JP2010519530A - 外部補正の実行システム及び方法 - Google Patents

Abstract

アナログ信号を受ける外部装置に関連した周波数依存応答を低減又は除去する外部補正を行うシステムを提供する。このシステムは、時間領域デジタル・データをスペクトラムに変換するためのＡＤＣ及びスペクトラム・プロセッサを含む。外部補正をＡＤＣ及びスペクトラム・プロセッサの間に設けて、外部装置に関連した周波数依存応答を低減又は除去する。対応する方法は、外部装置の周波数応答を判断し、中心周波数における利得を判断し、正規化周波数応答を判断し、フィルタを構成して逆にし、逆フィルタをデジタル化時間領域データに適用し、その結果を周波数領域に変換又は変形する前にスケーリングする。

Description

背景

本発明は、測定及び試験のために信号を受ける外部装置を有する試験測定機器に関する。

オシロスコープ、スペクトラム・アナライザ又はフィールド試験装置の如き試験測定機器は、しばしば外部装置を信頼して、測定又は試験すべき信号を得る。減衰器、ケーブル、前置増幅器、又はプローブなどのこれら外部装置は、しばしば、周波数に依存した周波数応答を有する。この周波数応答は、均一ではなく、振幅利得が、異なる周波数で変化することを意味する。したがって、測定機器で受信した信号は、受信器経路内の外部装置を通過した後に歪む。信号の歪を補償することは、補正された信号を発生するために有用である。この補償を外部補正と呼ぶ。

図１（従来技術）に示す如きスペクトラム・アナライザ１０の場合、外部補正をスペクトラム処理に後に施す。このスペクトラム処理は、時間領域デジタル・データを周波数領域に変換する。入力信号は、先ず、外部装置１２を通過する。この外部装置１２は、例えば、減衰器、前置増幅器、又はプローブでもよい。外部装置１２を通過した後、信号は、スペクトラム・アナライザ１０のＲＦ入力に入る。外部装置は、多数の外部装置で構成されてもよい。これらは、例えば、測定機器に入力する前に、ケーブルを介して前置増幅器に接続されたアンテナである。図１に示す如く、入力信号は、ＲＦ入力に入り、周波数選択フィルタ１４、ミキサ１６、及びアンチ・エリアシング・フィルタ１８を通過して、中間周波数（ＩＦ）をアナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）２０に供給する。わずか１個のミキサしか示していないが、いくつかのアプリケーションでは、多数の周波数変換段を用いてもよい。いくつかのアプリケーションにおいて、ＩＦは、ベースバンドと等価でもよい。ＡＤＣがデジタル信号を発生した後、デジタル中間周波数（ＤＩＦ）ブロック２２がデジタルＩＦ信号をベースバンド同相（Ｉ）及び直角位相（Ｑ）のデータに変換する。スペクトラム処理ブロック２４は、時間領域データであるＩＱデータを、周波数領域データであるスペクトラムに変換する。スペクトラム処理ブロック２４は、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）を用いて、周波数領域への変換を実行する。図１に示すスペクトラム・アナライザにおいて、表示器２８上にスペクトラムを表示する前に、Ｓ／Ｗ外部補正ブロック２６によって示すように、スペクトラム処理の後にソフトウェアを用いて、外部補正を実行する。スペクトラムを表示器に送る前に、外部装置の周波数応答の逆数により、スペクトラム結果をスケーリングして、外部補正を行う。スペクトラム・アナライザ１０は、ＣＰＵを含む追加の蓄積装置及びプロセッサも含んで、セットアップ及び制御を行うと共に、外部補正を実行して、表示を行う。蓄積装置及びプロセッサは充分に理解されているので、ここでは詳細説明が不要である。

図１に示すシステム及び方法は、外部補正を処理チェーンの終わりで適用するので、いつかの欠点を被る。例えばアップグレードにより追加の測定を実施するとき、外部補正の拡張又は変更が同様に必要になるかもしれない。また、外部補正の前に位相情報が失われるので、変調分析などのベクトル分析用の外部装置の位相応答を組み込むことが可能ではない。分解能帯域幅（ＲＢＷ）が大きく、外部装置の振幅変化期間に匹敵するとき、図１に示すシステム及び方法は、スペクトラムの形状が不正確になる。入力信号が連続波（ＣＷ）信号で、スペクトラム・アナライザがこの信号の周波数に同調していれば、スペクトラムがＲＢＷフィルタの形状を示すはずである。しかし、図１に示すシステムのスペクトラム結果は、ＲＢＷフィルタ形状のトップにおける周波数応答の逆を表示する。

よって、本発明の実施例を図２に示す。この実施例は、スペクトラム処理の前に外部補正を適用する。さらに、いくつかの実施例において、このシステムは、トリガ処理、又はデジタル蛍光体表示の如き他の処理の前に、時間領域で補正を行える。更なる実施例において、ハードウェアを用いて、外部補正を実施する。

後処理のスペクトラム処理の外部補正を有するスペクトラム・アナライザを示す（従来技術）。 スペクトラム処理の前に外部処理を有するスペクトラム・アナライザを示す。 外部補正を与える方法の実施例の流れ図である。 中心周波数のステップ変化に関連した外部補正を与える方法の実施例の流れ図である。 外部補正を含むシステムの実施例を示す。 外部補正を含むシステムの実施例を示す。 外部補正を含むシステムの実施例を示す。

詳細な説明

本システム１００の第１実施例を図２に示す。システム１００は、図１に示すものと類似のスペクトラム・アナライザであるが、外部補正１２６をスペクトラム処理２４の前に設けている。さらに、図２に示すように、外部補正１２６の出力をトリガ発生器１３０及びデジタル蛍光体表示プロセッサ１３２が用いてもよい。デジタル蛍光体表示は、例えばデジタル蛍光体オシロスコープに用いている表示の形式であり、例えば、これは、高速ラスタ化を行い、処理を減衰させ、例えば、輝度を変化させることにより、アナログ蛍光体表示の見栄えと感じをまねたものである。代わりに、疑似カラー又は熱カラーを用いれば、アタック及び減衰の設定に基づく表示を行える。

いくつかの実施例においては補正値の表として提供できる外部装置の周波数応答を得て、次式に対応してデジタル・フィルタｈ（ｎ）を構成する。
Ｈ（ｗ）＝１／Ｄ（ｗ）
なお、ｗｃ−ＢＷ／２＝＜ｗ＝＜ｗｃ＋ＢＷ／２
なお、Ｈ（ｗ）はデジタル・フィルタの周波数応答であり、Ｄ（ｗ）は外部装置の周波数応答であり、ＢＷはＤＩＦ取り込み帯域幅であり、ｗｃは中心周波数である。本発明の実施例において、外部装置（Ｄ（ｗ））の周波数応答を、信号経路における全ての外部装置の組合せ周波数応答として提供する。種々の実施例において、振幅応答及び位相応答の両方、単に振幅応答、又は単に位相応答を含む複素関数として、Ｄ（ｗ）を与える。

外部補正を行う方法２００の実施例を図３に示す。ステップ２１０にて示すように、外部装置の周波数応答Ｄ１（ｗ）を判断する。いくつかの実施例において、外部装置の周波数応答は、関心のある全周波数範囲をカバーする。他の実施例においては、外挿法を用いて、周波数レンジを最初に提供されたものから拡張する。更なる実施例において、周波数応答が関心のある全範囲にわたって利用可能でない場合、適切なエラーをユーザに指示する。

本方法の実施例において、所定の同調中心周波数（ｗｃ）にて取り込み帯域幅（ＢＷ）にわたって周波数応答を判断するので、周波数応答は、ｗｃ−ＢＷ／２〜ｗｃ＋ＢＷ／２で判断される。いくつかの実施例において、外部装置は、互いに接続されたアンテナ、ケーブル、及び前置増幅器の如き多数の外部装置で構成される。全体に組み合わされた外部装置の特性に基づく単一の外部補正表から、組み合わされた外部装置の周波数応答を判断できる。他の実施例において、組み合わされた外部装置を構成する各外部装置は、それ独自の外部補正表を有する。個別の補正表を組み合わせることにより、組合せた外部補正表が得られる。いくつかの実施例において、例えば、全ての表が同じ周波数を共有しないとき、内挿法を用いて、多数の外部補正表を複合周波数応答に組み合わせることを可能にする。多くの実施例において、複合周波数応答にとっては、全ての外部装置を含んで外部装置を組み上げることが好ましいが、いくつかの実施例においては、複合周波数応答を判断する際に、最も重要な外部装置を組合せるだけで充分かもしれない。

ステップ２２０に示すように、中心周波数ｗｃでの利得Ｇ（ｗｃ）を判断する。組合せ周波数応答は、２つの部分である周波数独立の一定利得と周波数依存の応答とに分割される。中心周波数に対する正規化応答Ｄ２（ｗ）をステップ２３０にて判断する。中心周波数での利得を用いて、複合周波数応答Ｄ１（ｗ）を正規化して、正規化応答Ｄ２（ｗ）を作る（Ｄ２（ｗ）＝Ｄ１（ｗ）／Ｇ（ｗｃ））。いくつかの実施例において、しばしば固定ポイント動作をハードウェアで実現するので、これは、フィルタ係数の量子化エラーを低減するか除去する。

ステップ２４０は、上述の如く、逆フィルタを構成するために、正規化周波数応答の逆数（１／Ｄ２（ｗ））に対応する周波数応答を与える。フィルタ係数を外部補正ブロックに提供する。振幅の平坦性及び位相の直線性と共に、複数又は１つの外部装置で生じた歪により、デジタル・フィルタに用いるタップの数を判断する。いくつかの実施例において、この外部補正ブロックは、デジタル・フィルタを提供するように構成されたＦＰＧＡ、ＤＳＰ、又はＡＳＩＣなどのハードウェアとして提供される。現時点では、ハードウェアによる実現が実時間処理を行うフィルタを提供するための高速処理速度を実現するので、これが好ましい。更なる実施例において、時間領域での周波数補正を提供する本方法においてでさえ、外部補正ブロックを提供するために、汎用プロセッサ又はＣＰＵで実行されるソフトウェアを用いることを予見できる。

ステップ２５０に示すように、ＡＤＣが提供するデジタル化時間領域データに、外部補正ブロックにて提供される逆フィルタを適用する。いくつかの実施例において、例えば、ベースバンドＩＱデータを提供できるＤＩＦ処理ブロックが、デジタル化時間領域データを更に処理する。

ステップ２６０にて求まるように、外部補正ブロックからの結果をスケーリングする。このスケーリングは、前もって判断した利得Ｇ（ｗｃ）に基づく。いくつかの実施例において、スペクトラム処理ブロックによる変換の後に、周波数領域にて、スケーリングを行う。他の実施例において、スケーリングは、時間領域データで行う。更なる実施例において、トリガの如きいくつかの処理に対して時間領域で、また、他の処理に対して周波数領域で、スケーリングを行ってもよい。

図４は、本発明の方法の他の実施例を示し、例えば、スペクトラム・アナライザをステップ変化モードで動作させたときに用いてもよい。ステップ変化モードにおいて、異なる中心周波数に同調された多数の取り込みを用いて、測定されたスペクトラムからスペクトラムを互いに綴じ合わせる。ステップ変化モードにおいて、本発明の実施例は、ステップ３００にて行うように、ステップ変化での中心周波数を同調させ、各中心周波数に対して処理ステップ２２０〜２６０を繰り返して、外部装置の補正ができる。いくつかの実施例において、ステップ２２０は、予め判断した外部周波数応答を単に再利用する。他の実施例において、ステップ２１０を同様に繰り返すので、周波数をステップ変化させると、外部周波数応答の判断を更新する。いくつかの実施例において、ミキサ内の局部発振器を制御することにより、中心周波数を同調させる。更なる実施例において、フィルタ係数をメモリにセーブするので、フィルタ係数の計算は、１回行うのみでよい。フィルタ係数の計算が１回のみであるため、外部補正を行いながらスペクトラム測定を行う速度が増す。

図５に示す如く、本発明の実施例は、ダウン・コンバータ又はミキサを必要としない。いくつかの実施例において、入力信号のいかなる条件又はその欠如に関係なく、ＡＤＣの出力に基づいて、外部補正を行う。

図６に示す如く、追加の実施例において、デジタル中間周波数（ＤＩＦ）ブロック２２の前に、外部補正を行う。いくつかの実施例において、外部補正は、ＡＤＣからの実数値出力に基づく。種々の他の実施例において、ＡＤＣ出力をデジタル中間周波数（ＤＩＦ）成分又はベースバンドにできる。各実施例の実施状況に応じて、ＡＤＣ出力は、複素Ｉ及びＱ信号でもよく、又は、実成分のみから発生してもよい。

図７に示すように、いくつかの実施例から、ＤＩＦブロック２２を完全に除去してもよい。

ここで述べたいくつかの実施例は、スペクトラム・アナライザに関するが、他の実施例は、時間領域処理又は測定に適する。これら実施例では、周波数領域又は任意のスペクトラムの生成に変換する必要がない。

Claims (12)

1. アナログ信号を受け、周波数依存特性を有する外部装置と、
   上記アナログ信号を時間領域デジタル信号に変換するアナログ・デジタル変換器と、
   上記時間領域デジタル信号をスペクトラムに変換するスペクトラム・プロセッサと、
   上記アナログ・デジタル変換器及び上記スペクトラム・プロセッサの間に接続され、上記外部装置の上記周波数依存応答を補正する外部補正と
   を具えた外部補正を行うシステム。
2. 上記外部補正がデジタル・フィルタを具えた請求項１のシステム。
3. 上記時間領域デジタル信号をベースバンド同相及び直角位相のデータに変換するデジタル中間周波数ブロックを更に具えた請求項２のシステム。
4. 上記デジタル中間周波数ブロックが上記アナログ・デジタル変換器及び上記外部補正の間に接続された請求項３のシステム。
5. 上記デジタル中間周波数ブロックが上記外部補正及び上記スペクトラム・プロセッサの間に接続された請求項３のシステム。
6. 上記外部補正の後に接続されたトリガ回路を更に具えた請求項１のシステム。
7. 上記外部補正の後に接続されたデジタル蛍光体表示プロセッサを更に具えた請求項１のシステム。
8. 外部装置の周波数応答を判断し、
   中心周波数における利得を判断し、
   正規化した周波数応答を判断し、
   逆フィルタを構成し、
   上記逆フィルタをデジタル化時間領域データに適用し、
   その結果をスケーリングする
   ことを具えた外部補正の実行方法。
9. 周波数応答の判断は、多数の接続された外部装置の組合せ周波数応答を判断することを具えた請求項８の方法。
10. 各個別の外部装置自体の外部補正表から得た上記個別の外部装置の周波数応答を組合せて、上記組合せ周波数応答を判断する請求項９の方法。
11. 全体の組合せ外部装置の特性に基づいた単一の外部補正表から上記組合せ周波数応答を得る請求項９の方法。
12. 上記結果をスケーリングし、上記中心周波数における上記利得を判断するステップに戻った後に、新たな中心周波数にステップ変化することを更に具えた請求項８の方法。

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