JPH01292904A

JPH01292904A - 周波数変換装置

Info

Publication number: JPH01292904A
Application number: JP12173188A
Authority: JP
Inventors: Makoto Onishi; 誠大西
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1988-05-20
Filing date: 1988-05-20
Publication date: 1989-11-27
Anticipated expiration: 2014-07-05
Also published as: JP2914979B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は周波数変換方法、°および装置に係り。

特に、広帯域信号を少量周波数シフトする場合や、標本
化信号における折返しが妨害となって二回以上周波数シ
フトが必要な場合に好適な周波数変換方法、および装置
に関する。

〔従来の技術〕

従来、周波数変換は正弦波信号と入力信号の掛に用いら
れる手段と同様である。このＳＳＢ−ＡＭ変調において
は、″ディジタル信号処理の応用″電子通信学会編（１
９８１年）Ｐ、１０４に詳述されているように、従来の
掛算とフィルタによる方法、ヒルベルト変換を用いるＨ
ａｒｔｌｅｙ変調法、直交変調を用いるＷｅａｖｅｒ変
調器による方法などが知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記技術はすべて周波数変換に用いることができる。と
ころで、正弦波掛算とフィルタによる方法では、実信号
処理のため、正負周波数を区別することができず、広帯
域信号を少斌周波数シフトする場合や、標本化信号の場
合の折返し信号が妨害となり、周波数シフトを２回に分
けて行なう必−要のある場合があった。複素信号を用い
るＨａｒｔｌｅｙ変調、Ｗｅａｖｅｒ変調の場合には、
この問題は避けることができるが、Ｈａｒｔｌｅｙ変調
の場合には１（ｉｌｂｅｒｔ変換器が直流を扱えないこ
と、近似的にしか実現できず、精度よく構成するには金
物量が大きくなるなどの欠点を有し、またＷｅａｖｅｒ
変調の場合には、複素信号化するために特別な正弦波と
、これを掛ける掛算器が必要で構成が複雑となる欠点が
あった。

本発明の目的はこれら従来の周波数変換方法（あるいは
ＡＭ変復調法）の欠点を除き、しかも従来の方法より構
成の簡単な周波数変換方法を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、複素係数フィルタによって実信号を複素信
号化し、これに複素正弦波信号を掛け、再び複素信号を
実信号に変換することにより、達成される。複素正弦波
信号は正弦波と余弦波を対にした信号で、虚数単位ｊ＝
〜／’ＴＴを用いること出力複素信号＝（ｘＲｃｏｓωｔ−ｘｘｓｉｎωｔ）＋ｊ　（ｘＲｃ
ｏｓωｔ＋ｘ＋ｓｉｎωｔ）−ｙ＊＋ｊｙｔ　　　　　
　　　　　　　　　・・・（１）となる、これをハード
ウェアで実現すると第２図に示すようになる。フーリエ
変換の理論によれげにより周波数の移動ができる。この
とき、重要なのは、　ｃｏｓωａｔ（あるいはｓｉｎω
ｏｔ）でなく複素圧り１周波数を正の方向のみ（＋ω０
）にシフトする周波数変換に用いると、和と差の周波数
成分が生じる。したがって実信号でなく複素正弦波によ
って一方向のみのシフトが実行できる。さて、信号を複
素で例えば正負の一周波数を区別することができること
を説明したが、これは実信号と複素信号の変換が行なえ
ることが前提となっている。そこで、信号の複素化に複
素係数フィルタを用いる方法について説明する。

Ｎ次の非巡回形フィルタの伝達関数はＨ（Ｚ）＝ａｏ＋ａＩＺ″″１＋ａｚＺ−”＋−＋ａＮ
Ｚ−’・・・（２）で与えられる。ここでＺは１標本時間Ｔの遅延漬る。こ
こで周波数をＪαシフトしたとすると、Ｚｊ２πＣｆ−
ｆα）Ｔ　　　　−ｊ２πｆα丁ｅ　　　　　　　　＝
Ｚｅ　　　　　　　＝αＺとなる。

−ｊ２πｊαＴ α＝ｅ　　　　　　は振巾１の複素数である。これを（
２）式に代入すると複素係数のフィルタとなり、もとの
実係数フィルタの周波数特性をｆαシフトした特性が得
られる。こうして得られた複素係数フィルタに実信号を
入力すると、出力には複素信号が得られ、逆に、？１ｇ
素信号を複素係数フィルタに入力して、実信号部のみ取
出せば、実信号とすることができる。

特に、周波数シフト量が標本化周波数の−の場＝−ｊと
なり、（２）式に代入すると、Ｈ（−ｊ　　Ｚ）　　＝
ａｏ−ａｚＺ−”＋ａａＺ一番一・・・＋ｊ（ａｘＺ−
″”　−ａ　５Ｚ−８＋　ａ　３ｚ−’−・）−（３）
となって、もとの実フィルタと係数の個数は変わらない
、（一般の場合には係数の数は２倍となる。）この場合
の複素フィルタの構成例を第３図に示す。

以上の説明はＦＩＲ型フィルタで行なったが。

ＩＩＲ型の場合も同様である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する６第１
図は本発明の一実施例を示す構成図である。図において
、１は入力実信号を複素信号に変換する複素信号化器、
２は複素正弦波掛算器、３は複素信号を実信号に変換し
て出力する逆複素信号化器である。入力信号Ｘは複素信
号化器１により複素信号ｘＲ＋ｊｘｒに変換される。複
素信号とは、もとの入力信号Ｘに同相な信号成分ＸＲと
、直交する信号１丁の対からなる信号である。複素信号
ｘＨ＋ｊｘ！は複素正弦波掛算器２において。

周波数シフトされた複素信号ｙＲ＋ｊｙｒとなる。

出力は逆複素信号化器３によって実信号にもどされて出
力される。

第１図における複素信号化器の一実施例を第３図に示す
、第３図において、３１１〜３１ｎはＩＪＲ本周期遅延
器、３２ｏ〜３２ｎは係数掛算器、３３２〜３３□は加
算器である。第３図は複素係数フィルタを用いた複素信
号化器を示している。複素係数フィルタは種々の設計法
が知られているが、〔作用〕の項で詳述した実係数フィ
ルタの周波数シフトによる方法で、シフト量を標本化周
波数の１／４にする構成を用いている。この方法では係
数の個数が実係数フィルタと同じで、ハードウェアが増
加しない特徴をもっている。第２図に第１図の実施例の
複素正弦波掛算器２の一実施例を示す。第２図において
、２１〜２４を係数掛算器、２５．２６は加減算器であ
る。第２図は〔問題点を解決するための手段〕の項で述
べた（１）式を実行するものである。この複素正弦波掛
算器より、周波数シフトを正の方向あるいは負の方向の
一方のみにすることができ、本発明の目的である折返し
の除去が可能となる。

第４図は第１図の逆複素信号化器３の構成図である。図
において４１１〜４１ｎ−ｚ、　４２１〜４２ｎは１ａ
本周期遅延器、４３ｏ〜４３．は係数掛算器、４４ｚ〜
４４．は加算器である。第４図は第３図と同様に設計し
た複素係数フィルタを用いた逆複素信号化器で、入力が
複素信号のため遅延素子列が２列あり、これに実信号部
分の係数が掛けられ、実信号のみが出力される。

第５図に本発明の他の実施例を示す、第５図は入力信号
をスペクトル反転するために周波数差をとる周波数変換
に本発明を実施してもので複素正弦波掛算の後段のフィ
ルタは実係数フィルタとなっている。そのため、複素正
弦波掛算器も実信号のみを出力すればよいので構成要素
は半分ですむ。

第５図において、５１は複素信号化器、５２゜５３は掛
算器、５４は加算器、５５は実係数の低域通過フィルタ
である。第５図の実施例の動作を説明するための各部ス
ペクトル図を第６図に示す。

入力は実信号として（６ａ）図のＡのように入力される
。これにｆｃの正弦波を掛け、（６ｂ）図のＢのような
差信号を得ることを考える。Ｓ本化周波数ｆｓで標本化
されているため、実信号で処理を行なうと、和信号Ｃの
折返し成分Ｃ′がＢと一部重なり、分離できない。そこ
で複素係数フィルタによる複素信号化器５１に入力実信
号Ｘを入力し、複素信号ｘＨ＋ｊｘＨとする。複素係数
フィルタは（６ｄ）図に示すような周波数特性をもっ（
６ｃ）図のような非対称な周波数特性を持つ。

この複素係数フィルタによって入力信号は複素化され、
Ａ′のみ（（６ｃ）図の点線）のスペクトルラムを有す
る信号となる。これに複素正弦波を掛け、周波数を正方
向にｆｃシフトする。（（６ｅ）図）得られた信号を実
係数ＬＰＦ５５に入力すると実信号出力ｙを得るにれは
、所望のＢである。

以上により、折返しによるスペクトラムの重なりを生ず
ることなく、周波数変換が１回で行なえることが示せた
。実係数ＬＰＦ５５は−ｆｃ周波数シフトにより、複素
フィルタとし、複素正弦波掛算器の前に置くこともでき
る。同様に複素正弦波掛算器の前にある複素信号化器を
周波数シフトして後におき、前のフィルタを省略するこ
とも可能である。この場合には実信号が複素正弦波掛算
器に入力されるので複素正弦波掛算器は実信号入力、複
素信号出力の構成となる（第２図で２３゜２４．２５．
２６を省略した構成）、シかし、これらの場合にはｆ８
／４　シフトでないので係数の個数は実フィルタの場合
の２倍となり、構成要素が増える。

第５図の実施例において複素信号化器５１をヒルベルト
変換器として構成することができる。この場合には実Ｌ
ＰＦ５５は実係数帯域通過フィルタ（Ｂ　Ｐ　Ｆ）とな
る。さらに実ＢＰＦを周波数シフトして前段に移動する
と、複素信号化器５１は帯域通過型ヒルベルト変換器と
なることがわかる。

この構成は、入力信号の通過域帯域＋１３が狭い場合、
係数が簡単となり、構成が容易となる。

〔発明の効果〕

本発明のによれば複素正弦波の掛算により周波数変換を
行なうので、実信号処理による場合のように広帯域信号
で和信号と差信号が重なってしまう場合や、標本化によ
る折返しが妨害となる場合でも、−回の周波数変換で処
理が可能となり、構成要素の削減が図れる。また、複素
信号化に、ｆｓ／４　　シフトの複素係数フィルタを用
いることにより、実係数フィルタと同量の構成要素で実
現が可能である。

本発明は周波数変換として説明を行なったが、ＳＳＢ−
ＡＭ変復調は周波数変換とまったく同じ操作であり１本
発明をなんら変更することなく、Ｓ　Ｓ　Ｂ−ＡＭ変復
調に用いることが可能なことは言うまでもない８

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は第１図の
複素正弦波掛算器の一実施例を示す図。第３図は第１図の複素信号化器の一実施例の構成図、第
４図は第１図の逆複素信号化器の一実施例を示す図、第
５図は本発明による他の実施例の構成図、第６図は第５
図の実施例の動作を説明する各部スペクトル図である。１．５１・・・複素信号化器、２・・・複素正弦波掛算
器、３・・・逆複素信号化器、２１〜２４，５２．５３
・・・掛算器、２５，２６，３３２〜３３□、４４１〜
４４□。５４・・・加算器、３１工〜３１　ｎｌ　４１１〜４１
ｎ。 −４２１〜４２ｎ遅延素子、３２ｏ〜３２ｎ＠　４３ｏ
〜４３ｎ・・・係数掛算器、５５・・・実係数低域通過
フィ囁　／Ｉ！１＃　２　区第　３　　図字　４１！］第　５１１！ｌ第　６　囚

Claims

【特許請求の範囲】１、入力信号に複素正弦波信号を掛けて、周波数変換し
、上記周波数変換された複素信号を実信号に変換し、上
記入力信号の周波数を偏移することを特徴とする周波数
変換方法。２、入力信号を上記入力信号と同相な信号成
分および直交する信号成分の対の第１の複素信号に変換
し、上記第１の複素信号に複素正弦波信号を掛けて周波
数変換された複素信号をうることを特徴とする周波数変
換方法。３、入力信号を上記入力信号と同相な信号成分および直
交する信号成分の対の第１の複素信号に変換し、上記第
１の複素信号に複素正弦波信号を掛けて周波数変換され
た第２の複素信号を得、上記第２の複素信号を実信号に
変換することにより入力信号の周波数を偏移することを
特徴とする周波数変換方法。４、入力信号を上記入力信号と同相な信号成分および直
交する信号成分の対の信号に変換する複素係数フィルタ
を、上記同相な信号成分及び直交する信号成分に複素正
弦波を掛ける掛算器と、上記掛算器の出力である周波数
変換された複素信号を得る手段とを具備して構成された
ことを特徴とする周波数変換装置。５、入力信号に複素正弦波信号を掛けて周波数変換され
た複素信号を得る掛算器を上記複素信号を実信号に変換
する複素係数フィルタとを具備して構成されたことを特
徴とする周波数変換装置。６、入力信号を上記入力信号と同相な信号成分および直
交する信号成分の対の信号に変換する複素係数フィルタ
と、上記同相な信号成分及び直交する信号成分に複素正
弦波信号を掛け、周波数変換された複素信号を得る掛算
器と、上記周波数変換された複素信号を実信号に変換す
る複素係数フィルタとを具備して構成されたことを特徴
とする周波数変換装置。７、請求項第４又は第６記載において、上記入力信号を
上記入力信号と同相な信号成分及び直交する信号成分の
対の信号に変換する複素係数フイルタを帯域通過型ヒル
ベルト変換器で構成したことを特徴とする周波数変換装
置。８、請求項第５又は第６において、上記周波数変換され
た複素信号を実信号に変換する複素係数フィルタが帯域
通過型ヒルベルト変換器で構成されたことを特徴とする
周波数変換装置。９、請求項第４、第５又は第６記載において、上記複素
係数フィルタが実係数フィルタの周波数特性を標本化周
波数の１／４周期シフトすることによつて構成されたこ
とを特徴とする周波数変換装置。