JP2013125035A - 試験測定装置及び試験測定装置における方法 - Google Patents

Abstract

【課題】信号レベル及びノイズ・レベル両方の検出を最適化する。
【解決手段】試験測定装置は、入力試験信号を受ける入力部と、入力試験信号のデータ配列を多数の異なるデータ・ビンに分離する分離部とを含んでいる。セレクタは、全ビン中の現在のビン内のデータ・ポイントが信号を表すかノイズを表すかを決定する評価プロセッサ５６０と共に動作する。現在のビンがノイズを含む場合は、プロセッサは、現在のビンに関する第１出力を生成する。反対に、現在のビンが信号を含む場合は、プロセッサは、現在のビンに関する第２出力を生成する。複数のビン出力は、波形表示のような装置用の出力配列を形成するために、合成することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、試験測定装置に関し、特に、信号感受型データ圧縮機能を有する装置に関する。

米国オレゴン州ビーバートンのテクトロニクス社から入手可能なＲＳＡ６１００、ＲＳＡ５１００、ＲＳＡ３４００ファミリーのようなリアルタイム・スペクトラム・アナログ（ＲＴＳＡ）は、ＲＦ信号をリアルタイムで捕捉し、分析する。これら試験測定装置は、従来の掃引型スペクトラム・アナライザやベクトル・アナライザとは異なり、シームレスに（途切れなく）ＲＦ信号を捕捉し、特定帯域幅内においては、データを取り逃すことがない。

図１は、ＲＴＳＡの単純化した部分的なブロック図である。ミキサ１０５は、局部発信器１０６と連携して入力信号を中間周波数（ＩＦ）へと変換するか、又は調整する。入力信号は、フィルタ処理していても良い。フィルタ１１５は、その先の処理のためにデジタル信号を供給するアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器１２０に渡す前に、ＩＦ信号を更に調整する。デジタル信号は、プロセッサ１３０に渡され、これはトリガ処理機能、記憶機能及び分析機能を提供する。ある実施形態では、メモリ１３２が循環バッファを用いて実現されることもある。トリガ発生部１３６がトリガ・イベントを検出すると、トリガ信号が生成され、これによってメモリ１３２は、デジタル信号からデジタル・データのシームレスなブロックを記憶し、これは、デジタル・シグナル・プロセッサによって次の処理がなされたり、リアルタイムではない後処理のために他のプロセッサ（図示せず）へ渡される。ユーザは、被測定信号を表示装置１５０上で見るのに、特定の表示形式１４０を選択できる。

歴史的に、スペクトラム・アナライザは、ある特定の周波数ポイントで何の信号パワー値を表示するか決定するのに、検出回路（detector）を用いている。この検出回路が必要だったのは、アナライザが測定する有限な期間内において、被試験信号のレベルが変動するからである。一般的な検出回路の形式には、平均、＋ピーク、−ピーク、サンプル、準尖頭値（Quasi-Peak）が含まれる。

特開２００６−２３４７６３号公報

現在の検出回路の問題は、そのときユーザが取り組んでいる信号と測定の特定の組み合わせに適した検出回路を、ユーザが選択しなければならないことである。例えば、狭帯域信号のパワーを測定する場合は、＋ピーク検出回路が通常最も適切だが、ノイズ・フロアのレベルを測定する場合では平均検出回路が通常最も適切である。このように、検出方法は、信号レベルかノイズ・レベルかのどちらかを正確に表示するようには最適化されているが、両方のためには最適化されていない。

本発明の実施形態は、従来技術のこうした制限やその他の制限に取り組んでいる。

現代のスペクトラム・アナライザ、特に、リアルタイム・スペクトラム・アナライザは、典型的には、検出部（detector：検出回路）をソフトウェアで実現している。この形式の「検出」は、周波数対パワーのデータ配列を間引きすることによって行われる。これは、元々のデータ配列が、後で測定／表示処理で使うよりも多数のポイントを含んでいる場合に用いられる。各周波数ポイント、つまり、間引き後の配列中の各「ビン」に関して、元々のデータ配列中の複数データ・ポイントの多数の値が、そのビンを表す単一の出力値に合成される。今日使用されている検出方法は、信号レベルかノイズ・レベルかのどちらかを正確に表示するようには最適化されているが、両方のためには最適化されていない。

いくつかの例においては、パルス又は断続的信号、よって、時間的に不変な信号のように、同じデータ・レコードの異なる部分用に、複数の検出部を組合せるのが最も適当なアプリケーションがある。例えば、信号を含まない周波数ビンには、平均検出部が最も適切であろうし、一方、信号を含む周波数ビンには、＋ピーク検出部が最も適切であろう。

ノイズ・レベル近くの信号を分析しようとする場合なら、ノイズから信号を区別するのを簡単にするために、ユーザは、伝統的には、多数の結果のトレースを平均化処理するようなマルチ・トレース処理を用いる。この方法には非常に時間がかかり、また、過渡的な信号には適用できない。

本発明の実施形態は、同じデータ・レコード中の異なるビンについて、異なる圧縮検出部、つまり、異なるアルゴリズムを用いることによって、この欠点に取り組んでいる。更に、本発明の実施形態は、各ビンに用いる適切な検出部を自動的に決定する。

第１の実施形態では、試験測定装置が入力試験信号を受ける入力部と、上記入力試験信号のデータ配列を、多数の異なるデータ・ビンに分離するよう構成される分離部とを含んでいる。各データ・ビンは、多数のデータ・ポイントを含んでいる。セレクタ（選択部）が含まれ、これは、全ビン中の現在のビン内のデータ・ポイントが信号を表すか、ノイズを表すかを判断する。現在のビンがノイズを含む場合には、プロセッサが現在のビンに関する第１出力を生成する。上記現在のビンが信号を含む場合には、現在のビンに関する第２出力を生成する。

具体的には、本発明の概念１は、試験測定装置であって、
入力試験信号を受ける入力部と、
上記入力試験信号のデータ配列を、複数のデータ・ポイントを夫々含む複数のデータ・ビンに分離するよう構成される分離部と、
上記データ配列の上記複数のビン中の現在のビンが、信号を表すか又はノイズを表すかを決定するよう構成される選択部（セレクタ）と、
上記現在のビンがノイズを含む場合には、上記現在のビンに関する第１出力を生成し、上記現在のビンが信号を含む場合には、上記現在のビンに関する第２出力を生成するよう構成されるプロセッサと
を具えている。

本発明の概念２は、上記概念１の試験測定装置であって、上記プロセッサが、上記現在のビンがノイズを含む場合、上記現在のビン中の複数の上記データ・ポイントから平均出力を生成するよう構成される。

本発明の概念３は、上記概念１の試験測定装置であって、上記プロセッサが、上記現在のビンがノイズを含む場合、上記現在のビンの出力を無効としてタグを付けるよう構成される。

本発明の概念４は、上記概念１の試験測定装置であって、上記プロセッサが、上記現在のビンが信号を含む場合、上記現在のビン内の複数の上記データ・ポイントのピーク・データ・ポイントを選択するよう構成される。

本発明の概念５は、上記概念１の試験測定装置であって、上記プロセッサが、上記現在のビンが信号を含む場合、上記現在のビン内の複数の上記データ・ポイントから得られる準尖頭値（Quasi-Peak）を出力するよう構成される。

本発明の概念６は、上記概念１の試験測定装置であって、上記プロセッサが、上記現在のビンが信号を含む場合、上記現在のビン内の複数の上記データ・ポイントから得られる平均データ・ポイントを出力するよう構成される。

本発明の概念７は、上記概念１の試験測定装置であって、複数の上記ビンの上記ビン出力から波形表示を生成するよう構成される出力アセンブラ（assembler）を更に具えている。

本発明の概念８は、上記概念７の試験測定装置であって、上記出力アセンブラからの上記波形表示が、ノイズを含むビン出力と信号を含むビン出力との間の違いを示す。

本発明の概念９は、上記概念８の試験測定装置であって、このとき、上記出力アセンブラからの上記波形表示が外見で区別される。

本発明の概念１０は、上記概念８の試験測定装置であって、上記出力アセンブラからの上記波形表示が色で区別される。

本発明の概念１１は、上記概念８の試験測定装置であって、上記出力アセンブラからの上記波形表示が形状で区別される。

本発明の概念１２は、上記概念８の試験測定装置であって、上記出力アセンブラからの上記波形表示が輝度値で区別される。

本発明の概念１３は、試験測定装置における方法であって、
複数のデータ・ポイントを夫々含む複数のデータ・ビンとして構成される試験用デジタル化信号を受けるステップと、
複数の上記データ・ビンの中の現在のビン中の複数の上記データ・ポイントが信号を表すかノイズを表すかを決定するステップと、
上記現在のビンがノイズを含む場合に出力として第１値を出力するステップと、
上記現在のビンが信号を含む場合に出力として第２値を出力するステップと
を具えている。

本発明の概念１４は、上記概念１３の方法であって、上記現在のビンが信号を含む場合に出力として第１値を出力するステップが、上記現在のビン中の複数のデータ・ポイントの最大振幅を有するデータ・ポイントの値を出力するステップを有している。

本発明の概念１５は、上記概念１４の方法であって、
上記現在のビンに関する上記出力を、上記現在のビンがノイズを含むか又は信号を含むかを記録する識別子と関連づけるステップを更に具えている。

本発明の概念１６は、上記概念１５の方法であって、各ビンの上記出力値から試験測定出力を生成するステップを更に具えている。

本発明の概念１７は、上記概念１６の方法であって、上記試験測定出力を表示するステップを更に具えている。

本発明の概念１８は、上記概念１７の方法であって、上記試験測定出力において、ノイズを含むと特定された上記現在のビンの値が、信号を含むと特定された上記現在のビンの値と異なって表示される。

本発明の概念１９は、上記概念１８の方法であって、このとき、異なるのは色である。

本発明の概念２０は、上記概念１８の方法であって、このとき、異なるのは輝度である。

本発明の概念２１は、上記概念１８の方法であって、このとき、異なるのは形状である。

図１は、従来のリアルタイム・スペクトラム・アナライザの機能ブロック図である。 図２シグナル・アナライザの一部分のブロック図であり、従来、ビンのデータがどのようにして最終的な表示出力信号になるように出力されるかを示している。 図３は、例としてビン中のデータ・ポイント、決定されたビンのデータ形式、そのビン中のデータに適用される処理、そして、得られるビンの出力を描いた概念ブロック図である。 図４は、例としてビン中のデータ・ポイント、決定されたビンのデータ形式、そのビン中のデータに適用される処理、そして、得られるビンの出力を描いた概念ブロック図である。 図５は、本発明の実施形態によるダイナミックな判断に基づくデータ圧縮システムの構成要素の機能ブロック図である。

図２は、シグナル・アナライザの一部分のブロック図であり、従来、ビンのデータがどのようにして最終的な表示出力信号になるように出力されるかを示している。アナログ・デジタル変換器によるなどして試験信号がデジタル化された後、その信号はシグナル・プロセッサ２０５で処理されるとしても良い。これには、例えば、時間領域信号を周波数領域に変換したり、その他の処理を行うフーリエ変換、チャープＺその他の処理を含むとしても良い。他の処理では、時間領域のデジタル・サンプルを周波数領域に変換せずに維持するとしても良い。本発明のデジタルの実施形態は、時間又は周波数領域のどちらかで機能するとしても良い。例えば、信号の振幅などの測定されサンプルされた信号の量は、測定され、生成すべき測定信号のデータを蓄積する配列又はデータベース２１０中に定量化される。データベース２１０は、出力信号に変換され、表示装置２２０上で示されるようにしても良い。試験信号を、連続信号とし、データベース２１０は、その結果としての表示と共に周期的に更新されるとしても良い。

図３は、例としてビン中のデータ・ポイント、決定されたビンのデータ形式、そのビン中のデータに適用される処理、そして、得られるビンの出力を描いた概念ブロック図である。図３では、５個のビンが描かれるが、これは、図２の１１個のビンの例としても良い。ビン１からビン５までの別々のビンの夫々は、多数のデータ・ポイント３１０を含み、これらは、被試験信号の測定値を表す。ある実施形態では、各ビンは、被試験信号の特定の別々の周波数に関する複数のデータ・ポイントを表すとしても良い。他の実施形態では、ビンが、時間などで複数の異なる区画を持つとしても良く、この場合、各データ・ポイントが被試験信号のいろいろな時間における測定値を表す。

被分析ビンの夫々について、信号を含むか又はノイズだけかを決定するために、その入力データ・ポイント３１０が検査される。この決定処理は、広く知られた信号処理方法を用いて行っても良い。例えば、ビン１のようなビン内の隣接するデータ・ポイントのグループを、ランダム・ノイズだけを含むか否かを決定するのに分析しても良い。ビンの入力データ・ポイント３１０がノイズだけを含むか否かを決定する処理は、例えば、統計的な処理で行うことができる。正しい決定を行う蓋然性は、入力信号の信号対ノイズ比によって改善する。更に、もし無ノイズ信号が検出されたら、信号レベルが振幅に関して周りのランダム・ノイズよりも高いか低いかをソフトウェアで決定するようにしても良い。

実践的な実施となるのは、「信号」検出部の形式である。出力ビン、ビン１〜ビン５の夫々について、その入力データ・ポイント３１０が検査され、それらが信号を含むか、ノイズだけかが決定される。もしノイズなら、平均間引きアルゴリズムが適用され、これは、入力ポイント３１０の測定値の平均値である出力値３２０を生成する。図３においては、こうした処理により、ビン１、ビン３及びビン５は、ノイズだけを含むと決定されたので、これらビンに関する出力は、夫々のビン中のデータ・ポイント３１０の平均３２０である。そうではなくて、もしあるビンの入力データ・ポイント３１０がプラスの信号を含むなら、＋ピーク間引きアルゴリズムが適用され、そのビン内のデータ・ポイント３１０のプラスの最大３１４の値３２４が出力値として送出される。図３のビン２及びビン４は、信号を含むと決定されたので、検出形式は＋ピークであり、そのため、最大のプラス・データ・ポイント３１４が、これらビンに関する適切な出力として選択されている。もしこれに代えて平均処理プロセスが選択された場合、破線３２６として示すように、ビン内の全てのポイントの平均が代わりに出力されることになるだろう。このように、本発明の実施形態の自動検出方法を用いると、試験測定装置のユーザは、被試験信号の分析に関して、より正確な表示を得ることができる。

図４は、図３と似ているが、ビンの処理に別の処理が選択されたものである。図４の例では、「無効」が＋ピークと共に選択されている。これは、プロセッサが、ビン夫々内のデータを分析し、データが信号又は無効データを含むかどうかを決定することを意味している。無効データは、ビン１及びビン２に現れており、この場合では、データ・ポイント４１０の個々の値の変化が広いので、データ・ポイント４１０から得られる単一の出力では、正確に表現（代表：represent）できないのである。データ・ポイント４１０のいくつかは、平均となるであろうライン４２８よりも大幅に上であり、一方で、その他は、大幅に下である。データ・ポイント４１０の平均は、そのビン内のデータを正確には反映せず、そのため、この広がり（divergence：大きな相違）を理由として、その出力は無効としてタグが付けられる。ビン３、ビン４及びビン５では、逆に、データ・ポイント４１０が信号を含み、そして、＋ピーク検出部が選択されたので、複数のデータ・ポイント中の最も高いポイント４１４が、夫々の場合で、夫々のビンの出力として選択される。これの代わりに、もし＋／−ピーク、準尖頭値（Quasi-Peak）、平均その他の別の形式の検出部が選択されたら、複数のデータ・ポイント４１０中の別のポイントや平均が、ビンの出力として生成されることになる。

本発明の実施形態を用いると、試験測定装置の表示出力にグラフ・トレースとして示されることになるプロセスの最終出力配列は、これらが１周波数ビンより狭い場合でも、信号の正しい値を表す。また、これは、信号ビンに行うのと同じ＋ピーク間引き処理をノイズ・ビンに適用するというような測定ノイズ・レベルを人工的に持ち上げる処理がないので、ユーザが期待する形態でノイズ・ポイントを表現する。

このように、本発明の実施形態は、信号又はノイズを表すデータ配列のいくつかのビン中の現在のビン内の複数データ・ポイントから値を決定するよう構成されるセレクタを有する試験測定装置を含む。例えば、セレクタは、図１のデジタル・シグナル・プロセッサ１３４内で実現しても良い。デジタル・シグナル・プロセッサ１３４又はその他のプロセッサは、現在のビンがノイズを含む場合には、現在のビンに関する第１出力を生成し、現在のビンが信号を含む場合には、現在のビンに関する第２出力を生成するよう構成される。例えば、図３を参照すると、ビン１に関する出力は平均値３２０で表される一方、ビン２に関する出力は、データ・ポイント３１４についての測定値に等しい値３２４で表される。

実際的には、試験測定装置がビンの出力にタグを付けても良く、これによって、ビン中のデータを選択及び出力したとき、つまり、圧縮したときに、どの処理が実行されたかを、ユーザが判断できる。最終的な出力では、最終表示出力上において、波形その他の表示が、測定装置からの出力を表すだけでなく、出力データの違いを示す。出力データは、異なるタグが付されたデータを、例えば、異なる色、形、輝度レベルなどで区別されるようにしても良い。例えば、カラー表示上で、平均化データは青で表す一方、＋ピーク・データは黄色で表しても良い。

図５は、本発明の実施形態によるダイナミックな判断に基づくデータ圧縮システムの構成要素の機能ブロック図である。これら機能は、図１の処理ブロック１３０内のような、装置のプロセッサ上で実行されても良い。入力信号は、上述のように、種々の方法で処理されるようにしても良い。図５では、検出部セレクタ５１０が、試験測定装置の最終出力に組み立てる前に、ビン中のデータを処理する特定の検出部を自動的にか又はユーザかのどちらかで選択できるようする。例えば、検出部には、＋ピーク５２０、＋／−ピーク５２１、−ピーク５２２、平均化５２３又はその他の形式の検出部（準尖頭値など）５２４が含まれるとしても良い。もう１つのセレクタ５４０は、無効としてデータにタグ付する（ノイズの場合に特に有用）５５０か、又は、平均化処理５５１かを選択可能にする。検出部セレクタ５１０と同様に、セレクタ５４０は、自動セレクタでも良いし、ユーザによって選択されるものであっても良い。

処理中、各ビンは、ノイズを含むか又は信号を含むかを決定するために、処理５６０において評価される。もしノイズなら、セレクタ５４０が、そのビンの出力をビン内の複数のデータ・ポイントの平均とするか、無効とタグ付するかを決定する。その代わりに、もし評価処理５６０で、そのビンのデータが信号を含むと決定されると、セレクタ５１０で選択された検出部が、ビン内のデータを選択された検出部に従って処理する。例えば、もし−ピーク・データ検出部が選択されたなら、ビン中の最もマイナスのデータ・ポイントがそのビンの出力となる。最後に、ノイズ又は信号処理５６０の出力によって、個別のビン夫々について最終的な圧縮出力として適切なデータが生じる。全ビンからの出力は、上述のように、最終出力として生成される。

上述の多くの実施形態は、ユーザ・インタフェースを含んでいるが、これに代わりに、他の実施形態において、試験測定装置がこれらパラメータを自動的に決定しても良いことが理解されるであろう。

図示し説明してきた実施形態は、リアルタイム・スペクトラム・アナライザで使用される本発明を示しているが、本発明の実施形態は、掃引型スペクトラム・アナライザ、シグナル・アナライザ、ベクトル・シグナル・アナライザ、オシロスコープなど、周波数又は時間領域の信号を表示する、どのような種類の試験測定装置でも効果的に利用できることが理解されよう。

種々の実施形態において、本発明の構成要素は、ハードウェア、ソフトウェア、又はこれら２つの組合せで実現しても良く、そして、汎用マイクロプロセッサ、デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）、特定用途向けＩＣ（ＡＳＩＣ）、フィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）などを含んでいても良い。

先の説明から、本発明が、試験測定装置の分野における大きな進歩を表すことが理解されよう。説明の目的で、本発明の具体的な実施形態を図示し説明してきたが、本発明の主旨と範囲を離れることなく、種々の変更が可能なことが理解できるであろう。従って、本発明は、添付の特許請求の範囲によることを除いて、限定されるべきではない。

５１０ 検出部セレクタ
５２０ ＋ピーク検出部
５２１ ＋／−ピーク検出部
５２２ −ピーク検出部
５２３ 平均検出部（プロセッサ）
５２４ 他の検出部
５４０ 第２選択装置
５５０ タグ付け部
５５１ 平均検出部（プロセッサ）
５６０ ノイズ又は信号評価プロセッサ

Claims (5)

1. 入力試験信号を受ける入力部と、
   上記入力試験信号のデータ配列を、複数のデータ・ポイントを夫々含む複数のデータ・ビンに分離するよう構成される分離部と、
   上記データ配列の上記複数のビン中の現在のビンが、信号を表すか又はノイズを表すかを決定するよう構成される選択部と、
   上記現在のビンがノイズを含む場合には、上記現在のビンに関する第１出力を生成し、上記現在のビンが信号を含む場合には、上記現在のビンに関する第２出力を生成するよう構成されるプロセッサと
   を具える試験測定装置。
2. 上記現在のビンがノイズを含む場合、上記プロセッサが、上記現在のビンの出力を無効としてタグを付けるよう構成される請求項１の試験測定装置。
3. 上記現在のビンが信号を含む場合、上記プロセッサが、上記現在のビン内の複数のデータ・ポイントから得られるピーク・データ・ポイント、準尖頭値又は平均データ・ポイントを供給するよう構成される請求項１の試験測定装置。
4. 複数のデータ・ポイントを夫々含む複数のデータ・ビンとして構成される試験用デジタル化信号を受けるステップと、
   複数の上記データ・ビンの中の現在のビン中の複数の上記データ・ポイントが信号を表すかノイズを表すかを決定するステップと、
   上記現在のビンがノイズを含む場合に出力として第１値を出力するステップと、
   上記現在のビンが信号を含む場合に出力として第２値を出力するステップと
   を具える試験測定装置における方法。
5. 上記現在のビンが信号を含む場合に出力として第１値を出力するステップが、上記現在のビン中の複数のデータ・ポイントの最大振幅を有するデータ・ポイントの値を出力するステップを有する請求項４の方法。

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