JP2011239466A - Ｆｍ信号の品質測定 - Google Patents

Abstract

【課題】信号品質評価装置を提供する。
【解決手段】信号受信装置で受信した信号の品質を評価する信号品質評価装置は、前記受信装置によって受信された信号をフィルタリングして周波数帯域を分離する第１のフィルタと、前記周波数帯域における信号の振幅が時間が経つにつれて変化する程度を示す指示値であって、前記受信装置の受信信号の品質評価値となる指示値を生成する信号分析器と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、受信したＦＭ（Frequency Modulation：周波数変調）信号の品質測定に関する。

通常のＦＭ放送の無線信号は、標準化された方式によって伝送される。モノラルＦＭ放送信号は、帯域幅１５ｋＨｚの音声信号によって変調される。これは、Ｍ信号として知られている。ステレオＦＭ放送の変調信号は、１９ｋＨｚのパイロット信号と、２３ｋＨｚ〜５３ｋＨｚの抑圧搬送波両側波帯（Double-sideband suppressed carrier：ＤＳＢＳＣ）信号として伝送される左右のステレオチャネルの違いを示す第２信号とをさらに含んでいる。この第２信号はＳ信号として知られている。伝送のためのステレオ信号を生成する際、Ｍ，Ｓおよびパイロット信号は合成され、ステレオマルチプレクスとして知られる信号を生成し、そして周波数変調される。ＲＤＳ，ＲＢＤＳ，ＡＲＩおよび補助的な通信（subsidiary communications）等の他の情報を伝搬する信号がステレオマルチプレクスに追加されてもよい。モノラル受信では、Ｍ信号のみ受信する必要がある。ステレオ受信では、Ｍ信号とＳ信号とを合成することにより、左右のステレオチャネルが再生される。パイロット信号は、受信装置がステレオマルチプレクスの構成要素を分離するのを補助する。

ＦＭ信号が受信され、再生するために復号される時、ＦＭ信号はステレオマルチプレクス信号を生成するために周波数復調される。ＦＭ信号がステレオ信号として伝送される場合、ステレオマルチプレクスは、Ｍ，Ｓおよびパイロット信号を含む。ＦＭ信号がモノラル信号として伝送される場合、ステレオマルチプレクスは、Ｍ信号を含むが、Ｓおよびパイロット信号を含まない。近年、ほとんどのＦＭラジオ放送局はステレオ放送を伝送する。図１は、ステレオＦＭ放送信号のステレオマルチプレクスの構成を示す図である。

種々の理由により、受信装置は、受信信号の品質を測定する装置を備えているのが好ましい。例えば、１つのラジオ局が２つのＦＭチャネルを放送する場合、受信装置が、より高品質で受信できるチャネルに自動的に切替えることができると便利である。これを実現するためには、受信装置はこれら２つのチャネルの受信品質を比較できなければならない。もう１つの品質測定の用途は、受信装置のユーザに対する受信品質を示す品質メータに入力を与えることである。

従来の受信ＦＭ信号の品質を評価する手法は、受信した信号の強度を受信信号の品質の測定値とみなすことである。しかしながら、この手法では、干渉や歪みといった、信号の強度に影響しない信号の障害を検出することができない。

そのため、受信したＦＭラジオ信号の信号品質を評価する改良した手法が必要とされている。

本発明の第１の態様によると、信号受信装置で受信した信号の品質を評価する信号品質評価装置であって、前記受信装置によって受信された信号をフィルタリングして周波数帯域を分離する第１のフィルタと、前記周波数帯域における信号の振幅が時間が経つにつれて変化する程度を示す指示値であって、前記受信装置の受信信号の品質評価値となる指示値を生成する信号分析器と、を備える信号品質評価装置が提供される。

前記信号分析器は、前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成する振幅評価器と、前記振幅評価器によって生成された評価値の大きさに応じて、前記指示値を生成する信号評価器と、を備えていてもよい。

前記振幅評価器は、前記周波数帯域における信号振幅の時間変化を検出する振幅検出器と、前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成するために、前記振幅検出器の出力から時定数成分をフィルタリングする第２のフィルタと、を備えていてもよい。

前記振幅検出器は、先行する周期内で、前記周波数帯域における信号振幅の最大値を表す出力値を設定する動作を周期的に行ってもよい。

前記振幅検出器は、ピーク検出器であってもよい。

前記第２のフィルタは、ハイパスフィルタであってもよい。

前記信号評価器は、前記振幅評価器によって生成される評価値の平均値に応じて前記指示値を生成するように設けられてもよい。

前記信号評価器は、整流器および引き続くローパスフィルタであってもよいし、整流器および引き続くローパスフィルタを備えていてもよい。

前記周波数帯域は好ましくは１９ｋＨｚを含む。前記第１のフィルタは、好ましくは１００ｋＨｚより低い３ｄＢの帯域幅を有し、さらに好ましくは５０または２０ｋＨｚ未満がよい。

本発明の第２の態様によると、信号受信装置で受信した信号の品質を評価する信号品質評価装置を備える信号受信装置であって、前記信号品質評価装置は、前記受信装置によって受信された信号をフィルタリングして周波数帯域を分離する第１のフィルタと、前記周波数帯域における信号の振幅が時間が経つにつれて変化する程度を示す指示値であって、前記受信装置の受信信号の品質評価値となる指示値を生成する信号分析器と、を備える信号受信装置が提供される。

前記受信装置は、受信信号を復調して復調信号を生成する周波数復調器を備え、前記第１のフィルタは、前記復調信号を入力としてもよい。

前記受信装置は、前記復調信号からトラフィック信号を再生する信号再生ユニットを備え、前記信号再生ユニットは、前記周波数帯域を通過するパイロット信号を用いて、前記トラフィック信号を再生するように設けられてもよい。

前記信号受信装置はＦＭ放送ラジオ受信装置であってもよい。

本発明の第３の態様によると、信号受信装置で受信した信号の品質を評価する品質評価方法であって、前記受信装置によって受信された信号をフィルタリングして、周波数帯域を分離し、前記周波数帯域における信号の振幅が時間が経つにつれて変化する程度を示す指示値であって、前記受信装置の受信信号の品質評価となる指示値を生成する方法が提供される。

前記周波数帯域における信号の振幅が時間が経つにつれて変化する程度を示す指示値を生成するステップでは、前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成し、前記振幅評価器によって生成された評価値の大きさに応じて、前記指示値を生成してもよい。

前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成するステップでは、前記周波数帯域における信号振幅の時間変化を検出し、前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成するために、前記振幅検出ステップの出力から時定数成分をフィルタリングしてもよい。

前記周波数帯域における信号振幅の時間変化を検出するステップは、先行する周期内で、前記周波数帯域における信号振幅の最大値を表す前記振幅検出ステップの出力値を周期的に設定してもよい。

前記方法は、前記振幅評価器によって生成される評価値の平均値に応じて前記指示値を生成してもよい。

通常のＦＭ放送信号のステレオマルチプレクスの構成を示す図。 ＦＭ受信装置の一例の概略構成を示す図。

以下、添付図面を参照しながら、本発明の一例を説明する。

本実施形態で説明する品質測定は、ステレオマルチプレクス信号における１９ｋＨｚを中心とする比較的狭帯域に存在する信号の振幅変動量の関数である。品質測定値は、例えば以下に説明する好適な仕組みによって測定されるこの量と比例するのが好ましい。

図２は、ＦＭ放送信号の受信装置を示す図である。信号は、アンテナ１で受信され、増幅器２で増幅され、復調器３でＦＭ復調される。復調器の出力である信号４は、ステレオマルチプレクス信号であり、Ｍ信号と、ステレオ放送の場合の図１に示すＳおよびパイロット信号を含んでいる。

信号の音声の構成要素を復元するために、Ｍ，Ｓおよびパイロット信号は音声復元部５を通過する。音声復元部の入力では、フィルタ６，８，７によって、ステレオマルチプレクスからＭ，Ｓおよびパイロット信号が分離される。フィルタ６は、１５ｋＨｚのカットオフ周波数を有するローパスフィルタであり、Ｍ信号のみを通過させる。フィルタ７は、１９ｋＨｚを中心とするバンドパスフィルタであり、パイロット信号のみを通過させる。フィルタ８は、２３〜５３ｋＨｚのＳ信号のみを通過させるバンドパスフィルタである。復元されたパイロット信号は、周波数ダブラ９を通過する。周波数ダブラは３８ｋＨｚの信号を生成し、この信号は、Ｓ信号をベースバンドにシフトさせるミキサ１０でＳ信号と混合され、左右のステレオチャネルの違いを示す信号１１を生成する。Ｍ信号と信号１１は、Ｍ信号と信号１１とを合成することにより左右のステレオチャネルを生成するユニット１２を通過する。これらは、増幅器１３，１４への出力となり、さらにラウドスピーカ１５，１６への出力となる。

いくつかの実施例では、フィルタ７は、再生されたパイロット信号の品質を向上するために、オプションとして位相同期回路（Phase Locked Loop）を内蔵していてもよい（図２）。さらに、フィルタ８は、ミキサ１０の出力に配置され、フィルタ６と同様にローパスフィルタとして実現されてもよい。

受信装置は、その動作を制御する制御ユニット１７を備えている。例えば、制御ユニット１７は、キーパッド１８に反応でき、これにより、ユーザは受信するチャネルを指示することができる。この入力に応じて、制御ユニットはＦＭ復調器３を設定する。

セクション２０は、受信した信号の品質を評価することを意図している。

セクション２０は、フィルタ７からの出力である分離されたパイロット信号を入力とする。この目的のために、フィルタ７は、パイロット信号の周波数を中心とする比較的狭帯域のものが選択されるのが好ましい。通常の放送ＦＭ信号の場合、フィルタ７の中心周波数は１９ｋＨｚで、約１０Ｈｚの３ｄＢの帯域幅であり、１９ｋＨｚから３ｋＨｚより離れた周波数において６０ｄＢのストップ帯域減衰を備えていればよい。

分離されたパイロット信号２１は、振幅検出器２２に入力される。この振幅検出器２２は、信号２１の振幅を示す出力信号２３を生成する。振幅検出器は、信号２１の振幅をサンプル周期ｔ_ｓａｍｐで周期的に測定しても良い。これは、特にデジタル処理で実現する際に便利である。ｔ_ｓａｍｐは、サンプリング周波数である１／ｔ_ｓａｍｐが、パイロット信号の周波数より低くなるように選択されるのが好ましい。振幅検出器の出力は、任意のサンプル周期における値が、前回のサンプル周期における信号２１の最大振幅を表すアナログ信号であることが好ましい。振幅検出器の出力は、その周期における振幅の他の機能、例えば平均振幅を表すものでもよい。振幅検出器の出力は、直前のサンプル周期における信号２１の最大振幅と等しいか、比例するのが最適である。信号２１の振幅を評価する他の手法、例えば、信号２１のレベルが信号２３のレベルを超えて増加すると信号２１のレベルに追従するが、そうでない場合は時間が経つにつれて減少するレベルを有する信号２３を生成する手法を用いてもよい。信号２１の振幅の評価値は必要に応じてデジタル値で生成されてもよい。

振幅検出器からの出力である信号２３は、ハイパスフィルタ２４に入力される。ハイパスフィルタ２４は、信号２３のＤＣ成分を除去し、出力２５を生成する。デジタル処理を行う場合、フィルタ２４のｚ変換は、例えばＨ（ｚ）＝１−１／ｚである。フィルタ２４の効果は、信号２１に存在する可能性がある一定振幅トーンの大きさに依存しない信号２５を生成することである。通常の受信状態での、このような一定振幅トーンの一例は、パイロットトーンそのものであり、フィルタ２４は信号２５からパイロットトーンそのものの影響を除去する効果を有する。この処理も好ましくはデジタル的に行われる。

品質測定値は、信号２５の平均電力に依存するものと考えられる。信号２５の平均電力が高くなるほど、信号品質は低下する。依存関係は任意の好適な形式でよいが、品質測定値が信号２５の平均電力のＲＭＳ（root mean square：２乗平均平方根）を示すような依存関係が最適である。これは多くの手法で決定されうる。１つの好都合な仕組みは、信号２５のＲＭＳ値の近似値２７を生成するために、信号２５に整流器２６および引き続くローパスフィルタ２６ａを通過させることである。他の仕組み、例えば信号２５のデジタルサンプリングを行い、そのデジタルＲＭＳ値を評価する仕組みを用いてもよい。

信号２７は制御ユニット１７に伝達され、制御ユニット１７では、信号２７は受信装置の動作を制御する際に利用されることができる。制御ユニットは主にデジタル領域で動作しており、この場合、信号２７をその後に使用する前にアナログ−デジタル変換器２８によってデジタル化されると都合が良い。セクション２０がデジタル処理を用いて実行される場合、これは不要である。

品質測定値は多くの手法で用いられることができる。１つの注目に値する使用法は、所望の受信品質を達成する目的で、制御ユニットが自動的に受信装置の動作パラメータを変化させるのを補助することである。制御ユニットは、受信装置の動作パラメータを調整する最適化ユニット２９を含んでいてもよい。調整後、最適化ユニット２９は品質測定値を調整前の値と比較し、品質測定値が改善していることを示す場合は、調整は保持される。そうでない場合、調整は覆される。より高度な動作パラメータの自動調整アルゴリズムを使用してもよい。品質測定値を最大化するか、少なくとも向上する目的で、または、品質測定値を所望の範囲内に保持する目的で調整される動作パラメータの例として以下のものが挙げられる。

・復調器３は、典型的には、受信した信号を中間周波数に混合するために、増幅された受信信号と復調器３内で混合される信号を生成する局所発振器を含んでいる。このダウンコンバージョン処理で用いられる１または２以上の中間周波数は、前記パラメータのうちの１つまたは２以上として調整され得る。

・受信装置の、以下に例示する構成要素の消費電流。

・低ノイズ増幅器２。

・上述のダウンコンバージョン処理で用いられ、復調器３の一部を構成する任意の局所発振器。

・受信装置のアナログおよびデジタルフィルタ。これらは、選択比を高くするためには、高い消費電流を必要とする。

・受信装置のアナログ−デジタル変換器。

・ユニット１２で実行される、受信した音声信号のモノラル／ステレオ混合処理。モノラル受信音声の品質は、典型的にはステレオ受信より受信信号障害に耐えることができる。信号品質が低下する際に、受信装置が音声ステレオ分離の量を減らすことは公知の手法である。この音声ステレオ分離の量は、前記パラメータの１つとなり得る。

・受信音声信号の減衰度合い。これはユニット１２に適用され得る。極めて品質が悪い信号を受信すると、モノラル受信であってもノイズを含む音声が生成される。信号品質が低下する際に、ユーザに聞こえる音声ノイズを制限するために、受信装置が、受信音声を減衰させることは公知の手法である。

上述した信号品質測定は従来の技術と比べて多くの有利な点を有する。第１に、実現が容易である。回路２０は、２つのフィルタ２４，２６ａと、整流器２６と、振幅検出器２２のためのピーク検出回路とから構成することができる。第２に、単純な受信信号の強度と比べて、比較的正確な受信信号の品質を示すことである。上述したように、特に設定可能なＦＭ受信装置に有用であり、信号品質を最大化する目的でパラメータを調整できる。本信号品質測定は、受信装置によって受信された信号がモノラル信号であるかステレオ信号であるかに関わらず、すなわち、受信した信号にパイロットトーンが存在するか否かに関わらず有効である点でも有利である。

上述した手法は、好都合なことに、従来のＦＭ信号放送にも適用可能である。また、他の信号、特に、パイロットトーンの受信品質が問題となっているプロトコル（protocol in question）のデータ周波数における信号の受信品質を示すように、ある周波数のパイロットトーンを含む信号にも適用可能である。パイロットトーンが通常どおりバンドパスフィルタによって受信信号の他の構成要素から分離されるシステムにも都合良く適用可能である。その理由は、パイロット信号を分離するために用いられるフィルタ（図２のフィルタ７）は、信号品質評価装置（図２の符号２０）に用いられるのと同様に、信号再生処理に用いられる出力を生成できるからである。

図２に示す受信装置（必要に応じてアンテナ１は除く）は、１つの集積回路上に都合良く実現できる。

品質測定は、他の手法にも用いられることができる。例えば、品質測定は、２つのチャネルのうちのどちらを受信するかを受信装置に決定させるための指示を与えることや、受信装置のユーザに受信品質を示すために、受信装置にその入力を品質メータに供給させるための指示を与えることができる。

上述の特徴または特徴の組合せがここで開示される任意の問題を解決するか否かに関わらず、また、特許請求の範囲の目的に限定されることなく、当業者の通常の知識を考慮して、本明細書に基づいて上述の特徴または組合せが実施可能な範囲で、出願人はここで説明した個々の特徴を個別に、そして２またはそれ以上の特徴の任意の組み合わせを開示する。出願人は、本発明の態様がこのような任意の個々の特徴または特徴の組み合わせで構成されることを示す。上述の説明に基づいて、当業者であれば本発明の目的内で種々の変形が可能であることは明らかである。

Claims (20)

1. ＦＭ放送の信号受信装置で受信した信号の品質を評価する信号品質評価装置であって、
   前記受信装置によって受信された信号をフィルタリングして、パイロット信号を含む周波数帯域を分離するように設けられる第１のフィルタと、
   前記周波数帯域における信号の振幅が時間が経つにつれて変化する程度を示す指示値を生成する信号分析器と、を備え、
   前記指示値は、前記受信装置の受信信号の品質評価となることを特徴とする信号品質評価装置。
2. 前記信号分析器は、
   前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成する振幅評価器と、
   前記振幅評価器によって生成された評価値の大きさに応じて、前記指示値を生成する信号評価器と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の信号品質評価装置。
3. 前記振幅評価器は、
   前記周波数帯域における信号振幅の時間変化を検出する振幅検出器と、
   前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成するために、前記振幅検出器の出力から時定数成分をフィルタリングする第２のフィルタと、を備えることを特徴とする請求項２に記載の信号品質評価装置。
4. 前記振幅検出器は、所定の周期で、前回の周期内での、前記周波数帯域における信号振幅の最大値を表す出力値を設定する動作を行うことを特徴とする請求項３に記載の信号品質評価装置。
5. 前記振幅検出器は、ピーク検出器であることを特徴とする請求項３に記載の信号品質評価装置。
6. 前記第２のフィルタは、ハイパスフィルタであることを特徴とする請求項３または４に記載の信号品質評価装置。
7. 前記信号評価器は、前記振幅評価器によって生成される評価値の平均値に応じて前記指示値を生成するように設けられることを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載の信号品質評価装置。
8. 前記信号評価器は、整流器およびその後にローパスフィルタを備えることを特徴とする請求項２乃至６のいずれかに記載の信号品質評価装置。
9. 前記周波数帯域は１９ｋＨｚを含むことを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の信号品質評価装置。
10. 前記第１のフィルタの減衰率は、中心周波数から１００Ｈｚの範囲内で３ｄＢ以内であることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の信号品質評価装置。
11. 請求項１乃至１０のいずれかに記載の信号品質評価装置を備えることを特徴とする信号受信装置。
12. 受信信号を復調して復調信号を生成する周波数復調器を備え、
    前記第１のフィルタは、前記復調信号を入力とすることを特徴とする請求項１１に記載の信号受信装置。
13. 前記復調信号からトラフィック信号を再生する信号再生ユニットを備え、
    前記信号再生ユニットは、前記周波数帯域を通過するパイロット信号を用いて、前記トラフィック信号を復元するように設けられることを特徴とする請求項１２に記載の信号受信装置。
14. 前記信号受信装置の動作を制御する制御ユニットを備え、
    前記評価を用いて、所定の受信品質を達成する目的で前記制御ユニットが自動的に前記信号受信装置の動作パラメータを変化させるのを補助することを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の信号受信装置。
15. 前記評価は、前記信号受信装置のユーザに対して受信品質の指示値を提供する品質メータに供給されることを特徴とする請求項１１乃至１３のいずれかに記載の信号受信装置。
16. ＦＭ放送の信号受信装置で受信した信号の品質を評価する品質評価方法であって、
    前記受信装置によって受信された信号をフィルタリングして、パイロット信号を含む周波数帯域を分離し、
    前記周波数帯域における信号の振幅が時間が経つにつれて変化する程度を示す指示値を生成し、
    前記指示値を前記受信装置の受信信号の品質評価として用いることを特徴とする方法。
17. 前記周波数帯域における信号の振幅が時間が経つにつれて変化する程度を示す指示値を生成するステップでは、
    前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成し、
    前記生成された評価値の大きさに応じて、前記指示値を生成することを特徴とする請求項１６に記載の方法。
18. 前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成するステップでは、
    前記周波数帯域における信号振幅の時間変化を検出し、
    前記周波数帯域における信号振幅の時間変化の評価値を生成するために、前記検出された信号振幅の時間変化から時定数成分をフィルタリングすることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
19. 前記周波数帯域における信号振幅の時間変化を検出するステップは、
    所定の周期で、前回の周期内での、前記周波数帯域における信号振幅の最大値を表す前記信号振幅の時間変化を設定することを特徴とする請求項１８に記載の方法。
20. 前記生成された評価値の平均値に応じて前記指示値を生成することを特徴とする請求項１７乃至１９のいずれかに記載の方法。

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