JP2019208091A - フロントエンド回路、テストボード、テストシステム、コンピュータおよびプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】広帯域ＲＦ信号を測定可能なテストシステムを提供する。【解決手段】フロントエンド回路２００は、ＲＦデバイス１０２からのＲＦ信号の試験に使用される。ＲＦ信号は、キャリア周波数ｆＣを有するキャリア信号を広帯域ベースバンド信号により変調して生成される。周波数可変オシレータ２０２は、可変のローカル周波数ｆＬＯ１を有するローカル信号ＬＯ１を生成する。第１周波数ミキサ２０４は、ローカル信号ＬＯ１とＲＦ信号を周波数ミキシングし、周波数ｆＣ−ｆＬＯ１を有するＩＦ信号を生成する。バンドパス型の第１フィルタ２０６は、ＩＦ信号を濾過する。ローカル周波数ｆＬＯ１は、第１フィルタ２０６のバンド幅ＢＷと等しいか、またはそれより狭い周波数間隔Δｆを有する複数の周波数ｆ０，ｆ１，…から選択可能である。【選択図】図２

Description

本発明は、ＲＦ（高周波）デバイスの解析、評価に関する。

無線通信の大容量化にともない、ベースバンド信号およびＲＦ信号の広帯域化が進んでいる。第５世代移動通信システムや、次世代の無線ＬＡＮでは、ミリ波帯域のキャリア信号を利用して、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚに及ぶ広帯域のベースバンド信号が搬送される。

このような高速通信には、ＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）が用いられる場合が多い。ＯＦＤＭは、データをサブキャリアと呼ばれる複数の搬送波に分割し、周波数方向に並列に送信するマルチキャリア変調方式の一種である。

ＯＦＤＭでは、サブキャリアの周波数が、直交性（Orthogonal、すなわち内積が零）を満たすように選択される。これにより、隣接するサブキャリア同士が周波数領域で重なっていても、それらを分離することが可能となるため、ガードバンドが不要であり、周波数利用効率が高いという利点を有する。

図１（ａ）、（ｂ）は、ＯＦＤＭの変調器（送信機）および復調器（受信機）のブロック図である。図１（ａ）を参照し、変調器１０について説明する。ここでは、Ｎ個のサブキャリアｆ_０〜ｆ_Ｎ−１を用いるものとする。

送信すべきシリアルデータｓ［０］は、Ｓ／Ｐ変換器１２によりパラレルデータに変換され、サブキャリアごとのシンボルデータｓｙｍ_０〜ｓｙｍ_Ｎ−１に分割される。複数の変調器ＭＯＤ_０〜ＭＯＤ_Ｎ−１のそれぞれは、入力されたシンボルデータｓｙｍを、ＱＡＭ（Quadrature Amplitude Modulation）やＰＳＫ（Phase Shif Keying）を用いて、複素平面上にマッピングする。マッピングにより得られた複素データＸ_０〜Ｘ_Ｎ−１は、逆離散フーリエ変換器１４に入力され、時間軸上の波形データに変換される。ＩＦＦＴ（逆高速フーリエ変換）によって得られるデジタルの波形データの実部Ｒｅ、虚部Ｉｍはそれぞれ、Ｄ／Ａコンバータ１６，１８によってアナログの同相信号Ｉ（ｔ）および直交信号Ｑ（ｔ）に変換される。アナログの直交変調器１９は、Ｄ／Ａコンバータ１６，１８の出力Ｉ（ｔ），Ｑ（ｔ）を変調信号として、キャリア周波数ｆ_Ｃを有するキャリア信号を変調し、それらを合成してＲＦ送信信号ｓ（ｔ）を生成する。なお、この説明において、ガードインターバルの挿入や除去などは省略している。

図１（ｂ）を参照し、復調器２０について説明する。受信したキャリア周波数ｆ_Ｃの受信信号ｒ（ｔ）は、アナログの直交復調器２２によって同相信号Ｉ（ｔ）および直交信号Ｑ（ｔ）にダウンコンバージョンされる。Ａ／Ｄコンバータ２８，３０は、アンチエイリアシングフィルタ２４，２６を経た信号Ｉ（ｔ），Ｑ（ｔ）をデジタルの波形データＤｉ（ｔ），Ｄｑ（ｔ）に変換する。

離散フーリエ変換器３２は、波形データＤｉ（ｔ）、Ｄｑ（ｔ）の１シンボル分の長さのデータを、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）によって周波数領域の複素データ（スペクトルデータ）Ｙ_０〜Ｙ_Ｎ−１に変換する。複素データＹ_＃は、図１（ａ）の変調器１０における周波数ｆ_＃のサブキャリアの複素データＸ_＃に対応する。複数の復調器ＤＥＭＯＤ_０〜ＤＥＭＯＤ_Ｎ−１は、対応するサブキャリアの複素データＹ_０〜Ｙ_Ｎ−１を、シンボルデータｓｙｍ_０〜ｓｙｍ_Ｎ−１に逆マッピングする。パラレルシリアル変換器３４は、複数のシンボルデータｓｙｍ_０〜ｓｙｍ_Ｎ−１をシリアルデータｓ［ｎ］に変換する。

特開２００４−３２４４６号公報 特開２０１２−１７５１７２号公報

図１（ａ）の変調器１０を含むＲＦデバイスを試験するために、ＲＦ信号解析器が使用される。ＲＦ信号解析器は、ＲＦデバイスが生成するＲＦ信号を評価するものであり、ＶＳＡ（Vector Signal Analyzer）とも称される。

たとえば次世代（５Ｇ）の移動通信システムでは、キャリア周波数２８ＧＨｚ、ベースバンド帯域幅８００ＭＨｚの採用が予定されており、次世代の無線ＬＡＮ（IEEE802.11ad（WiGig））では、キャリア周波数６０ＧＨｚ、ベースバンド帯域幅２ＧＨｚの採用が予定されている。

ＲＦ信号解析器を、図１（ｂ）の復調器２０のアーキテクチャにもとづいて設計する場合、Ａ／Ｄコンバータ２８，３０に、数百ＭＨｚ〜数ＧＨｚの帯域が要求されることとなるが、広帯域のＡ／Ｄコンバータは一般に分解能が低い。

ＲＦデバイスに搭載される復調器２０の場合、Ａ／Ｄコンバータ２８，３０は、受信した信号を復調できるだけの、つまりシンボルを正しく判定できるだけの分解能があれば足りる。ＲＦ信号解析器においても、シンボルを判定し、ビットエラーレートを測定する程度であれば、ＲＦデバイスと同程度の精度で足りる。ところが、ＲＦ信号解析器によってＥＶＭ（Error Vector Magnitude）などを測定する場合、Ａ／Ｄコンバータには十分に高い精度が要求される。広帯域かつ高精度なＡ／Ｄコンバータは、選択肢が少ない上に非常に高価であることから、テストコストが高くなるという問題がある。なおこのような問題は、ＯＦＤＭ方式に限らず、その他の通信方式に準拠したＲＦデバイスの試験においても生じうる。

本発明はかかる状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、広帯域ＲＦ信号を測定可能なテストシステムの提供にある。

本発明のある態様は、被試験デバイスからのＲＦ信号の試験に使用されるフロントエンド回路に関する。ＲＦ信号は、キャリア周波数ｆ_Ｃを有するキャリア信号を広帯域ベースバンド信号で変調して生成される。フロントエンド回路は、可変のローカル周波数ｆ_ＬＯ１を有するローカル信号を生成する周波数可変オシレータと、ローカル信号とＲＦ信号を周波数ミキシングし、周波数ｆ_Ｃ−ｆ_ＬＯ１を有する中間周波数信号を生成する第１周波数ミキサと、中間周波数信号を濾過するバンドパス型の第１フィルタと、を備える。フロントエンド回路は、第１フィルタを通過した中間周波数信号にもとづくベースバンド信号をデジタイザに供給可能に構成される。ローカル周波数ｆ_ＬＯ１は、第１フィルタのバンド幅ＢＷと等しいか、またはそれより狭い周波数間隔Δｆを有する複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，ｆ_２，…から選択可能である。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本発明の構成要素や表現を、方法、装置などの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明のある態様によれば、広帯域ＲＦ信号の測定が可能となる。

図１（ａ）、（ｂ）は、ＯＦＤＭの変調器および復調器のブロック図である。 実施の形態に係るテストシステムの基本アーキテクチャを示すブロック図である。 図２のテストシステムのフロントエンド回路およびデジタイザの動作を説明する図である。 プロセッサの動作を示すフローチャートである。 周波数領域における複数のスペクトルデータの合成を説明する図である。 第２実施例における帯域補正処理を説明する図である。 スペクトルデータＤＦｓの帯域補正を説明する図である。 プロセッサの第２実施例の処理を説明するフローチャートである。 テストシステムの一態様を示すブロック図である。 第１変形例に係るテストシステムのブロック図である。

（実施の形態の概要）
本明細書に開示される一実施の形態は、被試験デバイスからのＲＦ信号の試験に使用されるフロントエンド回路に関する。ＲＦ信号は、キャリア周波数ｆ_Ｃを有するキャリア信号を広帯域ベースバンド信号で変調して生成される。その限りでないがＲＦ信号はＯＦＤＭ信号でありえる。フロントエンド回路は、可変のローカル周波数ｆ_ＬＯ１を有するローカル信号を生成する周波数可変オシレータと、ローカル信号とＲＦ信号を周波数ミキシングし、周波数ｆ_Ｃ−ｆ_ＬＯ１を有する中間周波数信号を生成する第１周波数ミキサと、中間周波数信号を濾過するバンドパス型の第１フィルタを備える。フロントエンド回路は、第１フィルタを通過した中間周波数信号にもとづくベースバンド信号をデジタイザに供給可能に構成される。ローカル周波数ｆ_ＬＯ１は、第１フィルタのバンド幅ＢＷと等しいか、またはそれより狭い周波数間隔Δｆを有する複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，ｆ_２，…から選択可能である。

ローカル周波数ｆ_ＬＯ１を複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，ｆ_２…と時分割で変化させると、中間周波数信号の中心周波数ｆ_ＩＦは、ｆ_Ｃ−ｆ_０，ｆ_Ｃ−ｆ_１，ｆ_Ｃ−ｆ_２…と変化する。この中間周波数信号を、所定のバンド幅ＢＷを有するバンドパスフィルタを通過させると、もとの広帯域ベースバンド信号を、バンド幅ＢＷを単位とする周波数チャンネル（サブバンド）ごとに切り出すことができる。したがってデジタイザに入力される信号の周波数帯域を狭めることができ、狭帯域で高精度なデジタイザを用いることが可能となる。

ローカル周波数ｆ_ＬＯ１のスキャン間隔Δｆは、第１フィルタのバンド幅ＢＷより狭くてもよい。広帯域ベースバンド信号は複数のサブキャリアを含んでもよい。ｆ_ＬＯ１＝ｆ_ｋ（ｋ＝０，１，２，…）のときの第１フィルタの出力と、ｆ_ＬＯ１＝ｆ_ｋ＋１のときの第１フィルタの出力には、複数のサブキャリアのうち少なくともひとつが共通して含まれてもよい。これにより同じサブキャリアについて得られた情報にもとづいて、帯域補正が可能となる。

フロントエンド回路は、中間周波数信号をダウンコンバージョンする第２周波数ミキサと、第２周波数ミキサの出力を濾過する第２フィルタと、をさらに備えてもよい。ベースバンド信号は第２フィルタの出力に応じていてもよい。

フロントエンド回路は、デジタイザおよびコンピュータとともにテストシステムを提供してもよい。デジタイザは、フロントエンド回路の出力を、デジタルの波形データに変換する。コンピュータは、デジタイザにより得られる波形データを処理する。

コンピュータは、以下の処理を行ってもよい。
・ローカル周波数ｆ_ＬＯ１の複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，ｆ_２…ごとにデジタイザが生成する波形データＤＷ_０，ＤＷ_１，ＤＷ_２…を、周波数領域のスペクトルデータＤＦ_０，ＤＦ_１，ＤＦ_２…に変換する。
・スペクトルデータＤＦ_０，ＤＦ_１，ＤＦ_２…を周波数軸上でシフトし、合成する。

コンピュータは、ｋ番目（ｋ＝０，１，２，…）のスペクトルデータＤＦ_ｋと、ｋ＋１番目のスペクトルデータＤＦ_ｋ＋１に含まれる共通のサブキャリアのデータにもとづいて、スペクトルデータＤＦを補正してもよい。これにより、周波数ミキサ、フィルタ、伝送路などの周波数特性を補正することができる。

上述のフロントエンド回路は、テストボードに実装することができる。このテストボードを、既存の低速かつ高精度なデジタイザと組み合わせて使用することで、広帯域ＲＦ信号を安価かつ高精度に試験できる。

（実施の形態）
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２は、実施の形態に係るテストシステム１００の基本アーキテクチャを示すブロック図である。テストシステム１００は、被試験デバイスであるＲＦデバイス１０２が生成する高周波（ＲＦ）信号を評価、解析する。ＲＦ信号は、キャリア周波数ｆ_Ｃを有するキャリア信号を広帯域ベースバンド信号Ｓｂ（ｔ）で変調して生成される。その限りでないがベースバンド信号の帯域が１ＧＨｚを超えるような通信方式において本発明は特に有用である。またその限りでないが、キャリア周波数ｆ_Ｃが数十ＧＨｚであるミリ波帯域において本発明は特に有用である。

このテストシステム１００では、ＲＦ信号は周波数領域でみたときに、複数Ｎ個のサブバンドＦＣＨ_０〜ＦＣＨ_Ｎ−１に分割される。そして複数のサブバンドＦＣＨ_０〜ＦＣＨ_Ｎ−１を個別に時分割で取り込む。

テストシステム１００は、デジタイザ１１０、デジタルモジュール１２０、プロセッサ１３０およびフロントエンド回路２００を備える。

デジタルモジュール１２０は、ＲＦデバイス１０２と接続され、ＲＦデバイス１０２が生成するＲＦ信号を制御する。

デジタイザ１１０は、アナログの入力信号をデジタル信号に変換する。デジタイザ１１０は、たとえばアンプ１１２とＡ／Ｄコンバータ１１４を含む。フロントエンド回路２００は、デジタイザ１１０とＲＦデバイス１０２の間に設けられ、テストシステム１００におけるＲＦデバイス１０２とのインタフェースの役割を果たす。

プロセッサ１３０は、コンピュータの一部であり、ソフトウェアプログラムを実行することにより、デジタイザ１１０が生成するデジタルの波形データを処理する。なおプロセッサ１３０の処理の一部は、ソフトウェアでなくハードウェア処理で行ってもよい。

フロントエンド回路２００は、周波数可変オシレータ２０２、第１周波数ミキサ２０４、第１フィルタ２０６、周波数変換部２１０を備える。

周波数可変オシレータ２０２は、可変のローカル周波数ｆ_ＬＯ１（＜ｆ_Ｃ）を有する第１のローカル（ＬＯ１）信号を生成する。第１周波数ミキサ２０４は、ＬＯ１信号とＲＦ信号を周波数ミキシングし、周波数ｆ_Ｃ−ｆ_ＬＯ１を有する中間周波数（ＩＦ）信号を生成する。

第１フィルタ２０６はＩＦ信号を受け、ＩＦ信号に含まれる所定の周波数範囲の成分を通過させるバンドパスフィルタである。第１フィルタ２０６のバンド幅ＢＷは、サブバンドＦＣＨの帯域幅を規定する。第１フィルタ２０６の中心周波数をｆ_ＢＰとするとき、第１フィルタ２０６の出力ＩＦ’はその入力ＩＦのうち、周波数範囲ｆ_ＢＰ−ＢＷ／２〜ｆ_ＢＰ＋ＢＷ／２の成分を含む。また後述するように、第１フィルタ２０６のバンド幅ＢＷは、デジタイザ１１０に入力される信号のバンド幅を規定するから、バンド幅ＢＷは、デジタイザ１１０の帯域（すなわちＡ／Ｄコンバータ１１４のサンプリングレートｆ_ｓ）にもとづいて設計される。より具体的にはサンプリング定理よりＢＷ×２＜ｆ_ｓが成り立たなければならず、したがってＢＷ＜ｆ_ｓ／２となるように設計すればよい。たとえば、５００ＭｓｐｓのＡ／Ｄコンバータ１１４を採用する場合、バンド幅ＢＷは２５０ＭＨｚより狭くすればよく、たとえば２００ＭＨｚとしてもよい。

周波数変換部２１０は、第１フィルタ２０６を通過したＩＦ’信号を受け、後段のデジタイザ１１０が処理するのに最適な周波数を有する狭帯域のベースバンド信号Ｓｂ＾に変換する。狭帯域ベースバンド信号Ｓｂ＾は、ＲＦ信号の生成に使用されたベースバンド信号Ｓｂ（ｔ）の中のひとつのサブバンドの周波数成分を含む。

周波数変換部２１０は、オシレータ２１２、第２周波数ミキサ２１４、第２フィルタ２１６を含む。第２周波数ミキサ２１４は、第１フィルタ２０６を通過したＩＦ’信号を、オシレータ２１２が生成する第２のローカル（ＬＯ２）信号と周波数ミキシングし、さらに低い周波数領域にダウンコンバージョンする。ローカル信号ＬＯ２の周波数ｆ_ＬＯ２は、第２周波数ミキサ２１４の出力Ｓｂ＾が、負の周波数成分を含まないように定められる。より具体的には、ｆ_ＢＰ−ＢＷ／２−ｆ_ＬＯ２＞０の関係が成り立てばよく、ｆ_ＢＰ−ＢＷ／２＞ｆ_ＬＯ２を満たす。

第２フィルタ２１６は、アンチエイリアシングフィルタであり、第２周波数ミキサ２１４の出力であるベースバンド信号Ｓｂ＾の高周波成分を除去し、デジタイザ１１０に提供する。第２フィルタ２１６は、ローパスフィルタとして設計してもよいし、バンドパスフィルタとして設計してもよい。

周波数可変オシレータ２０２において、ローカル周波数ｆ_ＬＯ１は、複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，…から選択可能である。複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，…の間隔Δｆは、第１フィルタ２０６のバンド幅ＢＷと等しいか、またはそれより狭く規定される。

以上がテストシステム１００の構成である。続いてその動作について、いくつかの実施例をもとに説明する。

（第１実施例）
図３は、図２のテストシステム１００のフロントエンド回路２００およびデジタイザ１１０の動作を説明する図である。縦軸は周波数を、横軸は時間を表す。ＲＦデバイス１０２は、テストサイクルｋ（ｋ＝０，１…Ｎ−１）ごとに、ＲＦ信号を繰り返し発生する。各ＲＦ信号は、同じシリアル信号にもとづく同じ信号であることが望ましいが、その限りでなく、異なるシリアル信号を用いてもよい。この例において、キャリア周波数ｆ_Ｃ＝６０ＧＨｚ、ベースバンド信号のバンド幅Δｆ_ＢＢは２ＧＨｚとする。また第１フィルタ２０６の通過帯域のセンター周波数ｆ_ＢＰは特に限定されないが、フィルタの入手のしやすさを考慮すると、２ＧＨｚ帯あるいは５ＧＨｚ帯のフィルタを採用するとよい。たとえば、ｆ_ＢＰ＝２．１４ＧＨｚ、通過バンド幅ＢＷ＝２００ＭＨｚのフィルタを用いることができる。この場合、ＲＦ信号は、２ＧＨｚ／２００ＭＨｚ＝１０個のサブバンドＦＣＨ_０〜ＦＣＨ_９に分割される。

周波数可変オシレータ２０２はテストサイクル毎にΔｆの間隔で、ローカル信号ＬＯ１の周波数ｆ_ＬＯ１をシフトしていく。具体的には、ｋ番目（ｋ＝０，１，２，…８，９）のテストサイクルにおけるローカル周波数ｆ_ｋは、ｋ番目のサブバンドＦＣＨ_ｋが第１フィルタ２０６を通過するように定められる。この実施例においてシフト量Δｆは、バンド幅ＢＷと等しく２００ＭＨｚである。

オシレータ２１２が生成するＬＯ２信号の周波数は、第１フィルタ２０６の通過周波数ｆ_ＢＰと等しくてもよい。これにより第２周波数ミキサ２１４は、第１フィルタ２０６の出力ＩＦ’を、ＤＣ近傍の周波数領域のベースバンド信号Ｓｂ＾にダウンコンバートする。ｋ番目のテストサイクルにおいて得られるベースバンド信号Ｓｂ_ｋ＾は、ｋ番目のサブバンドＦＣＨ_ｋに対応する。

各テストサイクルｋにおいて、第２フィルタ２１６を通過した狭帯域ベースバンド信号Ｓｂ_ｋ＾は、デジタルの波形データＤＷに変換される。１０回のテストサイクルが完了すると、すべてのサブバンドＦＣＨ_０〜ＦＣＨ_９に対応する波形データＤＷ_０〜ＤＷ_９がデジタイザ１１０により取得される。

以上がフロントエンド回路２００およびデジタイザ１１０の動作である。このフロントエンド回路２００によれば、広帯域ベースバンド信号により変調されたＲＦ信号を、複数のサブバンドに分割し、サブバンドごとにデジタイザ１１０によって取り込むこととした。これによりＡ／Ｄコンバータ１１４に必要な帯域を狭めることができ、安価で高精度なＡ／Ｄコンバータを採用することが可能となる。

またこのフロントエンド回路２００では、第１周波数ミキサ２０４のみ、２ＧＨｚの帯域幅で動作するように設計すればよく、それより後段の回路ブロック（第１フィルタ２０６、第２周波数ミキサ２１４、第２フィルタ２１６）が扱う帯域幅は狭くてよいため、設計が容易である。

加えて、周波数変換部２１０が扱う信号は帯域幅が狭いことに加えて、センター周波数が一定（ｆ_ＢＰ）である。したがって周波数変換部２１０の設計はその点においても容易であり、大きなメリットである。

続いてテストシステム１００のプロセッサ１３０の動作を説明する。

図４は、プロセッサ１３０の動作を示すフローチャートである。プロセッサ１３０は、ローカル周波数ｆ_ＬＯ１の複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，ｆ_２，…ごとにデジタイザ１１０が生成する波形データＤＷ_０，ＤＷ_１，ＤＷ_２…を、周波数領域のスペクトルデータＤＦ_０，ＤＦ_１，ＤＦ_２…に変換する（Ｓ１００）。この変換には、ＦＦＴ（高速フーリエ変換）のアルゴリズムを用いることができる。

そしてプロセッサ１３０は、スペクトルデータＤＦ_０，ＤＦ_１，ＤＦ_２…を周波数軸上でシフトし、シフト後のスペクトルデータＤＦｓ_０，ＤＦｓ_１，ＤＦｓ_２…を周波数領域で合成し、もとの広帯域ベースバンド信号のスペクトル（周波数情報）を再構成する（Ｓ１０２）。ここでの合成は、配列の結合と把握される。

図５は、周波数領域におけるスペクトルデータの合成を説明する図である。ｉ番目（ｉ＝０，１，２…）のスペクトルデータＤＦ_ｉの周波数軸上のシフト量は、
Δｆ×ｉ＋ｃｏｎｓｔ
で表される。ｃｏｎｓｔは、もとのベースバンド信号Ｓｂ（ｔ）のスペクトルのセンター周波数が、０Ｈｚとなるように決めてもよい。

この処理によれば、もとのベースバンド信号Ｓｂ（ｔ）のスペクトルを取得することができる。また、ベースバンド信号のスペクトルを逆離散フーリエ変換（ＩＤＦＴ）すれば、ベースバンド信号の波形を再生できる。

（第２実施例）
第１実施例では、ローカル周波数ｆ_ＬＯ１の間隔Δｆを、第１フィルタ２０６のバンド幅ＢＷと等しいものとした。これに対して第２実施例では、ローカル周波数ｆ_ＬＯ１のスキャンの間隔Δｆは、第１フィルタ２０６のバンド幅ＢＷより狭い。すなわち、ｋ番目のテストサイクルとｋ＋１番目のテストサイクルにおいて、もとのベースバンド信号のスペクトルの一部が重複して取り込まれる。本明細書において、この重複する帯域（オーバーラップ帯域ＯＢという）は、チャンネル間キャリブレーションに使用される。

広帯域ベースバンド信号は複数のサブキャリアＳｃを含んでおり、各サブバンドＦＣＨにも複数（Ｘ本）のサブキャリアＳｃが含まれる。ｆ_ＬＯ１＝ｆ_ｋ（ｋ＝０，１，２，…）のときの第１フィルタ２０６の出力ＩＦ_ｋ’と、ｆ_ＬＯ１＝ｆ_ｋ＋１のときの第１フィルタ２０６の出力ＩＦ_ｋ＋１’には、Ｘ本のサブキャリアＳｃのうち少なくともひとつが共通して含まれ、したがってスペクトルデータＤＦ_ｋ、ＤＦ_ｋ＋１（あるいはＤＦｓ_ｋ、ＤＦｓ_ｋ＋１）にも、共通のサブキャリアＳｃの情報が含まれる。

同じサブキャリアＳｃについて測定されたスペクトルデータは、本来一致すべきである。そこでプロセッサ１３０は、隣接する２つのスペクトルデータＤＦｓ_ｋ，ＤＦｓ_ｋ＋１（ｋ＝０，１，２…）それぞれのオーバーラップ帯域に含まれる共通のサブキャリアの値を用いて、スペクトルデータＤＦｓ_ｋ，ＤＦｓ_ｋ＋１の少なくとも一方を補正する（帯域補正処理という）。

図６は、第２実施例における帯域補正処理を説明する図である。図６には、周波数領域で隣接する３つのスペクトルデータＤＦｓ_ｋ−１，ＤＦｓ_ｋ，ＤＦｓ_ｋ＋１が示される。

スペクトルデータＤＦｓ_＃に、Ｘ本のサブキャリアＳｃ_０〜Ｓｃ_Ｘ−１が含まれるとき、スペクトルデータはサブキャリアＳｃの番号をインデックスとする配列データとなり、ＤＦ_＃’［０：Ｘ−１］と表すことができる。

ｋ番目のスペクトルデータＤＦｓ_ｋが帯域補正の対象である。ＤＦｓ’_ｋ−１は、すでに帯域補正済みのスペクトルデータを表す。ＤＦｓ’_ｋ−１のうち、右端のＹ個の要素ＤＦｓ_ｋ−１［Ｘ−Ｙ：Ｘ−１］を、ＣＡＬ＿ＤＡＴＡ_ｋ−１［０：Ｙ−１］とする。Ｙは、オーバーラップ帯域に含まれるサブキャリアの本数であり、図６ではＹ＝４である。またＤＦｓ_ｋのうち、左端のＹ個の要素ＤＦｓ_ｋ［０：Ｙ−１］を、ＣＯＭＰ＿ＤＡＴＡ_ｋ［０：Ｙ−１］とする。

２つの配列ＣＡＬ＿ＤＡＴＡ_ｋ−１［０：Ｙ−１］、ＣＯＭＰ＿ＤＡＴＡ_ｋ［０：Ｙ−１］を用いて、補正係数配列ＣＯＥＦＦ［０：Ｙ−１］が生成される。補正係数配列ＣＯＥＦＦ［０：Ｙ−１］の要素ＣＯＥＦＦ［ｊ］は式（１）で表される。
ＣＯＥＦＦ［ｊ］＝ＣＡＬ＿ＤＡＴＡ［ｊ］／ＣＯＭＰ＿ＤＡＴＡ［ｊ］ …（１）

スペクトルデータＤＦｓ_ｋは、この補正係数配列にもとづいて補正される。補正後のスペクトルデータをＤＦｓ_ｋ’と表記する。ＤＦｓ_ｋ’の右端のＹ個の要素ＤＦｓ_ｋ［Ｘ−Ｙ：Ｘ−１］は、ＣＡＬ＿ＤＡＴＡ_ｋ［０：Ｙ−１］となり、さらに次のスペクトルデータＤＦｓ_ｋ＋１の帯域補正に利用される。

図７は、スペクトルデータＤＦｓ_ｋの帯域補正を説明する図である。離散フーリエ変換で得られるスペクトルデータＤＦｓ_ｋは複素数であり、振幅情報と位相情報（あるいは実部と虚部）を含む。｜ＤＦ_ｋ’｜はＤＦ_ｋ’の振幅を、∠ＤＦ_ｋ’はＤＦ_ｋ’の位相を表す。振幅の補正量ΔＡは、重複するサブキャリアの振幅の差分から算出することができ、具体的には補正係数配列の絶対値｜ＣＯＥＦＦ［ｊ］｜から計算できる。

たとえば、Ｙ本のサブキャリアについて｜ＣＯＥＦＦ［ｊ］｜の平均値を算出し、補正係数Ｇとする。この補正係数Ｇを｜ＤＦｓ｜に乗算すれば、｜ＤＦｓ’｜を得ることができる。

同様に、位相の補正量Δφは、重複するサブキャリアの位相の差分から算出することができ、具体的には補正係数配列の偏角∠ＣＯＥＦＦ［ｊ］から計算できる。位相についても同様に、Ｙ本のサブキャリアについて∠ＣＯＥＦＦ［ｊ］の平均値を算出し、補正量Δφとする。
∠ＤＦｓ’＝∠ＤＦｓ＋Δφ …（２）
とすることができる。

なお位相については、Ｘ本のサブキャリアすべてに同じ補正量Δφを適用すると、正しい補正ができない場合がある。この場合には、∠ＣＯＥＦＦ［０：Ｙ−１］を外挿補間し、Δφ［０：Ｘ−１］を計算してもよい。この補間には、最小自乗法（ＬＳＭ：Least Square Method）などを用いることができる。
∠ＤＦｓ［ｊ］’＝∠ＤＦｓ［ｊ］＋Δφ［ｊ］ …（２’）

帯域補正は、式（３）で行うことができる。
ＤＦｓ’＝Ｇ・ｅｘｐ｛ｉ×Δφ［ｊ］｝×ＤＦｓ …（３）

図８は、プロセッサ１３０の第２実施例の処理を説明するフローチャートである。ここでは、Ｎ個のサブバンドに分割する場合を説明する。

テストサイクルｋが初期化される（ｋ＝０、Ｓ２００）。そしてローカル周波数ｆ_ＬＯ１がｆ_０にセットされ（Ｓ２０２）、ＲＦデバイス１０２が所定のベースバンド信号にもとづきＲＦ信号を再生する（Ｓ２０４）。その結果、０番目のサブバンドＦＣＨ_０のスペクトルデータＤＦｓ_０が取得される。（Ｓ２０６）。このサブバンドＦＣＨ_０については帯域補正は省略される。またスペクトルデータＤＦｓ_０のうち高周波側の要素がＣＡＬ＿ＤＡＴＡ_０として取得される（Ｓ２０８）。

続いてテストサイクルｋが１にセットされる（Ｓ２１０）。そして、ｋ＜Ｎを満たす間（Ｓ２１２のＹ）、ｋをインクリメントしながら（Ｓ２２８）、以下の処理を繰り返す。

そしてローカル周波数ｆ_ＬＯ１がｆ_ｋにセットされ（Ｓ２１４）、ＲＦデバイス１０２が所定のベースバンド信号にもとづきＲＦ信号を再生する（Ｓ２１６）。その結果、ｋ番目のサブバンドＦＣＨ_ｋのスペクトルデータＤＦｓ_ｋが取得される（Ｓ２１８）。またスペクトルデータＤＦｓ_ｋの低周波数側の要素が、ＣＯＭＰ＿ＤＡＴＡ_ｋとして取得される（Ｓ２２０）。

前のテストサイクルｋ−１で得られたＣＡＬ＿ＤＡＴＡ_ｋ−１と、現在のテストサイクルｋで得られたＣＯＭＰ＿ＤＡＴＡ_ｋにもとづいて、ＤＦｓ_ｋを帯域補正し（Ｓ２２２）、補正後のＤＦｓ_ｋ’を保存する（Ｓ２２４）。またＤＦｓ_ｋ’のうち、高周波側の要素が新たなＣＡＬ＿ＤＡＴＡ_ｋとして保存される（Ｓ２２６）。

ｋ＝Ｎとなると（Ｓ２１２のＮ）、終了する。この処理により、すべての周波数帯域を補正することができる。

（第３実施例）
図２のテストシステム１００において、フィルタ２０６，２１６はもちろんのこと、第１周波数ミキサ２０４や第２周波数ミキサ２１４、あるいは伝送線路も周波数特性を有する。そこで、測定に先立ち、予めテストシステム１００のサブバンドＦＣＨ_０〜ＦＣＨ_Ｎ−１ごとの伝達関数Ｈ_０（ｆ）〜Ｈ_Ｎ−１（ｆ）を取得しておくとよい。伝達関数Ｈ_０（ｆ）〜Ｈ_Ｎ−１（ｆ）は、ネットワークアナライザによって、フロントエンド回路２００の入力端から出力端までのＳパラメータ（Ｓ_２１）を測定して得ることができる。あるいはシミュレーションによって伝達関数を見積もってもよい。

そしてスペクトルデータＤＦ_ｋ（もしくはＤＦｓ_ｋ）を、対応する伝達関数Ｈ_ｋ（ｆ）を用いて補正する。たとえば、スペクトルデータＤＦ_ｋにＨ_ｋ（ｆ）の逆数１／Ｈ_ｋ（ｆ）を乗算することで、適切に補正することができる。

これにより、テストシステム１００のサブバンドごとの伝送特性の違いをキャンセルすることができる。

続いて、テストシステム１００の具体的な態様を説明する。図９は、テストシステム１００の一態様（１００Ａ）を示すブロック図である。測定器１７０は、ユーザがもともと所有する既存のハードウェア資源であり、デジタイザ１１０および任意波形発生器１５０を含む。

この測定器１７０に、ミリ波ＢＯＳＴ（build-off self-test）ユニット１６０を追加することで、デジタイザ１１０の帯域を超える広帯域ＲＦ信号の評価が可能となる。ミリ波ＢＯＳＴユニット１６０は、ＲＦデバイス１０２が装着されるテストボード１４０に実装される。ミリ波ＢＯＳＴユニット１６０は、上述した受信側のフロントエンド回路２００に加えて、送信側のフロントエンド回路２５０を備える。フロントエンド回路２５０は、任意波形発生器１５０が生成するベースバンド信号を用いて高周波キャリアを変調し、送信ＲＦ信号を生成する。

このテストシステム１００Ａによれば、デジタイザ１１０、デジタルモジュール１２０、プロセッサ１３０を含む既存のテストシステムに、テストボード１４０を追加することで、広帯域ＲＦ信号の評価が可能となる。

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。

（第１変形例）
図１０は、第１変形例に係るテストシステム１００Ｂのブロック図である。フロントエンド回路２００Ｂは、９０°移相器２２０を含み、ローカル信号ＬＯ１を９０°シフトする。第１周波数ミキサ２０４Ｑは、ＲＦ信号と移相器２２０の出力をミキシングし、ＲＦ信号のＱ成分を抽出する。第１フィルタ２０６＃（＃＝Ｉ，Ｑ）には、対応する第１周波数ミキサ２０４＃の出力が入力される。周波数変換部２１０＃は、対応する第１フィルタ２０６＃の出力を受け、その出力Ｓ_＃＾をデジタイザ１１０＃に供給する。

これにより、複素数の形式でベースバンド信号Ｓ_Ｉ＾，Ｓ_Ｑ＾を処理することが可能となる。複素数で信号処理することの利点のひとつは、負の周波数を取り扱うことが可能となることであり、ローカル信号ＬＯ２の周波数ｆ_ＬＯ２は、第２周波数ミキサ２１４の出力Ｓ_Ｉ＾，Ｓ_Ｑ＾が、負の周波数成分を含むように決めることができる。たとえばｆ_ＢＰ＝ｆ_ＬＯ２とした場合、ベースバンド信号Ｓ_Ｉ＾，Ｓ_Ｑ＾は、０Ｈｚ（ＤＣ）を中心としたスペクトルを有する。Ａ／Ｄコンバータ１１４のサンプリングレートが５００Ｍｓｐｓである場合、１つのサブバンドの帯域幅を２５０ＭＨｚまで広げることができる。

（第２変形例）
周波数変換部２１０を省略し、ローカル信号ＬＯ１の周波数ｆ_ＬＯ１を高めることで、第１周波数ミキサ２０４により直接、ＤＣ付近の周波数領域のベースバンド信号Ｓｂ＾を生成してもよい。

（第３変形例）
実施の形態では、ローカル信号ＬＯ１の周波数ｆ_ＬＯ１をテストサイクルごとに増大させたがその限りでなく、ローカル信号ＬＯ１の周波数をテストサイクルごとに減少させてもよいし、ランダムな順序で変化させてもよい。

（第４変形例）
実施の形態では、複数のサブバンドを周波数領域で合成し、ベースバンド信号Ｓｂ（ｔ）のスペクトルを測定する例を説明したがその限りでない。たとえばテストシステム１００によれば、ＲＦ信号に含まれるシンボルの復調や、ＥＶＭの測定も可能である。

ＲＦ信号がＯＦＤＭ信号である場合を考える。図２のテストシステム１００においては、プロセッサ１３０によってサブバンドごとの波形データＤＷそれぞれを、時間軸上でシンボルごとに切り出す。そして周波数領域のスペクトルデータＤＦに変換し、図５に示すように周波数領域で合成する。ただし、合成後の広帯域ベースバンド信号のセンター周波数は、ＤＣではなく、ＩＦ周波数ｆ_ＩＦとする。

デジタル信号処理により、合成後の広帯域ベースバンド信号に対して、ｃｏｓ（２πｆ_ＩＦ）、−ｓｉｎ（２πｆ_ＩＦ）それぞれを乗算し、直交復調を施す。この演算は、周波数領域で行ってもよいし、時間領域で行ってもよい。そして得られた２つの信号を実部、虚部として離散フーリエ変換することにより、もとのＯＦＤＭシンボルを復調できる。
また、離散フーリエ変換で得られた信号情報（すなわち振幅、位相）と、それらの期待値にもとづいてＥＶＭを計算できる。

図１０の構成ではアナログ信号処理によって直交復調が行われるため、プロセッサ１３０は、デジタイザ１１０Ｉ，１１０Ｑにより得られる波形データをシンボルごとに区切り、得られた波形データを実部、虚部として離散フーリエ変換することにより、もとのＯＦＤＭシンボルを復調できる。また、離散フーリエ変換で得られた信号情報（振幅、位相）と、それらの期待値にもとづいてＥＶＭを計算できる。

なおＯＦＤＭでは、サブキャリアごとにシンボルが割り当てられるが、復調には遅延補正のためのＰＩＬＯＴサブキャリアが必要であり、ＰＩＬＯＴサブキャリアは他のサブバンドに含まれる場合があるため、すべてのサブバンドを周波数領域で合成した上で、復調することが好ましい。ただし、ＬＳＩテストにおいて、シンボルごとの遅延ゆらぎが無視できる場合には、ＰＩＬＯＴサブキャリアは不要であるから、周波数領域でのスペクトルデータＤＦの合成を行わずに、サブバンドごとに独立して、復調を行うことも可能である。

本発明は、ＯＦＤＭには限定されず、広帯域のＲＦ信号の試験に広く適用できる。

実施の形態にもとづき本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。

１００ テストシステム
１０２ ＲＦデバイス
１１０ デジタイザ
１１２ アンプ
１１４ Ａ／Ｄコンバータ
１２０ デジタルモジュール
１３０ プロセッサ
１４０ テストボード
１５０ 任意波形発生器
１６０ ミリ波ＢＯＳＴユニット
１７０ 測定器
２００ フロントエンド回路
２０２ 周波数可変オシレータ
２０４ 第１周波数ミキサ
２０６ 第１フィルタ
２１０ 周波数変換部
２１２ オシレータ
２１４ 第２周波数ミキサ
２１６ 第２フィルタ

Claims (11)

1. 被試験デバイスからのＲＦ信号の試験に使用されるフロントエンド回路であって、
   前記ＲＦ信号は、キャリア周波数ｆ_Ｃを有するキャリア信号を広帯域ベースバンド信号により変調して生成されるものであり、
   前記フロントエンド回路は、
   可変のローカル周波数ｆ_ＬＯ１を有するローカル信号を生成する周波数可変オシレータと、
   前記ローカル信号と前記ＲＦ信号を周波数ミキシングし、周波数ｆ_Ｃ−ｆ_ＬＯ１を有する中間周波数信号を生成する第１周波数ミキサと、
   前記中間周波数信号を濾過するバンドパス型の第１フィルタと、
   を備え、
   前記中間周波数信号にもとづくベースバンド信号を、デジタイザに供給可能に構成され、
   前記ローカル周波数ｆ_ＬＯ１は、前記第１フィルタのバンド幅ＢＷと等しいか、またはそれより狭い周波数間隔Δｆを有する複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，…から選択可能であることを特徴とするフロントエンド回路。
2. 前記周波数間隔Δｆは、前記第１フィルタのバンド幅ＢＷより狭く、
   前記広帯域ベースバンド信号は複数のサブキャリアを含み、
   前記ローカル周波数ｆ_ＬＯ１がｆ_ｋ（ｋ＝０，１，２，…）のときの前記第１フィルタの出力と、ｆ_ＬＯ１がｆ_ｋ＋１のときの前記第１フィルタの出力には、前記複数のサブキャリアのうち少なくともひとつが共通して含まれることを特徴とする請求項１に記載のフロントエンド回路。
3. 前記第１フィルタを通過した前記中間周波数信号をダウンコンバージョンする第２周波数ミキサと、
   前記第２周波数ミキサの出力を濾過する第２フィルタと、
   をさらに備え、
   前記ベースバンド信号は前記第２フィルタの出力に応じていることを特徴とする請求項１または２に記載のフロントエンド回路。
4. 請求項１から３のいずれかに記載のフロントエンド回路と、
   前記フロントエンド回路の出力を、デジタルの波形データに変換するデジタイザと、
   前記波形データを処理するコンピュータと、
   を備えことを特徴とするテストシステム。
5. 前記コンピュータは、
   前記ローカル周波数ｆ_ＬＯ１の複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，…ごとに前記デジタイザが生成する波形データＤＷ_１，ＤＷ_２…を、周波数領域のスペクトルデータＤＦ_１，ＤＦ_２…に変換し、
   前記スペクトルデータＤＦ_１，ＤＦ_２…を周波数軸上でシフトし、合成することを特徴とする請求項４に記載のテストシステム。
6. 前記ローカル周波数ｆ_ＬＯ１の間隔Δｆは、前記第１フィルタのバンド幅ＢＷより狭く、
   前記広帯域ベースバンド信号は複数のサブキャリアを含み、
   前記コンピュータは、
   ｋ番目（ｋ＝０，１，２，…）のスペクトルデータＤＦ_ｋと、ｋ＋１番目のスペクトルデータＤＦ_ｋ＋１に含まれる共通のサブキャリアのデータにもとづいて、各スペクトルデータＤＦを補正することを特徴とする請求項５に記載のテストシステム。
7. 請求項１から３のいずれかに記載のフロントエンド回路を備えることを特徴とするテストボード。
8. 被試験デバイスからのＲＦ信号を試験するテストシステムに使用されるコンピュータであって、
   前記ＲＦ信号は、キャリア周波数ｆ_Ｃを有するキャリア信号を広帯域ベースバンド信号で変調して生成されるものであり、
   前記テストシステムは、
   可変のローカル周波数ｆ_ＬＯ１を有するローカル信号を生成する周波数可変オシレータと、
   前記ローカル信号と前記ＲＦ信号を周波数ミキシングし、周波数ｆ_Ｃ−ｆ_ＬＯ１を有する中間周波数信号を生成する第１周波数ミキサと、
   前記中間周波数信号を濾過するバンドパス型の第１フィルタと、
   前記第１フィルタを通過した前記中間周波数信号にもとづくベースバンド信号を、デジタルの波形データに変換するＡ／Ｄコンバータと、
   を備え、
   前記コンピュータは、
   前記ローカル周波数ｆ_ＬＯ１を、前記第１フィルタのバンド幅ＢＷと等しいか、またはそれより狭い周波数間隔Δｆを有する複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，…で離散的に切り替え、
   前記複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，…ごとに得られる波形データＤＷ_０，ＤＷ_１…を、周波数領域のスペクトルデータＤＦ_０，ＤＦ_１…に変換し、
   前記スペクトルデータＤＦ_０，ＤＦ_１…を周波数軸上でシフトし、シフト後のスペクトルデータＤＦｓ_０，ＤＦｓ_１…を合成することを特徴とするコンピュータ。
9. 前記周波数間隔Δｆは、前記第１フィルタのバンド幅ＢＷより狭く、
   前記広帯域ベースバンド信号は複数のサブキャリアを含み、
   前記コンピュータは、
   ｋ番目（ｋ＝０，１，２，…）のスペクトルデータＤＦ_ｋと、ｋ＋１番目のスペクトルデータＤＦ_ｋ＋１に含まれる共通のサブキャリアのデータにもとづいて、スペクトルデータＤＦを補正することを特徴とする請求項８に記載のコンピュータ。
10. 被試験デバイスからのＲＦ信号を試験するテストシステムに使用されるコンピュータにおいて実行されるプログラムであって、
    前記ＲＦ信号は、キャリア周波数ｆ_Ｃを有するキャリア信号を広帯域ベースバンド信号で変調して生成されるものであり、
    前記テストシステムは、
    可変のローカル周波数ｆ_ＬＯ１を有するローカル信号を生成する周波数可変オシレータと、
    前記ローカル信号と前記ＲＦ信号を周波数ミキシングし、周波数ｆ_Ｃ−ｆ_ＬＯ１を有する中間周波数信号を生成する第１周波数ミキサと、
    前記中間周波数信号を濾過するバンドパス型の第１フィルタと、
    前記第１フィルタを通過した前記中間周波数信号にもとづくベースバンド信号をデジタルの波形データに変換するＡ／Ｄコンバータと、
    を備え、
    前記プログラムは、前記コンピュータに、
    前記ローカル周波数ｆ_ＬＯ１を、前記第１フィルタのバンド幅ＢＷと等しいか、またはそれより狭い周波数間隔Δｆを有する複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，…にて離散的に切り替える処理、
    前記複数の周波数ｆ_０，ｆ_１，…ごとに得られる波形データＤＷ_０，ＤＷ_１…を、周波数領域のスペクトルデータＤＦ_０，ＤＦ_１…に変換する処理、
    前記スペクトルデータＤＦ_０，ＤＦ_１…を周波数軸上でシフトし、合成する処理
    を実行させることを特徴とするプログラム。
11. 前記周波数間隔Δｆは、前記第１フィルタのバンド幅ＢＷより狭く、
    前記広帯域ベースバンド信号は複数のサブキャリアを含み、
    前記プログラムは、前記コンピュータに、
    ｋ番目（ｋ＝０，１，２，…）のスペクトルデータＤＦ_ｋと、ｋ＋１番目のスペクトルデータＤＦ_ｋ＋１に含まれる共通のサブキャリアのデータにもとづいて、各スペクトルデータＤＦを補正する処理
    をさらに実行させることを特徴とする請求項１０に記載のプログラム。

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