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技術 APD測定装置及び信号測定装置

出願人 アンリツ株式会社
発明者 内野政治
出願日 2007年4月27日 (13年7ヶ月経過) 出願番号 2007-117855
公開日 2008年11月13日 (12年1ヶ月経過) 公開番号 2008-275401
状態 特許登録済
技術分野 周波数測定,スペクトル分析 ディジタル回路網
主要キーワード ストップ周波数 座標目盛 スタート周波数 目盛り値 振幅分解能 ガウス窓関数 重み量 合成振幅
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (11)

課題

測定しようとする周波数成分、帯域の所望の態様を簡易規模で構成して振幅の確率(APD)を測定できる技術を提供する。

解決手段

入力信号をA/D変換部100でデジタルデータに変換して、その出力を成分検出部200のフィルタバンクで複数の周波数成分に振り分けて、重付合成部500aにより、該各周波数成分の振幅を個々に所望の量で重み付けをして合成する。その出力を受けて重付APD400aが合成後の合成振幅発生頻度に基づく確率を求める構成とした。

概要

背景

APD測定技術は従来からあり、例えば、APDを高い振幅分解能時間分解能で測定する特許文献1の技術があり、それをスペクトラムアナライザ等へ適用した例として特許文献2の技術がある。

一方、最近、通信方式により、所定複数周波数成分のAPDを並列に同時に測定する必要性が要求されてきている。例えば、非特許文献1に記載のように、地上デジタル放送規格電波産業会(ARIB)によってARIB標準規格として、OFDM方式(Orthogonal Frequency Division Multiplex Operation Mode)による変調方式が定められている。そして、このOFDM方式では、伝送データを所定の帯域に数千本の低速データに分けて、デジタル変調を行う。例えば、その所定の帯域が5.6MHzであり、伝送データを1KHzの搬送波キャリア)単位で分けて、計5、600本に分けてデジタル変調している。

したがって、OFDM方式におけるAPD測定は、信号成分を1KHz毎に周波数分析して、各周波数成分のAPDを測定することが望まれる。具体的には図9に示すように、測定しようとする信号を、A/D変換部100で所定振幅単位で標本化してデジタルデータに変換し、成分検出部200の中のフィルタバンクを構成するn個のバンドパスフィルタ(BPF1〜BPFn)によって分配され、それぞれに接続されているn個の検波器DET1〜DETnで自乗検波されて各成分の振幅値として出力される。図10にフィルタバンクの特性(各バンドパスフィルタ)の代表的例を周波数軸上に示す。図10は、部分的にCH1〜CH12の12チャンネル分の周波数特性を示している。フィルタバンクはソフトで構成されている。

図9で成分検出部200の各周波数成分の出力は、LOG変換部300の各変換器LOG1〜LOGnによって、対数圧縮される。つまりdBm単位に変換される。そして、個別APD部400の各個別APD1〜個別APDnによって振幅確率を求める。この個別APD1〜個別APDnの各々は、特許文献1、2に記載のAPDで構成することができる。

そして個別APD表示制御手段610は、表示部700に対して、各周波数成分の振幅縦軸として、確率を横軸とした座標振幅確率分布を表示させる。表示形式等については、各種のものがあり、特許文献2にもその一例が示されている。

特許第3156152号公報
特許第3374154号公報
レビューVOL.58 No.12(2003年)、p2〜6

概要

測定しようとする周波数成分、帯域の所望の態様を簡易規模で構成して振幅の確率(APD)を測定できる技術を提供する。入力信号をA/D変換部100でデジタルデータに変換して、その出力を成分検出部200のフィルタバンクで複数の周波数成分に振り分けて、重付合成部500aにより、該各周波数成分の振幅を個々に所望の量で重み付けをして合成する。その出力を受けて重付APD400aが合成後の合成振幅発生頻度に基づく確率を求める構成とした。

目的

本発明の目的は、周波数成分、帯域の所望の態様を簡易な規模で構成してAPD測定が実施できる技術を提供する。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

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請求項1

入力信号標本化し、デジタルデータにして出力するデータ変換部(100)と、フィルタバンクを有し、該フィルタバンクでデータ変換部の出力を複数の周波数成分に振り分け各周波数成分振幅を検出する成分検出部(200)と、予め入力されている各周波数成分に対応する重み付け量に沿って該各周波数成分の振幅を個々に重み付けをして合成する重付合成部(500a)と、前記重み付けされた各周波数成分の合成後の合成振幅発生頻度に基づくそれぞれの確率を求める重付APD(400a)と、を備えたことを特徴とするAPD測定装置

請求項2

前記成分検出部で検出された各周波数成分の振幅の発生頻度に基づいてそれぞれの確率を求める個別APD部(400)と、表示部(700)と、前記個別APD部から出力される各周波数成分の振幅の確率、前記各合成APDから出力される前記合成振幅の確率、及び前記各周波数成分に対応する前記重み付け量をそれぞれ前記表示部の異なった表示領域に、同時に表示させる表示制御部(600)と、を備えたことを特徴とする請求項1に記載のAPD測定装置。

請求項3

前記個別APD部は、所定時間内で発生する各周波数成分の振幅の確率を求め、前記表示制御部は、前記個別APD部からの出力を受けて、各周波数成分を横軸とし、縦軸パラメータのそれぞれを前記所定時間、振幅又は確率のいずれかにした表示を行う個別APD表示制御部(610)と、前記各合成振幅について予め推定される確率分布に基づく函数尺を生成する函数尺生成手段(630)と、該各合成APDから出力される前記合成振幅の確率を表示する領域に、予め前記函数尺を表示するとともにその上に該合成振幅の確率を表示する合成APD表示制御部(620)、とを備えたことを特徴とする請求項2に記載のAPD測定装置。

請求項4

前記重付合成部は複数、備えられており、さらに、予め、前記重付合成部毎に異なる、前記各周波数成分に対応する前記重み付け量を記憶するとともに、該重付合成部毎に対応する前記函数尺を特定する情報を記憶する記憶手段(800)を有し、前記函数尺生成手段は、該重付合成部毎に対応する前記函数尺を生成し、前記合成APD表示制御部は、前記重付合成部毎に対応する函数尺及び確率の表示を、重付合成部毎に選択的に、或いは同時にかつ識別可能に表示することを特徴とする請求項3に記載のAPD測定装置。

請求項5

入力RF信号中間周波数帯域の信号に変換するRF部(1100)と、該RF部の出力をデジタルデータに変換するデータ変換部(100)と、該データ変換部の出力を基に、前記入RF信号を測定する信号測定装置において、フィルタバンクを有し、該フィルタバンクでデータ変換部の出力を複数の周波数成分に振り分けて各周波数成分の振幅を検出する成分検出部(200)と、成分検出部で検出された各周波数成分の振幅の発生頻度に基づいてそれぞれの確率を求める個別APD部(400)と、予め入力されている各周波数成分に対応する重み付け量に沿って該各周波数成分の振幅を個々に重み付けをして合成する、1又は複数の重付合成部(500a、500b)と、該重付合成部に対応して設けられ、重み付けされた各周波数成分の合成後の合成振幅の発生頻度に基づくそれぞれの確率を求める重付APD(400a、400b)と、表示部(700)と、前記個別APD部から出力される各周波数成分の振幅の確率、前記各合成APDから出力される前記合成振幅の確率、及び前記各周波数成分に対応する前記重み付け量をそれぞれ前記表示部の異なった表示領域に、同時に表示させる表示制御部(600)と、を備えたことを特徴とする信号測定装置。

技術分野

0001

本発明は、受けた信号の周波数成分を分析し、各周波数成分の大きさが所定の閾値を越える確率(振幅確率分布、或いは、単に時間率と言われる。以下「APD」と言う。)を測定するAPD測定装置、或いはその機能を備え、通常のスペクトラム測定も行う信号測定装置に関する。

背景技術

0002

APD測定技術は従来からあり、例えば、APDを高い振幅分解能時間分解能で測定する特許文献1の技術があり、それをスペクトラムアナライザ等へ適用した例として特許文献2の技術がある。

0003

一方、最近、通信方式により、所定複数周波数成分のAPDを並列に同時に測定する必要性が要求されてきている。例えば、非特許文献1に記載のように、地上デジタル放送規格電波産業会(ARIB)によってARIB標準規格として、OFDM方式(Orthogonal Frequency Division Multiplex Operation Mode)による変調方式が定められている。そして、このOFDM方式では、伝送データを所定の帯域に数千本の低速データに分けて、デジタル変調を行う。例えば、その所定の帯域が5.6MHzであり、伝送データを1KHzの搬送波キャリア)単位で分けて、計5、600本に分けてデジタル変調している。

0004

したがって、OFDM方式におけるAPD測定は、信号成分を1KHz毎に周波数分析して、各周波数成分のAPDを測定することが望まれる。具体的には図9に示すように、測定しようとする信号を、A/D変換部100で所定振幅単位で標本化してデジタルデータに変換し、成分検出部200の中のフィルタバンクを構成するn個のバンドパスフィルタ(BPF1〜BPFn)によって分配され、それぞれに接続されているn個の検波器DET1〜DETnで自乗検波されて各成分の振幅値として出力される。図10にフィルタバンクの特性(各バンドパスフィルタ)の代表的例を周波数軸上に示す。図10は、部分的にCH1〜CH12の12チャンネル分の周波数特性を示している。フィルタバンクはソフトで構成されている。

0005

図9で成分検出部200の各周波数成分の出力は、LOG変換部300の各変換器LOG1〜LOGnによって、対数圧縮される。つまりdBm単位に変換される。そして、個別APD部400の各個別APD1〜個別APDnによって振幅確率を求める。この個別APD1〜個別APDnの各々は、特許文献1、2に記載のAPDで構成することができる。

0006

そして個別APD表示制御手段610は、表示部700に対して、各周波数成分の振幅縦軸として、確率を横軸とした座標に振幅確率分布を表示させる。表示形式等については、各種のものがあり、特許文献2にもその一例が示されている。

0007

特許第3156152号公報
特許第3374154号公報
レビューVOL.58 No.12(2003年)、p2〜6

発明が解決しようとする課題

0008

ところで、上記の地上デジタル放送で採用されるOFDM方式の変調放送される番組によっては、各キャリアの周波数成分が同一の重み、或いは、画一的に一様に使用される訳ではなく、重み付け中心周波数、及び帯域幅が各種の態様で使用される。

0009

例えば、図10において番組Aは、CH3,4,5、6を使用し(他のCH1,2,7,8,9・・の重みを0とする)、番組Bは、CH2,CH6,CH13・・・(他のCH1,3〜5,7〜12・・の重みを0とする)とするように使用する周波数成分、及び重みは、各種の態様がある。

0010

このように各番組に応じて、例えば伝送ライン上の雑音のAPD測定を行おうとすると、フィルタバンクは番組数にほぼ比例した大きな規模になる。例えば、番組数Nとすると、次の規模が必要となる。
N×帯域×(フィルタバンク構成規模+検波器DET構成規模+APD構成規模)
そのため、対応できる番組数を少なくし、必要の都度、オプションで設ける構成にしても、作業が大変である。

0011

本発明の目的は、周波数成分、帯域の所望の態様を簡易な規模で構成してAPD測定が実施できる技術を提供する。

課題を解決するための手段

0012

本発明の目的を達成するため、本発明では、番組等に特有の周波数成分を選択し重み付けしてAPD測定を実施できる構成にし、さらに、多くの標準的な周波数成分についてAPD測定を行い、これらの測定した結果を同時に表示することで、測定結果の関連を認識可能にした。

0013

ここで、用語を定義しておく。「振幅確率分布」(APD)は、受信した信号の特定の大きさの振幅が、所定時間内に発生した割合(ここでは、発生が予測される割合ではない。)である。このAPD測定が有効なのは、雑音の分析である。しかし、本発明では、測定対象である入力信号として、雑音に限定するものではない。複数周波数成分を有する信号についても分析し、確率の測定ができるからである。

0014

請求項1の発明は、入力信号を標本化し、デジタルデータにして出力するデータ変換部(100)と、フィルタバンクを有し、該フィルタバンクでデータ変換部の出力を複数の周波数成分に振り分けて各周波数成分の振幅を検出する成分検出部(200)と、予め入力されている各周波数成分に対応する重み付け量に沿って該各周波数成分の振幅を個々に重み付けをして合成する重付合成部(500a)と、前記重み付けされた各周波数成分の合成後の合成振幅発生頻度に基づくそれぞれの確率を求める重付APD(400a)と、を備えた。

0015

請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の発明において、前記成分検出部で検出された各周波数成分の振幅の発生頻度に基づいてそれぞれの確率を求める個別APD部(400)と、表示部(700)と、前記個別APD部から出力される各周波数成分の振幅の確率、前記各合成APDから出力される前記合成振幅の確率、及び前記各周波数成分に対応する前記重み付け量をそれぞれ前記表示部の異なった表示領域に、同時に表示させる表示制御部(600)と、を備えた。

0016

請求項3の発明は、請求項2に記載の発明において、前記個別APD部は、所定時間内で発生する各周波数成分の振幅の確率を求め、前記表示制御部は、前記個別APD部からの出力を受けて、各周波数成分を横軸とし、縦軸とパラメータのそれぞれを前記所定時間、振幅又は確率のいずれかにした表示を行う個別APD表示制御部(610)と、前記各合成振幅について予め推定される確率分布に基づく函数尺を生成する函数尺生成手段(630)と、該各合成APDから出力される前記合成振幅の確率を表示する領域に、予め前記函数尺を表示するとともにその上に該合成振幅の確率を表示する合成APD表示制御部(620)、とを備えた。

0017

請求項4に記載の発明は、請求項3に記載の発明において、前記重付合成部は複数、備えられており、さらに、予め、前記重付合成部毎に異なる、前記各周波数成分に対応する前記重み付け量を記憶するとともに、該重付合成部毎に対応する前記函数尺を特定する情報を記憶する記憶手段(800)を有し、前記函数尺生成手段は、該重付合成部毎に対応する前記函数尺を生成し、前記合成APD表示制御部は、前記重付合成部毎に対応する函数尺及び確率の表示を、重付合成部毎に選択的に、或いは同時にかつ識別可能に表示する構成とした。

0018

請求項5に記載の発明は、入力RF信号中間周波数帯域の信号に変換するRF部(1100)と、該RF部の出力をデジタルデータに変換するデータ変換部(100)と、該データ変換部の出力を基に、前記入RF信号を測定する信号測定装置において、フィルタバンクを有し、該フィルタバンクでデータ変換部の出力を複数の周波数成分に振り分けて各周波数成分の振幅を検出する成分検出部(200)と、成分検出部で検出された各周波数成分の振幅の発生頻度に基づいてそれぞれの確率を求める個別APD部(400)と、予め入力されている各周波数成分に対応する重み付け量に沿って該各周波数成分の振幅を個々に重み付けをして合成する、1又は複数の重付合成部(500a、500b)と、該重付合成部に対応して設けられ、重み付けされた各周波数成分の合成後の合成振幅の発生頻度に基づくそれぞれの確率を求める重付APD(400a、400b)と、表示部(700)と、前記個別APD部から出力される各周波数成分の振幅の確率、前記各合成APDから出力される前記合成振幅の確率、及び前記各周波数成分に対応する前記重み付け量をそれぞれ前記表示部の異なった表示領域に、同時に表示させる表示制御部(600)と、を備えた。

発明の効果

0019

本発明によれば、入力信号をフィルタバンクにより複数の周波数成分に振り分けて、重付APDにより、例えば所望の番組が使用する帯域について該各周波数成分の振幅を個々に所望の重み付けをして合成し、その合成後の合成振幅の確率として求める構成なので、所望の周波数成分、帯域の確率は、重付APDの構成により重み付けを変えることで、多様に対応できる。

0020

また、個別APDからの各周波数成分の振幅の確率、重付APDから出力される合成振幅の確率、及びその各周波数成分に対応する重み付け量をそれぞれ表示部の異なった表示領域に同時に表示させる構成なので、重付APDの結果と個別APDの結果とを対比検討しやすい。

0021

合成振幅対確率の予測される分布に基づく特性を予め表示しておくことにより、予測された結果か予測されない成分であるか否かの検討が容易になる。

発明を実施するための最良の形態

0022

本発明に係る実施形態について、図面を参照しながら説明する。図1は、APD測定装置に係る実施形態の全体の機能構成を示す図である。図2は、図1における成分検出部200の例を示す図である。図3は、図1における個別APD1〜n、又は重付APD400a(又は400b)の詳細な構成例を示す図である。図4は、振幅の重み付けを説明するための図である。図5は、個別APD部及び重付APDの表示例を示す図である。図6は、他の表示例を示す図である。図7は、重み付け又はバンドパスフィルタの他の例を示す図である。図8は、APD測定可能な信号測定装置の構成を示す図である。

0023

[APD測定装置の実施形態]
図1に基づいて、動作順に構成・動作を説明する。
図1において、A/D変換部100は、入力信号fIN(周波数帯域を±B/2)を受け、クロック発生器(不図示)からの周期クロックでレベル幅ΔLの細かさ(この細かさに応じた閾値がある。)で標本化(サンプリング)し、デジタルデータに変換する。後に求められる振幅確率は、この標本化時のレベル幅ΔLの細かさ毎に求められる。

0024

成分検出部200は、デジタルデータを複数のn個に分岐する分岐部210と、機能としてはフィルタバンクによりn個のバンドパスフィルタBPF1〜nを構成するバンドパスフィルタ部220と、そのn個のバンドパスフィルタBPF1〜n(以下、「BPF1〜n」と言う。)に接続されるn個の検波器DET1〜n(以下、「DET1〜n」と言う。)を備えている。その一例の詳細を示すのが図2である。

0025

図2の成分検出部200は、デジタル的にソフトウェア及びCPUで処理されている。特にフィルタバンクはFFT処理が行われる。以下の説明ではアナログ的な動作で説明する。図2(A)の分岐部210では、デジタル化された入力信号fINは2つに分岐され、ミキサ手段201a、201bへ入力される。一方、周波数生成手段203は、入力信号fINとほぼ同じ周波数の周波数信号fIFを生成し、これを受けた移相器202は、位相が直交する2つの周波数信号fIFにして、それぞれをミキサ手段201a、201bへ送る。ミキサ手段201a、201bからは、I成分及びQ成分の2つの直交信号、I∝sin2πfbと、Q∝cos2πfb、ただし、周波数fb=fIN−fIF(帯域B/2)が出力される。つまり、入力信号fINを直交した2つの低周波(fb)信号に変換する。そして、I成分は、バンドパスフィルタBPF1a〜BPFnaで、Q成分は、バンドパスフィルタBPF1b〜BPFnb(添字の1〜nの番号毎に、中心周波数が異なる。添字aとbとでは、中心周波数は同じである。)でそれぞれ分解能に必要な帯域(RBW)で抽出されて必要な信号だけが出力されてくる。そしてBPF1aとBPF1bの2つの出力は、図2(B)(図2(A)自乗検波部230の一検波器の詳細構成)に示すようにDET1の自乗手段205a及び205bで自乗して出力する。加算器206は、それを加算することにより、結果として入力信号fINのレベル(パワー)値をデジタルデータとしてLOG変換部300の対数変換手段LOG1へ出力する。以下、BPF2〜n及びDET2〜nの組み合わせにおいても同様である。

0026

BPF1の中心周波数はバンドパスフィルタBPF1a及びBPF1bの中心周波数で決定されているが、「BPF番号」が異なる場合は、異なる中心周波数に設定される。図4(A)にDET1〜12の出力の特性、つまりCH1〜12(CH:チャンネル)の代表的なフィルタ特性を示す。この場合は、隣り合うチャンネルとの差周波数と、各バンドパスフィルタの帯域(RBW)とがほぼ同じように設定されている。

0027

LOG変換部300には、各DET1〜nから出力される各周波数成分のリニア振幅変化対数に変換する対数変換手段LOG1〜n(以下、「LOG1〜n」と言う。)を有して、対数の変換した振幅のデジタルデータを個別APD部400の各個別APD1〜n(以下、「個別APD1〜n」と言う。)に送る。このとき、振幅値は、dB単位で示される。

0028

個別APD部400は、対数に変換された振幅値から振幅確率(分布)を測定する測定部であって、個別APD1〜nを有している。そのうちの一詳細例として、図3にその概略構成を示す。図3では、入力された対数変換されたデータ、つまり各LOG1〜nからのデータを簡単にD(つまり振幅値)と表し、この値がメモリ410のアドレスkに相当するとして、データDkと表す。メモリ410がデータDkでアクセスされると、データ変換器420はアドレスkに記憶されていたデータGn—1(k)(Gn—1(k)は、前回までにアドレスkがn−1回のアクセスを受けていたことを示すデータ)を受け、今回アクセスを受けたことを表すデータGn(k)に変換して、アドレスkに再記憶させる(更新記憶させる)。そして、所定期間毎頻度抽出部430は、メモリ410からデータGn(k)を読み出し、アドレスがアクセスされた回数n(k)を抽出する。n(k)は、アドレスkがレベルの大きさ(ログ変換の出力であるからdB単位で表される)であるから、その大きさ(振幅)の入力信号の所定時間における発生回数を表す。

0029

振幅確率演算部440は、この発生回数を、時間制御手段450からの時間を基に所定時間(Δt)毎に観測して確率として算出している。例えば、CH1から2についてΔt=1分ごとに確率を測定し、それが1%超えるかどうかを監視し、表示した例が図5の左上の「単位時間当たり確率1%を超えたCH」である。この図5では、斜線が1%を超えた時間、チャンネル(CH)を表している。図6のような表現もあり、この図6では、各チャンネルで発生する振幅確率分布を示す。なお、最近の統計的なデータによれば、データ転送時の誤り率の1%が雑音の1分当たりの確率に近似している傾向にある。

0030

図3の時間制御手段450は、オペレータが観測したい所定の時間、例えば、1分おきの時間を生成しているが、これに限らず外部から図3以外の外部機器動作クロック動機して測定する構成でも良い。

0031

なお、APD測定、つまり振幅確率測定については、詳細は、本発明者が参画している別出願特開平8−340643号公報に記載されており、その技術がそのまま利用できる。上記データDは、いわば特開平8−340643号公報に記載の多項式に相当する。

0032

表示制御部600の個別APD表示制御手段610は、所定のフォーマットで、個別APD部400から出力されるデータを表示部700へ表示させる。その例を図5又は図6にその例を示す。図5又は図6に示すように、横軸が周波数軸であることは同じであるが、所望の表示内容によって、縦軸やパラメータが異なることがある。図5では、縦軸が時間であり、確率1%がパラメータであり、図6では、縦軸が振幅であり、確率がパラメータである。しかし、基本的に、振幅確率演算部440による演算が、各周波数成分毎であって、振幅、時間、確率を要素とすることは同じであり、確率の評価目的に応じて、座標軸、パラメータを選定することが好ましい。

0033

図1では、重付合成部500a、500bが、成分検出部200から出力される各BPF1〜nの各周波数成分の振幅を受けて、個々に重み付けして出力している。重付合成部500a、500bとして、説明上、2つを有しているが、数はこれに限られるものでは無く、多くても良い。重付合成部500aと500bとでは、各周波数成分毎の重み付けが、例えば、重付合成部500aはA番組の放送用、重付合成部500bはB番組の放送用、というように異なった重み付けが成されるが、機能的な動作は、同一であるので、重付合成部500bを中心に説明する。

0034

図1で、重付合成部500bは、n個の重付手段W11〜W1nと、それらの重付手段W11〜W1nで重み付けされた各周波数成分の振幅を加算して合成し、対数に変換して重付APD400bへ出力する合成手段2とを有する。重付手段W11〜W1nとしては、各周波数成分を増幅する増幅器で構成しその利得を重み付け量にしたがって調整する構成でも良い。また、減衰器で構成し、減衰率を重み付け量にしたがって、調整する構成でも良い。

0035

記憶手段800には、重付合成部500a、500bで重み付けするための重み付け量が予め入力されて記憶されている。重み付け量は、例えば、図4の(B)、(C)、(D)に示すように、各チャンネルCH(各周波数成分)に対応して記憶されており、重付合成部の全体で重み付け量の合計が1(W11+W12+・・・・・+W1n=ΣW1=1、W21+W22+・・・・・+W2n=ΣW2=1)となるように記憶されている。例えば、図4(B)は、重付合成部500bのための重み量であり、CH2〜4とCH8〜10に合計でΣW1=1となる重み付けが成され、他の重み付けは0にされている(ここで、重み付けの値とは、対象となる振幅に掛け算する値で説明する。言い換えると、重み付けが「0」だから入力された振幅がそのまま出力されるという意味ではなく、振幅に「0」を掛ける演算を行って、出力される振幅の値が「0」で出力されることを意味する。)。図4(C)は、重付合成部500aのための重み量であり、CH3〜10に亘って山形に、かつ合計でΣW2=1となる重み付けが成され、他の重み付けは0にされている。また、図4(D)は、他の例であって、所定間隔の周波数成分を抽出する重み付けとされている。これは、CH2、CH5、CH8及びCH11にそれぞれ同一重みで、合計でΣW3=1となる重み付けが成され、他の周波数成分の重み付けは0にされている。

0036

このようにして、重付合成部500a、500bは、それぞれ、予め記憶手段800に記憶していた重み付け量に基づいて図4(B)、図4(C)のように各周波数成分の振幅を重み付けして、合成し、対数に変換して各重付APD400a、400bへ入力させる。重付APD400a、400bのそれぞれは、個別APD1と同様の構造をしており、いわば、図3を用いて説明した技術と同じで、合成手段1,2からの出力の確率を測定している。その結果を、重付APD表示制御手段620が表示部700に表示させている。図5の右側に重付APD400a、400bから出力されるそれぞれの重付APDの表示例を点線のW2(測定値四角印),実線のW1(測定値:黒丸印)で示す。図5では、横軸が確率で、縦軸が振幅で表示し、一定時間における振幅確率分布を表示している。

0037

表示制御部600は、個別APD表示制御手段610、重付APD表示制御手段620、函数尺生成手段630、重付表示制御手段640、表示フォーマット手段650、及び操作案内手段660とを備えている。個別APD表示制御手段610、及び重付APD表示制御手段620の動作の一部について上記したとおりである。重付表示制御手段640は、記憶手段800が記憶している重み付け量を各チャンネルCH(周波数成分)に対応して表示する。例えば、図5の左、下段に、横軸がチャンネルCH、縦軸が重み付け量として重付合成部500aと500bの双方について表示している。表示フォーマット手段650は、例えば、図5のような表示フォーマットは予め用意している。操作案内手段660は、測定機能に応じ表示部700に操作案内を表示し、それを見たオペレータがその操作案内に応じて、操作部900を操作して、測定を実行できるようにしている。

0038

函数尺生成手段630は、記憶手段800が記憶している重み付け量に基づいて、予め重付合成部500a及び500bのそれぞれで測定対象とする信号について予測される振幅確率分布に関する函数尺を計算する。函数尺の計算は、本発明者が発明した技術であって特許第3374154号公報に記載された技術がある。以下、ここでは、簡略的に説明する。

0039

振幅確率分布は、縦軸が振幅(閾値)、横軸が確率で表されるので、函数尺の単位としては、例えば、縦軸は、dBμV =20 log10(a/1μV)、dBm、dB又はV及びWの単位のうちいずれかを一つ選択し、これが等間隔になるように目盛られ、そして横軸は、確率dであり、0<d<1又はこの%値で目盛られる。そしてその縦軸—横軸の座標上に予測される分布PXをプロット表示する。

0040

以下、この函数尺について簡単に触れる。先ず、表示しようとする座標を縦軸Y、横軸X、とすると、
X=g(ηx-1(d))、Y=g(X)
ここで、PX=−dηx(x)/dx、ηx(x)=∫x∞PX(X)dx、で表され、
ηx(x)は単調減少関数であり、逆関数ηx-1が存在する。
g(X)は、単調増加関数であり、逆関数g-1(Y)が存在する。
0<ηx(x)≦1
分布PXは、測定対象の信号における振幅の予測される確率変数xに対する確率密度関数(分布)であって、一般には、測定する信号が雑音であるとすると、レーリー分布、正規分布指数分布χ2分布等があり、いずれか選択可能にしておくと便利である。
g(X)は単調増加関数である。g(X)縦軸の目盛りの形態として、g(X)=20log10X、10log10X、X2、X1/2、InX等のいずれかを選択される。したがって、この函数もいずれか選択可能にしておくと便利である。

0041

ここで、Y=y0,X=x0であるとき、
ηx(x0)=Prob(X≧x0)=∫x0∞PX(X)dx、
y0=g(x0)となり、
d=ηY(y0)=Prob(Y≧y0)=Prob(X≧x0)
=∫x0∞PX(X)dx=ηx(x0)
で表される。
さらに、 0<d<1のとき、x0=ηx-1(d)が存在する。
そして、y0=ηy-1(d)=g(x0)=g(ηx-1(d))で表される。
したがって、ηy-1=g(ηx-1)である。

0042

ここで、例として分布P(X)がレーリー分布を選択したとすると、x≧0で
P(X)=x×exp(−x2/2)、と示される。
また、g(X)としては、Y=g(X)=20log10X(いわゆるdB)を選択すると、
ηx(x)=exp(−x2/2) (x≧0)
ηx-1(d)=(−2In(d))1/2
X=g(ηx-1(d))=10log10(−2In(d))
Y=ηy-1(d)=10log10(−2In(d))
と表される。

0043

これらの数値例を示すと、横軸の目盛りdiが0.99、0.9、0.5、0.1,0.01、0.001のとき、Yは、10log10(−2In(di)により、—17,—6.7、1.4、6.6、9.6、11.4(dB)の目盛り値を採り、横軸の寸法は、di=0.5を基準にして、mm単位で表すと「40.5log10(—2In(di))—5.7」で表される。この表示例を、図5の右側に、振幅—確率(時間率)の座標として、予測されるレーリー分布特性二点鎖線で示す。
このようにレーリー分布の場合は、log変数に対して確率分布関数が直線となるようにすケーリングしたもので、縦軸のP(%)(p=P/100)値を、loglog(1/(1−p))の位置にプロットすることによって得られる直線となる。

0044

函数尺の表示は、上記のように予想される確率関数PX、使用したい目盛りg(x)の選択による。したがって、図4(B)〜(C)に示される重み付けされた成分の確率(時間率)がどのような分布を表す関数かを予測して、その予測した関数を上記式の確率関数PXの代わりに用いることが、好ましい。例えば、図4(B)、(C)による予測される函数尺は、それぞれ、図5の実線(W1)、点線(W2)で表されるようにし、さらにその表示の上に実際に重付APD400a及び400bで測定された確率をプロットすることにより、予測されたものと、実際の測定との違いを検討できる。

0045

なお、上記説明では、函数尺を算出していたが、重付合成部500a、500bに対応して予め予測される分布、座標目盛りの形態等が決まっている場合は、計算された函数尺のデータを特定できる情報と共に、重付合成部500a、500bに対応して函数尺生成手段630に記憶しておき、重付APD表示制御手段620は、その特定できる情報を基に読みだして函数尺を函数尺生成手段630に生成させても良い。また、計算で函数尺を求める場合であって、数多くの予測される確率分布がある場合は、関数尺生成手段630がそれ相当の算出プログラムを重付合成部500a、500bに対応して記憶しておいて、その算出プログラムを実行することで、函数尺を生成する構成でも良い。

0046

重付APD表示制御手段620は、前記重付合成部として複数、備えられているときは、重付APD400a、400bの出力と、それらに対応する函数尺生成手段630からの函数尺w1,w2とを組み合わせて表示する必要があるが、重付APD400aの出力(確率)と函数尺w2の組み合わせ、又は出力重付APD400bの出力(確率)と函数尺W1の組み合わせを操作部900で選択できる構成にしても良いし、これらを同時表示しても良い。同時表示させる場合は、これらの組み合わせが識別可能に、色種別線種別、模様別等に区別する手段を有する。なお、同時表示する場合は、函数尺の種別によって、座標の縮尺や座標軸の目盛りが異らないように函数尺を求める必要がある。

0047

[重み付け又はバンドパスフィルタの他の形態]
上記の重み付けの説明では、図4(B)(D)に示したように振幅の重み付けを「0」の値にする場合があるが、この場合は、その振幅を使用しないことを意味する。したがって、重み付けには、ある周波数成分(チャンネル)を選択する意味合いがある。そのために、フィルタバンクで構成されるバンドパスフィルタ220で選択することができる。図7は、そのShort Time Fourier Transfomeと言われる概念を示す一例である。図7では、入力されるI成分及びQ成分を時間領域で、出力を「0」にしたい所望周波数成分に合わせたタイミングで間引き回路221a、221bにより間引き、これをN段のレジスタ222、ガウス窓関数223、及びFFT224により、所定帯域幅で、所定の周波数ずつ中心周波数のずれた周波数成分に分析し、かつ所望の周波数成分を除いて出力することができる。このように重み付けの一部をバンドパスフィルタ側でできる。

0048

[APD測定機能を備えた信号測定装置の実施形態]
この実施形態は、上記説明の図1のAPD測定装置1000を、例えば、スペクトラムアナライザのような信号測定装置に使用した形態である。その構成を図8に示す。図8の構成おいて、図1で説明したのと同一符号のブロックは、同一機能を示す。

0049

図8で、RF部1100は、入力RF周波数fRFを所定範囲にわたって掃引しながら中間周波数信号fIFに変換する受信部である。掃引部は、シーケンシャル制御部1400からの指示により、fst(スタート周波数)からfsp(ストップ周波数)の周波数範囲を示す情報を受けて、掃引時間tspanでローカルOSCの発振周波数を(fst+fIF)から(fsp+fIF)まで掃引させる。ミキサ部は、入力RF周波数fRF=fst〜fsp(この間を「周波数スパン」という。)を受けてローカルOSCの発振周波数とミキシングし、中間周波数信号fIFをA/D変換部100へ出力する。A/D変換部100は、1掃引(掃引時間tspan)あたりクロックts間隔でL=tspan/ts個のデジタルデータを出力する。周期tsあたりの周波数間隔は(fst−fsp)/L(Hz)となる。

0050

シーケンシャル制御部1400は、パネルの操作部(不図示)から、測定対象とする所望の周波数スパン範囲(周波数スパン)、その周波数スパンを掃引するための所望の掃引時間tspanを受けて、クロック周期ts等を決定し、各部の動作タイミングを制御する。

0051

A/D変換部100の出力は、IF検波部1200で、分解能帯域幅帯域制限され、自乗されて出力される。つまり、所望の分解能帯域幅で入力信号が分析される。

0052

IF検波部1200は、直交検波手段,RBW部,自乗検波手段及び加算器で構成され、デジタル的に処理される。直交検波手段では、デジタル化された中間の周波数信号fIFを基に位相が直交した低周波信号を得る。つまり、上記中間の周波数信号fIFとほぼ同じ周波数の周波数信号fIを生成し、さらに位相が直交する2つの周波数信号fIで上記中間の周波数信号fIFをのミキシングすることにより、2つの直交信号、I∝sIn2πfbと、Q∝cos2πfb、ただし、周波数fb=fI−fIF(帯域B/2)を生成している。そして、RBW部の2つのローパスフィルタでそれぞれ分解能に必要な帯域(RBW)で必要な信号だけ抽出して出力されてくる。さらに、自乗検波手段は、それぞれ、ローパスフィルタの出力を自乗して出力する。加算器は、それらを加算することにより(ρ(t)=I2+Q2)、結果として入力信号fのレベル(パワー)値をデジタルデータとしてログ変換部1300へ出力する。

0053

IF検波部1200の出力は、ログ変換部1300で振幅(レベル)がログ変換され、そのログ変換された振幅が(fst−fsp)/L(Hz)の周波数間隔で測定値記憶部1500に記憶される。測定値表示制御部600aは、測定値記憶部1500からデータを読み出して表示部700に、縦軸が測定値記憶部1500からのデータ(レベル;単位dBm)、横軸が周波数の座標上にスペクトラム表示させる。横軸の周波数情報(又は、対応した時間情報ts、0.1ts)は、シーケンシャル制御部1400から受け取る。

0054

また、APD測定装置1000は、周波数スパンfst−fspでの掃引測定を確率に必要な回数分行うことにより、L個のチャンネル数、つまり、図1のフィルタバンクが(fst−fsp)/L(Hz)間隔のBPF1〜BPFnの周波数における振幅確率を演算して出力する。表示部700は、APD測定装置1000の出力を受けて、図5に示すような表示をする。この図5では、12チャンネルなので、上記L=12の場合の例である。つまり、入力RF信号や妨害波の周波数成分の中で、周波数fstをスタートとして、(fst−fsp)/L(Hz)間隔で、かつ所望の周波数に重み付けした、或いは周波数成分を選択して、それらの振幅確率(時間率)分布を測定、表示することができる。

0055

なお、図8と同様に、本発明は、例えば、回転や、振動、その他、電気信号に変換し、その大きさを測定、分析するものであれば、適用できる。

図面の簡単な説明

0056

信号分析装置(APD測定装置)に係る実施形態の全体の機能構成を示す図である。
図1における成分検出部の例を示す図である。
図1における個別APD1〜n、又は重付APDの詳細な構成例を示す図である。
振幅の重み付けを説明するための図である。
個別APD及び重付APDの表示例を示す図である。
個別APD及び重付APDの他の表示例を示す図である。
重み付け又はバンドパスフィルタの他の例を示す図である。
APD測定可能な信号測定装置の構成を示す図である。
従来技術の構成を示す図である。
従来技術で測定する帯域を説明するための図である。

符号の説明

0057

100 A/D変換部、 200成分検出部、 300 LOG変換部
400 個別APD部、 400a 重付APD、 400b 重付APD
500a 重付合成部、 500b 重付合成部、 600表示制御部
600a測定値表示制御部、 610 個別APD表示制御手段
620 重付APD表示制御手段、 630函数尺生成手段
640 重付表示制御手段、 650表示フォーマット手段
660操作案内手段、 700 表示部、 800 記憶手段、 900 操作部
1000APD測定装置、 1100 RF部、 1200 IF検波部
1300ログ変換部、 1400シーケンシャル制御部、 1500測定値記憶部

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