JP2021118447A

JP2021118447A - 信号発生装置及び信号発生方法

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Publication number: JP2021118447A
Application number: JP2020010772A
Authority: JP
Inventors: 浩史小野; Hiroshi Ono; 研司後藤; Kenji Goto; 了猪股; Ryo Inomata; メイフォーダンキウ; Dangkiw Mayfor
Original assignee: Anritsu Corp
Current assignee: Anritsu Corp
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2040-01-27
Also published as: JP7174726B2

Abstract

【課題】アナログ信号のレベル調整を行うモジュールにおいて、アナログ信号の出力レベルが予め定められた上限値を超えることを防ぐ。【解決手段】試験用のアナログ信号をアナログＲＦ信号に変換するＲＦコンバータ２０を有する信号発生装置であって、ＲＦコンバータは、試験用のアナログ信号を増幅するパワーアンプ２１と、パワーアンプを経由する第１の経路とパワーアンプをバイパスする第２の経路とを切り替えるスイッチ２４、２５と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、試験信号を発生するための信号発生装置及び信号発生方法に関する。

移動体通信装置の試験を行う試験信号を発生するための信号発生装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の信号発生装置は、試験用のアナログ信号を変調し、変調後のアナログ信号を増幅し、増幅後のアナログ信号のレベル調整を行い、試験用のアナログＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号をアンテナから出力する。

特開２０１９−１２９３３３号公報

アナログ信号の増幅及びレベル調整を行うモジュールは、モジュール内部やモジュールに入力される信号の状態に応じてアナログ信号の出力レベルが変動する。増幅後のアナログ信号が出力レベルの上限値を超えた場合、アナログ信号のレベル調整を行うモジュールにおいて故障が発生する可能性がある。

そこで、本開示は、アナログ信号のレベル調整を行うモジュールにおいて、アナログ信号の出力レベルが予め定められた上限値を超えることを防ぐことを目的とする。

本開示の信号発生装置は、
試験用のアナログ信号をアナログＲＦ信号に変換するＲＦコンバータ（２０）を有する信号発生装置であって、
前記ＲＦコンバータは、
前記アナログ信号を増幅するパワーアンプ（２１）と、
前記パワーアンプを経由する第１の経路（２２）と前記パワーアンプをバイパスする第２の経路（２３）とを切り替えるスイッチ（２４、２５）と、
を備えることを特徴とする。

本開示の信号発生方法は、
試験用のアナログ信号をアナログＲＦ信号に変換するＲＦコンバータ（２０）を用いた信号発生方法であって、
前記ＲＦコンバータは、
前記アナログ信号を増幅するパワーアンプ（２１）と、
前記パワーアンプを経由する第１の経路（２２）と前記パワーアンプをバイパスする第２の経路（２３）とを切り替えるスイッチ（２４、２５）と、
を備え、
前記ＲＦコンバータ内の温度変動、試験用のアナログ信号を前記ＲＦコンバータに入力するＲＦケーブル（３０）の接続断、及び試験用のアナログ信号を生成する信号源（１０）の起動、の少なくともいずれかに基づいて、前記スイッチを前記第１の経路から前記第２の経路に切り替えることを特徴とする。

本開示によれば、アナログ信号のレベル調整を行うモジュールにおいて、パワーアンプをバイパスする経路を設けることにより、アナログ信号の出力レベルが予め定められた上限値を超えることを防ぐことができる。

本実施形態に係るシステム構成の一例を示す。実施形態に係るＲＦコンバータの状態遷移図の一例を示す。

以下、本開示の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本開示は、以下に示す実施形態に限定されるものではない。これらの実施の例は例示に過ぎず、本開示は当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。なお、本明細書及び図面において符号が同じ構成要素は、相互に同一のものを示すものとする。

図１に、本実施形態に係るシステム構成の一例を示す。本実施形態に係るシステムは、試験用のアナログＲＦ信号を生成するための構成を備える。具体的には、本実施形態に係るシステムは、中間周波数帯のアナログ信号を生成する信号源１０、中間周波数帯のアナログ信号を変調してアナログＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）信号を生成するＲＦコンバータ２０、ＲＦコンバータ２０において生成するアナログＲＦ信号の設定を行う試験インタフェース４０を備える。なお、一例ではあるが、中間周波数帯のアナログ信号の周波数は４．５ＧＨｚであり、アナログＲＦ信号の周波数は２４．２５ＧＨｚ〜２９．５ＧＨｚである。

信号源１０及びＲＦコンバータ２０は、交換可能なＲＦケーブル３０で接続されている。試験インタフェース４０は、信号源１０にのみ接続されている。試験インタフェース４０が生成するアナログＲＦ信号を設定し、信号源１０及びＲＦコンバータ２０が設定に応じたアナログＲＦ信号を生成する。生成されたアナログＲＦ信号は、ＲＦコンバータ２０に備わる出力端子２９より出力される。出力端子２９には出力ケーブルが接続される。アナログＲＦ信号は、出力ケーブルに備わるアンテナ３４から無線送信することができる。

本実施形態に係るシステムは、ＲＦコンバータ２０の出力端におけるアナログＲＦ信号の出力レベルを調整するための構成を備える。具体的には、本実施形態に係るシステムは、制御部３１、記憶部３２、周波数キャリブレーション実行部３３、を備える。制御部３１及び周波数キャリブレーション実行部３３は、信号源１０及びＲＦコンバータ２０に接続されている。

本開示の信号発生装置は、ＲＦコンバータ２０、制御部３１及び記憶部３２を含む。本開示の信号発生装置は、ＲＦコンバータ２０、制御部３１及び記憶部３２に加え、信号源１０、周波数キャリブレーション実行部３３を含んでいてもよい。本開示の装置は、コンピュータとプログラムによっても実現でき、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。

信号源１０は、デジタルベースバンド信号を出力するＢＢＭ（ＢａｓｅＢａｎｄＭｏｄｕｌｅ）１１と、中間周波数帯のアナログ信号を出力するＲＦ（ＲａｄｉｏＦｒｅｑｕｅｎｃｙ）ベース１２と、を備える。ＢＢＭ１１は、任意のパターンの試験信号を発生する。ＲＦベース１２は、デジタル信号をアナログ信号に変換するＤＡＣ（ＤｉｇｉｔａｌｔｏＡｎａｌｏｇＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）を備え、ＢＢＭ１１からのデジタル信号を中間周波数帯のアナログ信号に変換する。本実施形態の信号源１０は、さらに、信号源１０の電源のＯＮ／ＯＦＦを検出する起動センサ１７を備える。

ＲＦコンバータ２０は、アナログ信号を増幅するパワーアンプ（以下、ＰＡ（ＰｏｗｅｒＡｍｐｌｉｆｉｅｒ）と称する。）、アナログ信号の振幅を調整するＡＴＴ（Ａｔｔｅｎｕａｔｏｒ）２６を備える。本実施形態のＲＦコンバータ２０は、さらに、ＲＦコンバータ２０内の温度を測定する温度センサ２７、ＲＦケーブル３０の接続／接続断を検出するケーブルセンサ２８を備える。

周波数キャリブレーション実行部３３は、各サブキャリアの中心周波数の振幅が所望の値になるよう、中間周波数帯のアナログ信号の振幅を調整する。例えば、周波数キャリブレーション実行部３３は、ＲＦベース１２から出力される中間周波数帯のアナログ信号の振幅のピーク値が所望の値になるよう、ＲＦベース１２に備わるＤＡＣを制御する。また、周波数キャリブレーション実行部３３は、ＰＡＳＷ２５から出力されるアナログ信号の振幅のピーク値が所望の値になるよう、ＡＴＴ２６を制御する。

本実施形態のＲＦコンバータ２０は、ＰＡ２１を経由する経路２２と、ＰＡ２１をバイパスする経路２３と、を備える。経路２２と経路２３は、ＰＡ２１の入力側に接続されているスイッチ（以後、ＳＷと称する。）２４、及びＰＡ２１の出力側に接続されているスイッチ（以後、ＰＡＳＷと称する。）２５を用いて切り替え可能になっている。

ＰＡ２１で増幅後のアナログ信号の出力レベルがＲＦコンバータ２０に予め定められている絶対最大定格を超える場合、ＰＡＳＷ２５に過大な負荷がかかる過大入力状態となる。そこで、本開示は、経路２２と経路２３とを切り替えることで、過大入力状態を防ぐ。

図２に、実施形態に係るＳＧ信号出力の状態遷移図の一例を示す。本実施形態は、過大入力状態Ｓ１０２と適正入力状態Ｓ１０３の２状態を有する。過大入力状態Ｓ１０２は、ＰＡＳＷ２５に過大な負荷がかかる可能性のある状態である。適正入力状態Ｓ１０３は、適正な電流がＰＡＳＷ２５へ流入する状態である。

信号源１０が起動すると（Ｓ１０１）、起動センサ１７は、信号源１０を起動した旨を制御部３１に通知する。制御部３１は、この通知を契機に、ＳＷ２４及びＰＡＳＷ２５を経路２３に接続する。このように、本開示では、無条件で過大入力状態Ｓ１０２に遷移する。

周波数キャリブレーション実行部３３は、信号源１０の起動後、ＳＷ２４及びＰＡＳＷ２５を経路２３に接続したことを契機に、周波数キャリブレーションを実行する。周波数キャリブレーション実行部３３は、周波数キャリブレーションの実行を完了すると、周波数キャリブレーションの実行を完了した旨を制御部３１に通知する。制御部３１は、この通知を契機に、ＳＷ２４及びＰＡＳＷ２５を経路２２に接続する。また制御部３１は、温度センサ２７の検出する温度をＴ_ｒｅｆ［℃］として記憶部３２に記録する。ＳＷ２４及びＰＡＳＷ２５が経路２２に接続されたことを契機に、ＲＦコンバータ２０は適正入力状態Ｓ１０３に遷移する。

適正入力状態Ｓ１０３への遷移後、制御部３１は、過大入力状態Ｓ１０２に遷移したか否かを判定する。判定の間隔は、例えば１０秒ごとである。過大入力状態Ｓ１０２に遷移した場合、制御部３１はＳＷ２４及びＰＡＳＷ２５を経路２３に切り替える。

温度変動Ｔを用いた過大入力状態Ｓ１０２への遷移の判定方法は任意である。例えば、制御部３１は、温度センサ２７の検出する温度の変動に基づいて、ＲＦコンバータ２０が過大入力状態Ｓ１０２に遷移したか否かを判定する。例えば、制御部３１は、温度センサ２７から現在の温度Ｔ_ｃｕｒ［℃］を取得し、温度変動Ｔ＝Ｔ_ｃｕｒ−Ｔ_ｒｅｆを求める。そして、制御部３１は、温度変動Ｔを用いて、ＲＦコンバータ２０の出力端におけるアナログＲＦ信号の出力レベルの変動Δを求める。制御部３１は、変動Δが予め定められた値以上になる場合、過大入力状態Ｓ１０２に遷移したと判定する。ここで、予め定められた閾値は、後述する（９）式より、例えば９である。

過大入力状態Ｓ１０２への遷移は、ＲＦコンバータ２０内の温度の他に、信号源１０及びＲＦコンバータ２０間の接続断によっても発生しうる。そこで、制御部３１は、ケーブルセンサ２８を用いて、ＲＦケーブル３０の接続／接続断を検出する。ケーブルの接続／接続断の検出は、例えば、ケーブルの接続されているポートからの信号の有無に基づいて行うことができる。

ケーブルセンサ２８は、さらに、信号源１０及びＲＦコンバータ２０間の制御ケーブル（不図示）の接続／接続断、ＲＦコンバータ２０の電源ケーブル（不図示）の接続／接続断を検出してもよい。この場合、制御部３１は、ＲＦケーブル３０の接続／接続断と同様の動作を行う。

適正入力状態Ｓ１０３から過大入力状態Ｓ１０２に遷移した場合、制御部３１は、過大入力状態である旨のアラートをユーザに通知してもよい。例えば、制御部３１は、過大入力状態である旨とその原因を試験インタフェース４０に表示する。例えば、温度変動によって過大入力状態に遷移した旨、又は、ケーブルの接続断によって過大入力状態に遷移した旨、を試験インタフェース４０に表示する。

以下、過大入力状態Ｓ１０２に遷移する閾値について説明する。ＲＦコンバータ２０の出力端におけるレベル（以後、ＳＧ出力レベルと称する。）をＸ［ｄＢｍ］（ＲＭＳ（ＲｏｏｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ）値）、ＰＡ２１の出力端からＲＦコンバータ２０の出力端までの挿入損失（以下、ＰＡ以降の挿入損失と称する。）をＷ［ｄＢ］とすると、ＰＡＳＷ２５の入力レベル（＝ＰＡ２１の出力端における出力レベル）Ｙ［ｄＢｍ］（ピーク値）は次式で表される。
（数１）
Ｙ＝Ｘ＋Ｗ＋Γ＋Δ＋ε （１）

ただし、Γ［ｄＢ］はクレストファクタ（ＣｒｅｓｔＦａｃｔｏｒ）であり、例えばΓ＝３である。また、Δ［ｄＢ］は下記に起因するＳＧ出力レベルＸの変動分であり、次式で表される。
（数２）
Δ＝Ｔ・Δ_Ｔ＋Δ_Ｃ（２）

ここで、Ｔ［℃］は周波数キャリブレーション後の温度変動である。Δ_Ｔは温度変動に起因する出力レベルの変動を表すパラメータであり、例えば−０．１７［ｄＢ／℃］である。Δ_Ｃはケーブルに起因する出力レベルの変動を表すパラメータであり、例えば|Δ_Ｃ|＞０．５である。

周波数キャリブレーション実行時に温度センサ２７で検出される温度をＴ_ｒｅｆ［℃］、周波数キャリブレーション実行後に温度センサ２７で検出される現在温度をＴ_ｃｕｒ［℃］とすると、Ｔ＝Ｔ_ｃｕｒ−Ｔ_ｒｅｆで表される。温度が５℃下がった場合、すなわちＴ＝−５の場合、Ｔ・Δ_Ｔ＝＋０．８５となる。温度が１０℃上がった場合、すなわちＴ＝＋１０の場合、Ｔ・Δ_Ｔ＝−１．７となる。

ε［ｄＢ］は、ＲＦベース１２に入力されるデジタルベースバンド信号のデジタルゲイン（ＲＭＳ）をｇ［ｄＢＦｓ（ＦｕｌｌＳｃａｌｅ）］、ＲＦベース１２に備わるＤＡＣの基準レベルをｒ［ｄＢＦｓ］とすると、
（数３）
ε＝ｇ−ｒ（３）
で定義される。

ｒは例えば−１６である。この場合、（３）式は
（数４）
ε＝ｇ＋１６（４）
となる。ｇ＝ｒの条件下では（４）式はε＝０となる。なお、ｒ＝−１６はＬＴＥ（ＬｏｎｇＴｅｒｍＥｖｏｌｕｔｉｏｎ）に対応するアナログＲＦ信号の場合であり、ｒの値はアナログＲＦ信号に応じた任意の値を採用することができる。

一方、ＰＡＳＷ２５への最大入力レベルＭ［ｄＢｍ］（ピーク値）は次式で定義される。
（数５）
Ｍ＝Ｙ_ｍａｘ（５）
（数６）
Ｍ＝Ｘ_ｍａｘ＋Ｗ＋Γ＋Δ＋ε （６）
が成り立つ。ここで、Ｘ_ｍａｘは設定可能なＳＧ出力レベルＸの最大値であり、例えばＸ_ｍａｘ＝＋５である。

発明者らが、ＰＡ２１以降の挿入損失を測定したところ、約１０ｄＢ、すなわちＷ＝＋１０であった。そのため、Ｍ＝＋２７、Ｗ＝＋１０の場合、
（数７）
２７≦５＋１０＋Γ＋Δ＋ε （７）
すなわち、
（数８）
Γ＋Δ＋ε≧１２（８）
が成り立つとき、ＲＦコンバータ２０への過大入力状態Ｓ１０２となる。

特に、ＲＦベース１２からのアナログ信号が基準レベル（ε＝０）でＲＦコンバータ２０へ入力される場合は、Γ＝３である。そのため、
（数９）
Δ≧９（９）
が成り立つとき、ＲＦコンバータ２０への過大入力状態Ｓ１０２となる。

具体的には、常温環境下（２３℃）で周波数キャリブレーションを実行後、低温環境下（５℃）で周波数キャリブレーションを実行するためにＳＧ出力レベルＸを＋１０ｄＢｍに設定したところ、ＰＡＳＷ２５が故障した。ここで、温度変化によるＳＧ出力レベルＸの変動Δは（２）式より約３ｄＢである。また、ＲＦコンバータ２０の経路を経路２２に設定した場合、反射の影響で１ｄＢ程度出力レベルが上がる。このため、低温環境下（周波数キャリブレーションを未実行時）において、ＰＡＳＷ２５の入力レベルＹ［ｄＢｍ］（ピーク値）は（１）式より
（数１０）
Ｙ＝Ｘ＋Ｗ＋Γ＋Δ＋ε
＝＋１０＋１０＋３＋（３＋１＋α）＋０
＝＋２７＋α （１０）
であったことが判る。ただし、α［ｄＢ］は個体差による誤差である。結果として、最大入力レベルを超える信号がＰＡＳＷ２５に入力されたと考えられる。

周波数キャリブレーションを未実行状態において（９）式が成立した場合、すなわち、
・高温で周波数キャリブレーションを実行後、低温で周波数キャリブレーションを実行しない場合、
・信号源１０とＲＦコンバータ２０を損失が大きいＲＦケーブル３０で接続して周波数キャリブレーションを実行し、その後に損失の少ないＲＦケーブル３０に交換して周波数キャリブレーションを実行しない場合、
の少なくともいずれかの場合に過大入力状態Ｓ１０２となりうる。

適正入力状態Ｓ１０３におけるＳＧ出力レベルＸの設定上限値Ｘ_ｍａｘは、ＲＦコンバータ２０に応じて定められ、例えばＸ_ｍａｘ＝＋５［ｄＢｍ］である。過大入力状態Ｓ１０２におけるＳＧ出力レベルＸの設定上限値Ｘ_ｍａｘは、例えばＸ_ｍａｘ＝−１３［ｄＢｍ］である。これらのＸ_ｍａｘの値は、ＲＦコンバータ２０への過大入力条件をΔ≧２７に緩和することができるものであればよく、任意の値を採用することができる。

試験インタフェース４０においてＸ_ｍａｘを超えるＳＧ出力レベルＸが設定された場合、制御部３１は、ＳＧ出力レベルＸをＸ_ｍａｘに丸めてもよい。また、試験インタフェース４０においてＸ_ｍａｘ＝−１３に設定可能であってもよい。この場合、常に過大入力状態Ｓ１０２であるとして経路２３が適用され、ＰＡＳＷ２５が故障しないことを物理的に保証することができる。

本開示は情報通信産業に適用することができる。

１０：信号源
１１：ＢＢＭ
１２：ＲＦベース
２０：ＲＦコンバータ
２１：ＰＡ
２２、２３：経路
２４：ＳＷ
２５：ＰＡＳＷ
２６：ＡＴＴ
２７：温度センサ
２８：ケーブルセンサ
２９：出力端子
３０：ＲＦケーブル
３１：制御部
３２：記憶部
３３：周波数キャリブレーション実行部
３４：アンテナ
４０：試験インタフェース

Claims

試験用のアナログ信号をアナログＲＦ信号に変換するＲＦコンバータ（２０）を有する信号発生装置であって、
前記ＲＦコンバータは、
前記アナログ信号を増幅するパワーアンプ（２１）と、
前記パワーアンプを経由する第１の経路（２２）と前記パワーアンプをバイパスする第２の経路（２３）とを切り替えるスイッチ（２４、２５）と、
を備えることを特徴とする信号発生装置。
前記スイッチの制御を行う制御部（３１）と、
前記アナログＲＦ信号に含まれる周波数の振幅を調整する周波数キャリブレーション実行部（３３）と、
前記ＲＦコンバータ内の温度を測定する温度センサ（２７）と、
をさらに備え、
前記制御部は、
前記周波数キャリブレーション実行部による前記調整の完了を契機に、前記スイッチを前記第１の経路に接続し、
前記温度センサの検出する温度変動に基づいて、前記スイッチを前記第１の経路から前記第２の経路に切り替える、
請求項１に記載の信号発生装置。
前記ＲＦコンバータは、試験用のアナログ信号を生成する信号源（１０）とＲＦケーブル（３０）を用いて接続され、
前記ＲＦケーブルの接続断を検出するケーブルセンサ（２８）を備え、
前記制御部は、前記ケーブルセンサが前記ＲＦケーブルの接続断を検出すると、前記スイッチを前記第１の経路から前記第２の経路に切り替える、
請求項２に記載の信号発生装置。
前記信号源の起動を検出する起動センサ（１７）を備え、
前記制御部は、前記起動センサが前記信号源の起動を検出すると、前記スイッチを前記第２の経路に接続する、
請求項３に記載の信号発生装置。
試験用のアナログ信号をアナログＲＦ信号に変換するＲＦコンバータ（２０）を用いた信号発生方法であって、
前記ＲＦコンバータは、
前記アナログ信号を増幅するパワーアンプ（２１）と、
前記パワーアンプを経由する第１の経路（２２）と前記パワーアンプをバイパスする第２の経路（２３）とを切り替えるスイッチ（２４、２５）と、
を備え、
前記ＲＦコンバータ内の温度変動、試験用のアナログ信号を前記ＲＦコンバータに入力するＲＦケーブル（３０）の接続断、及び試験用のアナログ信号を生成する信号源（１０）の起動、の少なくともいずれかに基づいて、前記スイッチを前記第１の経路から前記第２の経路に切り替えることを特徴とする信号発生方法。