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FM Broadcast Modulator Baseband

ブロードキャスト FM 方式を使用した変調

ライブラリ

Modulation の Analog Baseband Modulation

  • FM Broadcast Modulator Baseband block

説明

FM Broadcast Modulator Baseband ブロックはオーディオ信号をプリエンファシスし、それをベースバンド FM 信号に変調します。[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 の帯域で変調します。[RBDS modulation] チェック ボックスをオンにすると、ブロックはベースバンド RBDS 信号も 57 kHz で変調します。詳細は、アルゴリズムを参照してください。

パラメーター

Sample rate (Hz)

出力信号のサンプルレートを正の実数スカラーで指定します。

Frequency deviation (Hz)

変調器の周波数偏差を Hz 単位で、正の実数スカラーで指定します。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。

Pre-emphasis filter time constant (s)

プリエンファシス ハイパス フィルターの時定数を正の実数スカラーで指定します。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。

Sample rate of audio input signal (Hz)

入力オーディオのサンプルレートを正の実数スカラーで指定します。

Stereo audio

入力信号がステレオ オーディオ信号である場合は、このチェック ボックスをオンにします。

RBDS modulation

このチェック ボックスを選択すると、ベースバンド RBDS 信号が 57 kHz で変調されます。既定では、このチェック ボックスはオフになっています。

Oversampling factor of RBDS input

RBDS シンボルあたりのサンプル数を正の整数で指定します。RBDS サンプル レートは、[Oversampling factor of RBDS input] × 1187.5 Hz で求められます。RBDS 標準によれば、各ビットのサンプル レートは 1187.5 Hz です。

このパラメーターは、[RBDS modulation] チェック ボックスがオンになっている場合に表示されます。

既定の設定は 10 です。

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を選択します。

  • コード生成。C コードの生成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 C コードは、モデルが変更されない限り以降のシミュレーションで再利用されます。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、シミュレーションの速度は [インタープリター型実行] 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、シミュレーションの起動時間は短くなりますが、シミュレーションの速度は [コード生成] よりも遅くなります。

アルゴリズム

FM ブロードキャスト変調器には、ベースバンド FM 変調器、プリエンファシス フィルター処理およびステレオ信号送信機能があります。基本的な FM 変調および FM 復調を制御するアルゴリズムは comm.FMModulator に含まれています。

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 変調の前に FM ブロードキャスターはプリエンファシス 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。

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。

ここで、τs はフィルター時定数です。時定数は、ヨーロッパでは 50 μs、米国では 75 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。

オーディオ サンプリング レートに関係なく、信号は 152 kHz の出力サンプリング レートに変換されます。44.1 kHz のオーディオ サンプルレートに対して、プリエンファシス フィルターは次のように応答します。

ステレオと RDS/RBDS FM – 信号の多重化

FM ブロードキャスト変調器は、ステレオおよびモノラルの動作をサポートします。ステレオ送信をサポートするため、左 (L) と右 (R) のチャネル情報 (L+R) がスペクトルのモノラル部分 (0 ~ 15 kHz) に割り当てられます。(L-R) 情報は、38 kHz の副搬送波信号を使用して、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/RBDS 信号をコヒーレントに復調できます。多重化ベースバンド信号のスペクトルを示します。

多重化ベースバンド信号の生成に使用される FM ブロードキャスト変調器のブロック線図を示します。L(t) と R(t) は左右のチャネルからの時間領域の波形を示しています。RBDS(t) は RDS/RBDS 信号の時間領域の波形を示しています。

多重化メッセージ信号 m(t) は次式で与えられます。

ここで、C0、C1、C2 はゲインです。適切な変調レベルを生成するために、これらのゲインが (L(t)±R(t)) 信号、19 kHz のパイロット トーン、RDS/RBDS 副搬送波の振幅をそれぞれスケーリングします。

制限

  • [RBDS modulation] チェック ボックスをオンにする場合、オーディオと RBDS の両方の入力で次の方程式を満たさなければなりません。

  • オーディオ信号の入力長は、オーディオ間引き係数の整数倍でなければなりません。RBDS 信号の入力長は、RBDS 間引き係数の整数倍でなければなりません。

すべて展開する

オーディオ入力ファイルを読み込み、FM broadcast ブロックを使用して変調および復調を行います。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 モデルを開きます。

モデルを実行します。ベースバンド FM 信号のスペクトルは、高い周波数では元の波形に比べて減衰します。

モデルで変調器と復調器の [Frequency deviation (Hz)] パラメーターと [Pre-emphasis filter time constant (s)] パラメーターを変化させ、FM 信号スペクトルへの影響を観察します。

サポートされているデータ型

端子サポートされているデータ型
信号入力
  • 倍精度浮動小数点

  • 単精度浮動小数点

信号出力
  • 倍精度浮動小数点

  • 単精度浮動小数点

参照

[1] Chakrabarti, I. H., and Hatai, I. “A New High-Performance Digital FM Modulator and Demodulator for Software-Defined Radio and Its FPGA Implementation.” International Journal of Reconfigurable Computing. Vol. 2011, No. 10.1155/2011, 2011, p. 10.

[2] Taub, Herbert, and Donald L. Schilling. Principles of Communication Systems. New York: McGraw-Hill, 1971, pp. 142–155.

[3] Der, Lawrence. “Frequency Modulation (FM) Tutorial”. 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。

R2015a で導入