JP2009171240A - ジッタ伝達特性測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタの温度特性無依存を維持しつつ、簡単な回路構成でジッタ伝達特性を求めることができるジッタ伝達特性測定装置を提供する。
【解決手段】ジッタが付加されたクロック信号を被測定装置に出力するジッタ発生ブロック２３０と受信した出力信号のジッタを復調して解析する復調解析ブロック７００とを備える。ジッタ発生ブロック２３０は、変調信号を発生する変調信号発生器２１０と、第１クロック信号発生器２００と、ジッタ発生部２２０とを備え、復調解析ブロック７００は、第２クロック信号発生器４００と、ジッタ復調部４１０と、Ａ／Ｄ変換器５００と、変調信号の周波数成分のみを抽出するためのディジタル・フィルタ６１０と、抽出されたジッタ信号に対して変調信号の周波数成分を有する時間軸の評価関数をあてはめてジッタ信号の振幅を得る最尤推定部６２０と、得られた振幅からジッタ伝達特性を計算する伝達特性演算手段６３０とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ジッタ伝達特性測定装置に関し、特に、フィルタの温度特性無依存を維持しつつ、簡単な回路構成でジッタ伝達特性を求めることができるジッタ伝達特性測定装置に関する。

一般に、ジッタ伝達特性測定装置で問題となる特性としては、国際規格でも規格されているジッタ伝達特性がある。ここで、ジッタ伝達特性とは、所定量のジッタ（位相ゆらぎ）を有する信号を被測定装置に入力したときに、その装置が入力信号のジッタをどの程度抑圧して出力するかを表すものである。

具体的には、入力信号のジッタ量と出力信号のジッタ量との比を、ジッタ周波数を変えて測定し、被測定装置について得られたジッタ伝達特性Ｇと規格特性Ｒとを対比することで、被測定装置のジッタ伝達特性の良否を判定する。この様なジッタ伝達特性について説明された先行技術文献としては次のようなものがある。

特開２００５―０３０８６６号公報

以下、図面に基づいて従来のジッタ伝達特性測定装置について説明する。図３は、従来のジッタ伝達特性測定装置２０の構成を示している。図３において、クロック信号発生器２１は、被測定装置１のデータ伝送レートに対応した周波数ｆｃのクロック信号Ｃを出力する。

信号発生器２２は、所定振幅Ｖｍの正弦波の変調信号Ｍと、その変調信号Ｍに対し所定周波数ｆｉだけ差のある局発信号Ｌを出力する。この信号発生器２２は、後述する測定制御部３２から指定された変調周波数ｆｍで変調信号Ｍを出力し、局発信号Ｌをｆｍ±ｆｉのいずれかの周波数ｆａで出力する。この指定される変調周波数ｆｍはジッタ周波数であり、例えば１００Ｈｚ〜８０ＭＨｚの範囲で指定され、所定周波数ｆｉは例えば６０Ｈｚに設定される。

また、信号発生器２２が出力する変調信号Ｍの振幅Ｖｍは、通常、被測定装置１のジッタ耐力を越えない範囲に設定されており、ジッタ耐力の周波数特性に沿って変調周波数ｆｍに応じて変化させ、又は一定値とする。クロック信号Ｃおよび変調信号Ｍはジッタ信号生成部２３に入力される。

ジッタ信号生成部２３は、位相変調器を含み、クロック信号Ｃを変調信号Ｍによって位相変調して、変調信号Ｍの振幅Ｖｍに対応した量のジッタが付与された信号Ｃ’を入力ジッタ信号として生成して被測定装置１に入力する。この入力ジッタ信号Ｃ’を受けた被測定装置１は、その信号Ｃ’に基づいて内部で生成した信号Ｃ”を出力する。

ジッタ復調部２４は、位相検波器を含み、被測定装置１の出力信号Ｃ”のジッタ成分を復調し、その復調信号Ｍ’をミキサ２５に出力する。このジッタ復調は、例えば、基準となるクロック信号Ｃと被測定装置１の出力信号Ｃ”との位相比較を行い、その位相差に等しい幅のパルス信号を生成し、そのパルス信号から低域通過フィルタ２６によりクロック周波数成分を除去することで得られる。

ミキサ２５は、ジッタ復調部４１０から出力されている復調信号Ｍ’と信号発生器２２から出力されている局発信号Ｌを混合して、その和および差の周波数成分を出力する。低域通過フィルタ２６は、ミキサ２５の出力から所定周波数ｆｉを含む帯域の信号を抽出する。

低域通過フィルタ２６の出力信号ｕは、Ａ／Ｄ変換器２７によって所定の周期Ｔｓ（１／２ｆｂ以下の周期）で一定時間サンプリングされ、そのサンプル値がディジタル変換されて振幅演算手段３０に出力される。

振幅演算手段３０は、Ａ／Ｄ変換器２７から時系列に出力されるサンプル値Ｕに対してＤＦＴ（離散的フーリエ変換）あるいはＦＦＴ（高速フーリエ変換）の処理を行い、所定周波数ｆｉの信号成分の振幅を求める。この振幅演算手段３０によって得られた振幅値Ｖｘは、伝達特性演算手段３１に出力される。

伝達特性演算手段３１は、変調信号Ｍの振幅値Ｖｍと振幅演算手段３０によって算出された振幅値Ｖｘとに基づいて被測定装置１のジッタ伝達特性を算出する。

測定制御部３２は、信号発生器２２に変調周波数ｆｍを指定して伝達特性演算手段３１によって算出されたジッタ伝達特性Ｇをその変調周波数ｆｍに対応付けて図示しない内部のメモリに記憶するという処理を、所定の変調周波数範囲について順次行い、変調周波数毎のジッタ伝達特性を取得し、その取得した特性データと、予め指定されている規格特性Ｒのデータとを特性表示手段３３に出力する。

特性表示手段３３は、被測定装置１について得られたジッタ伝達特性Ｇと、規格特性Ｒとを受けて、表示器３４の画面に、図４に示したように、両特性を同一座標面で識別可能に表示する。

このように、従来のジッタ伝達特性測定装置は、周波数ｆｍを変える度に局発信号Ｌの周波数ｆｍ±ｆｉを変える必要があった。

しかし、図３で説明した従来の技術には次の問題がある。すなわち、図３のジッタ伝達特性測定装置では、変調信号Ｍの周波数ｆｍを変える度に、局発信号Ｌの周波数ｆｍ±ｆｉも変えていく必要がある。従って、複数の周波数を発生させることが必要になることから回路構成も複雑になる問題がある。この問題は、所定の周波数ｆｉがフーリエ変換の周波数分解能の逓倍になる周波数ポイントでなければならないことによる。

また、図３のようにフーリエ変換を用いて信号を取り出す方法では、フーリエ変換で得られる周波数ポイントと変調周波数が一致しないと正確な結果が得られない。そのため、周波数ポイントと一致するような所定の周波数ｆｉを作り出す必要があり、変調信号とは異なる周波数の局発信号Ｌを発生させることになり、回路が複雑になってしまう。

一方、フーリエ変換を用いずに信号を取り出す方法としては、例えばバンドパスフィルタで変調信号を取り出す方法がある。しかし、バンドパスフィルタの温度特性などによって測定結果が変化してしまう問題がある。

本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、フィルタの温度特性無依存を維持しつつ、簡単な回路構成でジッタ伝達特性を求めることができるジッタ伝達特性測定装置を提供することを目的とする。

この様な課題を達成するために請求項１記載の発明は、
ジッタが付加されたクロック信号を被測定装置に出力するジッタ発生ブロックとこの被測定装置が出力する信号を受信してクロック信号のジッタを復調して解析する復調解析ブロックとを備えたジッタ伝達測定装置において、
前記ジッタ発生ブロックは、
ジッタとなる変調信号を発生する変調信号発生器と、クロック信号を発生する第１クロック信号発生器と、このクロック信号を変調信号で変調するジッタ発生部とを備え、
前記復調解析ブロックは、
ジッタを復調するクロック信号を発生する第２クロック信号発生器と、被測定装置から出力されたジッタが付加されたクロック信号からジッタ信号を復調するジッタ復調部と、このジッタ復調部で復調されたジッタ信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器のサンプル値から変調信号の周波数成分のみを抽出するためのディジタル・フィルタと、このディジタル・フィルタで抽出されたジッタ信号に対して変調信号の周波数成分を有する時間軸の評価関数をあてはめることでジッタ信号の振幅を得る最尤推定部と、この最尤推定部で得られたジッタ信号の振幅からジッタ伝達特性を計算する伝達特性演算手段と
を備えたことを特徴とするジッタ伝達特性測定装置。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のジッタ伝達特性測定装置において、
前記ジッタ発生ブロックが、前記ジッタ発生部から出力された変調されたクロック信号を用いてデータ信号を送信するデータ送信部を備え、
前記復調解析ブロックが、このデータ信号からジッタを保存したままクロック信号を再生するクロック再生部を備える。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載のジッタ伝達特性測定装置において、
前記第１クロック信号発生器と前記第２クロック信号発生器が同一の周波数を生成する場合には、これらの構成を共用する。

本発明では、次のような効果がある。フィルタの温度特性無依存を維持しつつ、簡単な回路構成でジッタ伝達特性を求めることができるジッタ伝達特性測定装置を提供することができる。

以下、図１を参照して本発明のジッタ伝達特性測定装置を説明する。ジッタ伝達特性測定装置１００は、被測定装置３００へ送信するクロックのジッタを発生させるブロック（ジッタ発生ブロック２３０）と、被測定装置から受信するクロックのジッタを復調して解析するブロック（復調解析ブロック７００）からなる。

第１クロック信号発生器２００は、被測定装置３００の通信速度を決める周波数のクロック信号を発生し、このクロック信号の位相雑音は極めて小さいものとする。変調信号発生器２１０は、このクロック信号を変調するための単一周波数の正弦波からなる変調信号を発生する。ジッタ発生部２２０は、第１クロック信号発生器２００から出力されたクロック信号を、変調信号発生器２１０から出力された変調信号（ジッタを含む。）で変調して出力する。

変調されたクロック信号は、分岐されて一方が被測定装置３００へ入力され、他方が被測定装置３００を迂回して復調解析ブロック７００に入力される（図１の点線）。つまり、被測定装置３００を経由する場合と迂回する場合の結果を比較することによって、ジッタ伝達特性測定装置１００自体が有する固有の雑音や周波数特性を排除し、被測定装置３００の特性のみを抽出する。

例えば、最初に被測定装置３００を迂回する場合の結果を測定してジッタ伝達特性測定装置１００自体が有する固有の雑音や周波数特性を把握し、その後、被測定装置３００を経由する場合の結果を測定して、この結果からジッタ伝達特性測定装置１００自体が有する固有の雑音や周波数特性を差し引いて、被測定装置３００の特性のみを抽出する。

被測定装置３００から送信されたクロック信号、又は被測定装置３００を迂回する場合にはジッタ発生部２２０から送信されたクロック信号は、ジッタ復調部４１０で受信される。ジッタ復調部４１０は、第２クロック信号発生器４００で生成されるクロック信号でジッタを復調する。

ここで、第２クロック信号発生器４００で生成されるクロック周波数は、変調信号の周波数によらず一定にすることができ、回路構成は簡便なものとなる。なお、第１クロック信号発生器２００と第２クロック信号発生器４００が同一の周波数を生成する場合には、回路を共用しても差し支えない。

ジッタ復調部４１０で復調されたジッタは、Ａ／Ｄ変換器５００でＡ／Ｄ変換され、離散化されたデータ列として信号処理部６００に送信される。なお、Ａ／Ｄ変換器５００のサンプリングレートは変調信号の周波数に対してナイキストの定理を満たすように適切な周波数に設定する。

信号処理部６００では、ディジタル・フィルタ６１０によって、復調されたジッタ信号から変調周波数以外の成分が除去される。ここで、電子部品で構成されたフィルタ（つまり、図３の低域通過フィルタ２６等）は、コンデンサや抵抗などの回路素子からなるので、温度特性の影響を受けるが、ディジタル・フィルタは温度の影響を受けることがないという特長がある。

さらに、ディジタル・フィルタ６１０では、タップ係数を自在に変更することができるので任意の周波数に対するフィルタを構成することができる。なお、ディジタル・フィルタ６１０は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）等で構成される。

ディジタル・フィルタ６１０で変調周波数成分のみが抽出されたジッタ信号は、信号振幅最尤推定器６２０に出力される。信号振幅最尤推定器６２０は、変調信号発生器２１０で生成された変調信号に相当する評価関数を用いて、信号振幅の最尤推定を行う。ここで、最尤推定とは最ももっともらしいパラメータを推定することを意味する。

例えば、変調信号が単一周波数の正弦波である場合、周波数は既知であるため振幅と位相を可変パラメータとした正弦波の時間軸評価関数を用いて、抽出したジッタ信号の時間軸で離散化されたデータに対してカーブフィッティングすることでジッタの信号振幅を得る。なお、評価関数のあてはめにおいては、最小自乗法をはじめとする様々な方法があるが、ジッタの信号振幅を得ることができればどの方法を用いても差し支えない。

伝達特性演算手段６３０は、被測定装置３００を迂回した場合のジッタ信号の振幅と、被測定装置３００を経由した場合のジッタ信号の振幅から、ジッタの伝達特性を計算する。被測定装置３００を迂回した場合のジッタ信号の振幅はすなわち被測定装置３００の入力ジッタ量であり、これをＡ１とする。そして、被測定装置３００を経由した場合のジッタ信号の振幅をＡ２とすると、ジッタ伝達特性Ｇはデシベル表示を用いて次式のように表される。

Ｇ＝２０・ｌｏｇ（Ａ２／Ａ１）

このようにして、ジッタ伝達特性測定装置１００は、変調信号の周波数を変えながらジッタ伝達特性Ｇを求めることができる。これによって、例えば、ＳＤＨ（Synchronous Digital Hierarchy）、ＳＯＮＥＴ（Synchronous Optical Network）、ＯＴＮ（Optical Transport Network）、ＩＴＵ−Ｔ（International Telecommunication Union Telecommunication Standardization Sector）やＴｅｌｅｃｏｒｄｉａといった国際勧告に規定されるジッタ伝達特性を測定することができる。

また、抽出したジッタに時間軸の評価関数をあてはめる最尤推定を行ってジッタの振幅を求めるので、従来必要とされていたフーリエ変換の周波数ポイントに合わせこむためのジッタ信号の周波数変換が不要となり、簡便な回路にすることができる。

さらに、任意の周波数に適用可能なディジタル・フィルタ６１０でジッタ信号を抽出するので、温度特性の影響を受けることなく性能を改善することができる。

次に、本発明の応用例を説明する。ただし、図１と同一の構成については同一の符号を付して説明を省略する。また、構成や動作についても図１と異なる部分についてのみ説明する。

図２は、第２の実施例を示すジッタ伝達特性測定装置の構成図である。ジッタ発生ブロック２６０には、図１に示した構成の他、データ送信部２５０が設けられている。また、復調解析ブロック７１０には、図１で示した構成の他、クロック再生部４５０が設けられている。

ジッタ発生部２２０は、第１クロック信号発生器２００から出力されるクロック信号を、変調信号によって変調し、ジッタが付加されたクロック信号を生成する。データ送信部２５０は、このジッタが付加されたクロック信号に同期したデータ信号を生成して送信する。

ここで、クロック信号はディジタル的には「０」と「１」の交番信号を意味するのに対し、データ信号とは「０」と「１」の任意の組合せから生じる信号列を意味する。また、一般に通信装置を試験するにあたって現実の通信環境を模擬することが必要である。そのため、データ信号には擬似ランダム信号列（以下、ＰＲＢＳ）と呼ばれる信号を用いる。

また、データ信号はクロック信号に同期しているため、データ信号が「０」から「１」または「１」から「０」へ遷移するタイミングは、ジッタを付加したクロック信号が「０」から「１」（または「１」から「０」）へ遷移するタイミングに同期しており、その遷移するタイミングにおけるジッタは保存されているものとする。

被測定装置３００は、このようなデータ信号を受信した際、一般的にはＰＬＬ（Phase Locked Loop）等を用いてデータ信号が同期しているクロック信号を再生する。その際、受信されたクロックのジッタは、ＰＬＬの周波数帯域制限を受けて低減される。そして、再生されたクロックを用いて受信したデータ信号を出力する。

クロック再生部４５０は、被測定装置から伝送されたデータ信号（例えばＰＲＢＳ）を受信して、このデータ信号からクロック信号を再生する。その際、クロックに含まれるジッタ信号は、帯域制限などによって振幅が損なわれないようにする必要がある。これは、測定すべきジッタ信号の振幅が損なわれてしまうと、信号雑音比（ＳＮ比）が悪化して測定精度が落ちるからである。

再生されたクロック信号は、ジッタ復調部４１０へ送られ、その後は図１で説明した第１の実施例と同様なので説明を省略する。

このように、変調によりジッタが付加されたクロック信号に同期したデータ信号を用いるので、現実の通信を模擬したジッタ伝達特性を評価することが可能になる。

本発明のジッタ伝達特性測定装置の構成図である。 第２の実施例を示すジッタ伝達特性測定装置の構成図である。 従来のジッタ伝達特性測定装置の構成図である。 ジッタ伝達特性の一例を示す図である。

符号の説明

１００ ジッタ伝達特性測定装置
２００ 第１クロック信号発生器
２１０ 変調信号発生器
２３０ ジッタ発生ブロック
２５０ データ送信部
２６０ ジッタ発生ブロック
３００ 被測定装置
４００ 第２クロック信号発生器
４１０ ジッタ復調部
４５０ クロック再生部
５００ Ａ／Ｄ変換器
６００ 信号処理部
６１０ ディジタル・フィルタ
６２０ 信号振幅最尤推定器
６３０ 伝達特性演算手段
７００ 復調解析ブロック
７１０ 復調解析ブロック

Claims (3)

1. ジッタが付加されたクロック信号を被測定装置に出力するジッタ発生ブロックとこの被測定装置が出力する信号を受信してクロック信号のジッタを復調して解析する復調解析ブロックとを備えたジッタ伝達測定装置において、
   前記ジッタ発生ブロックは、
   ジッタとなる変調信号を発生する変調信号発生器と、クロック信号を発生する第１クロック信号発生器と、このクロック信号を変調信号で変調するジッタ発生部とを備え、
   前記復調解析ブロックは、
   ジッタを復調するクロック信号を発生する第２クロック信号発生器と、被測定装置から出力されたジッタが付加されたクロック信号からジッタ信号を復調するジッタ復調部と、このジッタ復調部で復調されたジッタ信号をサンプリングするＡ／Ｄ変換器と、このＡ／Ｄ変換器のサンプル値から変調信号の周波数成分のみを抽出するためのディジタル・フィルタと、このディジタル・フィルタで抽出されたジッタ信号に対して変調信号の周波数成分を有する時間軸の評価関数をあてはめることでジッタ信号の振幅を得る最尤推定部と、この最尤推定部で得られたジッタ信号の振幅からジッタ伝達特性を計算する伝達特性演算手段と
   を備えたことを特徴とするジッタ伝達特性測定装置。
2. 前記ジッタ発生ブロックは、前記ジッタ発生部から出力された変調されたクロック信号を用いてデータ信号を送信するデータ送信部を備え、
   前記復調解析ブロックは、このデータ信号からジッタを保存したままクロック信号を再生するクロック再生部を備えたことを特徴とする請求項１記載のジッタ伝達特性測定装置。
3. 前記第１クロック信号発生器と前記第２クロック信号発生器が同一の周波数を生成する場合には、これらの構成を共用することを特徴とする請求項１又は２記載のジッタ伝達特性測定装置。

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