JP2005331300A - 周波数分析装置の表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】周波数分析装置の表示において、所望の時間区間及び周波数区間を同時に指定して解析できるようにする。
【解決手段】被測定信号のデータを時間軸及び周波数軸を有するグラフ上に表示し、グラフ上に任意に変更可能な所望時間区間及び所望周波数区間を示す矩形マーカ２４を表示する。そして、矩形マーカ２４で区切られた所望時間区間及び所望周波数区間に含まれるデータに関し、サブ・グラフを表示する。これによって被測定信号全体を鳥瞰しながら、特に注目したい部分を指定して測定・解析できる。
【選択図】図６

Description

本発明は、周波数分析装置における表示方法に関し、特にグラフ上に任意に変更可能な所望時間区間及び所望周波数区間を示すマーカを表示し、このマーカ内に含まれるデータに関するサブ・グラフを表示できる周波数分析装置における表示方法に関する。

携帯電話やワイヤレスＬＡＮに代表されるデジタル変調を用いた無線通信について、有限な周波数資源を効果的に用いるために、マルチキャリア方式やバースト信号による時分割など無線信号はより複雑化する傾向にある。これらの信号を効果的に解析するために、周波数分析装置（シグナル・アナライザ）においては様々な工夫がなされてきた。

図１は、周波数分析装置における従来の表示方法の一例を示すグラフである。これは、表示画面を表示領域Ａ、Ｂ及びＣに３分割する。表示領域Ａは、スペクトログラムであって、Ｘ（横）軸が周波数、Ｙ（縦）軸が時間で、色又は輝度の変化で電力の大きさを示す３次元表示である。これによって、被測定信号電力の時間と周波数に関して外観を表示できる。表示領域Ａには、１対の時間カーソル１２及び１４が設けられ、これらで区切られた時間に関し、分析した結果が表示領域Ｂ及びＣに示される。具体的には、表示領域Ｂに、電力対周波数のグラフが表示される。また、表示領域Ｃに、シンボルのコンスタレーション表示やＥＶＭ（エラー・ベクトル・マグニチュード）等の解析結果のグラフ（モジュレーション・ドメイン）が表示される。この表示方法は、特にバースト信号等の時間的変動を解析するのに有効である。しかし周波数軸方向での切り分けを持たないので、マルチキャリアの個々のキャリアの解析には適当でない。なお、以下では、表示領域Ａのグラフに対し、これ以外のグラフは、表示領域Ａのグラフの一部分に対応するグラフであるため、サブ・グラフと呼ぶことにする。

図２は、周波数分析装置における従来の表示方法の他例を示すグラフである。これも、表示画面を表示領域Ａ、Ｂ及びＢに３分割する。表示領域Ａは、スペクトログラムであって、１対の周波数カーソル１６及び１８が設けられ、これらで特定された周波数に関し、分析した結果が表示領域Ｂ及びＣに示される。この表示は、メモリに取り込んだ時間領域データを再度高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することで、周波数軸上のズーム機能（特定周波数帯域の拡大表示）を実現する。即ち、具体的には、表示領域Ｂに、被測定信号区の特定の周波数帯域幅内を拡大した電力対周波数のグラフが表示される。また、表示領域Ｃに、被測定信号の特定の周波数帯域内にあるシンボルのコンスタレーション表示が表示される。これはマルチキャリアなどの周波数領域で情報を分割して伝送する方式を解析するのに便利である。しかし、この場合は、時間軸方向の切り分けは考慮されていない。

図３は、周波数分析装置における従来の表示方法の更に他の例を示すグラフである。これは、高速フーリエ変換の一種であって、窓関数を入力信号によって変化させるウィグナー・ヴィレ・ディストリビューション（Wigner-Ville Distribution）により求めたスペクトログラムである。これによれば、３次元データの周波数軸の断面と時間軸上の断面を同時に表示できる。ここで、図３の表示領域Ｂは、破線カーソル２０に示す時点における電力対周波数のグラフを示す。表示領域Ｄは、破線カーソル２２に示す周波数における電力対時間のグラフである。しかし、この手法では、所望の幅を有する時間区間又は周波数区間（帯域幅）を指定できない。また、モジュレーション・ドメインの表示ができない。なお、この技術に関しては、下記の非特許文献１に詳しい。

図１及び図２に示した表示を実現するのに適した周波数分析装置は、例えば、米国特許第６４８４１１１号（対応日本特許第３３７７３９１号）に記載されている。これは、時間領域データと対応させながら周波数領域データをＦＦＴによって生成するとともに、メモリに取り込んだ時間領域データをＦＦＴ処理回路にフィードバックする機構を設けることによって、被測定信号のユーザが解析したい所望の範囲の周波数領域データを時間領域データから再度生成できるものである。
米国特許第６４８４１１１号 米国特許第６３４０８８３号 A 3D Spectrum Analyzer Prototype for 3G Mobile Telecommunication Systems, IMTC2004-Instrumentation and Measurement Technology Conference, Como, Italy, 18-20 May 2004

上述の図１から図３に示すいずれの方法も周波数と時間を複合的に多重化している信号を効果的に解析するには十分とは言えない。図１の表示方法は、周波数軸上に複数のキャリアが存在している場合、それを切り分けて解析できない。別の見方をすれば、時間を所望の区間に区切ることができるので、適切な時間分解能を得ることはできるが、それと引き替えに適切な周波数分解能を設定し難い。図２の表示方法は、周波数軸上の分離はできるが、時間軸上の切り分けは考慮されていない。即ち、時間データが多くなりすぎれば時間分解能が低下するが、測定に適した時間分解能を設定し難い。図３の表示方法は、時間及び周波数の一断面を同時に表示できるが、ある帯域幅を持った信号を解析するのには不十分であり、またモジュレーション・ドメインの扱いが考慮されていない。こうしたことから、時間及び周波数の双方の領域で観測すべき信号を効果的に切り出して、解析、表示する方法が望まれている。

本発明は、周波数分析装置の表示方法に関し、被測定信号のデータを時間軸及び周波数軸を有するグラフ上に表示し、グラフ上に任意に変更可能な所望時間区間及び所望周波数区間を示すマーカを表示する。そして、このマーカで区切られた所望時間区間及び所望周波数区間に含まれるデータに関するサブ・グラフを表示する。従来、所望時間区間だけ又は所望周波数区間だけの一方で区切ってデータを表示した場合に比較し、時間及び周波数の２つの観点から所望の信号を特定し、その特性を測定することができる。また、時間分解能及び周波数分解能の両方のバランスを取って適切に設定しやすくなる。

図４は、本発明の表示方法を実施するのに適した周波数分析装置の一例の機能ブロック図である。この周波数分析装置３０は、図示せずも、マイクロプロセッサ、マウス、キーボード、ハードディスク等の具え、ハードディスクに記録されたプログラムに従ってマイクロプロセッサの制御で動作する。ユーザは、マウス、キーボードなどのユーザーインターフェースによって、後述する中心周波数Ｆｃ、表示画面上の矩形マーカ２４の位置や大きさなどを設定できる。

携帯電話用のデジタル変調信号などの被測定信号は、周波数変換回路３２でダウンコーバートされ、周波数の低い中間周波数に変換される。ＩＱ分離回路３４は、この中間周波数をＩ成分とＱ成分に分離する。これらＩＱ成分は、それぞれアナログ・デジタル変換回路（ＡＤＣ）３６でデジタル時間領域データに変換され、デジタル・ミキサ４０に供給される。なお、高精度でＩＱ分離を行う技術については、例えば、米国特許第６３４０８８３号に詳しい。デジタル・ミキサ４０は、ユーザが指定する中心周波数Ｆｃに応じて、更に周波数変換したデジタル時間領域データを、メモリ３８とデジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）４２に供給する。ＤＳＰ４２は、ＩＱの時間領域データの対を高速フーリエ変換（ＦＦＴ）によって周波数領域データに変換し、メモリ３８に供給する。このＤＳＰ４２は、後述のように、一旦メモリ３８に蓄積された時間領域データを読み出して再度ＦＦＴ処理を行ったり、デジタル復調によってシンボルを再生したり、ＥＶＭを演算するといった解析処理も行う。ＤＳＰ４２が生成したこれら周波数領域データ等のデータは、メモリ３８に供給され、後述する表示方法によって表示装置４４での表示に利用される。

図５に示すように、本発明においても、Ｉ及びＱの対で構成される被測定信号全体の時間領域データをＴ_IQWとすれば、フレームの長さをＴ_FM、フレームの更新時間をＴ_UDとなるｎ個の短区間に分け、それぞれを高速フーリエ変換（ＦＦＴ）することによって時間領域データを周波数領域データに変換する。この点は従来と同様である。得られた周波数領域データは、Ｘ軸が周波数、Ｙ軸が時間で、色又は輝度の変化が電力の大きさを示すスペクトログラムとして表示される。Ｘ軸の中心は、ユーザが設定した所望の中心周波数Ｆｃである。これによって、ユーザは被測定信号の外観を観測できる。スペクトログラムは、例えば、周波数分析装置の表示画面の４分割画面上の左上（表示領域Ａ）に表示される（図６参照）。

本発明では、更に、このスペクトログラムの上にユーザ所望の時間区間Ｂ_Y及び周波数区間（帯域幅）Ｂ_Xを有する矩形マーカ２４が表示される。矩形マーカ２４は、ユーザがスペクトログラム上の任意の位置に任意の大きさで配置できる。表示領域Ｂ、Ｃ及びＤには、矩形マーカ２４で指定した範囲に関するグラフが表示される。この表示を実現するため、Ｂ_Y区間の最初のフレームをＫ、最後のフレームをＬとすると、Ｔ_IQWについて、Ｂ_YのＫ番目からＬ番目の区間を切り出し、そこにＢ_Xの幅のフィルタをかけて、次の数１に示すＴ_IQFを得る。

Ｔ_IQFに対し、更に元の中心周波数Ｆｃと矩形マーカ２４の中心周波数Ｂ_XCとの差分にあたる周波数Ｆｄのシフトを行う。これによって、次の数２に示す矩形マーカ２４で切り出されたＩ／Ｑ対時間信号Ｔ_ZMを得る。

Ｔ_ZMについて、次の数３に示すように、ユーザに指定された窓関数ＷｎとのＦＦＴ演算により、解析区間のスペクトラムＦ_ZMを得る。それより電力計算にてパワースペクトラムを得て、Ｂ_Xの周波数スパンにて拡大された電力対周波数グラフ（サブ・グラフＢ）を表示領域Ｂ（図６に示す画面左下）に表示する。

一方、時間領域の処理としては、Ｔ_ZMから直接計算して電力対時間のグラフ（サブ・グラフＤ）を表示領域Ｄ（図６に示す画面右上）に表示する。更にＴ_ZMを周知のデジタル復調やスタンダード信号解析のプログラムに送り、コンスタレーション表示やＥＶＭ表示等の解析結果をモジュレーション・ドメイン表示（サブ・グラフＣ、解析グラフ）を表示領域Ｃ（図６に示す画面右下）に表示する。

上述のように、本発明によれば、表示領域Ａに示したスペクトログラムによって、被測定信号全体を時間と周波数に関して鳥瞰しながら、その中で特に注視して解析したい所望の時間区間及び周波数区間を矩形マーカ２４によって指定できる。そして矩形マーカ２４で指定した部分についてのスペクトラム情報、電力対時間情報を同時に表示することが可能で、更に解析表示領域において、矩形マーカで指定した範囲の時間及び周波数に関する解析結果も同時に表示可能である。よって、時間・周波数領域の全体像と部分の様相を効率よく解析・表示できる。更に、周知のトリガ機能と組み合わせれば、複雑な信号の中の特定部分を切り出して解析することがより容易にできるようになる。

以上、本発明の好適な実施例を基づいて説明してきたが、当業者であれば種々の変更が可能なことは明らかであろう。例えば、上述の例でスペクトログラムの表示データの生成に短区間ＦＦＴを用いているが、ウィグナー・ヴィレ・ディストリビューション（Wigner-Ville Distribution）を用いても良い。また、各グラフの配置は、任意に変更できる。

本発明によれば、次世代携帯電話などで使用される複雑化したデジタル変調信号を周波数分析装置において測定、解析する場合において、その被測定信号全体を時間及び周波数に関して鳥瞰しながら特に注意して解析したい部分を時間及び周波数に関して指定できる。よって、従来よりもデジタル変調信号のより詳細な解析が必要される場合において、周波数分析装置の操作性を向上させ、測定・解析時間を短縮できる。

従来の周波数分析装置の表示の一例であって、時間について区間を指定してサブ・グラフを表示する例を示す図である。 従来の周波数分析装置の表示の他例であって、周波数について区間を指定してサブ・グラフを表示する例を示す図である。 ウィグナー・ヴィレ・ディストリビューションを用いてスペクトログラムを生成する例を示す図である。 本発明の実施に適した周波数分析装置の一例のブロック図である。 短区間ＦＦＴ処理の概念を示すチャート図である。 本発明による矩形マーカを用いた表示方法の一例を示す図である。

符号の説明

１２ 時間カーソル
１４ 時間カーソル
１６ 周波数カーソル
１８ 周波数カーソル
２０ 破線カーソル
２２ 破線カーソル
２４ 矩形マーカ
３０ 周波数分析装置
３２ 周波数変換回路（ダウンコンバータ）
３４ ＩＱ分離回路
３６ アナログ・デジタル変換回路
３８ メモリ
４０ デジタル・ミキサ
４２ デジタル・シグナル・プロセッサ
４４ 表示装置

Claims (1)

1. 被測定信号を表すデータを時間軸及び周波数軸を有するグラフ上に表示し、
   上記グラフ上に任意に変更可能な所望時間区間及び所望周波数区間を示すマーカを表示し、
   上記マーカで区切られた上記所望時間区間及び上記所望周波数区間に含まれる上記データに関するサブ・グラフを表示する周波数分析装置の表示方法。

Images