JP5705395B2

JP5705395B2 - 信号分析装置

Info

Publication number: JP5705395B2
Application number: JP2006200101A
Authority: JP
Inventors: 明奈良
Original assignee: テクトロニクス・インターナショナル・セールス・ゲーエムベーハー
Priority date: 2006-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2015-04-22
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: WO2008010608A3; JP2008026188A; WO2008010608A2; EP2044445A2; CN101495873A; US7759925B2; CN101495873B; US20080143316A1; EP2044445B1

Description

本発明は、信号分析装置におけるマスク設定に関し、
特にマスクを自動的に設定する機能を有する信号分析装置に関する。

携帯電話などの無線通信システムを始めとして、使用信号に異常がないかの試験を行う必要性は種々のシステムで必要とされる。こうした被測定信号の測定には、例えば、信号分析装置が利用される。信号分析装置は、被測定信号を時間領域のデジタル・データに変換し、これからＦＦＴ演算によって周波数領域のデジタル・データであるスペクトラム・データを生成する。得られたデータは、信号分析装置の表示画面上で波形や数値として表示される。信号分析装置では、被測定信号のスペクトラム・データだけでなく、対応する時間領域データも参照できるため、周波数領域及び時間領域の２つの観点から、デジタル演算を用いて多様な信号分析が行える。なお、周波数領域データ及び時間領域データを対応させながら生成する技術については、例えば、米国特許第６３７７６１７号明細書（日本特許第３３５９２５１号に対応）に開示されている。

図１は、信号分析装置１０の機能ブロック図である。信号分析装置１０は、図１に示す機能ブロックに加えて、図示せずも、パソコンと同等の機能及びハードウェアを有しており、パソコンで汎用のＣＰＵを採用し、キーボード及びマウスを用いたグラフィカル・ユーザ・インターフェースによる各種設定、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を用いた大量のデータやプログラムの記憶などが可能である。

被測定信号は、入力減衰回路１２で適切なレベルに調整され、アナログ・ダウン・コンバータ２０に供給される。ダウン・コンバータ２０は、ミキサ１４、局部発振器１６及びバンドパス・フィルタ１８から構成され、入力信号の周波数をアナログ的に周波数変換（ダウン・コンバート）し、中間周波数（ＩＦ）信号に変換する。アナログ・デジタル変換回路（ＡＤＣ）２２は、アナログのＩＦ信号をデジタル・データ（時間領域データ）に変換する。ＩＦ信号のデジタル・データは、メモリ２４に記憶される。デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）２６は、メモリ２４からＩＦ信号データを読み出して、デジタル的にダウン・コンバートを行い、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算を行って周波数領域データであるスペクトラム・データを生成する。スペクトラム・データは、メモリ２４に記憶され、表示装置３０で波形や数値として表示される。ＤＳＰ２６は、この他にもＨＤＤに記憶されたプログラムに従って種々の演算に利用される。トリガ検出回路２８は、ＡＤＣ２２からの時間領域データ及びＤＳＰ２６からのスペクトラム・データを受けて、ユーザが設定したトリガ条件を満たすデータを特定し、ユーザ所望の時間領域データ又はスペクトラム・データをメモリ２４に保持させる制御を行う。

なお、メモリ２４は、ＲＡＭなどで実現され、ＨＤＤに比較して高速なデータの読み書きが可能であるため、高速に生成される時間領域データ又はスペクトラム・データを一時的に保持するのに適している。一方、ＨＤＤは大容量であるが、データの読み書きが遅いため、高速に生成される時間領域データ又はスペクトラム・データを連続して記録するのは難しい。そこで、トリガ条件を設定し、条件を満たしたデータはメモリ２４に一時的に保持され、必要なデータだけがＨＤＤに記録される。

トリガ検出回路２８が制御を行うトリガ条件の設定方法には、種々のものが知られている。時間領域データを用いたトリガ条件の設定は、デジタル・オシロスコープと同様である。古くからあるトリガ条件の設定方法では、所定のしきい値を設定し、被測定信号がこのしきい値を超えた部分（トリガ基準点）における被測定信号の時間領域データを中心に、メモリの容量が許す範囲でその前後の時間領域データをメモリに保持し、波形として表示する。近年では、こうした伝統的なトリガ条件の設定に加え、表示波形と比較するマスクを設定し、マスク内に波形が侵入するか否かといった追加的なトリガ条件の設定も広く利用されている。更にマスクを適切に設定する技術として、例えば、米国特許第６７２８６４８号（日本特許第３６７０９４４号に対応）明細書は、従来からのトリガ条件に従って被測定信号を波形と表示した上で、正常な波形が試験用のマスクに抵触しないようマスク位置を適切に自動調整する技術を開示している。

スペクトラム・データを用いたトリガ条件設定についても、マスクを用いるものが知られている。例えば、米国特許公開第２００３／００８５９２５号（特開２００３−１９４８５５号に対応）明細書には、スペクトラム・データを波形として表示し、この波形に対してマスクを設定及び編集する技術が開示されている。
米国特許第６３７７６１７号明細書米国特許第６７２８６４８号明細書米国特許公開第２００３／００８５９２５号明細書米国特許公開第２００５／００５７２５３号明細書

希にしか現れない頻度の低い間欠的現象は、一般的には捕捉するのが難しい。しかし、例えば、信号分析装置を用いて周波数領域で被測定信号を観測するとき、どの辺の周波数でいつこの間欠的現象が現れるか、ある程度予想できている場合では、被測定信号のデータ取得を始める前に、その予想に基づいて周波数マスク・トリガを設定しておくことにより、こうした間欠的現象でも比較的効率よく周波数領域において捕捉できる。逆に言えば、こうした予想ができない場合には、捕捉効率が大きく低下する。

このように、どのようにマスクを設定したら良いか予め予想するのが困難な場合や、予想できる場合であってもユーザがより簡単にマスクを用いたトリガ条件を設定できれば、被測定信号に含まれる異常などの所望部分のデータをより簡単に信号分析装置のメモリに保持できるようになる。そこで、被測定信号の所望の時間領域データ又は周波数領域データをより簡単に捕捉するために、信号分析装置がマスクを自動的に設定できるようにすることが望ましい。

本発明は、被測定信号から時間領域データ又は周波数領域データを生成し、これらを波形データとして処理し、被測定信号の分析を行うための信号分析装置に関する。このとき、被測定信号に関する波形データを繰り返し記憶する機能と、波形データのピークを検出する機能と、ピークの夫々についてピークから所定レベル低下したマスク基準レベルにおける波形データの波形幅をマスク基準幅として求めるマスク基準幅検出機能と、ピークの夫々において、マスク基準レベルを底辺レベルの基準とし、マスク基準幅を幅の基準とする２次元マスクを設定し、表示するマスク設定機能と、２次元マスクの設定後に入力される被測定信号に関する波形データが、２次元マスク内に侵入するとトリガ条件を満たしたと判断する機能とを具えている。これにより、被測定信号の特徴に応じて信号分析装置が自動的にマスクを設定するので、ユーザは容易に被測定信号の特徴部分を含む時間領域データ又は周波数領域データを得られる。

また、本発明の信号分析装置は、ピークの発生頻度条件を設定する機能と、発生頻度条件を満たしたピークに対応する２次元マスクのみを設定し、表示する機能とを具えるようにしても良い。もし発生頻度条件を低い頻度に設定すれば、まれにしか発生しないピーク部分を含む被測定信号のデータのみ効率よく収集できる。

本発明の別の観点によれば、信号分析装置に以下の機能を実現させる信号分析装置用プログラムとしても良い。このとき実現する機能とは、被測定信号に関する波形データを繰り返し記憶する機能と、波形データのピークを検出する機能と、ピークの夫々についてピークから所定レベル低下したマスク基準レベルにおける波形データの波形幅をマスク基準幅として求めるマスク基準幅検出機能と、ピークの夫々において、マスク基準レベルを底辺レベルの基準とし、マスク基準幅を幅の基準とする２次元マスクを設定し、表示するマスク設定機能と、２次元マスクの設定後に入力される被測定信号に関する波形データが、２次元マスク内に侵入するとトリガ条件を満たしたと判断する機能である。これらに加えて、ピークの発生頻度条件を設定する機能と、発生頻度条件を満たしたピークに対応する２次元マスクのみを設定し、表示する機能とを実現させるようにしても良い。

なお、マスク設定機能を実行する場合、マスク基準レベル及びマスク基準幅の値をそのまま使ってマスクとしても良いが、マスク基準レベルにオフセットを加えたレベルと、マスク基準幅に所定の調整（例えば−１０％）を加えた幅を用いてマスクを設定しても良い。

本発明による信号分析装置は、ハードウェア的には図１に示した従来のものと同じものを利用できる。本発明による信号分析装置が実現する種々の機能は、最も典型的には、新たに開発したプログラムを、現存する信号分析装置にインストールすることで実現できる。ただし、専用のハードウェアを作成することで実現しても良い。現在の典型的な信号分析装置では、全体の制御にパソコンと同様のハードウェアを使用し、ＯＳ（基本ソフト）にもパソコンと同じものを利用している。そこで、本発明による機能を実現するプログラム自身はパソコン上で作成し、その後、信号分析装置にインストールしても良い。

図２は、本発明による機能の実行手順を示したフローチャートである。ステップ４２では、波形データを繰り返し記憶する。図３は、ユーザが信号分析装置に設定した周波数パンに従って周波数領域データ（スペクトラム・データ）を、奥行き方向を時間軸にして波形データとして表示した例である。このとき、７０ｘ（ｘは１〜１１）で示される波形は頻度が高く、７２１〜７２３の波形は次に頻度が高く、７４１の波形はここでは１度だけ現れており頻度が低い。

図４は、図３に示す波形データを頻度情報を輝度（又は色）情報で示して波形として表示した例である。波形７０は、図３における７０ｘ波形に対応する。また、波形７２及び波形７４は、それぞれ図３の波形７２１〜７２３及び波形７４１に対応するものである。これらは、表示装置３０の表示画面上に表示される。周波数領域データの場合では、所定時間（フレーム）毎に生成され、繰り返しメモリ２４に記憶される。なお、波形データの頻度情報を輝度又は色情報に変換したビットマップ・データとして生成する技術が、米国特許公開第２００５／００５７２５３号明細書（特開２００５−７７４１３に対応）に開示されている。複数フレームの波形データを記憶するのに合わせて、このビットマップ・データを生成し、これを複数フレームの波形に存在するピークの検出（後述）に利用しても良い。

図３及び図４では、周波数領域データの例で波形データの記憶を説明したが、時間領域データも、同様に繰り返し波形データとして記憶できる。この場合、フレームという考え方はないが、所定のトリガ条件（以下、第１トリガ条件という）で被測定信号の繰り返し波形を捕捉することは周知である。よって、第１トリガ条件を満たす被測定信号の部分をトリガ基準点として、波形データ（時間領域データ）を繰り返し記憶すれば良い。以下では、周波数領域データの例を中心に説明し、時間領域データの場合で異なる点があれば、その都度説明する。

図５は、図４で得られた波形データの最大値の包絡線波形を示し、Ｐ１〜Ｐ６の６個のピークが存在する例である。本発明では、マスク基準レベルが設定され（ステップ４４）、この最大値包絡線波形データの各ピークに適用される。マスク基準レベルは、ピークレベルから所定レベル低下したレベル、例えば、−１０ｄＢのレベルであり、この低下させる値はユーザがその都度設定しても良いし、信号分析装置に初期値として予め記憶させた値を利用しても良い。また、マスク基準レベルは、ピークレベルから−５％という形で設定しても良い。更に波形データが時間領域データであれば、−0.8ボルトという形でも良い。通常、全てのピークに同じマスク基準レベルが適用されるが、個別に異なるレベルを適用しても良い。

次にユーザは、必要に応じてピーク頻度条件を信号発生装置に設定する（ステップ４６及び４８）。ピーク頻度条件の設定は、表示装置３０の画面上のメニュー及びマウスの操作で行われる。図６はピーク頻度条件を設定しない例、図７は６％に設定した例を示す。ピーク頻度条件メニュー７０は、例えば、プルダウン形式であり、マウス・カーソル７４で下向き三角７２をクリックして現れる数値を選択することで、ピーク頻度条件の数値を設定できる。

続いて、信号分析装置は、周知の方法でピークのある周波数及びレベルを検出する（ステップ５０）。なお、波形データが時間領域データの場合では、周波数の代わりにトリガ基準点からの時間とすれば良い。信号分析装置は、ピーク頻度条件を満たすピークそれぞれについて、ピークレベルからマスク基準レベル設定で定めた値だけ低いレベルにおける波形の幅をマスク基準幅として算出し（ステップ５２）、これらを用いてマスクを設定する（ステップ５４）。図６の例では、ピーク頻度条件の設定がないので、ピークＰ１〜Ｐ６の全てにマスクが設定されている。図７の例では、ピーク頻度条件を６％としたので、これを満たすピークＰ６に関してのみマスクＭ６が設定されている。

マスクを設定する場合、図６及び図７のように、マスク基準レベル及びマスク基準幅の値をそのまま使ってマスクとしても良いが、マスク基準レベルに所定オフセットを加えたレベルと、マスク基準幅に所定の調整（例えば＋１０％）を加えた幅を用いてマスクを設定しても良い。図８のマスクＡは、マスク幅はマスク基準幅と同じであるが、マスク基準レベルに比較してマスクの底辺レベルが調整された例である。マスクＢは、マスク幅及び底辺レベルの両方が調整された例である。これら調整値は、ユーザが信号分析装置に設定するか、前回のユーザ設定値を信号分析装置が再利用するなどで設定される。

図６及び図７に示すように、ピーク情報（ピーク周波数及びレベル）と、マスク情報（周波数幅及びマスクのオン・オフ情報）は、表形式で表示しても良い（ステップ５６）。ユーザは、これら表の情報を参照しながら、必要のないマスクの設定を外すことができる（ステップ５８及び６０）。これは、例えば、マウス・カーソル７４で必要のないマスクを指定し、キーボード上の所定キー（例えば、Deleteキー）を押すことで実行される。別の方法としては、表上で、所望のピークに対応するマスクのオン・オフ（ON/OFF）欄をクリックする度に、マスクのオンとオフが切り換わるようにし、これを利用しても良い。

本発明によるマスク設定と、設定されたマスクによる被測定信号の測定方法の一例は次のようなものである。最初にマスク設定に適切な時間（例えば、１時間）だけ被測定信号を受ける。すると、マスクが自動的に設定される。もしユーザが１時間に一回程度しか生じない異常現象をだけを捉えたいのであれば、被測定信号の受信を始める前にピーク頻度条件を適切しておけば良い。別の方法としては、１時間後にマスクが設定されたとき、正常な信号のピークに設定されたマスクは全て外し、異常なピークによって設定されたと思われるマスクのみ残しても良い。

マスク設定が完了した後に被測定信号を更に受信し、次に被測定信号の波形データがマスク内に侵入すると、トリガ条件が満たされたと判断され、その時点を中心とする前後の波形データがメモリ２４に保持され、その後、必要に応じてＨＤＤに記録される。よって、マスクに侵入した波形データは、後からでも読み出せる。もし周波数領域でマスクを設定した場合であれば、波形データは周波数領域データであるが、これに対応する時間領域データを同時に保持するようにし、後から読み出せるようにしても良い。この技術の実現には、例えば、上述の米国特許第６３７７６１７号明細書に開示された技術を利用すれば良い。

以上のように、被測定信号に含まれる未知の極まれな間欠ピークを含む信号部分のデータを的確に捕まえるマスクを、ユーザが信号分析装置に適切に設定するのは困難であるが、本発明によれば、信号分析装置自身がこうした間欠ピークを的確に捉えるマスクを自動で設定できる。よって、マスク設定後、次に同様の間欠的ピークを含む信号が来たときには、その部分に関するデータを的確に捕らえてメモリに保持でき、必要に応じて読み出すことが可能となる。このため、被測定信号に極まれな頻度で生じる異常現象を分析するために、非常に有効である。

信号分析装置の一例の機能ブロック図である。本発明による機能の実行手順例を示すフローチャートである。周波数領域データ（スペクトラム・データ）を、奥行き方向を時間軸にして波形データとして表示した例である。図３に示す波形データを頻度情報を輝度又は色情報で示し、波形として表示した例である。図４で得られた波形データの最大値の包絡線波形を示す図である。本発明によってマスク設定された波形データの表示例である。本発明によってマスク設定された波形データの他の表示例である。マスク基準幅及びマスク基準レベルを調整してマスクを設定する例を示す図である。

符号の説明

１０信号分析装置
１２入力減衰回路
１４ミキサ
１６局部発振回路
１８帯域通過フィルタ
２０ダウン・コンバータ
２２アナログ・デジタル変換回路
２４メモリ
２６デジタル・シグナル・プロセッサ
２８トリガ検出回路
３０表示装置
７０ピーク頻度条件設定メニュー
７４マウス・カーソル

Claims

被測定信号に関する周波数領域の波形データを繰り返し記憶する機能と、
上記波形データのピークを検出する機能と、
上記ピークの夫々について上記ピークから所定レベル低下したマスク基準レベルにおける上記波形データの波形幅をマスク基準幅として求めるマスク基準幅検出機能と、
上記ピークの夫々において、上記マスク基準レベルを底辺レベルの基準とし、上記マスク基準幅を幅の基準とする２次元マスクを設定し、表示するマスク設定機能と、
上記２次元マスクの設定後に入力される上記被測定信号に関する上記波形データが、上記２次元マスク内に侵入するとトリガ条件を満たしたと判断する機能と
を具える信号分析装置。
上記ピークの発生頻度条件を設定する機能と、
上記発生頻度条件を満たした上記ピークに対応する上記２次元マスクのみを設定し、表示する機能と
を具える請求項１記載の信号分析装置。