comm.FMBroadcastDemodulator

ブロードキャスト FM オーディオ信号の復調

説明

comm.FMBroadcastDemodulator System object™ は、複素ブロードキャスト FM 変調信号を復調し、ディエンファシスフィルターを使用して信号をフィルター処理して、オーディオ信号を生成します。詳細については、アルゴリズムを参照してください。

ブロードキャスト FM オーディオ信号を復調するには、次を行います。

comm.FMBroadcastDemodulator オブジェクトを作成し、そのプロパティを設定します。
関数と同様に、引数を指定してオブジェクトを呼び出します。

System object の機能の詳細については、System object とはを参照してください。

作成

構文

fmbdemodulator = comm.FMBroadcastDemodulator

fmbdemodulator = comm.FMBroadcastDemodulator(Name,Value)

fmbdemodulator = comm.FMBroadcastDemodulator(fmbmodulator)

説明

fmbdemodulator = comm.FMBroadcastDemodulator は、FM ブロードキャスト復調器 System object を作成します。

fmbdemodulator = comm.FMBroadcastDemodulator(Name,Value) は、名前と値からなる 1 つ以上の引数を使用してプロパティを設定します。たとえば、fmbdemodulator = comm.FMBroadcastDemodulator('SampleRate',400e3) はサンプルレートを 400 kHz に指定します。

例

fmbdemodulator = comm.FMBroadcastDemodulator(fmbmodulator) は、入力 comm.FMBroadcastModulator System object fmbmodulator の構成に基づいてプロパティを設定します。

プロパティ

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特に指定がない限り、プロパティは "調整不可能" です。つまり、オブジェクトの呼び出し後に値を変更することはできません。オブジェクトは呼び出すとロックされ、ロックを解除するには関数 release を使用します。

プロパティが "調整可能" の場合、その値をいつでも変更できます。

プロパティ値の変更の詳細については、System object を使用した MATLAB でのシステム設計を参照してください。

`SampleRate` — サンプルレート
`240e3` (既定値) | 正のスカラー

復調器の入力のサンプルレート (Hz 単位)。正のスカラーとして指定します。サンプルレートは周波数偏差の 2 倍より大きくなければなりません (つまり、SampleRate > 2×FrequencyDeviation)。

データ型: double

`FrequencyDeviation` — 入力信号周波数のピーク偏差
`75e3` (既定値) | 正のスカラー

入力信号周波数のピーク偏差 (Hz 単位)。正のスカラーとして指定します。周波数偏差はサンプルレートの半分より小さくなければなりません (つまり、FrequencyDeviation < SampleRate/2)。

システムの帯域幅は B_T = 2×(FrequencyDeviation + B_M) です。ここで、B_M はメッセージ帯域幅 (Hz 単位) です。詳細については、アルゴリズムを参照してください。

FM ブロードキャストの業界標準では、米国では 75 kHz、ヨーロッパでは 50 kHz の値が規定されています。

データ型: double

`FilterTimeConstant` — ディエンファシスハイパスフィルターの時定数
`7.5e-05` (既定値) | 正のスカラー

ディエンファシスハイパスフィルターの時定数 (秒単位)。正のスカラーとして指定します。FM ブロードキャストの業界標準では、米国では 75 μs、ヨーロッパでは 50 μs の値が規定されています。

データ型: double

`Stereo` — ステレオ復調を有効にするオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

ステレオ復調を有効にするオプション。logical 0 (false) または 1 (true) として指定します。

false — 出力はモノラルオーディオです。
true — オブジェクトはステレオ復号化を実行し、ステレオオーディオを出力します。

詳細については、多重化ステレオおよび RDS (または RBDS) FM 信号を参照してください。

データ型: logical

`PlaySound` — オーディオ再生を有効にするオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

オーディオ再生を有効にするオプション。logical 0 (false) または 1 (true) として指定します。コンピューターに接続されている既定のオーディオデバイスで出力信号を再生するには、このプロパティを true に設定します。

データ型: logical

`AudioSampleRate` — 出力オーディオ信号のサンプルレート
`48000` (既定値) | 正のスカラー

出力オーディオ信号のサンプルレート (Hz 単位)。正のスカラーとして指定します。

データ型: double

`BufferSize` — バッファーサイズ
`4096` (既定値) | 正の整数

バッファーサイズ (サンプル単位)。正の整数として指定します。このプロパティは、System object がオーディオデバイスとの通信に使用するバッファーサイズを指定します。

依存関係

このプロパティを有効にするには、PlaySound プロパティを true に設定します。

データ型: double

`RBDS` — RDS (または RBDS) 波形復調を有効にするオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

RDS (または RBDS) 波形復調を有効にするオプション。logical 0 (false) または 1 (true) として指定します。このプロパティを true に設定すると、オブジェクトは RDS (または RBDS) 波形を復調します。詳細については、多重化ステレオおよび RDS (または RBDS) FM 信号を参照してください。

データ型: logical

`RBDSSamplesPerSymbol` — RDS (または RBDS) 出力信号のオーバーサンプリング係数
`10` (既定値) | 正の整数

RDS (または RBDS) 出力信号のオーバーサンプリング係数。正の整数として指定します。RDS (または RBDS) ブロードキャストデータのサンプルレートは 1187.5 Hz です。RDS (または RBDS) 信号のサンプルレートは RBDSSamplesPerSymbol × 1187.5 Hz です。

依存関係

このプロパティを有効にするには、RBDS プロパティを true に設定します。

データ型: double

`RBDSCostasLoop` — RDS (または RBDS) 信号の位相を復元するオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

RDS (または RBDS) 信号の位相を復元するオプション。logical 0 (false) または 1 (true) として指定します。

Costas ループを使用して RDS (または RBDS) 信号の位相を復元するには、このプロパティを true に設定します。19 kHz パイロットトーンの第 3 高調波によって位相で 57 kHz RDS (または RBDS) 信号をロックしないラジオ局では、Costas ループは RDS (または RBDS) 信号の位相の復元に役立ちます。

依存関係

このプロパティを有効にするには、RBDS プロパティを true に設定します。

データ型: logical

使用法

構文

audiosig = fmbdemodulator(insig)

[audiosig,rbdssig] = fmbdemodulator(insig)

説明

audiosig = fmbdemodulator(insig) は、FM 変調されたベースバンドオーディオ信号を復調し、ディエンファシスフィルターを使用してこの信号をフィルター処理して、オーディオ信号を生成します。

例

[audiosig,rbdssig] = fmbdemodulator(insig) は、ベースバンド RBDS 信号も 57 kHz で復調します。この構文を有効にするには、RBDS プロパティを true に設定します。

例

入力引数

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`insig` — FM 変調されたベースバンドオーディオ信号
列ベクトル

FM 変調されたベースバンドオーディオ信号。列ベクトルとして指定します。信号長の制限の詳細については、制限を参照してください。

データ型: double | single
複素数のサポート: あり

出力引数

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`audiosig` — オーディオ信号
N 要素の列ベクトル | M 行 N 列の行列

オーディオ信号。列ベクトルまたは M 行 N 列の行列として返されます。M はステレオチャネルの数です。N はチャネルあたりのオーディオ信号のサンプル数です。出力のデータ型は、入力信号 insig のデータ型と同じです。

Stereo プロパティを true に設定した場合、オーディオ信号には少なくとも 2 つのチャネルが必要になり、System object はステレオ符号化をディエンファシスフィルター処理の前に実行します。出力の長さは N × (AudioSampleRate/SampleRate) です。

`rbdssig` — RBDS 信号
列ベクトル

RBDS 信号。入力信号と同じデータ型の列ベクトルとして返されます。

データ型: double | single
複素数のサポート: あり

オブジェクト関数

オブジェクト関数を使用するには、System object を最初の入力引数として指定します。たとえば、obj という名前の System object のシステムリソースを解放するには、次の構文を使用します。

release(obj)

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`comm.FMBroadcastDemodulator` に固有

info FM ブロードキャスト変調器または復調器に関する情報

すべての System object に共通

`step`	System object のアルゴリズムの実行
`release`	リソースを解放し、System object のプロパティ値と入力特性の変更を可能にします。
`reset`	System object の内部状態のリセット

例

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ストリーミングオーディオ信号の FM ブロードキャスト

ライブスクリプトを開く

ストリーミングモードでデータを処理する System object を使用して FM ブロードキャスト変調および復調を適用した後に、オーディオファイルを再生します。

オーディオファイル guitartune.wav を読み込むには、フレームあたりのサンプル数が 4410 に設定されているオーディオファイルリーダー System object™ を使用します。

audiofilereader = dsp.AudioFileReader('guitartune.wav', ...
    'SamplesPerFrame',4410);

FM ブロードキャスト変調器オブジェクトと FM ブロードキャスト復調器オブジェクトを作成します。入力オーディオ信号のサンプルレートと一致するように、出力オーディオ信号のサンプルレートを設定します。変調器の指定されたサンプルレートと一致するように、復調器のサンプルレートを設定します。ブロードキャスト復調器でオーディオ再生を有効にします。

fmbMod = comm.FMBroadcastModulator( ...
    'AudioSampleRate',audiofilereader.SampleRate, ...
    'SampleRate',240e3);
fmbDemod = comm.FMBroadcastDemodulator( ...
    'AudioSampleRate',audiofilereader.SampleRate, ...
    'SampleRate',240e3,'PlaySound',true);

フレーム長が 4410 のオーディオデータを読み取って FM ブロードキャスト変調を適用し、その FM 信号を復調して、復調した信号 (demodData) を再生します。

while ~isDone(audiofilereader)
    audioData = audiofilereader();
    modData = fmbMod(audioData);
    demodData = fmbDemod(modData); % Demodulate and play signal
end

RBDS 波形の FM ブロードキャスト変調および復調

ライブスクリプトを開く

RBDS 波形を生成し、オーディオ信号を使用して RBDS 波形を FM ブロードキャスト変調してから、FM 信号を FM ブロードキャスト復調します。

フレームあたり 19 のグループとシンボルあたり 10 のサンプルをもつ RBDS 波形のパラメーターを指定します。RBDS 波形のサンプルレートは、1187.5 x 10 で求められます。オーディオサンプルレートを 1187.5 x 40 に設定します。

groupLen = 104;
sps = 10;
groupsPerFrame = 19;
rbdsFrameLen = groupLen*sps*groupsPerFrame;
afrRate = 40*1187.5;
rbdsRate = 1187.5*sps;
outRate = 4*57000;

オーディオファイル guitartune.wav を読み込むには、フレームあたりのサンプル数を設定したオーディオファイルリーダー System object™ を使用します。RBDS 波形発生器、FM ブロードキャスト変調器、FM ブロードキャスト復調器、および時間範囲の System object を作成します。ステレオオーディオファイルと RBDS 波形を処理するように変調器オブジェクトと復調器オブジェクトを構成します。

afr = dsp.AudioFileReader( ...
    'rbds_capture_47500.wav', ...
    'SamplesPerFrame',rbdsFrameLen*afrRate/rbdsRate);
rbds = comm.RBDSWaveformGenerator( ...
    'GroupsPerFrame',groupsPerFrame, ...
    'SamplesPerSymbol',sps);

fmMod = comm.FMBroadcastModulator( ...
    'AudioSampleRate',afr.SampleRate, ...
    'SampleRate',outRate,...
    'Stereo',true, ...
    'RBDS',true, ...
    'RBDSSamplesPerSymbol',sps);
fmDemod = comm.FMBroadcastDemodulator( ...
    'SampleRate',outRate,...
    'Stereo',true, ...
    'RBDS',true, ...
    'PlaySound',true);
scope = timescope( ...
    'SampleRate',outRate, ...
    'YLimits',10^-2*[-1 1]);

オーディオ信号を読み取ります。オーディオと同じに構成されたレートで RBDS 情報を生成します。RBDS 情報を使用してステレオオーディオ信号を FM ブロードキャスト変調します。加法性ホワイトガウスノイズを付加します。オーディオ信号と RBDS 波形を FM 復調します。時間スコープに波形が表示されます。

for idx = 1:7
    input = afr();                         
    rbdsWave = rbds();                     
    yFM = fmMod([input input],rbdsWave);  
    rcv = awgn(yFM,40);                   
    [audioRcv, rbdsRcv] = fmDemod(rcv);    
    scope(rbdsRcv);
end

制限

入力信号 insig の長さは、AudioDecimationFactor プロパティの整数倍でなければなりません。RBDS プロパティを true に設定した場合、入力信号 insig の長さは、RBDSDecimationFactor の整数倍でもなければなりません。AudioDecimationFactor プロパティと RBDSDecimationFactor プロパティの詳細については、オブジェクト関数 info を参照してください。

アルゴリズム

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comm.FMBroadcastDemodulator System object には、comm.FMDemodulator System object の機能に加え、ディエンファシスフィルター処理とステレオ信号受信機能が含まれます。

Filtering

FM は高周波ノイズを増幅し、全体的な S/N 比を低下させます。これを補正するため、FM ブロードキャスターは FM 変調の前にプリエンファシスフィルターを挿入して高周波数成分を増幅させます。FM 受信機は、FM 復調器の後に逆数ディエンファシスフィルターを使用して高周波ノイズを減衰させ、フラットな信号スペクトルを復元します。次の図は、処理演算の順序を示しています。

Pre-emphasis filter output to FM broadcast modulator input, and FM broadcast demodulator output to de-emphasis filter input

プリエンファシスフィルターには、次で与えられるハイパス特性伝達関数があります。

$H_{p} (f) = 1 + j 2 π f τ_{s},$

ここで、τ_s はフィルター時定数です。時定数は、米国では 75 μs、ヨーロッパでは 50 μs です。同様に、ローパスディエンファシスフィルターの伝達関数は次で与えられます。

$H_{d} (f) = \frac{1}{1 + j 2 π f τ_{s}} .$

44.1 kHz のオーディオサンプルレートに対して、ディエンファシスフィルターは次の図に示すように応答します。

Plot showing magnitude response of the de-emphasis filter

多重化ステレオおよび RDS (または RBDS) FM 信号

FM ブロードキャストでは、ステレオおよびモノラルの動作がサポートされます。ステレオ送信をサポートするため、次のようになります。

Left + Right チャネル情報は、スペクトルのモノラル部分 (0 ～ 15 kHz) に割り当てられます。
Left – Right チャネル情報は、38 kHz のサブキャリア信号を使用して、ベースバンドスペクトルの 23 ～ 53 kHz 領域に振幅変調されます。

多重化された信号内の 19 kHz のパイロットトーンにより、FM 受信機はステレオ信号と RDS (または RBDS) 信号をコヒーレントに復調できます。

この図は、多重化ベースバンド信号のスペクトルを示します。

Plot showing spectrum mask for mono audio signal, stereo pilot, left and right stereo audio signals, and RBDS signal

多重化メッセージ信号 m(t) は次式で与えられます。

$m (t) = C_{0} [L (t) + R (t)] + C_{1} \cos (2 π \times 19 k H z \times t) + C_{0} [L (t) - R (t)] \cos (2 π \times 38 k H z \times t) + C_{2} R B D S (t) \cos (2 π \times 57 k H z \times t),$

ここで、C₀、C₁、および C₂ はゲインです。適切な変調レベルを生成するために、これらのゲインは、L(t)±R(t) 信号、19 kHz のパイロットトーン、RDS (または RBDS) サブキャリアの振幅をそれぞれスケーリングします。

復調器は、中心周波数 19 kHz、38 kHz、57 kHz の 3 つのバンドパスフィルターと、カットオフ周波数 3 dB の 15 kHz のローパスフィルターに m(t) を適用します。19 kHz のバンドパスフィルターは、パイロットトーンを変調信号から抽出します。復元されたパイロットトーンの周波数は 2 倍および 3 倍になり、38 kHz と 57 kHz の信号を生成します。これは (L – R) 信号と RDS (または RBDS) 信号をそれぞれ復調します。ステレオ音声を生成する左右のチャネルをスケーリングしたものを生成するため、オブジェクトにより (L + R) 信号と (L – R) 信号が加算および減算されます。RDS (または RBDS) 信号を復元するため、m(t) と 57 kHz 信号がミキシングされます。

次の図は、FM ブロードキャスト復調器の多重化 (MPX) 復号化器のブロック線図を示します。L(t) と R(t) は、時間領域の波形の左右のオーディオ信号成分です。RBDS(t) は、RDS (または RBDS) 信号の時間領域の波形です。

Multiplexing (MPX) decoder block diagram

参照

[1] Hatai, I., and I. Chakrabarti. “A New High-Performance Digital FM Modulator and Demodulator for Software-Defined Radio and Its FPGA Implementation.” International Journal of Reconfigurable Computing (December 25, 2011): 1–10. https://doi.org/10.1155/2011/342532.

[2] Taub, H., and D. Schilling. Principles of Communication Systems. McGraw-Hill Series in Electrical Engineering, 142–55. New York: McGraw-Hill, 1971.

[3] Der, Lawrence. "Frequency Modulation (FM) Tutorial." Silicon Laboratories Inc.: 4–8.

拡張機能

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C/C++ コード生成
MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

使用上の注意および制限:

MATLAB コード生成における System object (MATLAB Coder)を参照してください。

バージョン履歴

R2015a で導入

参考

comm.FMBroadcastDemodulator

説明

作成

構文

説明

プロパティ

SampleRate — サンプル レート 240e3 (既定値) | 正のスカラー

FrequencyDeviation — 入力信号周波数のピーク偏差 75e3 (既定値) | 正のスカラー

FilterTimeConstant — ディエンファシス ハイパス フィルターの時定数 7.5e-05 (既定値) | 正のスカラー

Stereo — ステレオ復調を有効にするオプション false または 0 (既定値) | true または 1

PlaySound — オーディオ再生を有効にするオプション false または 0 (既定値) | true または 1

AudioSampleRate — 出力オーディオ信号のサンプル レート 48000 (既定値) | 正のスカラー

BufferSize — バッファー サイズ 4096 (既定値) | 正の整数

依存関係

RBDS — RDS (または RBDS) 波形復調を有効にするオプション false または 0 (既定値) | true または 1

RBDSSamplesPerSymbol — RDS (または RBDS) 出力信号のオーバーサンプリング係数 10 (既定値) | 正の整数

依存関係

RBDSCostasLoop — RDS (または RBDS) 信号の位相を復元するオプション false または 0 (既定値) | true または 1

依存関係

使用法

構文

説明

入力引数

insig — FM 変調されたベースバンド オーディオ信号 列ベクトル

出力引数

audiosig — オーディオ信号 N 要素の列ベクトル | M 行 N 列の行列

rbdssig — RBDS 信号 列ベクトル

オブジェクト関数

comm.FMBroadcastDemodulator に固有

すべての System object に共通

例

ストリーミング オーディオ信号の FM ブロードキャスト

RBDS 波形の FM ブロードキャスト変調および復調

制限

アルゴリズム

Filtering

多重化ステレオおよび RDS (または RBDS) FM 信号

参照

拡張機能

C/C++ コード生成 MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

バージョン履歴

参考

オブジェクト

ブロック

トピック

`SampleRate` — サンプルレート
`240e3` (既定値) | 正のスカラー

`FrequencyDeviation` — 入力信号周波数のピーク偏差
`75e3` (既定値) | 正のスカラー

`FilterTimeConstant` — ディエンファシスハイパスフィルターの時定数
`7.5e-05` (既定値) | 正のスカラー

`Stereo` — ステレオ復調を有効にするオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

`PlaySound` — オーディオ再生を有効にするオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

`AudioSampleRate` — 出力オーディオ信号のサンプルレート
`48000` (既定値) | 正のスカラー

`BufferSize` — バッファーサイズ
`4096` (既定値) | 正の整数

`RBDS` — RDS (または RBDS) 波形復調を有効にするオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

`RBDSSamplesPerSymbol` — RDS (または RBDS) 出力信号のオーバーサンプリング係数
`10` (既定値) | 正の整数

`RBDSCostasLoop` — RDS (または RBDS) 信号の位相を復元するオプション
`false` または `0` (既定値) | `true` または `1`

`insig` — FM 変調されたベースバンドオーディオ信号
列ベクトル

`audiosig` — オーディオ信号
N 要素の列ベクトル | M 行 N 列の行列

`rbdssig` — RBDS 信号
列ベクトル

`comm.FMBroadcastDemodulator` に固有

ストリーミングオーディオ信号の FM ブロードキャスト

C/C++ コード生成
MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。