JP2016161573A5

JP2016161573A5 - 正規化された位相スペクトルを生成する方法及び装置

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Publication number: JP2016161573A5
Application number: JP2016031212A
Authority: JP
Filing date: 2016-02-22
Publication date: 2020-05-14
Anticipated expiration: 2036-02-22

Description

周波数の関数としてのトーンの位相は、繰り返し数列の或る固定された開始ポイントに対する、ＡＤＣによってデジタル化されたサンプル数列の開始時刻に依存する。この時刻が変化する場合、周波数の関数としての位相も変化する。したがって、異なる時刻において行われた２つの位相測定を比較することは、大きな難題を提起している。多くの測定について、これは、対象となる周波数の関数としての位相間の関係である。これらの場合、正規化手順が用いられ、繰り返し信号に対する、ＡＤＣ数列が開始する時刻に依存せず、所望の関係を調べることができる一組の正規化された位相を生成する。

本発明は、複数のトーンを有する信号から、正規化された位相スペクトルを生成する方法及び装置を含む。本装置は、第１の複数のトーンを有する第１の試験信号を受信するように構成された第１の信号ポートと、基準トーンを含む位相勾配基準信号を受信し、この位相勾配基準信号から、第１の時刻から開始するデジタル値の数列を生成するように構成された基準ポートとを有する第１の受信機を備える。また、本装置は、受信された第１の試験信号をデジタル化して、第１の時刻に開始する受信された第１の試験信号のデジタル化された値の数列を生成する信号デジタイザと、受信された第１の試験信号のデジタル化された値及び受信された位相勾配基準信号から、第１の時刻に依存しない第１の正規化された位相スペクトルを生成する位相スペクトルジェネレータとを備える。

本発明の１つの態様では、第１の試験信号における第１の複数のトーンは、周波数によって順序付けられたトーンの数列を含み、各トーンは、基準トーンの有理数倍である周波数だけトーンの数列において隣接するトーンから隔てられている。個々のトーンの間の間隔は異なることができる。本発明の別の態様では、基準トーンの有理数倍は、基準トーンの整数倍である。本発明の更に別の態様では、トーンは、基準トーンに等しいトーン間周波数を有する等周波数間隔である。

本発明の更に別の態様では、信号デジタイザは、信号ポートからの信号をデジタル化して、第１の時刻に開始する信号値の第１の順序付き数列を形成する第１のＡＤＣと、基準ポートからの信号をデジタル化して、第１の時刻に開始する信号値の第２の順序付き数列を形成する第２のＡＤＣとを備える。本発明の１つの態様では、位相スペクトルジェネレータは、信号値の第１の順序付き数列及び第２の順序付き数列をそれぞれ第１の位相スペクトル及び第２の位相スペクトルに変換する。第１の位相スペクトルは、第１の試験信号における各トーンの位相を含み、第２の位相スペクトルは、基準トーンにおけるトーンの基準位相を含む。この基準位相は、第１の位相スペクトルにおけるトーンの位相を正規化するのに用いられる。

本発明の別の態様では、本装置は、基準ポートに接続された数値制御発振器を備え、この数値制御発振器は、位相勾配基準信号のデジタル値の数列を生成する。

本発明による装置は、ＤＵＴの特性を測定するのに用いることができる。本発明による１つの測定方法では、基準トーンを含む第１の位相勾配基準信号が受信され、この第１の位相勾配基準信号から、第１の時刻に開始するデジタル値の第１の基準数列を生成するのに用いられる。第１の基準数列は、第１の基準位相スペクトルに変換される。第１の時刻に開始するデジタル値の第１の試験数列が、試験信号から生成され、第１の試験位相スペクトルに変換される。第１の時刻に依存しない第１の正規化された試験位相スペクトルが、第１の試験位相スペクトル及び第１の基準位相スペクトルから生成される。

本発明の１つの態様では、第１の試験信号は、ＤＵＴに印加され、第２の試験信号は、ＤＵＴから受信される第２の複数のトーンを含む。第１の時刻に開始するデジタル値の第２の数列が、第２の試験信号から生成される。第１の時刻に依存しない第２の正規化された位相スペクトルが、受信された第２の試験信号及び受信された第１の位相勾配基準信号のデジタル化された値から生成される。次に、ＤＵＴの特性が、第１の正規化された位相スペクトル及び第２の正規化された位相スペクトルから求められる。

本発明の別の態様では、第１の試験信号は、ＤＵＴに印加され、第２の複数のトーンを含む第２の試験信号がＤＵＴから受信される。第２の試験信号からの第２の時刻に開始するデジタル値の第２の数列が、第２の試験信号から生成され、デジタル値の第２の基準数列が、基準トーンを含む第２の位相勾配基準信号から生成される。第２の正規化された試験位相スペクトルが、第２の時刻に依存しない第２の試験信号からのデジタル値の第２の数列から生成される。第１の位相勾配基準信号及び第２の位相勾配基準信号は、時間同期している。

Ｓ（ｔ）がＤＵＴに印加され、ＤＵＴの出力が受信機によって解析される単純な実験を考える。この受信機では、ＤＵＴからの出力信号がデジタル化されて、時間サンプルの数列が形成され、次いで、これらの時間サンプルがＦＦＴによって変換され、出力信号において、トーンの振幅及び位相を有するスペクトルが取得される。論述を単純にするために、入力信号は、全てのｋについてθ_ｋが０となるように選ばれるものと仮定するとともに、全てのＡ_ｋ値が既知であるものと仮定する。また、受信機の出力は、以下の形の時間信号に変換されるものと仮定する。

したがって、θ_ｋが既知でありかつ０に等しい場合であっても、ｔ_０が既知でないか又はωｔ_０が３６０度の倍数でない場合は、Ｑ_ｋの値を受信機の出力から取得することはできない。物理量ωｔ_０は、以下の論述において位相勾配と呼ばれる。上記２つの信号が同時に測定される場合、ｔ_０＝０である。しかしながら、対象となる多くの場合では、受信機におけるｔ_０の値は知られていない。すなわち、ＤＵＴへの入力信号が或る所定の位相を有していた時刻に対する、フーリエ変換された数列において用いられる最初のサンプルが測定される時刻は知られていない。

次に、図５を参照する。図５は、位相勾配基準信号が測定中の信号と組み合わされる受信機を示している。この例では、試験信号が、ミキサ９１及びＬＯ９２を用いてダウンコンバートされ、受信機１００によって測定される信号が提供される。ミキサ９１の出力の位相スペクトルが１０１に示されている。ミキサ９１の出力は、抵抗器９４及び９５を用いて位相勾配基準信号９３に加えられる。ＡＤＣ９６に入力する信号の位相スペクトルが１０２に示されている。合計された信号は、ＡＤＣ９６を用いてデジタル化され、周波数変換９７を用いて変換され、位相正規化器９８への入力信号が提供される。位相正規化器９８は、基準周波数における成分の位相Φ_Ｒを用いて位相スペクトルを正規化し、デジタル数列が開始した時刻に対する依存を取り除く。

本発明の上述した実施形態は、本発明の様々な態様を示すために提供されたものである。しかしながら、異なる特定の実施形態において示されている本発明の異なる態様を組み合わせて、本発明の他の実施形態を提供することができることが理解されるべきである。加えて、本発明に対する様々な変更は、上記説明及び添付図面から明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の範囲によってのみ限定されるべきである。
なお、出願当初の特許請求の範囲の記載は以下の通りである。
請求項１：
第１の受信機を備え、該第１の受信機は、
第１の複数のトーンを含む第１の試験信号を受信するように構成された第１の信号ポートと、
基準トーンを含む位相勾配基準信号を受信し、該位相勾配基準信号から、第１の時刻に開始するデジタル値の数列を生成するように構成された基準ポートと、
前記第１の試験信号をデジタル化して、前記第１の時刻に開始する前記受信された第１の試験信号のデジタル化された値の数列を生成する信号デジタイザと、
前記第１の試験信号の前記デジタル化された値及び前記位相勾配基準信号から、前記第１の時刻に依存しない第１の正規化された位相スペクトルを生成する位相スペクトルジェネレータと、
を備える、装置。
請求項２：
前記信号デジタイザは、前記第１の試験信号をデジタル化して、前記第１の時刻に開始する信号値の第１の順序付き数列を形成する第１のＡＤＣと、前記位相勾配基準信号をデジタル化して、前記第１の時刻に開始する信号値の第２の順序付き数列を形成する第２のＡＤＣとを備え、前記位相スペクトルジェネレータは、信号値の第１の順序付き数列及び第２の順序付き数列をそれぞれ第１の位相スペクトル及び第２の位相スペクトルに変換し、該第１の位相スペクトルは、前記第１の試験信号における各トーンの位相を含み、前記第２の位相スペクトルは、前記基準トーンにおける基準位相を含み、該基準位相は、前記第１の位相スペクトルを正規化するのに用いられる、請求項１に記載の装置。
請求項３：
第１の最高トーン及び第１の最低トーンを含む前記第１の複数のトーンを含む前記第１の試験信号を前記信号ポートに受信させ、該第１の試験信号から前記第１の正規化された位相スペクトルを前記位相スペクトルジェネレータに生成させるコントローラを更に備え、該コントローラは、第２の最高トーン及び第２の最低トーンを有する第２の複数のトーンを含む第２の試験信号を前記第１の信号ポートに更に受信させ、該第２の試験信号から第２の正規化された位相スペクトルを前記位相スペクトルジェネレータに更に生成させ、前記コントローラは、前記第１の正規化された位相スペクトルを前記第２の正規化された位相スペクトルと組み合わせて、第３の最低トーン及び第３の最高トーンを有する第３の正規化された位相スペクトルを生成し、前記第３の最低トーンは、前記第１の最低トーン及び前記第２の最低トーンのうちの一方に等しく、前記第３の最高トーンは、前記第１の最高トーン及び前記第２の最高トーンのうちの一方に等しい、請求項１に記載の装置。
請求項４：
第２の複数のトーンを含む第２の試験信号を受信するように構成された第２の信号ポートを更に備え、前記信号デジタイザは、前記受信された第２の試験信号を前記第１の時刻に開始してデジタル化し、前記位相スペクトルジェネレータは、前記受信された第２の試験信号の前記デジタル化された値及び前記受信された位相勾配基準信号から、前記第１の時刻に依存しない第２の正規化された位相スペクトルを生成する、請求項１に記載の装置。
請求項５：
第２の受信機を備え、該第２の受信機は、
第１の複数のトーンを含む第１の試験信号を受信するように構成された第１の信号ポートと、
基準トーンを含む位相勾配基準信号を受信するように構成された基準ポートと、
前記第１の試験信号及び前記位相勾配基準信号を第２の時刻に開始してデジタル化する信号デジタイザと、
前記受信された第１の試験信号及び前記受信された位相勾配基準信号の前記デジタル化された値から、前記第２の時刻に依存しない第１の正規化された位相スペクトルを生成する位相スペクトルジェネレータと、
を備え、
前記第１の受信機は、前記第２の受信機から遠隔にあり、前記第１の受信機の前記位相勾配基準信号は、前記第２の受信機の前記位相勾配基準信号と同期している、請求項１に記載の装置。
請求項６：
複数のトーンを有する試験信号について受信機において正規化された位相スペクトルを生成する方法であって、
前記受信機において、基準トーンを含む第１の位相勾配基準信号を受信するステップと、
前記第１の位相勾配基準信号から、第１の時刻に開始するデジタル値の第１の基準数列を生成するステップと、
前記第１の基準数列を第１の基準位相スペクトルに変換するステップと、
前記試験信号から、前記第１の時刻に開始するデジタル値の第１の試験数列を生成するステップと、
前記第１の試験数列を第１の試験位相スペクトルに変換するステップと、
前記第１の試験位相スペクトル及び前記第１の基準位相スペクトルから、前記第１の時刻に依存しない第１の正規化された試験位相スペクトルを生成するステップと、
を含む、方法。
請求項７：
前記試験信号における前記複数のトーン及び前記第１の試験信号における前記第１の複数のトーンは、それぞれ、周波数によって順序付けられたトーンの数列を含み、各トーンは、前記基準トーンの有理数倍である周波数だけ前記トーンの数列において隣接するトーンから隔てられている、請求項６に記載の方法又は請求項１に記載の装置。
請求項８：
前記試験信号は、第１の最高トーン及び第１の最低トーンを含む第１の複数のトーンを含み、前記第１の正規化された位相スペクトルは、前記第１の複数のトーンを含み、前記方法は、
第２の最高トーン及び第２の最低トーンを有する第２の複数のトーンを含む第２の試験信号を受信するステップと、
前記第２の試験信号から、第２の時刻に開始するデジタル値の第２の試験数列を生成し、前記第１の位相勾配基準信号から、前記第２の時刻に開始するデジタル値の第２の基準数列を生成することによって、前記第２の試験信号から第２の正規化された位相スペクトルを生成するステップと、
前記第１の正規化された位相スペクトルを前記第２の正規化された位相スペクトルと組み合わせて、第３の最低トーン及び第３の最高トーンを有する第３の正規化された位相スペクトルを生成するステップであって、前記第３の最低トーンは、前記第１の最低トーン及び前記第２の最低トーンのうちの一方に等しく、前記第３の最高トーンは、前記第１の最高トーン及び前記第２の最高トーンのうちの一方に等しい、組み合わせて生成するステップと、
を更に含む、請求項６に記載の方法。
請求項９：
前記第１の試験信号は、被試験デバイス（ＤＵＴ）に印加され、前記方法は、
前記ＤＵＴから第２の複数のトーンを含む第２の試験信号を受信するステップと、
前記第２の試験信号から、前記第１の時刻に開始するデジタル値の第２の数列を生成するステップと、
前記受信された第２の試験信号及び前記受信された第１の位相勾配基準信号の前記デジタル化された値から、前記第１の時刻に依存しない第２の正規化された位相スペクトルを生成するステップと、
前記第１の正規化された位相スペクトル及び前記第２の正規化された位相スペクトルから前記ＤＵＴの特性を求めるステップと、
を更に含む、請求項６に記載の方法。
請求項１０：
前記第１の試験信号は、ＤＵＴに印加され、前記方法は、
前記ＤＵＴから第２の複数のトーンを含む第２の試験信号を受信するステップと、
前記第２の試験信号からの第２の時刻に開始するデジタル値の第２の数列を前記第２の試験信号から生成するステップと、
前記基準トーンを含む第２の位相勾配基準信号からデジタル値の第２の基準数列を生成するステップと、
前記第２の時刻に依存しない前記第２の試験信号からの前記デジタル値の第２の数列から第２の正規化された試験位相スペクトルを生成するステップであって、前記第１の位相勾配基準信号及び前記第２の位相勾配基準信号は、時間同期している、生成するステップと、
を更に含む、請求項６に記載の方法。

Claims

第１の受信機を備え、該第１の受信機は、
第１の複数の成分周波数を含む第１の試験信号を受信するように構成された第１の信号ポートであって、前記第１の複数の成分周波数は、周波数によって順序付けられた成分周波数であって、位相勾配基準周波数の有理数倍である周波数だけ、隣接する成分周波数から隔てられている、第１の信号ポートと、
前記位相勾配基準周波数を含む位相勾配基準信号を受信するように構成された基準ポートと、
前記第１の試験信号をデジタル化して、所定の第１の時刻に開始する前記受信された第１の試験信号のデジタル化された値の数列を生成する信号デジタイザであって、前記信号デジタイザは、前記第１の信号ポートからの前記第１の試験信号をデジタル化して、所定の第１の時刻に開始する信号値の第１の数列を形成する第１のＡＤＣと、前記基準ポートからの前記位相勾配基準信号をデジタル化して、前記第１の時刻に開始する信号値の第２の数列を形成する第２のＡＤＣとを備える、信号デジタイザと、
前記第１の試験信号の前記デジタル化された値及び前記位相勾配基準信号から、前記第１の時刻に依存しない第１の正規化された位相スペクトルを生成する位相スペクトルジェネレータであって、前記位相スペクトルジェネレータは、信号値の前記第１の数列及び前記第２の数列を、それぞれ第１のＦＦＴ回路及び第２のＦＦＴ回路により、第１の位相スペクトル及び第２の位相スペクトルに変換し、該第１の位相スペクトルは、前記第１の試験信号における各成分周波数の位相を含み、前記第２の位相スペクトルは、前記位相勾配基準周波数における基準位相を含み、前記位相スペクトルジェネレータは、
を満足する第１の正規化を行い、ここで、ｋは、前記第１の試験信号に含まれる成分周波数のうちの第ｋ成分周波数であることを示す値であり、Φ _ｋは前記第ｋ成分周波数の位相であり、Φ _１は第１成分周波数の位相であり、Φ’ _ｋはオフセット位相であり、Φ” _ｋは正規化された位相であり、Φ _Ｒは前記基準位相である、位相スペクトルジェネレータと、
を備える、装置。
第１の最高成分周波数及び第１の最低成分周波数を含む前記第１の複数の成分周波数を含む前記第１の試験信号を前記第１の信号ポートに受信させ、該第１の試験信号から前記第１の正規化された位相スペクトルを前記位相スペクトルジェネレータに生成させるコントローラを更に備え、該コントローラは、第２の最高成分周波数及び第２の最低成分周波数を有する第２の複数の成分周波数を含む第２の試験信号を前記第１の信号ポートに更に受信させ、該第２の試験信号から第２の正規化された位相スペクトルを前記位相スペクトルジェネレータに更に生成させ、前記第１の複数の成分周波数と前記第２の複数の成分周波数は１つの周波数だけ重複し、前記コントローラは、前記重複する周波数での前記第１の正規化された位相スペクトルと前記重複する周波数での前記第２の正規化された位相スペクトルとの差に等しいオフセットを、前記第１の正規化された位相スペクトルの各位相、又は、前記第２の正規化された位相スペクトルの各位相に加えることにより、前記第１の正規化された位相スペクトルを前記第２の正規化された位相スペクトルと組み合わせ、第３の最低成分周波数及び第３の最高成分周波数を有する第３の正規化された位相スペクトルを生成するように構成され、前記第３の最低成分周波数は、前記第１の最低成分周波数及び前記第２の最低成分周波数のうちの一方に等しく、前記第３の最高成分周波数は、前記第１の最高成分周波数及び前記第２の最高成分周波数のうちの一方に等しい、請求項１に記載の装置。
第２の複数の成分周波数を含む第２の試験信号を受信するように構成された第２の信号ポートであって、前記第２の複数の成分周波数は周波数によって順序付けられた成分周波数であって、前記位相勾配基準周波数の有理数倍である周波数だけ、隣接する成分周波数から隔てられているが、前記第２の複数の成分周波数は前記第１の複数の成分周波数とは異なる周波数を有する、第２の信号ポートを更に備え、前記信号デジタイザは、前記受信された第２の試験信号を前記第１の時刻に開始してデジタル化し、前記位相スペクトルジェネレータは、前記受信された第２の試験信号の前記デジタル化された値及び前記受信された位相勾配基準信号から、前記第１の時刻に依存しない第２の正規化された位相スペクトルを生成する、請求項１に記載の装置。
第２の受信機を備え、該第２の受信機は、
第１の複数の成分周波数を含む第１の試験信号を受信するように構成された第１の信号ポートと、
位相勾配基準周波数を含む位相勾配基準信号を受信するように構成された基準ポートと、
前記第１の試験信号及び前記位相勾配基準信号を第２の時刻に開始してデジタル化する信号デジタイザと、
前記受信された第１の試験信号及び前記受信された位相勾配基準信号の前記デジタル化された値から、前記第２の時刻に依存しない第１の正規化された位相スペクトルを生成する位相スペクトルジェネレータと、
を備え、
前記第１の受信機は、前記第２の受信機から遠隔にあり、前記第１の受信機の前記位相勾配基準信号は、前記第２の受信機の前記位相勾配基準信号と同期している、請求項１に記載の装置。
複数の成分周波数を有する試験信号について受信機において正規化された位相スペクトルを生成する方法であって、前記複数の成分周波数は、周波数によって順序付けられた成分周波数であって、位相勾配基準周波数の有理数倍である周波数だけ、隣接する成分周波数から隔てられており、前記方法は、
前記受信機において、前記位相勾配基準周波数を含む第１の位相勾配基準信号を受信するステップと、
前記第１の位相勾配基準信号から、第２のＡＤＣにより、所定の第１の時刻に開始するデジタル値の第１の基準数列を生成するステップと、
前記第１の基準数列を第１の基準位相スペクトルに変換するステップと、
前記試験信号から、第１のＡＤＣにより、前記第１の時刻に開始するデジタル値の第１の試験数列を生成するステップと、
前記第１の試験数列を第１の試験位相スペクトルに変換するステップと、
前記第１の試験位相スペクトル及び前記第１の基準位相スペクトルから、前記第１の時刻に依存しない第１の正規化された試験位相スペクトルを生成するステップであって、前記第１の試験位相スペクトルは前記試験信号における各成分周波数の位相を含み、前記第１の基準位相スペクトルは前記位相勾配基準周波数における基準位相を含み、前記第１の正規化された試験位相スペクトルを生成するステップは、
を満足する第１の正規化を行うことを含み、ここで、ｋは、前記試験信号に含まれる成分周波数のうちの第ｋ成分周波数であることを示す値であり、Φ _ｋは前記第ｋ成分周波数の位相であり、Φ _１は第１成分周波数の位相であり、Φ’ _ｋはオフセット位相であり、Φ” _ｋは正規化された位相であり、Φ _Ｒは前記基準位相である、前記第１の正規化された試験位相スペクトルを生成するステップと、
を含む、方法。
前記試験信号は、第１の最高成分周波数及び第１の最低成分周波数を含む第１の複数の成分周波数を含み、前記第１の正規化された位相スペクトルは、前記第１の複数の成分周波数を含み、前記方法は、
第２の最高成分周波数及び第２の最低成分周波数を有する第２の複数の成分周波数を含む第２の試験信号を受信するステップであって、前記第１の複数の成分周波数と前記第２の複数の成分周波数は１つの周波数だけ重複する、第２の試験信号を受信するステップと、
前記第２の試験信号から、第２の時刻に開始するデジタル値の第２の試験数列を生成し、前記第１の位相勾配基準信号から、前記第２の時刻に開始するデジタル値の第２の基準数列を生成することによって、前記第２の試験信号から第２の正規化された位相スペクトルを生成するステップと、
前記重複する周波数での前記第１の正規化された位相スペクトルと前記重複する周波数での前記第２の正規化された位相スペクトルとの差に等しいオフセットを、前記第１の正規化された位相スペクトルの各位相、又は、前記第２の正規化された位相スペクトルの各位相に加えることにより、前記第１の正規化された位相スペクトルを前記第２の正規化された位相スペクトルと組み合わせ、第３の最低成分周波数及び第３の最高成分周波数を有する第３の正規化された位相スペクトルを生成するステップであって、前記第３の最低成分周波数は、前記第１の最低成分周波数及び前記第２の最低成分周波数のうちの一方に等しく、前記第３の最高成分周波数は、前記第１の最高成分周波数及び前記第２の最高成分周波数のうちの一方に等しい、組み合わせて生成するステップと、
を更に含む、請求項５に記載の方法。
前記第１の試験信号は、ミキサに印加され、前記方法は、
前記ミキサから第２の複数の成分周波数を含む第２の試験信号を受信するステップであって、前記第２の複数の成分周波数は周波数によって順序付けられた成分周波数であって、前記位相勾配基準周波数の有理数倍である周波数だけ、隣接する成分周波数から隔てられているが、前記第２の複数の成分周波数は前記第１の複数の成分周波数とは異なる周波数を有する、第２の試験信号を受信するステップと、
前記第２の試験信号から、前記第１の時刻に開始するデジタル値の第２の数列を生成するステップと、
前記受信された第２の試験信号及び前記受信された第１の位相勾配基準信号の前記デジタル化された値から、前記第１の時刻に依存しない第２の正規化された位相スペクトルを生成するステップと、
前記第１の正規化された位相スペクトル及び前記第２の正規化された位相スペクトルから前記ミキサの特性を求めるステップと、
を更に含む、請求項５に記載の方法。
前記第１の試験信号は、被試験デバイス（ＤＵＴ）に印加され、前記方法は、
前記ＤＵＴから第２の複数の成分周波数を含む第２の試験信号を受信するステップと、
前記第２の試験信号からの第２の時刻に開始するデジタル値の第２の数列を前記第２の試験信号から生成するステップと、
前記位相勾配基準周波数を含む第２の位相勾配基準信号からデジタル値の第２の基準数列を生成するステップと、
前記第２の時刻に依存しない前記第２の試験信号からの前記デジタル値の第２の数列から第２の正規化された試験位相スペクトルを生成するステップであって、前記第１の位相勾配基準信号及び前記第２の位相勾配基準信号は、時間同期している、生成するステップと、
を更に含む、請求項５に記載の方法。