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FM Broadcast Demodulator Baseband

ブロードキャスト FM 変調信号の復調

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ライブラリ:
Communications Toolbox / Modulation / Analog Baseband Modulation

説明

FM Broadcast Demodulator Baseband ブロックは、ブロードキャスト FM 信号をステレオまたはモノラルのオーディオ信号に復調し、さらにオプションで RDS (または RBDS) 信号に復調します。詳細については、アルゴリズムを参照してください。

このアイコンには、利用可能なすべての端子を使用したブロックが表示されています。

例

オーディオ信号の変調と復調

オーディオ入力ファイルを読み込み、FM Broadcast Modulator Baseband ブロックと FM Broadcast Demodulator Baseband ブロックを使用してオーディオ信号の変調と復調を行います。入力信号のスペクトルを復調された信号のスペクトルと比較します。

doc_fmbroadcast モデルは、guitar.wav 信号を読み込み、その信号を FM ブロードキャスト用に変調し、FM ブロードキャスト信号を復調し、復元した信号と元のオーディオ信号をスペクトル アナライザーで比較します。

制限

入力長はオーディオ間引き係数の整数倍でなければなりません。[RDS/RBDS demodulation] チェック ボックスがオンになっている場合、入力長はさらに RBDS 間引き係数の整数倍でなければなりません。

端子

入力

In — 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

Out — RDS (または RBDS) 信号

N 要素の列ベクトル | 2 行 N 列の行列

RDS (または 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。

• N 要素の列ベクトル (モノラル信号の場合) — N はオーディオ信号のサンプル数です。[Stereo audio] を選択しなかった場合、出力は列ベクトルになります。

• 2 行 N 列の行列 (ステレオ信号の場合) — 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。[Stereo audio] を選択した場合、出力には 2 つのチャネルが含まれます。この場合、ディエンファシス フィルター処理後にブロックによってステレオ復号化が実行されます。

パラメーター

ブロック パラメーターを対話的に編集するには、プロパティ インスペクターを使用します。Simulink^® ツールストリップの [シミュレーション] タブの [準備] ギャラリーで [プロパティ インスペクター] を選択します。

Sample rate (Hz) — 出力信号のサンプル レート

240e3 | 正のスカラー

出力信号のサンプル レート (Hz 単位)。正のスカラーとして指定します。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。具体的には、サンプル レート (Hz) > 2 × 周波数偏差 (Hz) です。

Frequency deviation (Hz) — 出力信号周波数のピーク偏差

75e3 | 正のスカラー

変調器の出力信号周波数のピーク偏差 (Hz 単位)。正の実数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。

システムの帯域幅は、周波数偏差とメッセージ帯域幅の合計の 2 倍と等しくなります。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。

De-emphasis filter time constant (s) — ディエンファシス ローパス 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 ローパス 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。

Output audio sample rate (Hz) — 出力オーディオのサンプル レート

48000 (既定値) | 正のスカラー

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

Play audio device — 既定のオーディオ デバイスによる音声の再生

on (既定値) | off

このチェック ボックスをオンにすると、既定のオーディオ デバイスで音声が再生されます。

バッファー サイズ (サンプル) — バッファー サイズ

4096 (既定値) | 正のスカラー

ブロックでオーディオ デバイスとの通信に使用されるバッファーのサイズ (サンプル数単位) を正の整数スカラーとして指定します。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[Play audio device] を選択します。

Stereo audio — ステレオ復調を有効にするオプション

off (既定値) | on

このチェック ボックスをオンにすると、ステレオ オーディオ信号の復調が有効になります。

• [Stereo audio] チェック ボックスをオフにした場合、オーディオ信号はモノラルであるとみなされます。

• [Stereo audio] チェック ボックスをオンにした場合、ブロックはベースバンド (L+R) に加え、ステレオ オーディオ (L–R) を 38 KHz の帯域で復調します。

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。

RDS/RBDS demodulation — RDS (または RBDS) 波形復調を有効にするオプション

off (既定値) | on

このチェック ボックスをオンにすると、RBDS 信号が入力複素ベースバンド FM 信号から復調されます。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。

Number of samples per RDS/RBDS symbol — RDS/RBDS シンボルあたりのサンプル出力数

10 (既定値) | 正の整数

RDS/RBDS シンボルあたりのサンプル出力数。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) のサンプル レートは、([Number of samples per RDS/RBDS symbol] × 1187.5) Hz で求められます。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[RDS/RBDS demodulation] を選択します。

RDS/RBDS Costas loop — Costas ループを有効にするオプション

off (既定値) | on

ブロックが RBDS 信号の位相復元で Costas ループを使用するかどうかを指定します。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 RBDS 信号をロックしないラジオ局では、このチェック ボックスをオンにします。

依存関係

このパラメーターを有効にするには、[RDS/RBDS demodulation] を選択します。

シミュレーション実行方法 — 実行するシミュレーションのタイプ

コード生成 (既定値) | インタープリター型実行

実行するシミュレーションのタイプ。[コード生成] または [インタープリター型実行] として指定します。

• コード生成 — 生成された C コードを使用してモデルをシミュレートします。シミュレーションの初回実行時、Simulink は対象ブロックの C コードを生成します。このモデルは、モデルが変更されない限り以降のシミュレーションで C コードを再利用します。このオプションを使用すると、シミュレーションの起動時間は長くなりますが、以降のシミュレーションの速度は [インタープリター型実行] オプションを使用した場合よりも速くなります。

• インタープリター型実行 — MATLAB^® インタープリターを使用してモデルをシミュレートします。このオプションを使用すると、起動時間が短縮されますが、以降のシミュレーションの速度は [コード生成] オプションを使用した場合よりも遅くなります。このモードで、ブロックのソース コードをデバッグできます。

詳細については、シミュレーション モード (Simulink)を参照してください。

ブロックの特性

データ型	double | single
多次元信号	いいえ
可変サイズの信号	いいえ

アルゴリズム

FM Broadcast Demodulator Baseband ブロックには、FM Demodulator Baseband ブロックの機能に加えて、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。

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。

$$H_{\text{p}}(f)=1+j2\pi f{\tau }_{\text{s}},$$

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。

$$H_{\text{d}}(f)=\frac{1}{1+j2\pi f{\tau }_{\text{s}}}.$$

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。

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。

多重化メッセージ信号 m(t) は次式で与えられます。

$$m(t)=C_0\left[L(t)+R(t)\right]+C_1\cos (2\pi \times 19kHz\times t)+C_0\left[L(t)-R(t)\right]\cos (2\pi \times 38kHz\times t)+C_{2}RBDS(t)\cos (2\pi \times 57kHz\times t),$$

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。

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. New York: McGraw-Hill, 1971, pp. 142–155.

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

拡張機能

C/C++ コード生成
Simulink® 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

R2015a で導入

参考

ブロック

• FM Broadcast Modulator Baseband | FM Demodulator Baseband

オブジェクト

• comm.RBDSWaveformGenerator | comm.FMBroadcastDemodulator | comm.FMDemodulator

トピック

• アナログ ベースバンド変調