FM ブロードキャスト受信機

この例では次を使用します。

Communications Toolbox Communications Toolbox
Wireless Testbench Support Package for NI USRP Radios Wireless Testbench Support Package for NI USRP Radios
Communications Toolbox Support Package for Analog Devices ADALM-PLUTO Radio Communications Toolbox Support Package for Analog Devices ADALM-PLUTO Radio
Communications Toolbox Support Package for RTL-SDR Radio Communications Toolbox Support Package for RTL-SDR Radio
Communications Toolbox Support Package for USRP Radio Communications Toolbox Support Package for USRP Radio

この例では、FM のモノラル受信機またはステレオ受信機を構築する方法について説明します。ファイルに記録されたデータを使用するか、RTL-SDR 無線機、ADALM-PLUTO 無線機、または USRP™ 無線機を使用してリアルタイムに信号を受信することができます。

必要なソフトウェアとハードウェア

既定では、この例はファイルに記録されているデータを使用して実行します。オプションとして、無線経由で信号を受信できます。このためには、次のいずれかも必要になります。

RTL-SDR 無線機とRTL-SDR 無線機サポートパッケージ。
Pluto 無線機とADALM-Pluto 無線機サポートパッケージ。
200 シリーズ USRP 無線機 (B2xx または N2xx) とUSRP 無線機サポートパッケージ。NI™ USRP デバイスを Ettus Research 200 シリーズ USRP デバイスにマッピングする方法については、Supported Hardware and Required Softwareを参照してください。
300 シリーズ USRP 無線機 (X3xx) とWireless Testbench。NI USRP デバイスを Ettus Research 300 シリーズ USRP デバイスにマッピングする方法については、Supported Radio Devices (Wireless Testbench)を参照してください。

背景

FM 放送は、周波数変調 (FM) を使用して、ラジオ放送チャネルで忠実度の高い音声送信を提供します。プリエンファシスおよびディエンファシスフィルターが、高い音声周波数でのノイズの影響を軽減するために使用されます。ステレオ符号化によって、同じ FM チャネル [ 1 ] で、左右両方のオーディオチャネルの同時送信が可能になります。

例の実行

この例を実行するには、次の情報を入力する必要があります。

受信期間の秒数
信号ソース (取得されたデータ、RTL-SDR 無線機、ADALM-PLUTO 無線機、または USRP 無線機)
FM チャネル周波数

この例では、受信したオーディオをコンピューターのスピーカーで再生します。

メモ: この例では、既定の PlutoSDR 調整の範囲外である中心周波数を利用します。制約のある調整の範囲外で ADALM-PLUTO 無線機を使用するには、MATLAB® コマンドラインで、入力引数として 'AD9364' を使用し、configurePlutoRadioを実行します。

受信機の構造

FM Broadcast Demodulator Baseband System object™ は、228 kHz の入力サンプルレートを 45.6 kHz に変換します。これは、ホストコンピューターのオーディオデバイスのサンプルグレートです。米国の FM 放送の規格に従って、ディエンファシスローパスフィルターの時定数が 75 マイクロ秒に設定されています。この例では、受信されたモノラル信号を処理します。復調器は、ステレオ信号も処理できます。

ステレオ復号化を実行するために、FM Broadcast Demodulator Baseband オブジェクトではピークフィルターを使用して 19 kHz パイロットトーンを選択します。これは、38 kHz の搬送波を作成する基になります。得られた搬送波信号を使用して、FM Broadcast Demodulator Baseband ブロックは、中心が 38 kHz の L-R 信号をベースバンドにダウンコンバートします。その後に、L-R および L+R 信号が 75 マイクロ秒ディエンファシスフィルターを通過します。FM Broadcast Demodulator Baseband ブロックが L と R 信号を分離し、それらを 45.6 kHz 音声信号に変換します。

コード例

受信機は、ユーザーの入力を求めて、変数を初期化します。次にループで、信号ソースと FM ブロードキャスト受信機を呼び出します。また、このループは、フレーム時間を使用して無線時間を追跡し、さらに信号のソースによって報告された失われたサンプルを追跡します。

信号ソースのレイテンシ出力は、サンプルが実際にいつ受信されたかを示し、実行中の受信機がリアルタイムにどれだけ近いかを判断するために使用できます。レイテンシ値 1 と、失われたサンプル値 0 は、システムがリアルタイムで実行されていることを示します。1 より大きいレイテンシの値は、受信機がリアルタイムにサンプルを処理できなかったことを示します。レイテンシは、フレーム数で報告されます。これは 1 から 128 までの値をとります。レイテンシが 128 より大きい場合、サンプルが失われます。

%For the option to change default settings, set |cmdlineInput| to 1.
cmdlineInput = 0;
if cmdlineInput
    % Request user input from the command-line for application parameters
    userInput = helperFMUserInput;
else
    load('defaultinputsFM.mat');
end

% Calculate FM system parameters based on the user input
[fmRxParams,sigSrc] = helperFMConfig(userInput);

% Create FM broadcast receiver object and configure based on user input
fmBroadcastDemod = comm.FMBroadcastDemodulator(...
    'SampleRate', fmRxParams.FrontEndSampleRate, ...
    'FrequencyDeviation', fmRxParams.FrequencyDeviation, ...
    'FilterTimeConstant', fmRxParams.FilterTimeConstant, ...
    'AudioSampleRate', fmRxParams.AudioSampleRate, ...
    'Stereo', false);

% Create audio player
player = audioDeviceWriter('SampleRate',fmRxParams.AudioSampleRate);

% Initialize radio time
radioTime = 0;

% Main loop
while radioTime < userInput.Duration
  % Receive baseband samples (Signal Source)
  if fmRxParams.isSourceRadio
      if fmRxParams.isSourcePlutoSDR
          rcv = sigSrc();
          lost = 0;
          late = 1;
      elseif fmRxParams.isSourceUsrpRadio
          rcv= sigSrc();
          lost = 0;
      else
          [rcv,~,lost,late] = sigSrc();
      end
  else
    rcv = sigSrc();
    lost = 0;
    late = 1;
  end

  % Demodulate FM broadcast signals and play the decoded audio
  audioSig = fmBroadcastDemod(rcv);
  player(audioSig);

  % Update radio time. If there were lost samples, add those too.
  radioTime = radioTime + fmRxParams.FrontEndFrameTime + ...
    double(lost)/fmRxParams.FrontEndSampleRate;
end

% Release the audio and the signal source
release(sigSrc)
release(fmBroadcastDemod)
release(player)

その他の調査

例をさらに調べるために、RTL-SDR 無線機、ADALM-PLUTO 無線機、または USRP 無線機の中心周波数を変えて、他のラジオ局を聴取することもできます。

FM 復調器オブジェクトの Stereo プロパティを true に設定することで、信号がステレオ形式で処理され、音質を比較できます。

システムパラメーターの詳細については、次の関数についての情報を参照してください。

helperFMConfig.m

FMReceiverExampleApp ユーザーインターフェイスを使用して、FM 信号をさらに調査することができます。このアプリでは、信号ソースを選択して、RTL-SDR 無線機、ADALM-PLUTO 無線機、または USRP 無線機の中心周波数を変更できます。アプリを起動するには、MATLAB コマンドウィンドウで FMReceiverExampleApp と入力します。このユーザーインターフェイスは、次の図に示されています。