JP2008275401A - Ａｐｄ測定装置及び信号測定装置 - Google Patents

Abstract

【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な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の発生頻度に基づく確率を求める構成とした。
【選択図】図１

Description

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。

ＡＰＤ測定技術は従来からあり、例えば、ＡＰＤを高い振幅分解能と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、地上デジタル放送の規格は電波産業会（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を縦軸として、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。

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

ところで、上記の地上デジタル放送で採用されるＯＦＤＭ方式の変調で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。

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。

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。

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。

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。

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。

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の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。

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。

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。

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。

請求項５に記載の発明は、入力ＲＦ信号を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、前記入力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。

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。

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。

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。

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。

［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ｆ_ＩＮ（周波数帯域を±Ｂ／２）を受け、クロック発生器（不図示）からの周期の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。

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。

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ｆ_ＩＮ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ｆ_ＩＮとほぼ同じ周波数の周波数信号ｆ_IF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ｆ_IF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＝ｆ_ＩＮ−ｆ_IF（帯域Ｂ／２）が出力される。つまり、入力信号ｆ_ＩＮ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ｆ_ＩＮ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。

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。

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な振幅変化を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。

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Ｄ^ｋと表す。メモリ４１０がデータＤ^ｋ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Ｇ^ｎ―１（ｋ）（Ｇ^ｎ―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Ｇ^ｎ（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、所定期間毎に頻度抽出部４３０は、メモリ４１０からデータＧ^ｎ（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。

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。

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以外の外部機器の動作クロックに動機して測定する構成でも良い。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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、ｄＢ_μＶ ＝２０ ｌｏｇ_１０（ａ／１μＶ）、ｄＢ_ｍ 、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Ｐ_Ｘをプロット表示する。

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（η_ｘ ^-1（ｄ））、Ｙ＝ｇ（Ｘ）
ここで、Ｐ_Ｘ＝−ｄη_ｘ（ｘ）／ｄｘ、η_ｘ（ｘ）＝∫_ｘ ^∞Ｐ_Ｘ（Ｘ）ｄｘ、で表され、
η_ｘ（ｘ）は単調減少関数であり、逆関数η_ｘ ^-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＜η_ｘ（ｘ）≦１
分布Ｐ_Ｘ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、χ^２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）＝２０ｌｏｇ_１０Ｘ、１０ｌｏｇ_１０Ｘ、Ｘ^２、Ｘ^１／２、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。

ここで、Ｙ＝ｙ_０，Ｘ＝ｘ_０であるとき、
η_ｘ（ｘ_０）＝Ｐ_ｒｏｂ（Ｘ≧ｘ_０）＝∫_ｘ0 ^∞Ｐ_Ｘ（Ｘ）ｄｘ、
ｙ_０＝ｇ（ｘ_０）となり、
ｄ＝η_Ｙ（ｙ_０）＝Ｐ_ｒｏｂ（Ｙ≧ｙ_０）＝Ｐ_ｒｏｂ（Ｘ≧ｘ_０）
＝∫_ｘ0 ^∞Ｐ_Ｘ（Ｘ）ｄｘ＝η_ｘ（ｘ_０）
で表される。
さらに、 ０＜ｄ＜１のとき、ｘ_０＝η_ｘ ^-1（ｄ）が存在する。
そして、ｙ_０＝η_ｙ ^-1（ｄ）＝ｇ（ｘ_０）＝ｇ（η_ｘ ^-1（ｄ））で表される。
したがって、η_ｙ ^-1＝ｇ（η_ｘ ^-1）である。

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（−ｘ^２／２）、と示される。
また、ｇ（Ｘ）としては、Ｙ＝ｇ（Ｘ）＝２０ｌｏｇ_１０Ｘ（いわゆるｄＢ）を選択すると、
η_ｘ（ｘ）＝ｅｘｐ（−ｘ^２／２） （ｘ≧０）
η_ｘ ^-1（ｄ）＝（−２Ｉｎ（ｄ））^１／２
Ｘ＝ｇ（η_ｘ ^-1（ｄ））＝１０ｌｏｇ_１０（−２Ｉｎ（ｄ））
Ｙ＝η_ｙ ^-1（ｄ）＝１０ｌｏｇ_１０（−２Ｉｎ（ｄ））
と表される。

これらの数値例を示すと、横軸の目盛りｄ_ｉが０．９９、０．９、０．５、０．１，０．０１、０．００１のとき、Ｙは、１０ｌｏｇ１０（−２Ｉｎ（ｄ_ｉ）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、ｄ_ｉ＝０．５を基準にして、ｍｍ単位で表すと「４０．５ｌｏｇ１０（―２Ｉｎ（ｄ_ｉ））―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を二点鎖線で示す。
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。

函数尺の表示は、上記のように予想される確率関数Ｐ_Ｘ、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Ｐ_Ｘ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。

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。

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。

［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。

［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。

図８で、ＲＦ部１１００は、入力ＲＦ周波数ｆ_ＲＦを所定範囲にわたって掃引しながら中間周波数信号ｆ_ＩＦ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、ｆ_ｓｔ（スタート周波数）からｆ_ｓｐ（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（ｆ_ｓｔ＋ｆ_ＩＦ）から（ｆ_ｓｐ＋ｆ_ＩＦ）まで掃引させる。ミキサ部は、入力ＲＦ周波数ｆ_ＲＦ＝ｆ_ｓｔ〜ｆ_ｓｐ（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ｆ_ＩＦ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（ｆ_ｓｔ−ｆ_ｓｐ）／Ｌ（Ｈｚ）となる。

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。

Ａ／Ｄ変換部１００の出力は、ＩＦ検波部１２００で、分解能帯域幅で帯域制限され、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。

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ｆ_IＦ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ｆ_IＦとほぼ同じ周波数の周波数信号ｆ_Iを生成し、さらに位相が直交する２つの周波数信号ｆ_Iで上記中間の周波数信号ｆ_IＦ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＝ｆ_Ｉ−ｆ_IF（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）＝I^２+Ｑ^２）、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。

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（ｆ_ｓｔ−ｆ_ｓｐ）／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。

また、ＡＰＤ測定装置１０００は、周波数スパンｆ_ｓｔ−ｆ_ｓｐ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（ｆ_ｓｔ−ｆ_ｓｐ）／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ｆ_ｓｔをスタートとして、（ｆ_ｓｔ−ｆ_ｓｐ）／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。

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。

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

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
１０００ ＡＰＤ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

Claims (5)

1. 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の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。
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。
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）、とを備えたことを特徴とする請求項２に記載のＡＰＤ測定装置。
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。
5. 入力ＲＦ信号を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、前記入力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。

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