JP2012202764A - スペクトル測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】無線信号のスペクトルを正確に測定するためのスペクトル測定システムを提供する。
【解決手段】キャリア再生回路１２は、無線信号１０１の受信後の信号から分波された一方の信号１０２から、無線信号１０１に含まれるキャリア信号１０１Ｃを再生する。可変遅延器１４は、キャリア信号１０１Ｃの位相を反転させる。合波器１６は、分波された他方の信号１０３と、位相反転後に減衰された信号１０５とを合波する。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線信号のスペクトルを正確に測定するためのスペクトル測定システムに関するものである。

近年、無線通信の大容量化に対応すべく、ミリ波を用いた無線通信システムが開発されている。例えば６０ＧＨｚ帯を用いた通信速度１．２５Ｇｂｐｓを有するギガビットイーサネット（登録商標）（ＧｂＥ）信号の伝送が可能な無線通信システムも既に開発されている。また、１２０ＧＨｚ帯の電波を使用して１０ギガビットイーサネット（登録商標）（１０ＧｂＥ）信号を伝送可能な無線装置も開発されている。

ミリ波帯の無線においては、変復調回路を作成することが困難であるため、単純なＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変復調が用いられることが多い。ＡＳＫ変復調の場合、その変調の原理から、無線信号の５０％の電力が無変調のキャリア信号のために使用される（非特許文献１を参照）。

一方、ギガビットクラスの伝送を行った場合、変調成分は広がってしまうため、図６に示すように、キャリア信号（周波数ｆ１の成分）とデータ成分のダイナミックレンジが大きくなる。このため、無線信号をミキサ等で周波数変換し、スペクトラムアナライザでスペクトルを測定する場合、データ成分の正確な測定が行えなくなるという問題がある。

この問題を解決するため、無線信号のスペクトルを測定する際には、図７に示すような特性を有するキャリア信号抑圧フィルタを使用することが一般的である（非特許文献２を参照）。

しかし、ミリ波帯では急峻な特性のキャリア信号抑圧フィルタを製造するのは困難であるため、キャリア信号抑圧フィルタを使用した場合、図８に示すように、データ成分がフィルタリングにより歪み、この結果、無線信号のスペクトルを正確に測定できないという問題があった。

斉藤洋一、「デジタル変復調」、ＭＷＥ２００３ Ｔｕｔｏｒｉａｌ Ｌｅｃｔｕｒｅ， ＴＬ０２−０１， （２００３）、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２３年３月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.apmc-mwe.org/mwe2004/ja_mwe2003_TL/TL02-01.pdf＞ 平成１６年総務省告示第８８号別表１、［ｏｎｌｉｎｅ］、［平成２３年３月３日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www.tele.soumu.go.jp/resource/j/equ/tech/betu/01.pdf＞

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、無線信号のスペクトルを正確に測定するためのスペクトル測定システムを提供することにある。

上記の課題を解決するために、第１の本発明は、無線信号のスペクトルを測定するためのスペクトル測定システムであって、無線信号に含まれるキャリア信号を変調がかかっていない正弦波信号として再生するキャリア信号再生手段と、前記再生されたキャリア信号の位相を反転させる位相反転手段と、前記位相を反転された信号と前記無線信号の受信後の信号とを合波する合波手段とを備えることを特徴とするスペクトル測定システムをもって解決手段とする。

例えば、前記スペクトル測定システムは、前記無線信号の受信後の信号を２つの信号に分波する分波手段を備え、前記キャリア信号再生手段は、前記分波された一方の信号に含まれるキャリア信号を変調がかかっていない正弦波信号として再生する回路を含み、前記合波手段は、前記再生されたキャリア信号と前記分波された他方の信号とを合波する。

例えば、前記無線信号は、１００％未満の変調度でＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調された無線信号であり、前記キャリア信号を再生する回路は、前記分波された一方の信号の正負２値化を行う回路を含む。

例えば、前記無線信号を送信する無線機は、前記無線信号に含まれるキャリア信号の再生に用いられる基準クロック信号を出力するものであり、前記キャリア信号再生手段は、前記出力された基準クロック信号を用いてキャリア信号を再生する。

本発明によれば、無線信号のスペクトルを正確に測定することが可能となる。

第１の実施の形態に係るスペクトル測定システムの構成を示す図である。 図１におけるキャリア再生回路１２の構成の一例を示すブロック図である。 スペクトラムアナライザ１９が表示したスペクトルの一例を示す図である。 キャリア成分の実際のスペクトルを得るための回路構成の一例を示す図である。 第２の実施の形態に係るスペクトル測定システムの構成を示す図である。 キャリア信号とデータ成分のダイナミックレンジが大きいスペクトルの一例を示す図である。 キャリア信号抑圧フィルタの特性の一例を示す図である。 キャリア信号抑圧フィルタを使用した場合のスペクトルの一例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態に係るスペクトル測定システムの構成を示す図である。

図１に示すように、スペクトル測定システム１は、無線機２から送信されるミリ波帯の無線信号１０１を受信し、無線信号１０１のスペクトルを測定するためのものである。

スペクトル測定システム１は、分波器１１、キャリア再生回路１２、ミリ波増幅器１３、可変遅延器１４、可変減衰器１５、合波器１６、ローカル信号発生器１７、ミキサ１８、スペクトラムアナライザ１９を備える。

図２は、図１におけるキャリア再生回路１２の構成の一例を示すブロック図である。

図２は、無線信号１０１がＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調で変調され、変調度が１００％未満の場合に適したキャリア再生回路１２の構成を示している。

キャリア再生回路１２は、ゼロクロス回路１２１、ローパスフィルタ１２２を備える。ゼロクロス回路１２１は、例えばリミットアンプである。

図１において、まず、分波器１１は、無線信号１０１の受信後の信号を信号１０２、１０３に分波する。

キャリア再生回路１２は、信号１０２から、無線信号１０１に含まれるキャリア信号１０１Ｃを再生する。キャリア信号１０１Ｃの再生には、逆変調法、逓倍法、コスタスループ法等が使用可能である。

または、図２のキャリア再生回路１２を使用する場合、まず、ゼロクロス回路１２１が、信号１０２の正負２値化および振幅増幅を行う。
ここで、信号１０２は、無線信号１０１で伝送されるデータ（バイナリ）の「１」を示す期間において、正値、負値を交互に示すように、振動している。つまり、信号１０２は、当該期間において、キャリア信号１０１Ｃの周波数で振動している。

また、無線信号１０１の変調度が１００％未満であるため、信号１０２の振幅は、データ（バイナリ）の「０」を示す期間であっても０（ゼロ）にならず、小さい振幅ながらも、同様に、振動している。つまり、信号１０２は、当該期間においても、キャリア信号１０１Ｃの周波数で振動している。

よって、ゼロクロス回路１２１は、例えば、信号１０２が正値である期間は正の信号を、負値である期間は負の信号を、一定の振幅（増幅後の振幅）で出力する。

次に、ローパスフィルタ１２２は、ゼロクロス回路１２１から出力される信号が矩形波なので、その高周波成分をカットして、例えば正弦波信号にし、これをキャリア信号１０１Ｃとして出力する。

図１に戻り、ミリ波増幅器１３は、再生されたキャリア信号１０１Ｃの振幅を増幅する。

可変遅延器１４は、増幅されたキャリア信号１０１Ｃの位相を遅延させ、反転させる。なお、遅延量は、図示しないオペレータ（以下、オペレータという）が、スペクトラムアナライザ１９に表示されるスペクトルを見ながら調整する。

可変減衰器１５は、位相を反転された信号１０４の振幅を減衰させる。減衰量は、オペレータが、スペクトラムアナライザ１９に表示されるスペクトルを見ながら調整する。

合波器１６は、信号１０３と減衰された信号１０５とを合波する。

ミキサ１８は、合波された信号１０６と、ローカル信号発生器１７から出力されるローカル信号１０７とのミキシングを行うことにより、信号１０６の帯域を低下させ、つまり
、信号１０６を、スペクトラムアナライザ１９で測定可能な帯域を有するＩＦ信号１０８に変換する。なお、オペレータは、可変遅延器１４および可変減衰器１５を調整し、ＩＦ信号１０８の強度を、調整範囲の中での最低の強度にする。

スペクトラムアナライザ１９は、ＩＦ信号１０８のスペクトルを測定し、表示する。

図３は、スペクトラムアナライザ１９が表示したスペクトルの一例を示す図である。

図３において、周波数ｆ１は、キャリア信号１０１Ｃの周波数であり、周波数ｆ１における信号成分をキャリア成分という。キャリア成分以外の成分は、無線信号１０１で伝送されるデータを含むデータ成分である。スペクトルにおいては、キャリア成分が小さく、これにより、データ成分の最大値が、スペクトル全体の最大値になっている。つまり、ＩＦ信号１０８のダイナミックレンジは小さく、よって、スペクトルにおけるデータ成分の形状が歪むのを防止できる。よって、データ成分のスペクトルを正確に測定でき、オペレータはこれを観測することができる。

なお、図２において、キャリア成分が大きくなってしまった場合は、可変遅延器１４による位相の遅延量が適切でなく、位相が正確に反転していない可能性があるので、遅延量を調整し、キャリア成分を、調整範囲の中での最低値とするのが好ましい。

また、図２において、キャリア成分が大きくなってしまった場合は、可変減衰器１５による減衰量が適切でない可能性が考えられるので、減衰量を調整し、キャリア成分を、調整範囲の中での最低値とするのが好ましい。

また、図２のように測定されたデータ成分のスペクトルに対し、分波器１１、合波器１６およびミキサ１８での変換損失に応じた補正を行い、より正確なデータ成分のスペクトルを得ることが好ましい。

また、上記の動作とは別に、図４に示すように、ミキサ１８が、無線機２から送信される無線信号１０１とローカル信号発生器１７から出力されるローカル信号１０７とのミキシングを行うことにより、無線信号１０１の帯域を低下させ、スペクトラムアナライザ１９は、この場合のＩＦ信号１０８のスペクトルを測定し、ミキサ１８での変換損失に応じた補正を行うことで、キャリア成分の実際のスペクトルを得ることができる。

よって、補正後のデータ成分のスペクトルと、補正後のキャリア成分のスペクトルとを、図形的に合成することで、実際の無線信号１０１のスペクトルを得ることができる。

なお、第１の実施の形態では、ミリ波増幅器１３、可変減衰器１５を用い、つまり、信号を増幅後に減衰させる構成としたが、代わりに可変増幅器を用い、信号を増幅し且つ信増幅された信号が所望の大きさになるように調整する構成としてもよい。

また、無線信号１０１はミリ波帯に限らず、任意の帯域の無線信号を使用してもよい。

したがって、第１の実施の形態に係るスペクトル測定システム１によれば、無線信号１０１に含まれるキャリア信号１０１Ｃを変調がかかっていない正弦波信号として再生するキャリア信号再生手段（キャリア再生回路１２）と、再生されたキャリア信号１０１Ｃの位相を反転させる位相反転手段（可変遅延器１４）と、位相を反転された信号１０５と無線信号１０１の受信後の信号１０３とを合波する合波手段（合波器１６）とを備える。

具体的には、スペクトル測定システム１は、無線信号１０１の受信後の信号を２つの信号１０２、１０３に分波する分波手段（分波器１１）を備え、キャリア信号再生手段（１２）は、分波された一方の信号１０２に含まれるキャリア信号１０１Ｃを変調がかかっていない正弦波信号として再生する回路（ゼロクロス回路１２１等）を含み、合波手段（１６）は、再生されたキャリア信号１０１Ｃと分波された他方の信号１０３とを合波する。

これにより、合波された信号においては、キャリア信号１０１Ｃの成分が小さく、よって、ミキサ１８により、合波された信号１０６の帯域を低下させ、低下後のＩＦ信号１０８のスペクトルをスペクトラムアナライザ１９で測定することで、無線信号１０１の少なくともキャリア信号以外の成分（データ成分）については、正確なスペクトルを測定することができる。

また、無線信号１０１は、１００％未満の変調度でＡＳＫ変調された無線信号であり、キャリア信号を再生する回路は、分波された一方の信号１０２の正負２値化を行う回路（ゼロクロス回路１２１）を含むので、１００％未満の変調度でＡＳＫ変調された無線信号の少なくともデータ成分については、正確なスペクトルを測定することができる。

［第２の実施の形態］
図５は、第２の実施の形態に係るスペクトル測定システムの構成を示す図である。

第２の実施の形態では、第１の実施の形態の構成要素と同一または類似の要素に対し同一の符号を付与して重複説明を省略するとともに、第１の実施の形態との差異を中心に説明を行う。

第２の実施の形態では、無線機２は、キャリア信号１０１Ｃの再生に使用する基準クロック信号ＣＫを外部に取り出せる構成となっている。

例えば、無線機２では、まず、基準クロック信号発生器２１としての水晶振動子が１０ＭＨｚの正弦波信号つまり基準クロック信号ＣＫを発生させる。

次に、無線機２では、基準クロック信号ＣＫにより周波数を固定されたローカル発振器２２がローカル信号Ｌを発生する。

次に、無線機２では、逓倍器２３が、ローカル信号Ｌを予め設定された周波数のキャリア信号１０１Ｃに変換する。

次に、無線機２では、変調器２４が、キャリア信号１０１Ｃをデータ信号で変調し、こうして生成された無線信号１０１を出力する。

スペクトル測定システム１Ａは、シンセサイザ５１、逓倍器５２、ミリ波増幅器１３、可変遅延器１４、可変減衰器１５、合波器１６、ローカル信号発生器１７、ミキサ１８、スペクトラムアナライザ１９を備える。

シンセサイザ５１は、無線機２から出力された基準クロック信号ＣＫにより周波数を固定され、これにより、ローカル信号Ｌに同期する正弦波信号５０１を出力する。

逓倍器５２は、逓倍器２３に設定された周波数と同じ周波数が設定されているので、正弦波信号５０１を当該周波数の信号つまりキャリア信号１０１Ｃに変換する。

以下、第１の実施の形態と同様に、信号１０５が生成される。

合波器１６は、スペクトル測定システム１Ａで受信された無線信号１０１と信号１０５とを合波する。

これ以降の動作は、第１の実施の形態と同様なので、説明を省略する。

第２の実施の形態によれば、キャリア再生回路１２に必要な多くの回路が不要であり、スペクトル測定システムの回路数を少なくすることができる。

したがって、第２の実施の形態に係るスペクトル測定システム１Ａによれば、無線信号１０１に含まれるキャリア信号１０１Ｃを変調がかかっていない正弦波信号として再生するキャリア信号再生手段（シンセサイザ５１、逓倍器５２）と、再生されたキャリア信号１０１Ｃの位相を反転させる位相反転手段（可変遅延器１４）と、位相を反転された信号１０５と無線信号１０１の受信後の信号１０３とを合波する合波手段（合波器１６）とを備える。

具体的には、無線信号１０１を送信する無線機２は、無線信号１０１に含まれるキャリア信号１０１Ｃの再生に用いられる基準クロック信号ＣＫを出力するものであり、キャリア信号再生手段（５１、５２）は、出力された基準クロック信号ＣＫを用いてキャリア信号１０１Ｃを再生する。

これにより、合波された信号においては、キャリア信号１０１Ｃの成分が小さく、よって、ミキサ１８により、合波された信号１０６の帯域を低下させ、低下後のＩＦ信号１０８のスペクトルをスペクトラムアナライザ１９で測定することで、無線信号１０１の少なくともデータ成分については、正確なスペクトルを測定することができる。

１、１Ａ…スペクトル測定システム
２…無線機
１１…分波器
１２…キャリア再生回路
１３…ミリ波増幅器
１４…可変遅延器
１５…可変減衰器
１６…合波器
１７…ローカル信号発生器
１８…ミキサ
１９…スペクトラムアナライザ
２１…基準クロック信号発生器
２２…ローカル発振器
２３、５２…逓倍器
２４…変調器
５１…シンセサイザ
１０１…無線信号
１０１Ｃ…キャリア信号
１２１…ゼロクロス回路
１２２…ローパスフィルタ

Claims (4)

1. 無線信号のスペクトルを測定するためのスペクトル測定システムであって、
   無線信号に含まれるキャリア信号を変調がかかっていない正弦波信号として再生するキャリア信号再生手段と、
   前記再生されたキャリア信号の位相を反転させる位相反転手段と、
   前記位相を反転された信号と前記無線信号の受信後の信号とを合波する合波手段と
   を備えることを特徴とするスペクトル測定システム。
2. 前記無線信号の受信後の信号を２つの信号に分波する分波手段を備え、
   前記キャリア信号再生手段は、
   前記分波された一方の信号に含まれるキャリア信号を変調がかかっていない正弦波信号として再生する回路を含み、
   前記合波手段は、
   前記再生されたキャリア信号と前記分波された他方の信号とを合波する
   ことを特徴とする請求項１記載のスペクトル測定システム。
3. 前記無線信号は、
   １００％未満の変調度でＡＳＫ（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ Ｓｈｉｆｔ Ｋｅｙｉｎｇ）変調された無線信号であり、
   前記キャリア信号を再生する回路は、
   前記分波された一方の信号の正負２値化を行う回路を含む
   ことを特徴とする請求項２記載のスペクトル測定システム。
4. 前記無線信号を送信する無線機は、
   前記無線信号に含まれるキャリア信号の再生に用いられる基準クロック信号を出力するものであり、
   前記キャリア信号再生手段は、
   前記出力された基準クロック信号を用いてキャリア信号を再生する
   ことを特徴とする請求項１記載のスペクトル測定システム。

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