JP2006345372A - 占有帯域幅算出装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 処理が簡単であってＦＰＧＡ等での処理が可能となり、算出される占有帯域幅の信頼性が高い占有帯域幅算出装置を提供する。
【解決手段】 この占有帯域幅算出装置１０は、測定対象である無線信号Ｓ１の周波数スペクトルを検出する周波数スペクトル検出部１１と、この周波数スペクトル検出部１１から出力される上記周波数スペクトルに係る信号に微分処理を施すハイパスフィルタ１２と、ハイパスフィルタ１２から出力される周波数スペクトルに係る信号に平均化処理を施すローパスフィルタ１３と、ローパスフィルタ１３から出力される周波数スペクトルに係る信号に基づいて占有帯域幅を算出する占有帯域幅算出部１４とから構成される。
【選択図】 図１

Description

本発明は占有帯域幅算出装置に関し、特に、無線通信機あるいは無線信号測定器等で使用され、簡単な処理で周波数帯域の幅を正確に算出し得る占有帯域幅算出装置に関する。

よく知られた従来の占有帯域幅算出装置の構成例を図６に示す。図６において、観測または測定の対象である無線信号Ｓ１は周波数スペクトル検出部１０１に入力される。周波数スペクトル検出部１０１は、無線信号Ｓ１を受信すると、内蔵される無線周波数スペクトル算出手段での高速フーリエ変換の演算処理等により、無線信号Ｓ１が含む周波数スペクトルを算出する。周波数スペクトル検出部１０１で検出されかつ出力される周波数スペクトルについて、その出力側では３つの信号処理チャンネルで処理が行われる。図６中、上段の信号処理チャンネルでは、上限周波数算出部１０２が、検出された周波数スペクトルからその上限周波数を取り出す。中段の信号処理チャンネルでは、下限周波数算出部１０３が、検出された周波数スペクトルからその下限周波数を取り出す。下段の信号処理チャンネルでは、ピーク周波数検出部１０４が周波数スペクトルからそのピーク値を検出し、さらにその後段の総電力算出部１０５が検出ピーク値を利用して周波数スペクトルの総電力を算出する。

上記の占有帯域幅算出装置において、先ず最初に、周波数スペクトル検出部１０１で無線信号Ｓ１の周波数スペクトルを検出する。その後、ピーク周波数検出部１０４によって、検出された周波数スペクトラムからピークとなる周波数を検出する。次に、総電力算出部１０５によって、検出されたピーク周波数で決まる或る帯域を算出し、当該或る帯域の周波数スペクトルの総和を総電力として算出する。総電力算出部１０５で算出された総電力に関する算出値データは、上限周波数算出部１０２と下限周波数算出部１０３のそれぞれに供給される。

一方、下限周波数算出部１０３は、先ず測定帯域の最下位周波数から周波数スペクトルを加算していき、かつ総電力算出部１０５から与えられる上記総電力のＮ％（例えば１０％）に達する下限周波数を帯域の下限値として算出する。また同様に、上限周波数算出部１０２は、測定帯域の最上位周波数から周波数スペクトルを加算していき、総電力算出部１０５から与えられる上記総電力のＮ％（例えば１０％）に達する上限周波数を帯域の上限値として算出する。

下限周波数算出部１０３で算出された下限周波数のデータと、上限周波数算出部１０２で算出された上限周波数のデータとは、次段の占有帯域幅算出部１０６に入力される。占有帯域幅算出部１０６は、入力された下限周波数および上限周波数に基づいて、下限周波数と上限周波数との差を占有帯域幅として算出する。

本発明に関連する従来技術の公知文献として、本発明者が先に出願した特許文献１を挙げることができる。さらに関連する技術として本発明者が先に出願した特願２００４−８０２４３号も挙げることができる。
特開２００５−３３３１２号公報

上記の従来の占有帯域幅算出装置によれば、無線信号Ｓ１について或る帯域を算出し、この帯域の周波数スペクトルに関して総電力を求めるようにしている。この構成によれば、総電力を求めるための帯域の幅は、入力する無線信号Ｓ１に応じて変化させる必要がある。また画一的に算出できない帯域幅を有した無線信号Ｓ１の場合にはピーク周波数を定めることができない。よって、帯域幅の算出がより不安定になる。このように総電力を求めるための帯域幅の算出が不安定になると、当該帯域幅を利用して得られる下限周波数および上限周波数の結果についてもばらつきが生じ、信頼性が低いものとなる。その結果、算出された占有帯域幅の信頼性も低くなる。

また従来の占有帯域幅算出装置の処理構成によれば処理が複雑になり、そのため、ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）などの高級言語でプログラムが組まれるデバイス上で実現できないという問題も提起される。

本発明の目的は、上記の課題に鑑み、処理が簡単であってＦＰＧＡ等での処理が可能となり、算出される占有帯域幅の信頼性が高い占有帯域幅算出装置を提供することにある。

本発明に係る占有帯域幅算出装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。

第１の占有帯域幅算出装置（請求項１に対応）は、測定対象である無線信号の周波数スペクトルを検出する周波数スペクトル検出部と、この周波数スペクトル検出部から出力される上記周波数スペクトルに係る信号に微分処理を施すハイパスフィルタと、ハイパスフィルタから出力される周波数スペクトルに係る信号に平均化処理を施すローパスフィルタと、ローパスフィルタから出力される周波数スペクトルに係る信号に基づいて占有帯域幅を算出する占有帯域幅算出部と、から構成される。

上記の占有帯域幅算出装置では、周波数スペクトル検出部で周波数スペクトルを検出した後に、ハイパスフィルタおよびローパスフィルタを利用して、周波数軸上のスペクトルデータに対してフィルタ処理を行って占有帯域幅を求めるようにしている。ハイパスフィルタとローパスフィルタを組み合せて占有帯域幅算出の処理を行うため、簡単に占有帯域幅算出装置を実現することが可能となる。

第２の占有帯域幅算出装置（請求項２に対応）は、上記の第１の構成において、好ましくは、ローパスフィルタと占有帯域幅算出部との間に、帯域のエッジの明確化を行うハイパスフィルタと、雑音除去を行うローパスフィルタとを設けたことで特徴づけられる。この構成によれば、ハイパスフィルタとローパスフィルタの組みを少なくとも２段で設けることにより、無線信号の周波数帯域のエッジ部分を明確化することができ、簡単な構成でより精度の高い占有帯域幅算出を行うことが可能となる。

第３の占有帯域幅算出装置（請求項３に対応）は、測定対象である無線信号の周波数スペクトルを検出する周波数スペクトル検出部と、周波数スペクトル検出部から出力される周波数スペクトルに係る信号に微分処理と平均化処理を施すバンドパスフィルタと、バンドパスフィルタから出力される周波数スペクトルに係る信号に基づいて占有帯域幅を算出する占有帯域幅算出部と、から構成される。この構成によれば、ハイパスフィルタとローパスフィルタによるフィルタ機能を、バンドパスフィルタで代替させ、同様なフィルタ処理機能に基づいて簡単な構成で精度の高い占有幅算出を行うことができる。

本発明によれば、無線電波の周波数スペクトル検出における占有帯域幅算出において、フィルタ処理機能を利用して帯域幅を持った信号（データ）の変化点を求めて占有帯域幅を算出するようにしたため、簡単な構成で精度の高い占有帯域幅を算出することができる。また演算処理が簡単になったため、ＩＣチップ化が容易になり、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）での処理も可能になる。

以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。

図１〜図３を参照して本発明の実施形態に係る占有帯域幅算出装置を説明する。図１は占有帯域幅算出装置の基本的な回路構成を示し、図２は周波数スペクトル検出部の回路例を示し、図３は、本実施形態に係る占有帯域幅算出装置による無線信号の占有帯域幅算出の工程を示している。

図１に示した本実施形態に係る占有帯域幅算出装置１０において、１１は周波数スペクトル検出部、１２はハイパスフィルタ（微分演算部）、１３はローパスフィルタ（平均化演算部）、１４は占有帯域幅算出部である。占有帯域幅算出装置１０は、周波数スペクトル検出部１１、ハイパスフィルタ１２、ローパスフィルタ１３、占有帯域幅算出部１４の順序でこれらを直列的に接続して構成されている。占有帯域幅算出装置１０では、観測または測定の対象である無線信号Ｓ１は、周波数スペクトル検出部１１に入力され、その後、ハイパスフィルタ１２、ローパスフィルタ１３、占有帯域幅算出部１４の順序で順次に信号処理される。

周波数スペクトル検出部１１の基本的な回路構成の一例を図２に示す。この周波数スペクトル検出部は、従来のよく知られた回路構成例であり、無線電波の周波数スペクトラムを検出する。観測または測定の対象の無線信号（無線電波）Ｓ１を受信すると、当該無線信号Ｓ１は、混合器２１で、局部発振器２２から供給されるローカル信号（基準信号）Ｓ２（周波数Ｆ０）と混合検波され、差の周波数の中間周波数信号を出力する。混合器２１は、無線信号Ｓ１を、ローカル信号Ｓ２によってより低い周波数の中間周波数の信号Ｓ３に変換する。混合器２１は周波数変換器として機能する。中間周波数の信号Ｓ３は、ローパスフィルタ２３によりさらに高い周波数成分が除去される。ローパスフィルタ２３から出力されるアナログ形式の中間周波数信号はＡ−Ｄ変換器２４でディジタル形式の中間周波数信号に変換される。ディジタル形式の中間周波数信号は高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）２５でフーリエ変換の演算処理が施される。これにより、高速フーリエ変換部２５の出力部から無線信号Ｓ１の周波数スペクトルに係る演算結果が出力される。得られた周波数スペクトルに係る演算結果は、無線信号測定器の表示部に周波数スペクトル分布として表示される。なお上記Ａ−Ｄ変換器２４における前段でのサンプリング周波数は、例えば無線ＬＡＮ等では１００ＭＨｚとした。

以上に基づき、周波数スペクトル検出部１１の高速フーリエ変換部２５からは、例えば図３の符号３１で示されるような周波数スペクトラムが出力される。

周波数スペクトラム検出部１１の最終段には雑音除去部２６が設けられている。雑音除去部２６は、高速フーリエ変換部２５から出力される周波数スペクトル３１に対して移動平均処理を施して、図３に示す周波数スペクトル３２を算出して出力する。雑音除去部２６によって周波数スペクトル３１におけるデータ列の高周波成分が除去される。

周波数スペクトル検出部１１から出力される周波数スペクトル３２は、次段のハイパスフィルタ１２に入力される。ハイパスフィルタ１２は、周波数スペクトルのデータ列の高周波成分を通過させかつデータ列の低周波成分を阻止する。ハイパスフィルタ１２は、変化の激しい周波数成分のみを抽出することから、結果的に微分演算処理の機能を実現している。ハイパスフィルタ１２によって、周波数スペクトル３１に対して微分処理が施された周波数スペクトル３３が出力される。ハイパスフィルタ１２の出力は、次のローパスフィルタ１３に供給される。

ローパスフィルタ１３は、実質的に移動平均処理を施して、雑音除去する。その結果、ローパスフィルタ１３は周波数スペクトル３４を出力する。ローパスフィルタ３４から出力される周波数スペクトル３４は、占有帯域幅算出部１４に入力される。

占有帯域幅算出部１４では、入力した周波数スペクトル３４に関して正の値を示す信号をスペクトル立ち上がり点すなわち下限周波数とし、負の値を示す信号を立ち下がり点すなわち上限周波数とする。占有帯域幅算出部１４において、このように得られた下限値および上限値に基づいてその差として占有帯域幅を決定し、もって占有帯域幅を算出することになる。

以上のごとく本実施形態に係る占有帯域幅算出装置１０によれば、周波数スペクトル検出部１１によって検出された無線信号Ｓ１の周波数スペクトル３２に対して、ハイパスフィルタ１２とローパスフィルタ１３を通過させるだけで、占有帯域幅算出部１４で周波数下限値および周波数上限値を得ることができ、比較的に簡単な演算処理で無線信号Ｓ１の占有帯域幅を正確に算出することができる。さらに、本実施形態に係る占有帯域幅算出装置１０によれば、演算処理の工程が簡単であるため、ＩＣチップ化が非常に容易であるという利点を有している。

次に、図４を参照して本実施形態に係る占有帯域幅算出装置１０の変形例を説明する。図４は、変形例に係る占有帯域幅算出装置４０の回路構成を示す。図４において、上記の実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。この実施形態の説明では、特徴的な相違点を説明する。

図４において、周波数スペクトル検出部１１、ハイパスフィルタ１２、ローパスフィルタ１３、占有帯域幅算出部１４の構成・機能は前述の実施形態で説明した通りである。構成の上で特徴的な点は、ローパスフィルタ１３と占有帯域幅算出部１４との間に、ハイパスフィルタ４１とローパスフィルタ４２の組みをさらに１段分追加した点である。

上記の占有帯域幅算出装置４０によれば、ハイパスフィルタ４１とローパスフィルタ４２を追加することにより、周波数スペクトルのデータ列の立ち上がりと立ち下がりがより明確になり、より高い精度で占有帯域幅を算出することができる。

上記の実施形態の説明では１組のハイパスフィルタ４１とローパスフィルタ４２が追加されたが、追加される組みの数は１組に限定されず、さらに他の組みを追加することができる。

図５は、図１で説明した占有帯域幅算出装置１０の他の変形例を示している。占有帯域幅算出装置１０では、ハイパスフィルタ１２とローパスフィルタ１３を設けるようにしたが、この変形例に係る占有帯域幅算出装置６０では、ハイパスフィルタ１２とローパスフィルタ１３の代わりに、バンドパスフィルタ６１を設けて構成している。バンドパスフィルタ６１は、微分演算処理と平均化演算処理を同時に行う機能を有しており、ハイパスフィルタ１２およびローパスフィルタ１３と実質的に同一の機能を実現するものである。

本発明は、無線電波の周波数スペクトル解析における占有帯域幅算出に利用される。

本発明の実施形態に係る占有帯域幅算出装置の基本的な回路構成を示すブロック構成図である。 本実施形態に係る占有帯域幅算出装置内の周波数スペクトル検出部の回路例を示すブロック構成図である。 本実施形態に係る占有帯域幅算出装置による無線信号の占有帯域幅算出工程を示す工程図である。 本実施形態に係る占有帯域幅算出装置の変形例を示すブロック構成図である。 本実施形態に係る占有帯域幅算出装置の他の変形例を示すブロック構成図である。 従来の占有帯域幅算出装置の一例を示すブロック構成図である。

符号の説明

１１ 周波数スペクトル検出部
１２ ハイパスフィルタ
１３ ローパスフィルタ
１４ 占有帯域幅算出部
４１ ハイパスフィルタ
４２ ローパスフィルタ
６１ バンドパスフィルタ

Claims (3)

1. 測定対象である無線信号の周波数スペクトルを検出する周波数スペクトル検出手段と、
   前記周波数スペクトル検出手段から出力される前記周波数スペクトルに係る信号に微分処理を施すハイパスフィルタと、
   前記ハイパスフィルタから出力される周波数スペクトルに係る信号に平均化処理を施すローパスフィルタと、
   前記ローパスフィルタから出力される周波数スペクトルに係る信号に基づいて占有帯域幅を算出する占有帯域幅算出手段と、
   から成ることを特徴とする占有帯域幅算出装置。
2. 前記ローパスフィルタと前記占有帯域幅算出手段との間に、帯域のエッジの明確化を行うハイパスフィルタと、雑音除去を行うローパスフィルタとを設けたことを特徴とする請求項１記載の占有帯域幅算出装置。
3. 測定対象である無線信号の周波数スペクトルを検出する周波数スペクトル検出手段と、
   前記周波数スペクトル検出手段から出力される前記周波数スペクトルに係る信号に微分処理と平均化処理を施すバンドパスフィルタと、
   前記バンドパスフィルタから出力される周波数スペクトルに係る信号に基づいて占有帯域幅を算出する占有帯域幅算出手段と、
   から成ることを特徴とする占有帯域幅算出装置。
   

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