can be given directly by digital detection, or can be given after analog (digital to analog) conversion of an analog composite audio signal.
[0027]
The composite audio signal thus input is first converted into two orthogonal baseband signals by the orthogonal demodulation means 3. The orthogonal demodulation means 3 includes a first multiplication processing unit 11, a second
[0028]
The
[0029]
For comparison, a filter is considered in which there is almost no attenuation at 57 kHz ± 1.2 kHz and the attenuation outside the band of 57 kHz ± 3 kHz is 40 dB. In this case, it is necessary to perform processing of about 143 coefficients with a sampling frequency of 128 kHz. When this is counted as the number of product-sum operations required per second, it is about 18.3 × 10.6It becomes. Therefore, if the same processing is performed with a filter having the same characteristics for the baseband signal (57 kHz), the required filter coefficient is also 143. On the other hand, when the output of the
[0030]
Further, the I branch filter 14 and the
[0031]
By the way, in the same area as the RDS broadcast area, there is a case where a broadcast with a traffic information service called an ARI (Autofahrer Rundfunk Information) broadcast adopting a method different from the RDS broadcast is performed. is there. This ARI is transmitted with a subcarrier frequency and a spectrum very close to this. Since RDS broadcasting and ARI broadcasting may be performed simultaneously in the same area, it is necessary to prevent the decoding operation of the RDS decoder from being adversely affected by ARI broadcasting. According to the RDS decoder according to the present embodiment, this can be easily realized by adding to the I branch filter 14 and the Q branch filter 15 a high-pass characteristic that blocks the spectrum of the ARI transmission signal. Actually, the spectrum of the ARI transmission signal is distributed in a frequency band of approximately 250 Hz or less, whereas the spectrum of the RDS signal is distributed around about 1.2 kHz. Therefore, when it is necessary to prevent the RDS decoder from being adversely affected by the ARI broadcast, this object can be effectively achieved by adding only a filter that attenuates only a component of approximately 250 Hz or less.
[0032]
At the output of the filter means 4, an RDS signal having substantially zero frequency is obtained. However, in the RDS decoder according to the present embodiment, the phase of the input RDS signal carrier and the output of the
[0033]
First, the two signals R entering the phase synchronization means 5cAnd RsThe
Rc= R (t) · cos (φ)
Rs= R (t) · sin (φ)
And Here, R (t) is a baseband RDS signal, and φ represents a phase error at that time. The phase
Rco= Rc・ Cos (ψ) -RsSin (ψ) = R (t) · cos (φ + ψ)
Rso= Rc・ Sin (ψ) + RsCos (ψ) = R (t) sin (φ + ψ)
Here, since feedback control is performed through the loop filter 18 so that ψ is substantially equal to −φ, RcoThe output will eventually be approximately equal to the baseband RDS signal R (t) and RsoApproaches 0.
[0034]
The third multiplication processing unit 17 receives the signal RcoAnd Rso{R (t)} by multiplying2・ Sin (2φ + 2ψ) / 2 is obtained as an output. This output gives an output substantially proportional to the magnitude of (φ + ψ) in a range where (φ + ψ) is sufficiently smaller than ± 45 °, regardless of whether R (t) is positive or negative. Therefore, the output {R (t)} of the third multiplication processing unit 172By setting the value of ψ and performing feedback control so that sin (2φ + 2ψ) / 2 converges to 0, as described above, the output R of the phase
[0035]
Although it may be considered that the phase
[0036]
<Description of Function of
When the processing for decoding the baseband RDS signal is performed by the integration and dump processing (processing by the
[0037]
However, in the RDS decoder according to the present embodiment, the data given as the output of the phase synchronization means 5 is not synchronized with the symbol frequency. The sampling frequency
[0038]
The actual processing in the sampling frequency
[0039]
The filter coefficient
[0040]
The timing
[0041]
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining the sampling frequency conversion processing in the data decoding means 2. In FIG. 3, “count value” indicates a count value of the timing
[0042]
As shown in FIG. 3, the timing
[0043]
At this time, the values M1 and M2 shown in FIG. 3 are values in the range of 1 to N. The filter coefficient
[0044]
Here, the sample number counting
[0045]
As shown in FIGS. 4 and 5, the timing error accumulation processing unit 22 accumulates and adds data values in the central part of the symbol period. In the examples of FIGS. 4 and 5, the data values corresponding to the
Te= (S1+ S2+ S3+ S4) ・ Sign (Dt)
Dt= S0+ S1+ S2-(S3+ S4+ S5)
Where s0To s5Are data values corresponding to sample
[0046]
As shown in FIGS. 4A and 5A, when the output sample timing is delayed from the symbol timing, TeBecomes negative. As shown in FIGS. 4C and 5C, when the output sample timing is ahead of the symbol timing, TeBecomes positive. Furthermore, as shown in FIGS. 4B and 5B, if the output sample timing matches the symbol timing, TeBecomes almost zero. From this, the output T of the timing error accumulation processing unit 22eIs effective as a signal representing a timing error.
[0047]
The increment
[0048]
For this reason, once this initial setting is correctly performed, the sampling frequency
[0049]
The zero cross detection processing unit 21 synchronizes the RDS symbol with the sample number output from the sample number counting
[0050]
By this update processing, when the recently observed zero cross is located at the center of the symbol period, the synchronization relationship between the symbol timing and the sample number is established. Further, even if the observed zero cross is located at the symbol boundary, when the sample number is updated in this way, the sample number P is shown as shown in the column of “missequence of sample numbers” in FIG. The case where the code does not change at / 2 occurs frequently, and the sample number is updated again, so that the synchronization relationship between the symbol timing and the sample number is established soon.
[0051]
The integration and
[0052]
The
[0053]
The differential
[0054]
According to the RDS decoder according to the present embodiment, it is possible to easily realize a signal processing system including an FM radio reception process in which the RDS decoder process is reduced and the requirements regarding the basic clock of the process are relaxed. As a result, the device manufacturing cost can be reduced.
[0056]
【The invention's effect】
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an RDS decoder according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining sampling frequency conversion processing in data decoding means of the RDS decoder according to the embodiment of the present invention;
FIG. 3 is an explanatory diagram for explaining sampling frequency conversion processing in data decoding means of the RDS decoder according to the embodiment of the present invention;
FIGS. 4A to 4C are explanatory diagrams for explaining sampling frequency conversion processing of the RDS decoder according to the embodiment of the present invention.
FIGS. 5A to 5C are explanatory diagrams for explaining sampling frequency conversion processing of the RDS decoder according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining zero-cross detection processing of the RDS decoder according to the embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional RDS decoder.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記同期復調手段で生成されたベースバンドRDS信号から前記デジタルデータを復元するデータ復号手段とを有し、
前記データ復号手段が、
前記ベースバンドRDS信号が入力されるサンプリング周波数変換手段と、
前記サンプリング周波数変換手段から出力されるデータと伝送シンボルタイミングとの位相誤差を検出するシンボル位相誤差検出手段とより構成されるとともに、
前記サンプリング周波数変換手段が、
複数の係数組を備えて入力データを補間する複数タイミングのデータを生成し得る低域フィルタを備え、この低域フィルタの係数組選択によりRDSシンボルに同期する所望のタイミングに最も近い時点のデータを順次生成し出力することを通して所望の変換比率によるサンプリング周波数変換を行うように構成されており、同時に前記シンボル位相誤差検出手段により検出された位相誤差に基づいてこの変換比率を調節し得るよう構成される
ことを特徴とするRDSデコーダ。Synchronous demodulation means for receiving a multiplexed signal obtained by multiplexing an RDS signal based on digital data on an FM audio signal and generating a baseband RDS signal from the RDS signal;
Data decoding means for restoring the digital data from the baseband RDS signal generated by the synchronous demodulation means,
The data decoding means is
And Lusa sampling frequency conversion means is pre Kibe baseband RDS signal is input,
A symbol phase error detecting means for detecting a phase error between the data output from the sampling frequency converting means and the transmission symbol timing ;
The sampling frequency conversion means,
A low-pass filter capable of generating a plurality of timing data that interpolates input data with a plurality of coefficient sets is provided, and the data at the time closest to the desired timing synchronized with the RDS symbol is selected by the coefficient set selection of the low-pass filter. It is configured to perform sampling frequency conversion at a desired conversion ratio through sequential generation and output, and at the same time, it is configured to be able to adjust this conversion ratio based on the phase error detected by the symbol phase error detection means. RDS decoder, characterized in that that.
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