JP2008042668A - 伝搬特性表示方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】伝搬特性の時間的変化を容易かつ確実に把握できるようにする。
【解決手段】信号処理部１６は、被測定信号から伝搬路の伝搬特性を算出する。表示部１７では、信号処理部１６で算出された伝搬特性の表示を行う。この伝搬特性の表示では、二次元座標で表示を行うものとして、二次元座標の１つの座標軸を経過時間として、伝搬特性の算出結果を二次元座標上における色又は輝度で表現する。例えば周波数と経過時間を座標軸とした二次元座標上で、電力又は位相を、色又は輝度で表現することにより、伝達関数の表示を行う。遅延時間と経過時間を座標軸とした二次元座標上で、信号の振幅を色又は輝度で表現することにより、遅延プロファイルの表示を行う。
【選択図】 図２

Description

この発明は、伝搬特性表示方法及び装置に関するものであり、伝搬特性例えば伝搬路の遅延時間や遅延プロファイルの時間的変化を容易かつ確実に把握できるものである。

近年、ディジタル通信技術の進歩に伴い、無線方式のＬＡＮ(Local Area Network)カードや携帯電話機、地上ディジタル放送の１セグメント受信端末装置など、移動通信が可能な種々のディジタル通信機器が用いられるようになってきている。

ここで、例えば無線方式のＬＡＮカードを用いて通信を行う場合、送信したい情報を送信状況に応じてシンボル・レートの異なるＱＰＳＫや１６ＱＡＭなどの変調方式で１次変調した後、ＯＦＤＭ（直交周波数分割多重）方式で２次変調して、無線信号に変換して送信することが行われている。

このようにディジタル変調方式を用いて通信を行う場合、歪みや干渉に強い無線通信を行うことができる。例えば、１次変調にＱＰＳＫを用いた場合では、ＩＱ平面上でシンボルが取るべき４つの位置（シンボル値）が決まっているので、信号の伝送過程で位相、振幅に歪みが生じ、ＩＱ平面上の理想位置からずれたとしても、ある程度までであれば元の信号がどのシンボル値であったか判別できるので情報の喪失を防ぐことができる。また、ＯＦＤＭ方式では、複数の搬送波を使用して通信が行われることから、全体では高速な通信ではあっても、各搬送波の伝送レートは低くなるため、マルチパスによる悪影響を低く抑えることができる。

このような伝送方式を用いる伝送回路の特性を測定する方法として、特許文献１の発明では、ディジタル変調信号を復調して得られたシンボルを用いて理想シンボルの推定を行い、理想シンボルを用いて変調により生成された理想ディジタル変調と、ディジタル変調信号間の振幅の直線性を算出することが行われている。

また、無線通信品質の測定等ではスペクトラムアナライザが用いられており、スペクトラムアナライザでは、特許文献２に示されているように、周波数毎のスペクトルの大きさを、時間経過に沿って示したスペクトログラム表示機能が設けられている。このスペクトログラム表示では、二次元座標表示における一方の軸で周波数、他方の軸で時間をそれぞれ表し、スペクトルの大きさが色や明度で表されている。

特開２００５−１３６７４０号公報 特開２００６−３８８６６号公報

ところで、移動通信を行う場合、送信機から受信機までの電波伝搬特性は、送信機又は受信機、または送信機と受信機の移動によって大きく変動することが知られている。このため、通信品質の向上を図るには、この伝搬特性の時間的変化を解析することが重要となる。

伝搬特性の解析では、伝達関数や遅延プロファイルの計測が一般に行われるが、この伝達関数や遅延プロファイルの計測は、瞬時の特性を求めるのが主であり、時間的な変化を把握するためには、瞬時特性の確認を連続して行わなければならない。したがって、特性の時間的な変化を容易に把握することが困難である。また、図１に示すいわゆる三次元ウォーターフォール表示のように計測結果を表示する場合、後方に位置するピークの小さな波形が、前方に位置するピークの大きな波形で隠されてしまい、測定結果を確認できない等の不具合を生じる場合がある。

そこで、この発明では、伝搬特性の時間的変化を容易かつ確実に把握できる伝搬特性表示方法と伝搬特性測定装置を提供するものである。

この発明の伝搬特性表示方法は、被測定信号から伝搬路の伝搬特性を算出する伝搬特性算出工程と、算出された伝搬特性の表示を行う表示工程を有し、表示工程では、二次元座標で伝搬特性の表示を行い、該二次元座標の１つの座標軸を時間（経過時間）として、伝搬特性の算出結果を二次元座標上における色又は輝度で表現するものである。

この発明に係る伝搬特性測定装置は、被測定信号から伝搬路の伝搬特性を算出する信号処理部と、算出された伝搬特性の表示を行う表示部を有し、表示部では、二次元座標で伝搬特性の表示を行い、該二次元座標の１つの座標軸を時間（経過時間）として、伝搬特性の算出結果を二次元座標上における色又は輝度で表現するものである。

この発明では、伝搬特性として例えば伝達関数が算出されて、周波数と時間（経過時間）を座標軸とした二次元座標上で、伝達関数の振幅又は位相を、色又は輝度で表現することにより、伝達関数の表示が行われる。また、算出した伝達関数のフーリエ変換を行うことで遅延プロファイルが算出されて、遅延時間と時間（経過時間）を座標軸とした二次元座標上で、遅延プロファイルの振幅を色又は輝度で表現することにより、遅延プロファイルの表示が行われる。

この発明によれば、二次元座標で伝搬特性の表示が行われて、この二次元座標の１つの座標軸を時間として、伝搬特性の算出結果が二次元座標上における色又は輝度で表現される。

このため、三次元ウォーターフォール表示のように波形が隠されてしまい、測定結果を確認できない等の不具合を生じることなく、伝搬特性の時間的変化を容易かつ確実に把握できる。さらに、移動通信の電波伝搬特性を解析する際に、伝搬特性の時間的変化を容易かつ確実に把握できることから、移動体送受信機の設計や送信局の設置作業等をより効率的に行うことが可能となる。

本発明では、送信内容が完全に既知のディジタル変調信号だけでなく、地上ディジタル放送の放送信号等のように送信内容が未知のディジタル変調信号を用いて、伝搬路の伝搬特性を測定して、この伝搬特性の時間的変化を容易かつ確実に把握できるようにするものである。ただし、伝搬特性の測定に用いる被測定信号は、どのようなディジタル変調方式を用いた信号であるかは明らかな信号であり、以下の説明では２次変調として例えばＯＦＤＭ方式を用いた場合を示している。

図２は、本発明による伝搬特性測定装置１０を用いたディジタル変調信号の測定システムの機能ブロック図である。本発明による伝搬特性測定装置１０は、図示せずも、パソコンで周知のハードウェアを有しており、ハードディスクなどに記憶されたプログラムに従い、ＣＰＵの制御によって各ブロックが制御される。ＲＡＭなどのメモリは、ＣＰＵで処理中のデータを一時的に保持するために利用される。また、ユーザは、マウス、操作パネル（図示せず）を介して測定装置１０に所望の設定が行える。

被測定信号は、例えば、ディジタル変調信号、例えばＩＥＥＥ８０２．１１ａとして標準化されている無線ＬＡＮや地上ディジタル放送の受信信号であるディジタル変調信号等である。被測定信号は、アンテナ６を介して受信回路８で電気信号に変換され、測定装置１０の入力端子を介して振幅レベル調整部１２に供給される。

振幅レベル調整部１２は、前置増幅器とアッテネータで構成されており、入力信号を適切な振幅に調整し、アナログ・ダウン・コンバータ１４に供給する。ダウン・コンバータ１４は、ミキサ、局部発振器及びバンドパス・フィルタから構成され、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。Ａ／Ｄ変換部１５は、ＩＦ信号を時間領域のディジタル・データ（以下、時間領域データ）に変換する。

信号処理部１６は、ユーザの設定する中心周波数及びスパンに応じて、時間領域データをディジタル的に更に周波数変換（ダウン・コンバート）すると共に、直交復調を行い、同期信号を抽出することで、ユーザが測定を希望するベースバンドの複素信号を、シンボル毎の複素（ＩＱ）データとして抽出する。更に後述する処理によって、被測定信号の伝搬特性を算出し、算出結果を表示部１７に供給する。

表示部１７は、信号処理部１６で算出された伝搬特性の表示を行うものであり、表示処理部１７１と表示デバイス１７２で構成されている。表示部１７の表示処理部１７１は、信号処理部１６から供給された算出結果に基づき、表示駆動信号を生成して表示デバイス１７２に供給する。表示デバイス１７２は、供給された表示駆動信号に基づいて表示動作を行い、伝搬特性を時間経過に沿って画面上に表示させる。

ここで、信号処理部１６で行われる信号処理動作について図３のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳＴ１で信号処理部１６は、アナログ及びデジタル・ダウン・コンバートされた時間領域データからシンボル毎の複素データを抽出してステップＳＴ２に進む。

ステップＳＴ２で信号処理部１６は、抽出した複素データを用いてフーリエ変換処理を行い、受信サブキャリアデータを生成してステップＳＴ３に進む。

ステップＳＴ３で信号処理部１６は、理想サブキャリアデータ（推定した送信サブキャリアデータ）の生成を行う。

受信サブキャリアデータが例えばＱＰＳＫ変調方式の信号であるとき、受信サブキャリアデータを信号空間ダイヤグラムで示すと、歪や雑音成分がない場合は、図４Ａに示すように、受信サブキャリアデータに基づく信号点（●印）と原点を結ぶ線分の長さや、この線分とＩ，Ｑ座標軸とのなす角度が一定である。しかし、実際には伝搬路の影響が生じるため、図４Ｂに示すように信号点の振幅や位相の変移が生ずる（なお、○印は歪や雑音成分がないときの信号点を示す）。また、移動通信では、通信装置の移動に伴い、信号点が原点の周りに移動することが知られている。ここで、受信シンボルの周波数成分である受信サブキャリアデータは、送信シンボルの周波数成分である送信サブキャリアデータに伝達関数を掛け合わせたものと定義されていることから、伝搬路の影響を示す伝達関数を算出可能とするために、送信サブキャリアデータである理想サブキャリアデータの生成を行う。

ディジタル変調信号では、通常、変調方式を識別可能とする情報や、位相のずれを補正するためのパイロットサブキャリア等の既知情報も含まれる。そこで、受信サブキャリアデータと、このような既知情報を併用して、理想サブキャリアデータの推定を行う。ここで、サブキャリアデータがＩＱ平面上で取り得る理想の位置は、変調方式によって決まっている。したがって、被測定ディジタル変調信号が極端に歪みを生じていなければ、受信サブキャリアデータに最も近い理想の位置が理想サブキャリアデータとなる。また、被測定ディジタル変調信号が歪みを生じていても、例えば特許第３５９８３７１号公報に記載されているように、復調されて得られた信号空間ダイヤグラム上における複数の信号点、又は、復調した信号の相対位相差でプロットされた信号空間ダイヤグラム上における複数の信号点の統計処理等を行うことで、理想サブキャリアデータを推定することができる。

ステップＳＴ４で信号処理部１６は、瞬時伝達関数の算出を行う。受信サブキャリアデータは、上述のように送信サブキャリアデータに伝達関数を掛け合わせたものと定義されている。したがって、信号処理部１６は、サブキャリア毎に受信サブキャリアデータをステップＳＴ３で生成した理想サブキャリアデータで除算することで、瞬時伝達関数を算出する。

ステップＳＴ５で信号処理部１６は、瞬時伝達関数をフーリエ変換（例えば、離散フーリエ変換（ＤＦＴ））し、瞬時遅延プロファイルを算出する。これは、遅延波がなければ平坦な伝達関数に、遅延波があるとその存在を示す波形が現れること、その波形は遅延波の主波に対する遅延時間、振幅比及び位相差に応じたものであることを利用し、瞬時伝達関数を時間特性とみなして行うものである。

ステップＳＴ６で信号処理部１６は、算出した瞬時伝達関数と瞬時遅延プロファイルを表示処理部１７１に出力してステップＳＴ１に戻り、次のシンボルの複素データを用いて瞬時伝達関数と瞬時遅延プロファイルの算出を行う。

このように瞬時伝達関数と瞬時遅延プロファイルを繰り返し算出して算出結果を表示処理部１７１に供給する。

なお、信号処理部１６では、受信サブキャリアデータとパイロットサブキャリアの併用によって理想サブキャリアデータを生成して、この理想サブキャリアデータを用いて伝達関数の算出を行うものとしたが、測定精度の要求が低いときには、既知のサブキャリアデータだけを用いるものとして、伝達関数の算出を簡略化することもできる。すなわち、ＯＦＤＭ信号では、複数のサブキャリアの中にパイロットサブキャリアが含まれている。このパイロットサブキャリアは、予め値が定められているパイロットシンボルに基づいて生成された信号であることから、送信サブキャリアデータは既知のデータである。したがって、パイロットサブキャリアの受信サブキャリアデータを送信サブキャリアデータで除算する。また、パイロットサブキャリアは、複数サブキャリア間隔で設けられているものであるから、パイロットサブキャリアを除く他のサブキャリアについては、パイロットサブキャリアについて得られた除算値を用いて補間等を行うことで、伝達関数を算出することができる。

表示部１７は、伝搬特性の表示処理を行い、信号処理部１６から供給された算出結果に基づき伝搬特性を時間経過に沿って表示させる。ここで、表示部１７は、伝搬特性として伝達関数を表示する場合、周波数と経過時間を座標軸とした二次元表示を行い、振幅又は位相を色又は輝度で表現する。

図５は、伝達関数の測定結果を例示したものである。図５Ａは、伝達関数における周波数と電力（振幅）の関係を示す表示であり、例えば水平軸は周波数を示しており、垂直軸は経過時間を示している。また、電力は色又は輝度で表現する。図５Ｂは、伝達関数における周波数と位相の関係を示す表示であり、図５Ａと同様に、水平軸は周波数を示しており、垂直軸は経過時間を示している。また、位相は色又は輝度で表現する。なお、図５及び後述する図６では、表示を見やすくするため、色又は輝度をステップ的に複数階調で表示するものとしているが、実際には測定結果の表示精度を高めるため、色又は輝度を連続的な階調で表示させる。

図６は、遅延プロファイルの測定結果を例示したものであり、遅延時間と電力（振幅）の関係を示す表示である。図６において、例えば水平軸は遅延時間を示しており、垂直軸は経過時間を示している。また、電力は色又は輝度で表現する。

ここで、表示部１７の表示処理部１７１は、信号処理部１６から測定結果が供給される毎に、表示デバイス１７２の表示を更新して、図５や図６に示すように伝搬特性を表示する。このようにすれば、表示する経過時間範囲が長いときでも、測定開始後速やかに測定結果を表示させることができる。また、信号処理部１６から供給された測定結果を順次記憶するものとして、表示デバイス１７２の画面上に表示する経過時間分の測定結果が蓄積されたとき、伝搬特性の表示を行うものとしてもよい。

このように、経過時間を１つの座標軸として設定して、周波数又は遅延時間を他の座標軸として設定することで二次元座標の表示を行い、電力（振幅）や位相を色又は輝度で表現することで伝搬特性の表示を行うものとすれば、伝搬特性の時間的変化を容易に把握できる。また、ウォーターフォール表示のように波形が隠れてしまうことがないので、伝搬特性の時間的変化を確実に把握できる。さらに、伝搬特性の時間的変化を容易かつ確実に把握できるので、移動通信の電波伝搬特性解析のように、伝搬特性が時間の経過とともに変化しても、この伝搬特性の変化を容易かつ確実に把握できるので、移動体送受信機の設計や送信局の設置作業等をより効率的に行うことが可能となる。

ウォーターフォール表示を説明するための図である。 伝搬特性測定装置の機能ブロック図である。 信号処理動作を示すフローチャートである。 信号空間ダイヤグラムにおける信号点を示す図である。 伝達関数の測定結果を示す図である。 遅延プロファイルの測定結果を示す図である。

符号の説明

６・・・アンテナ、８・・・受信回路、１０・・・伝搬特性測定装置、１２・・・振幅レベル調整部、１４・・・アナログ・ダウン・コンバータ、１５・・・Ａ／Ｄ変換部、１６・・・信号処理部、１７・・・表示部、１７１・・・表示処理部、１７２・・・表示デバイス

Claims (6)

1. 被測定信号から伝搬路の伝搬特性を算出する伝搬特性算出工程と、
   算出された前記伝搬特性の表示を行う表示工程を有し、
   前記表示工程では、二次元座標で前記伝搬特性の表示を行い、該二次元座標の１つの座標軸を時間として、伝搬特性の算出結果を前記二次元座標上における色又は輝度で表現する
   ことを特徴とする伝搬特性表示方法。
2. 前記伝搬特性算出工程では、前記伝搬特性の算出として伝達関数の算出を行い、
   前記表示工程では、周波数と時間を座標軸として、前記伝達関数の振幅又は位相を色又は輝度で表現する
   ことを特徴とする請求項１記載の伝搬特性表示方法。
3. 前記伝搬特性算出工程では、前記算出した伝達関数をフーリエ変換して遅延プロファイルの算出を行い、
   前記表示工程では、遅延時間と時間を座標軸として、前記遅延プロファイルの振幅を色又は輝度で表現する
   ことを特徴とする請求項２記載の伝搬特性表示方法。
4. 被測定信号から伝搬路の伝搬特性を算出する信号処理部と、
   算出された前記伝搬特性の表示を行う表示部を有し、
   前記表示部では、二次元座標で前記伝搬特性の表示を行い、該二次元座標の１つの座標軸を時間として、伝搬特性の算出結果を前記二次元座標上における色又は輝度で表現する
   ことを特徴とする伝搬特性測定装置。
5. 前記信号処理部では、前記伝搬特性の算出として伝達関数の算出を行い、
   前記表示部では、周波数と時間を座標軸として、前記伝達関数の振幅又は位相を色又は輝度で表現する
   ことを特徴とする請求項４記載の伝搬特性測定装置。
6. 前記信号処理部では、前記算出した伝達関数をフーリエ変換して遅延プロファイルの算出を行い、
   前記表示部では、遅延時間と時間を座標軸として、前記遅延プロファイルの振幅を色又は輝度で表現する
   ことを特徴とする請求項５記載の伝搬特性測定装置。

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