JPH1141305A - 変調装置 - Google Patents

変調装置

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JPH1141305A
JPH1141305A JP9198919A JP19891997A JPH1141305A JP H1141305 A JPH1141305 A JP H1141305A JP 9198919 A JP9198919 A JP 9198919A JP 19891997 A JP19891997 A JP 19891997A JP H1141305 A JPH1141305 A JP H1141305A
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JP
Japan
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signal
band
filter
trigonometric function
pass
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Application number
JP9198919A
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Inventor
Koichiro Tanaka
宏一郎 田中
Yuji Oue
裕司 大植
Kazuhiro Shono
和宏 庄野
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04LTRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00Modulated-carrier systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Digital Transmission Methods That Use Modulated Carrier Waves (AREA)
  • Amplitude Modulation (AREA)
  • Transmission Systems Not Characterized By The Medium Used For Transmission (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 回路規模および消費電力を小さくでき、被変
調波の中心周波数を簡単に変更でき、さらに集積化に適
した変調装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 低周波信号発生部1は第1の離散信号
(第1のサンプル速度f1でサンプルされた信号)を発
生する。帯域通過部2は、第2のサンプル速度f2で動
作し、低周波信号発生部1により発生された第1の離散
信号を入力すると発生する第2の離散信号に対して周波
数選択動作を行い、所定の中心周波数を持つ変調信号を
生成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、変調装置に関し、
より特定的には、伝送すべき伝送信号で搬送波を変調す
る変調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】まず最初に、「特開平6−152675
号公報」に開示された変調装置(以下、「第1の変調装
置」という)について、そのブロック構成を示す図12
を参照して説明する。図12において、第1の変調装置
は、直交ベースバンド発生器71と、直交極座標変換器
72と、位相アキュムレータ73と、加算器74と、正
弦波テーブルメモリ75と、乗算器76と、D/A変換
器77とを備えており、伝送信号で搬送波を変調して変
調信号を生成する装置である。直交ベースバンド発生器
71は、入力ディジタル信号を直交ベースバンド信号に
変換する。この直交ベースバンド信号は、変調信号を互
いに直交する2つのキャリアの合成として表現した場合
に、それらのキャリアの振幅および位相を表す。直交極
座標変換器72は、直交ベースバンド信号を位相変調信
号と振幅変調信号とに変換する。位相変調及び振幅変調
信号は、変調信号を極座標系で表現した場合に、その位
相及び振幅を表す。加算器74は位相変調信号を位相ア
キュムレータ73の出力に加算する。正弦波テーブルメ
モリ75は、加算器74の出力に基づいて、正弦波キャ
リア信号を出力する。乗算器76は正弦波であるキャリ
ア信号に振幅変調信号を乗算する。こうして、第1の変
調装置は、位相および振幅が所定の変化を持つ変調信号
を生成する。
【0003】次に「特開平6−244883号公報」に
開示された変調装置(以下、「第2の変調装置」とい
う)について、そのブロック構成を示す図13と、構成
各部からの出力波形を示す図14とを参照説明する。図
13において、変調装置は、信号点配置回路81と、複
素係数BPF(BandPass Filter)82と、ラッチ83
と、D/A変換器84と、アナログBPF85とを備え
ており、三角関数を発生することなく変調を行う。信号
点配置回路81は、直交ベースバンド信号を出力する。
この直交ベースバンド信号は、サンプル速度fc /2で
サンプリングされた信号であるので、図14(a)に示
すように、fc /2の整数倍の高調波成分を持つ。複素
係数BPF82は、直交ベースバンド信号を複素帯域信
号に変換し、所定の周波数帯域を選択する。そのため、
図14(b)に示すように、図14(a)に示した直交
ベースバンド信号のうち、所定の周波数帯域に存在する
もののみが選択される。ラッチ回路83とD/A変換器
84とは、複素帯域信号の実信号成分を1より小さいデ
ューティを用いてパルス振幅変調する。アナログ帯域通
過フィルタ85はD/A変換器84の出力のうち所望の
高調波成分を取り出す。ここで、D/A変換器84は実
信号成分のみを変換するので、当該D/A変換器84か
らの出力信号は、図14(c)に示すように、複素係数
BPF82の動作周波数であるfs を中心として、図1
4(b)に示した信号の折り返し成分が生じる。アナロ
グBPF85は、D/A変換器84からの出力信号のう
ち、所定の高調波成分のみを取り出し、図14(d)に
示すような変調信号を生成する。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記のように、第1の
変調装置は、位相アキュムレータ73と正弦波テーブル
メモリ75という三角関数発生部を一つ持つことにな
る。この三角関数発生部は、上記のキャリア信号の周波
数(変調信号の中心周波数)の少なくとも2倍を越える
クロックで動作する。つまり、第1の変調装置では三角
関数発生部という複雑な回路を変調波周波数の少なくと
も2倍を越える高い周波数で動作させる必要があるた
め、回路規模および消費電力が大きくなるという問題が
あった。第2の変調装置のように、三角関数発生部を用
いずに変調装置を構成することも可能であるが、この場
合にはアナログ帯域通過フィルタを必要とするため、回
路の集積化に適さないという問題点があった。さらに、
第2の変調装置では、変調信号の中心周波数は、fc
2の整数倍に限定されてしまうので、簡単に変更できな
いという問題点があった。
【0005】それ故に、本発明は、回路規模および消費
電力を小さくでき、変調信号の中心周波数を簡単に変更
でき、さらに集積化に適した変調装置を提供することを
目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段および発明の効果】第1の
発明は、伝送すべき伝送信号で搬送波を変調する装置で
あって、外部から入力される伝送信号を第1のサンプル
速度でサンプリングして離散信号を発生する離散信号発
生部と、離散信号発生部で発生された離散信号を入力す
ると第1のサンプル速度よりも高い第2のサンプル速度
で動作して、所定の周波数帯域に存在する信号を選択す
る帯域選択を実行する帯域通過部とを備える。第1の発
明においては、帯域通過部は第2のサンプル速度で動作
するので、第1のサンプル速度でサンプリングされた離
散信号を入力することは、第1の離散信号を第2のサン
プル速度でサンプリングした離散信号を入力することと
同じ意味をなす。帯域通過部は、このような離散信号に
対して帯域選択を実行し、所定の周波数帯域に存在する
信号のみを変調信号(伝送すべき伝送信号で搬送波を変
調した信号)として選択する。以上説明したように、帯
域通過部は、上述のように第2のサンプル速度で動作す
るが、単に帯域選択動作を実行する。今、従来の変調装
置の三角関数発生部が第2のサンプル速度で動作すると
仮定しても、当該三角関数発生部の構成は複雑である。
よって、帯域通過部と三角関数発生部の消費電力を比較
すると、帯域通過部のものの方が小さくなる。さらに、
帯域通過部の前段の離散信号発生部は相対的に低速の第
1のサンプル速度で動作するので、その消費電力は小さ
い。また、第1の発明は、従来の変調装置のように、回
路構成が複雑な三角関数発生部を用いなくとも変調信号
を生成することができる。よって、第1の発明によれ
ば、変調装置の回路規模および消費電力を小さくでき
る。
【0007】第2の発明は、第1の発明において、離散
信号発生部は、外部から伝送信号を入力すると第1のサ
ンプル速度で動作して、当該伝送信号から低域に存在す
る信号のみを通過させる低域通過フィルタからなる。離
散信号発生部は、上記のように、第1のサンプル速度で
動作する低域通過フィルタのみを用いて離散信号を発生
する。よって、第2の発明によれば、変調装置の回路規
模および消費電力を小さくできる。
【0008】第3の発明は、第1の発明において、伝送
信号は予め帯域制限されており、離散信号発生部は、外
部から伝送信号を入力すると、第1のサンプル速度で当
該伝送信号を補間する補間フィルタからなる。離散信号
発生部は、上記のように、第1のサンプル速度で伝送信
号を補完する補間フィルタのみを用いて離散信号を発生
する。よって、第2の発明によれば、変調装置の回路規
模および消費電力を小さくできる。
【0009】第4の発明は、第1の発明において、伝送
信号は予め、帯域制限されかつ第1のサンプル速度でサ
ンプリングされており、離散信号発生部は、所定の周波
数を持つ三角関数を発生する三角関数発生部と、外部か
ら伝送信号を入力すると、当該伝送信号と三角関数発生
部で発生された三角関数とを乗算する乗算部とを含む。
第4の発明によれば、離散信号発生部は三角関数発生部
および乗算部を含むので、離散信号の中心周波数を自由
に移動させることができる。これによって、変調信号の
中心周波数を任意に設定することができる。この三角関
数発生部および乗算部は、離散信号発生部の構成要素で
あるため、相対的に低速の第1のサンプル速度で動作す
るので、変調装置の消費電力を小さくすることもでき
る。
【0010】第5の発明は、第1の発明において、離散
信号発生部は、外部から伝送信号を入力すると、当該伝
送信号から低域に存在する信号のみを通過させる低域通
過フィルタと、低域通過フィルタにより帯域制限された
伝送信号を、第1のサンプル速度で補間する補間フィル
タとを含む。第5の発明によれば、離散信号発生部は、
低域通過フィルタと補間フィルタとを含むので、伝送信
号は帯域制限されていなくともよいし、第1のサンプル
速度でサンプリングされていなくともよい。よって、変
調装置の使い勝手がよくなる。また、第5の発明は、従
来の変調装置のように、回路構成が複雑な三角関数発生
部を用いなくとも変調信号を生成することができる。そ
のため、第5の発明によれば、従来の変調装置との比較
において回路規模および消費電力を小さくすることがで
きる。
【0011】第6の発明は、第1の発明において、離散
信号発生部は、外部から伝送信号を入力すると第1のサ
ンプル速度で動作して、当該伝送信号から低域に存在す
る信号のみを通過させる低域通過フィルタと、所定の周
波数を有する三角関数を発生する三角関数発生部と、低
域通過フィルタからの出力信号と、三角関数発生部で発
生された三角関数とを乗算する乗算部とを含む。第6の
発明によれば、離散信号発生部は、低域通過フィルタを
含むので、伝送信号は帯域制限されていなくともよい。
よって、変調装置の使い勝手がよくなる。さらに、第6
の発明によれば、離散信号発生部は三角関数発生部およ
び乗算部を含むので、第4の発明と同様に変調信号の中
心周波数を任意に設定することができ、しかもこれらは
相対的に低速で動作するので、変調装置の消費電力を小
さくすることもできる。
【0012】第7の発明は、第1の発明において、伝送
信号は予め帯域制限されており、離散信号発生部は、外
部から入力される帯域制限された伝送信号を、第1のサ
ンプル速度で補間して出力する補間フィルタと、所定の
周波数を持つ三角関数を発生する三角関数発生部と、補
間フィルタからの出力信号と、三角関数発生部で発生さ
れた三角関数とを乗算する乗算部とを含む。第7の発明
によれば、離散信号発生部は、補間フィルタを含むの
で、伝送信号は第1のサンプル速度でサンプリングされ
ていなくともよい。よって、変調装置の使い勝手がよく
なる。さらに、第7の発明によれば、離散信号発生部は
三角関数発生部および乗算部を含むので、第4の発明と
同様に変調信号の中心周波数を任意に設定することがで
き、しかもこれらは相対的に低速で動作するので、変調
装置の消費電力を小さくすることもできる。
【0013】第8の発明は、第1の発明において、離散
信号発生部は、外部から入力される伝送信号から低域に
存在する信号のみを通過させ出力する低域通過フィルタ
と、低域通過フィルタからの出力信号を第1のサンプル
速度で補間して出力する補間フィルタと、所定の周波数
を持つ三角関数を発生する三角関数発生部と、補間フィ
ルタからの出力信号と、三角関数発生部で発生された三
角関数とを乗算する乗算部とを含む。第8の発明によれ
ば、離散信号発生部は、低域通過フィルタと補間フィル
タを含むので、伝送信号は、帯域制限されていなくとも
よいし、第1のサンプル速度でサンプリングされていな
くともよい。よって、変調装置の使い勝手がよくなる。
さらに、第8の発明によれば、離散信号発生部は三角関
数発生部および乗算部を含むので、第4の発明と同様に
変調信号の中心周波数を任意に設定することができ、し
かもこれらは相対的に低速で動作するので、変調装置の
消費電力を小さくすることもできる。
【0014】第9の発明は、第1〜第8の発明におい
て、帯域通過部はIIRフィルタからなり、IIRフィ
ルタは、離散信号発生部で発生された離散信号を入力す
ると第2のサンプル速度で動作して帯域選択を実行す
る。第9の発明によれば、帯域通過部はIIRフィルタ
からなるので、後述する第11の発明におけるFIRフ
ィルタと比較してフィルタの段数を少なくすることがで
き、変調装置の回路規模および消費電力を小さくするこ
ともできる。
【0015】第10の発明は、第1〜第8のいずれかの
発明において、帯域通過部はリープフロッグ形IIRフ
ィルタからなり、リープフロッグ形IIRフィルタは、
離散信号発生部で発生された離散信号を入力すると第2
のサンプル速度で動作して帯域選択を実行する。第10
の発明によれば、帯域通過部はリープフロッグ形IIR
フィルタからなるので、前述した第9の発明におけるI
IRフィルタと比較してフィルタを構成する素子の精度
を低くすることができ、変調装置の回路規模および消費
電力を小さくすることもできる。
【0016】第11の発明は、第1〜第8の発明におい
て、帯域通過部はFIRフィルタからなり、FIRフィ
ルタは、離散信号発生部で発生された離散信号を入力す
ると第2のサンプル速度で動作して帯域選択を実行す
る。第11の発明によれば、帯域通過部はFIRフィル
タからなるので、当該フィルタを構成する素子の精度
は、帯域通過部の入出力で確保すべき精度と同程度のも
のでよい。よって、FIRフィルタを高速で動作させる
こともできる。
【0017】第12の発明は、第2、第5、第6または
第8の発明において、帯域通過部がIIRフィルタまた
はFIRフィルタを含んでいる場合において、低域通過
フィルタは、IIRフィルタまたはFIRフィルタが持
つ周波数通過特性を補償できる周波数通過特性を持つ帯
域通過部がIIRフィルタおよびFIRフィルタで構成
されていると、変調信号の振幅や位相の特性が乱れる場
合がある。そこで、第12の発明によれば、低域通過フ
ィルタに、上記のような周波数通過特性を持たせる。こ
れによって、変調信号の品質がよくなる。
【0018】第13の発明は、第4、第6、第7または
第8の発明において、帯域通過部は、帯域選択を実行す
る場合、内部に格納された係数を、現在入力した信号に
乗算し、帯域選択動作を実行する以前に、乗算部は、三
角関数発生部で発生された三角関数に基づいて係数を決
定し、乗算部で決定された係数が帯域通過部に格納され
る。上記のように、三角関数発生部および乗算部は、帯
域通過部の係数を決定する。第13の発明によれば、帯
域通過部の係数を決定するための構成を別途加える必要
が無く、変調装置の回路規模を小さくすることができ
る。
【0019】第14の発明は、第1の発明において、離
散信号発生部と帯域通過部はいずれも、ディジタル信号
処理を実行する素子から構成される。第14の発明によ
れば、アナログ素子を用いていないので集積化に適す
る。
【0020】
【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づき、本発明
の実施形態について詳細に説明する。 (第1の実施形態)図1は、本発明の第1の実施形態に
係る変調装置の構成を示すブロック図である。図1にお
いて、変調装置は、低周波信号発生部1(請求項におけ
る「離散信号発生手段」に相当)と、帯域通過部2とを
備えている。低周波信号発生部1は、外部から入力する
伝送すべき信号(以下、「伝送信号」という)を第1の
サンプル速度f1 でサンプリングして第1の離散信号
(請求項における「離散信号」に相当)を発生し出力す
る。この第1の離散信号の時間波形が図2(a)に、ま
た第1の離散信号のスペクトルが図3(a)に示されて
いる。図2(a)において、同図中点線で示す伝送信号
が上記のようにサンプリングされるので、第1の離散信
号は同図中の○印で示した信号系列からなる。また、図
3(a)において、第1の離散信号のスペクトルは、あ
る周波数(今「0」と仮定する)を中心とする。なお、
本説明を明確にするため、±f1 /2の周波数帯域に収
まるスペクトルのみを図3(a)に示している。
【0021】帯域通過部2は、低周波信号発生部1から
第1の離散信号を入力すると第2のサンプル速度f2
(f2 >f1 )で動作して、後述するような帯域選択を
実行する。このとき、帯域通過部2は、f2 で動作する
ことから、実質的に第1の離散信号をf2 でサンプリン
グして第2の離散信号を発生することとなる。この第2
の離散信号の時間波形が図2(b)に、また第2の離散
信号スペクトルが図3(b)に示されている。図2
(b)に示すように、第1の離散信号をf 2 でサンプリ
ングしようとすると、f2 >f1 であるから、第1の離
散信号が存在しない時点がある。この時点ではゼロが信
号系列(同図中の●参照)として発生される。一方、第
1の離散信号が存在する時点では、その振幅に対応する
信号系列(同図中の○参照)が発生される。ゆえに、第
2の離散信号の波形は、同図中○及び●で示す信号系列
からなる。また、図3(b)において、第2の離散信号
のスペクトルは、第1の離散信号のスペクトル(図3
(a)参照)を周波数f 1 の整数倍だけ周波数移動した
それぞれの位置に存在する。なお、本説明を明確にする
ため、±f2 /2の周波数帯域に存在するスペクトルの
みを図3(b)に示している。そして、帯域通過部2
(図1参照)は、第2の離散信号のスペクトルのうち所
定の周波数帯域に存在するもののみを選択し、変調信号
を出力する。今、帯域通過部2が選択する周波数帯域を
3f1 ±Bとすると、図3(c)に示すようなスペクト
ルを変調信号は持つ。この変調信号は、周波数3f1
搬送波を、伝送信号を用いて変調した信号である。
【0022】ここで、第1の離散信号及び変調信号のス
ペクトルと、第1のサンプル速度f 1 と、第2のサンプ
ル速度f2 との関係について説明する。今、変調装置か
ら出力させたい変調信号の中心周波数をfc とし、その
占有周波数帯域幅をfc を中心として±Bとする。この
とき、f2 には、サンプリング定理より、少なくとも2
(fc +B)が選ばれなければならない。f1 には、f
2 を整数nで分周したf2 /nが選ばれる。ただし、f
1 >2Bとして、隣接するスペクトルからの干渉を避け
る必要がある。第1の離散信号のスペクトルが図4
(a)に示すように周波数「0」を中心とする場合、当
該第1の離散信号をf2 でサンプリングした第2の離散
信号のスペクトルの中心は、図4(b)に示すように、
第1の離散信号の中心周波数「0」を基準として、f1
を整数倍したところに現れる。したがって、kを適当な
整数とすると、f1 にはfc /kが選ばれればよい。
【0023】また、第1の離散信号のスペクトルが図5
(a)に示すように任意の周波数を中心とする場合、当
該第1の離散信号をf2 でサンプリングした第2の離散
信号のスペクトルの中心は、図5(b)に示すように、
第1の離散信号の中心周波数を基準として、f1 の整数
倍したところに現れる。つまり第2の離散信号のスペク
トルの中心は、f1ごとに現れて、f1という周波数帯域
幅の中を任意に移動させることができる。したがって、
第1の離散信号のスペクトルが任意の周波数を中心とす
る場合には、f1 とfc とは無関係に設定することがで
きる。
【0024】次に、低周波信号発生部1の構成例を、図
6を参照して説明する。図6において、低周波信号発生
部1は、低域通過フィルタ51と、補間フィルタ52
と、周波数変換部53とを含む。また、周波数変換部5
3は、乗算部55と三角関数発生部54とを有する(図
6中の破線内部参照)。低域通過フィルタ51は、外部
から入力される伝送信号であるシンボル値に対してルー
トロールオフフィルタリング等を実行し、フィルタリン
グ後のシンボル値を、サンプル速度fL でサンプリング
した帯域制限信号を出力する。ただし、シンボル値が予
め帯域制限されている場合、つまり帯域制限信号が低周
波信号発生部1に直接入力される場合には、この低域通
過フィルタ51は不要である。
【0025】補間フィルタ52は、低域通過フィルタ5
1または外部より入力される帯域制限信号に対して、サ
ンプル速度f1 で低域部分を通過させるフィルタリング
を実行することにより、入力された帯域制限信号を第1
のサンプル速度f1 で補間する。つまり、補間フィルタ
52は、帯域制限信号のサンプル速度をfL からf1
変換する。補間フィルタ52からの出力信号は、図3
(a)に示すものと同様のスペクトルを持つ。ここで、
L は、典型的にはf1 を任意の自然数で分周したもの
を用いる。つまり、fL <f1 である。このようにサン
プル速度を上昇させることにより、補間フィルタ52か
らの出力信号をf2 でサンプリングしたときに現れるス
ペクトル相互の間隔(図2の(b)参照)は広くなる。
これにより、後続の帯域通過部2が備える帯域通過フィ
ルタの特性が緩慢なものでよくなり、当該帯域通過フィ
ルタを小規模にすることができる。なお、帯域制限信号
がもともと大きなfL でサンプルされている場合には、
2 でサンプリングしたときに現れるスペクトル相互の
間隔が大きくなるので、サンプル速度を変換しなくと
も、図3(a)に示すスペクトルを持つ信号を得ること
ができるので、補間フィルタ52は不要である。
【0026】周波数変換部53が含む三角関数発生部5
4は、所定の周波数を持つ三角関数を発生する。上述し
たように、第1の離散信号が「0」以外の任意の中心周
波数を持つ場合がある(図5(a)参照)。上記三角関
数の周波数は、この中心周波数を規定する。周波数変換
部53が含む乗算部55は、補間フィルタ52の出力信
号に三角関数発生部54から出力される三角関数を乗じ
て、当該出力信号の中心周波数を移動させる。このよう
に、三角関数発生部54と乗算部55は最終的なサンプ
ル速度であるf2 よりも低いf1 で動作することができ
る。これに対し第1の変調装置(図12参照)は、三角
関数発生部に相当する位相アキュムレータ73と正弦波
テーブルメモリ75をf2 ≧2(fc +B)を満たすよ
うなクロックで動作させる必要がある。ゆえに、本変調
装置の三角関数発生部54と乗算部55は、第1の変調
装置と比較して、回路規模および消費電力ともに小さく
することができる。なお、この周波数変換部53は、図
5(a)に示すような第1の離散信号を発生する場合に
のみ必要とされ、中心周波数が「0」である第1の離散
信号(図3(a)参照)を発生する場合には必要がな
い。また、乗算部55は、補間フィルタ52からの出力
信号を入力するとして説明したが、前述からも明らかな
ように、外部から直接的に伝送信号が入力されたり、低
域通過フィルタ51からの出力信号が入力されたりする
場合もある。
【0027】次に、帯域通過部2の構成例を説明する。
本変調装置により生成された変調信号のスペクトルが、
図3(c)に示すように、振幅変調信号やBPSK(Bi
naryPhase Shift Keying )変調信号のように左右対称
な場合であって、第1の離散信号のスペクトルが周波数
「0」を中心とする場合、第1の離散信号は実信号にな
る。したがって、帯域通過部2として実係数のフィルタ
を利用すればよい。その他の場合、つまり変調信号のス
ペクトルが左右非対称な場合、または第1の離散信号の
スペクトルが図5(a)に示すように「0」以外の任意
の周波数を中心する場合、第1の離散信号は複素信号に
なる。したがって、帯域通過部2は複素係数のフィルタ
を利用しなければならない。ただし、帯域通過部2が選
択すべき周波数成分は「0」を越えかつf2 /2未満な
ので、複素係数フィルタの出力のうち、実数成分か虚数
成分かのどちらか一方を帯域通過部2から出力させるよ
うにすれば十分である。
【0028】帯域通過部2は、具体的には、図7に示す
ようなIIR(Infinite Impulse Response )フィルタを
用いて実現することができる。図7において、IIRフ
ィルタは、それぞれへの入力に係数b0 〜bN を乗算す
る乗算器110 〜11N と、出力の帰還値に係数a1
N を乗算する乗算器121 〜12N と、複数の入力値
を加算する加算器130 〜13N と、入力値に対して遅
延Tを与える遅延素子141 〜14N とを有している。
加算器13N は、乗算器11N および乗算器12N から
入力される2つの乗算値の加算値を遅延素子14N に出
力する。加算器13(N-1)1 は、乗算器11(N-1)1
及び乗算器12(N-1)1 から入力される2つの乗算値
と、遅延素子14N2 から入力される値とを加算して
遅延素子14(N-1)1 に出力する。加算器130 は、
乗算器110 から入力される乗算値と、遅延素子141
から入力される値との加算し、こうしてIIRフィルタ
の出力が得られる。また、このIIRフィルタは、上記
の動作を第2のサンプル速度f2 で行うので、第1の離
散信号を入力させるだけで発生される第2の離散信号
(図3(b)や図5(b)を参照)が持つスペクトルの
うち、所定の周波数帯域に存在するもののみを選択して
変調信号を生成する。ところで、図7に示すIIRフィ
ルタの場合、出力値の変動が係数a1 〜aN及びb0
N に対して敏感であるため、フィルタを構成する演算
素子の精度は高くなければならない。しかしながら、I
IRフィルタの段数Nは少なくてもよいので、当該フィ
ルタに用いられる演算素子が高精度なものである場合に
は、当該フィルタの規模を小さくすることができる。
【0029】上記のようなIIRフィルタの一種とし
て、“アナログフィルタの設計;1985年3月25日
発行,秋葉出版株式会社”の第509頁〜第537頁に
示されているリープフロッグ形フィルタを、図8に示す
ようにディジタル処理で実現したものが挙げられる。本
リープフロッグ形フィルタは、乗算器150 〜155
と、減算器161 〜165 と、積分器171 〜174
を有する。また、本リープフロッグ形フィルタでは4個
の状態変数が用いられており、積分器171 〜174
状態変数を1個づつ保持する。本積分器171 〜174
は、図9に示すように、加算器181 〜184 と、遅延
素子191 〜194 と、乗算器201 〜204 とを持
つ。加算器181 〜184 は、入力値と帰還されてくる
出力値(乗算器201 〜204 の出力)とを加算する。
遅延素子191 〜19 4 は、加算器181 〜184 の出
力値に対して遅延値Tを与える。乗算器201〜204
は、係数e1 を、遅延素子191 〜194 の出力値に乗
算して出力する。再度、図8を参照する。乗算器150
の係数rおよび乗算器155 の係数yは、本フィルタを
アナログフィルタで構成した場合における、出力段抵抗
及び入力段抵抗に対応する。また、乗算器151 及び1
3 の係数k1 及びk3 は、アナログフィルタのインダ
クタンスに、乗算器152 及び154 の係数k2 及びk
4は、アナログフィルタのキャパシタンスに対応する。
そして、本フィルタは、乗算器150 〜154 からの出
力を減算器161 〜164 に帰還させて動作する。ま
た、帯域通過部2としてのリープフロッグ形フィルタ
も、図7に示すIIRフィルタと同様に、第1の離散信
号を入力させるだけで発生される第2の離散信号(図3
(b)や図5(b)を参照)が持つスペクトルのうち、
所定の周波数帯域に存在するもののみを選択して変調信
号を生成する。ところで、リープフロッグ形フィルタの
出力値の変動は、当該フィルタの係数に対して、一般の
IIRフィルタよりも鈍感である。そのため、リープフ
ロッグ形フィルタを構成する演算素子の精度を、一般の
IIRフィルタで構成する場合よりも低くすることがで
きる。
【0030】また、帯域通過部2は、図10に示すよう
なFIR(Finite Impulse Response)フィルタを用いて
実現することもできる。図10において、FIRフィル
タは、N段で構成されており、それぞれへの入力値に係
数c0 〜cN を乗算して出力する乗算器210 〜21N
と、それぞれへの入力値に対して遅延Tを与えて出力す
る遅延素子231 〜23N と、複数の入力値を加算して
出力する加算器221〜22N とを有する。図10から
明らかなように、本FIRフィルタでは、乗算器210
は入力値に係数c0 を乗じ、乗算器211 〜21N は遅
延素子231 〜23N からの出力値に係数c1 〜cN
乗ずる。遅延素子23i (iは2以上)は、遅延素子2
(i-1) の出力値に遅延Tを与える。そして、乗算器2
0 〜21N の乗算結果は、加算器221 〜22N によ
り合成され、本FIRフィルタの出力となる。また、帯
域通過部2としてのFIRフィルタも、図7に示すII
Rフィルタ等と同様に、第1の離散信号を入力させるだ
けで発生される第2の離散信号(図3(b)や図5
(b)を参照)をスペクトルのうち、所定の周波数帯域
に存在するもののみを選択して変調信号を生成する。と
ころで、帯域通過部2にFIRフィルタを適用しようと
すると、その段数Nを多くする必要がある。しかし、F
IRフィルタを構成する演算素子の精度は、帯域通過部
2の入出力で確保すべき精度と同程度の低いものでよい
ので、本変調装置を高速に動作させることができる。
【0031】なお、図10はFIRフィルタの原理を示
すものであり、実際の回路における乗算器は、図中に示
した数よりも少なくすることができる。つまり、本FI
Rフィルタで発生される第2の離散信号は、図2(b)
に示したように大半がゼロを示す信号系列を持つ。そし
て、第2の離散信号は、乗算器210 〜21N に入力さ
れる前に、それぞれの前段の遅延素子によって、遅延が
与えられる。そのため、すべての乗算器21が非ゼロの
乗算結果を同時に出力することはない。したがって、F
IRフィルタは、少数の乗算器21を備えるようにし
て、非ゼロの乗算結果を出力する乗算器21に切り替え
ながらフィルタリングを行うよう構成されることが、変
調装置の小規模化の観点から有効である。
【0032】また、帯域通過部2にIIRフィルタを用
いた場合には、出力信号の振幅及び位相特性が周波数に
より乱れる可能性がある。一方、FIRフィルタを用い
た場合には出力信号の振幅特性が周波数により乱れる可
能性がある。この時、低周波信号発生部1(図1参照)
が低域通過フィルタ51(図6参照)を含んでおり、当
該フィルタ51の周波数通過特性に、上記のような乱れ
と逆の特性を持たせておけば、変調装置全体で見たとき
に振幅及び位相特性の乱れを無くすことができる。
【0033】帯域通過部2は、IIRフィルタを含む場
合でもFIRフィルタを含む場合でも、それぞれの係数
を書き換えるだけで中心周波数fc を自由に変更でき
る。以下には、IIRおよびFIRフィルタの係数とし
て設定すべき値について説明する。一般に、上記IIR
及びFIRフィルタを実現するときには、まず当該フィ
ルタと同じ周波数通過特性を持ちかつ中心周波数が0で
ある原形フィルタを設計し、これによって原形フィルタ
の係数を得る。そして、その原形フィルタの係数に次式
(1)で示すsk を乗じてIIRまたはFIRフィルタ
の係数とする。 sk = cos 2πkfC /f2 +j sin 2πkfC /f2 …(1) ただし、kは入力信号が何サンプル遅延したときに係数
を乗じるかを示す相対的な整数である。より具体的に
は、例えば、s0 を用いればb0 (図7参照)やc0
(図10参照)を求めることができ、s1 を用いればa
1 およびb1 (図7参照)やc1 (図10参照)を求め
ることができる。他の係数についても同様である。fC
は変調信号の中心周波数であり、f2は第2のサンプル
速度であり、jは虚数単位である。乗算部55によって
原形フィルタの係数にsk を乗じる処理は、一定の増分
で位相を変化させながら三角関数を乗じる処理に相当す
るので、周波数変換部53による周波数変換処理と同様
である。よって、低周波信号発生部1が周波数変換部5
3を含んでいる場合には、帯域通過部2を構成するII
RまたはFIRフィルタの係数を書き換える回路のため
に当該周波数変換部53を流用することができる。以下
には、このような構成を持つ変調装置を第2の実施形態
として、そのブロック構成を示す図11を参照して説明
する。
【0034】(第2の実施形態)図11において、変調
装置は、図1に示したものと比較すると係数発生部61
をさらに備える点で異なる。それ以外の大略的な構成に
ついては、図1に示したものと同様であるので、相当す
る構成には同一の参照符号を与え、その説明を省略す
る。また、図11において、低周波発生部1は、図5に
示したものと比較すると、スイッチ62及び63をさら
に含む点で異なるだけであるので、それ以外の相当する
構成には同一の参照符号を与え、その説明を省略する。
【0035】係数発生部61は、上記のようにして得ら
れる原形フィルタの係数を格納する。スイッチ62が有
する端子(a)は補間フィルタ52と結線され、その端
子(b)は係数発生部61と結線されており、スイッチ
を切り換えることにより、補間フィルタ52または係数
発生部61が周波数変換部53と接続される。また、ス
イッチ63が有する端子(a)は帯域通過部2の信号入
力端子と結線され、その端子(b)は帯域通過部2の係
数入力端子と結線されており、スイッチを切り換えるこ
とにより、当該信号入力端子または当該係数入力端子が
周波数変換部53と接続される。
【0036】次に、本変調装置の動作について説明す
る。変調信号を生成する場合、スイッチ62および63
はいずれも、端子(a)を選択して補間フィルタ52と
周波数変換部53とを接続する。このときの変調装置の
動作は、第1の実施形態から明らかであるから、その説
明を省略する。一方、変調信号の中心周波数を変化させ
る場合、スイッチ62およびスイッチ63はいずれも、
端子(b)を選択して係数発生部61と周波数変換部5
3とを接続する。その後、係数格納部61より出力され
る原形フィルタの係数が、乗算部55に出力される。乗
算部55には三角関数発生部54から三角関数が入力さ
れており、乗算部55は、原形フィルタの係数と三角関
数とを乗算することにより、帯域通過部2が含むIIR
またはFIRフィルタの係数を生成し出力する。こうし
て作成された係数は、帯域通過部2に出力され、IIR
またはFIRフィルタの係数を格納するレジスタ等に設
定される。
【0037】ここで、乗算部55がIIRまたはFIR
フィルタの係数を計算する際の動作について、より具体
的に説明する。乗算部55は、図7に示すIIRフィル
タが用いられている場合には係数a1 〜aN およびb0
〜bN を、図8および図9に示されるリープフロッグ形
フィルタが用いられている場合には係数e1 を、図10
に示すFIRフィルタが用いられている場合には係数c
0 〜cN を求めなければならない。今、これらの係数す
べてをfk で総称する(k=0,1,…,N)。さら
に、原形フィルタの係数をgk で総称する。このとき、
乗算部55は、上式(1)で示されるsk を利用して、
k =gk・sk を計算し、これを帯域通過部2に出力す
る。
【0038】以上説明したように、本実施形態に係る変
調装置によれば、三角関数発生部を用いる必要がない
か、用いたとしてもその動作速度が低いため回路規模お
よび消費電力を小さくすることができる。また、変調信
号の中心周波数の変更は、必要に応じて、帯域通過部を
構成するフィルタ(IIR形やFIR形)の係数を変更
することにより行える。さらに、本変調装置は、各構成
をディジタル素子で構成すれば、集積化に好都合なもの
となるが、アナログ素子で構成しても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る変調装置のブロ
ック図である。
【図2】図1に示す低周波信号発生部1および帯域通過
部2が発生する第1の離散信号および第2の離散信号の
時間波形を示す図である。
【図3】図1に示す低周波信号発生部1が発生する第1
の離散信号ならびに帯域通過部2が発生する第2の離散
信号および被変調波のスペクトルを示す図である。
【図4】第1の離散信号の中心周波数が「0」である場
合における、第1の離散信号及び第2の離散信号のスペ
クトルを示す図である。
【図5】第1の離散信号の中心周波数が「0」以外の周
波数である場合における、第1の離散信号及び第2の離
散信号のスペクトルを示す図である。
【図6】図1に示す低周波信号発生部1の詳細な構成を
示すブロック図である。
【図7】図1に示す帯域通過部2の一構成例であるII
Rフィルタの詳細な構成を示すブロック図である。
【図8】図1に示す帯域通過部2の一構成例であるリー
プフロッグ形フィルタの詳細な構成を示すブロック図で
ある。
【図9】図8に示すリープフロッグ形フィルタが有する
各積分器17の詳細な構成を示すブロック図である。
【図10】図1に示す帯域通過部2の一構成例であるF
IRフィルタの詳細な構成を示すブロック図である。
【図11】本発明の第2の実施形態に係る変調装置のブ
ロック図である。
【図12】従来の変調装置であって、「特開平6−15
2675号公報」に開示されたもの構成を示すブロック
図である。
【図13】従来の変調装置であって、「特開平6−24
4883号公報」に開示されたものの構成を示すブロッ
ク図である。
【図14】図13に示す変調装置が備える構成各部から
出力される信号のスペクトルを示す図である。
【符号の説明】
1…低周波信号発生部 51…低域通過フィルタ 52…補間フィルタ 53…周波数変換部 54…三角関数発生部 55…乗算部 61…係数格納部 62,63…スイッチ 2…帯域通過部

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 伝送すべき伝送信号で搬送波を変調する
    装置であって、 外部から入力される前記伝送信号を第1のサンプル速度
    でサンプリングして離散信号を発生する離散信号発生手
    段と、 前記離散信号発生手段で発生された離散信号を入力する
    と前記第1のサンプル速度よりも高い第2のサンプル速
    度で動作して、所定の周波数帯域に存在する信号を選択
    する帯域選択を実行する帯域通過手段とを備える、変調
    装置。
  2. 【請求項2】 前記離散信号発生手段は、 外部から前記伝送信号を入力すると前記第1のサンプル
    速度で動作して、当該伝送信号から低域に存在する信号
    のみを通過させる低域通過フィルタからなる、請求項1
    に記載の変調装置。
  3. 【請求項3】 前記伝送信号は予め帯域制限されてお
    り、 前記離散信号発生手段は、 外部から前記伝送信号を入力すると、前記第1のサンプ
    ル速度で当該伝送信号を補間する補間フィルタからな
    る、請求項1に記載の変調装置。
  4. 【請求項4】 前記伝送信号は予め、帯域制限されかつ
    第1のサンプル速度でサンプリングされており、 前記離散信号発生手段は、 所定の周波数を持つ三角関数を発生する三角関数発生手
    段と、 外部から前記伝送信号を入力すると、当該伝送信号と前
    記三角関数発生手段で発生された三角関数とを乗算する
    乗算手段とを含む、請求項1に記載の変調装置。
  5. 【請求項5】 前記離散信号発生手段は、 外部から前記伝送信号を入力すると、当該伝送信号から
    低域に存在する信号のみを通過させる低域通過フィルタ
    と、 前記低域通過フィルタにより帯域制限された伝送信号
    を、前記第1のサンプル速度で補間する補間フィルタと
    を含む、請求項1に記載の変調装置。
  6. 【請求項6】 前記離散信号発生手段は、 外部から前記伝送信号を入力すると第1のサンプル速度
    で動作して、当該伝送信号から低域に存在する信号のみ
    を通過させる低域通過フィルタと、 所定の周波数を有する三角関数を発生する三角関数発生
    手段と、 前記低域通過フィルタからの出力信号と、前記三角関数
    発生手段で発生された三角関数とを乗算する乗算手段と
    を含む、請求項1に記載の変調装置。
  7. 【請求項7】 前記伝送信号は予め帯域制限されてお
    り、 前記離散信号発生手段は、 外部から入力される帯域制限された伝送信号を、前記第
    1のサンプル速度で補間して出力する補間フィルタと、 所定の周波数を持つ三角関数を発生する三角関数発生手
    段と、 前記補間フィルタからの出力信号と、前記三角関数発生
    手段で発生された三角関数とを乗算する乗算手段とを含
    む、請求項1に記載の変調装置。
  8. 【請求項8】 前記離散信号発生手段は、 外部から入力される伝送信号から低域に存在する信号の
    みを通過させ出力する低域通過フィルタと、 前記低域通過フィルタからの出力信号を前記第1のサン
    プル速度で補間して出力する補間フィルタと、 所定の周波数を持つ三角関数を発生する三角関数発生手
    段と、 前記補間フィルタからの出力信号と、前記三角関数発生
    手段で発生された三角関数とを乗算する乗算手段とを含
    む、請求項1に記載の変調装置。
  9. 【請求項9】 前記帯域通過手段はIIRフィルタから
    なり、 前記IIRフィルタは、前記離散信号発生手段で発生さ
    れた離散信号を入力すると前記第2のサンプル速度で動
    作して前記帯域選択を実行する、請求項1〜8のいずれ
    かに記載の変調装置。
  10. 【請求項10】 前記帯域通過手段はリープフロッグ形
    IIRフィルタからなり、 前記リープフロッグ形IIRフィルタは、前記離散信号
    発生手段で発生された離散信号を入力すると前記第2の
    サンプル速度で動作して前記帯域選択を実行する、請求
    項1〜8のいずれかに記載の変調装置。
  11. 【請求項11】 前記帯域通過手段はFIRフィルタか
    らなり、 前記FIRフィルタは、前記離散信号発生手段で発生さ
    れた離散信号を入力すると前記第2のサンプル速度で動
    作して前記帯域選択を実行する、請求項1〜8のいずれ
    かに記載の変調装置。
  12. 【請求項12】 前記帯域通過手段がIIRフィルタま
    たはFIRフィルタを含んでいる場合において、 前記低域通過フィルタは、前記IIRフィルタまたは前
    記FIRフィルタが持つ周波数通過特性を補償できる周
    波数通過特性を持つ、請求項2、5、6または8に記載
    の変調装置。
  13. 【請求項13】 前記帯域通過手段は、前記帯域選択を
    実行する場合、内部に格納された係数を、現在入力した
    信号に乗算し、 前記帯域選択動作を実行する以前に、前記乗算手段は、
    前記三角関数発生手段で発生された三角関数に基づいて
    前記係数を決定し、 前記乗算手段で決定された係数が前記帯域通過手段に格
    納される、請求項4、6、7または8に記載の変調装
    置。
  14. 【請求項14】 前記離散信号発生手段と前記帯域通過
    手段はいずれも、ディジタル信号処理を実行する素子か
    ら構成される、請求項1に記載の変調装置。
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