JP4512835B2 - コンスタレーション表示方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、コンスタレーション表示の方法及び装置に関し、特に、シンボル点の取り得る位相の状態数が多数の場合でも、被測定信号の品質を容易に判別できるようにするコンスタレーション表示の方法及び装置に関する。

携帯電話などの無線通信システムを始めとして、使用信号に異常がないかの試験を行う必要性は種々のシステムで必要とされる。こうした被測定信号の測定には、例えば、信号分析装置が利用される。信号分析装置は、被測定信号を時間領域のＩ及びＱのデジタル・データに変換し、これからＦＦＴ演算によって周波数領域のデジタル・データを生成する。得られたデータは、信号分析装置の表示画面上で波形や数値として表示される。信号分析装置では、被測定信号の周波数領域データだけでなく、対応する時間領域データも参照できるため、周波数領域及び時間領域の２つの観点から、デジタル演算を用いて多様な信号分析が行える。なお、周波数領域データ及び時間領域データを対応させながら生成する技術については、例えば、米国特許第６３７７６１７号明細書（日本特許第３３５９２５１号に対応）に開示されている。

図１は、信号分析装置１０の機能ブロック図である。信号分析装置１０は、図１に示す機能ブロックに加えて、図示せずも、パソコンと同等の機能及びハードウェアを有しており、パソコンで汎用のＣＰＵ及びＯＳ（基本ソフト）を採用し、マウスや操作パネル上のキーボード等を用いたグラフィカル・ユーザ・インターフェースによる各種設定、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）を用いた大量のデータやプログラムの記憶などが可能である。

被測定信号は、入力減衰回路１２で適切なレベルに調整され、アナログ・ダウン・コンバータ２０に供給される。ダウン・コンバータ２０は、ミキサ１４、局部発振器１６及びバンドパス・フィルタ１８から構成され、入力信号の周波数をアナログ的に周波数変換（ダウン・コンバート）し、中間周波数（ＩＦ）信号に変換する。アナログ・デジタル変換回路（ＡＤＣ）２２は、アナログのＩＦ信号をＩ及びＱのデジタル・データ（時間領域データ）に変換する。ＩＦ信号のデジタル・データは、メモリ２４に記憶される。デジタル・シグナル・プロセッサ（ＤＳＰ）２６は、メモリ２４からＩＦ信号データを読み出して、デジタル的にダウン・コンバートを行い、高速フーリエ変換（ＦＦＴ）演算を行って周波数領域データを生成する。周波数領域データは、メモリ２４に記憶され、表示装置３０で波形や数値として表示される。ＤＳＰ２６は、この他にもＨＤＤに記憶されたプログラムに従って種々の演算に利用される。

トリガ検出回路２８は、ＡＤＣ２２からの時間領域データ及びＤＳＰ２６からの周波数領域データを受けて、ユーザが設定したトリガ条件を満たすデータを特定し、ユーザ所望の時間領域データ又は周波数領域データをメモリ２４に保持させる制御を行う。

無線通信システムでは、種々のデジタル変調方式が使用されている。信号分析装置１０では、複素座標上にデジタル変調信号である被測定信号のシンボル点を表示するコンスタレーション表示が一般に可能となっている。

図２は、ＱＰＳＫを用いた被測定信号のコンスタレーション表示を示す。このとき、雑音が少ない場合には、図２Ａに示すように、理想シンボル点の位置に、測定したシンボル点がほぼ集まって表示される。一方、雑音が多い場合には、測定したシンボル点は、理想シンボル点の位置からずれた位置に多数表示される。よって、デジタル変調信号である被測定信号をコンスタレーション表示すれば、その品質を評価できる。

図３は、理想シンボル点と、測定したシンボル点（測定シンボル点）の複素平面上での関係を示す図である。被測定信号からシンボルを復調した場合、送信経路上でのノイズなどの影響で、測定シンボル点の測定位相θｍ及び測定振幅Ａｍは、理想位相θｒ及び理想振幅Ａｒと異なる場合も多い。例えば、測定位相θｍと理想位相θｒの間には、位相差ｄθがある。また、測定振幅Ａｍと理想振幅Ａｒの間には、振幅差ｄＡがある。これら誤差ｄθ及びｄＡが、コンスタレーション表示では視覚的に表示される。
米国特許第６３７７６１７号明細書

図４は、デジタル変調方式としてmulti-h ＣＰＭ（Continuous Phase Modulation）を使用した被測定信号のコンスタレーション表示である。図４Ａは、理想的な状態を示し、この場合では、理想シンボル点が取り得る位相は３２個ある。

一方、図４Ｂは、雑音が加わった場合を示す。multi-h ＣＰＭ信号では、隣接する理想シンボル点の位相差が小さいため、わずかでも雑音があると、測定したシンボル点は、隣接するシンボル点と混ざり合ってしまう。このように、取り得る位相が多数あるデジタル変調信号の場合、ユーザがそのコンスタレーション表示を見ても、被測定信号の品質を評価することが困難になってしまうことがあった。

そこで、取り得る位相が多数あるデジタル変調信号であっても、コンスタレーション表示によって、その品質を評価できることが望まれていた。

本発明は、デジタル変調信号である被測定信号の理想シンボル点の取り得る理想位相が多数ある場合に適したコンスタレーション表示の方法である。この方法は、デジタル変調信号である被測定信号の理想シンボル点が取り得るＮ（Ｎ整数）個の理想位相に、Ｎより少ないＫ（Ｋは整数）個のグループ別位相を割り当てるステップと、被測定信号のシンボル点の位相と理想位相の位相差を、シンボル点の理想位相に割り当てられたグループ別位相に加えた位相と、シンボル点の振幅とによりコンスタレーション表示を行うステップと
を具えている。このとき、隣接するグループ別位相の位相差を充分に大きくすることによって、各シンボルの誤差をコンスタレーション表示に反映しつつ、従来の隣接シンボル点間の位相差が小さすぎることによる誤差の見難さが解消される。

このとき、例えば、Ｎ／ＫがＮの１つの約数となるＫを選択し、理想位相のそれぞれにＮ／Ｋを掛け算して得られる位相に応じて、理想位相にグループ別位相を割り当てるようにしても良い。

また、Ｋ個の位相範囲を設定し、理想位相がＫ個の位相範囲のどれに含まれるかに応じて、理想位相にグループ別位相を割り当てるようにしても良い。

更に別の方法としては、理想シンボルの値に応じて、理想シンボルの理想位相にグループ別位相を割り当てるようにしても良い。

本発明の別の見方によれば、コンスタレーション表示装置である。このとき、測定手段で、デジタル変調信号である被測定信号のシンボル点の位相及び振幅が測定される。位相差算出手段は、シンボル点の理想位相と、測定された位相との位相差を算出する。グループ別位相を割り当て手段は、被測定信号の理想シンボル点が取り得るＮ（Ｎは整数）個の理想位相に、Ｎより少ないＫ（Ｋは整数）個のグループ別位相を割り当てる。そして、表示手段が、シンボル点の理想位相に割り当てられたグループ別位相に位相差を加えて得られる位相と、測定された振幅とを用いてコンスタレーション表示を行う。この本発明の装置によれば、各シンボルの誤差をコンスタレーション表示に反映しつつ、従来の隣接シンボル点間の位相差が小さすぎることによる誤差の見難さを解消できる。

本発明の目的、効果及び新規な点は、以下の詳細な説明を特許請求の範囲及び図面と合わせて読むことによって明らかとなろう。

以下では、本発明の実施形態に言及し、実施形態の例を図面に記載する。これら図面は説明上記載したもので、本発明を限定するものではない。本発明は、おおよそこれら実施形態に沿って記述されるが、本発明の本質はこれら実施形態に限定されるものではない。

本発明は、例えば、図１に示したハードウェアに、本発明を実現するためのソフトウェア又はファームウェアをインストールすることで実現できる。そこで、以下では、図１に示したハードウェアでの実施を前提に説明する。

図５は、本発明によるコンスタレーション表示方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。信号分析装置において周知の方法により、被測定信号の時間領域データを取得する（ステップ７２）。ユーザは、信号分析装置１０に被測定信号のデジタル変調方式を設定する（ステップ７４）。続いて、信号分析装置１０は、被測定信号を復調し（ステップ７６）、被測定信号のシンボル点の位相θｍと振幅Ａｍを測定する（ステップ７８）。

次に測定したシンボル点（測定シンボル点）の理想位相θｒと位相θｍの位相差分ｄθを算出する（ステップ８０）。ステップ７４で変調方式が信号分析装置１０に設定されているので、被測定信号が取り得る複数の理想位相の内、測定シンボル点が持つべき理想位相θｒがどれであるかは、測定した位相θｍが極端に大きな誤差を持たない限り特定できる。

デジタル変調方式によって、その理想位相が取り得る個数は決まっている。そこで、被測定信号の理想位相が取り得る個数Ｎとすると、本発明では、これらＮ（Ｎは整数）個の理想位相に、Ｎより少ないＫ（Ｋは整数）個のグループ別位相θｇｉ（ｉ＝１、２、・・・Ｋ）を後述のように割り当てる（ステップ８２）。そして、測定シンボル点の理想位相に割り当てられたグループ別位相θｇｉに位相差ｄθを加えた位相θｇｉ＋ｄθと、測定した振幅Ａｍを用いてコンスタレーション表示を行う（ステップ８４）。即ち、複素平面上で、Ｘ＝Ａｍ＊ｃｏｓ（θｇｉ＋ｄθ）＋ｊＡｍ＊ｓｉｎ（θｇｉ＋ｄθ）の位置に点をプロットする。

このとき、後述のように、隣接するグループ別位相θｇｉ間の位相差を充分に大きくすることで、従来の隣接シンボル点間の位相差が小さすぎることによる誤差の見難さが解消される。その一方で、各シンボルの誤差は、コンスタレーション表示に反映される。

図６は、Ｎが３２の理想的なmulti-h ＣＰＭ信号を、本発明によってコンスタレーション表示した例を示す。また、図７は、雑音が加わったＮが３２のmulti-h ＣＰＭ信号を、本発明によってコンスタレーション表示した例を示す。図中の”＋”のマークは、理想シンボル点が本来あるべき位置を示す。図６及び７が示すように、本発明によれば、Ｎ個のシンボル点が、Ｋ個のグループ毎に点として表示され、理想の位相及び振幅からの誤差が多いほど、各グループにおいて多数の点が観測される。このように、本発明によれば、取り得る理想位相の数の多いデジタル変調信号であっても、ユーザはその品質をコンスタレーション表示で評価可能となる。

次に、Ｎ個の理想位相に、Ｋ個のグループ別位相θｇｉをどのように割り当てるかを説明する。

第１の方法としては、Ｎ／ＫがＮの１つの約数となるＫを選択し、理想位相のそれぞれにＮ／Ｋを掛け算して得られる位相に応じて、理想位相にグループ別位相を割り当てるようにすると良い。例えば、Ｎが３２のmulti-h ＣＰＭ信号の場合に、Ｋとして４を選択すると、Ｎ／Ｋ＝８となる。ここで、理想位相の１つである２π／３２を８倍すると、π／２となる。同じ処理を３２個の理想位相に繰り返すと、全ての理想位相は、０、π／２、π、３π／２の４つの位相に変換されるので、これら４位相をグループ別位相として各理想位相に割り当てる。図６Ｂ及び図７Ｂは、この処理によって、コンスタレーション表示を行った例を示している。また、図６Ａ及び図７Ａは、Ｋとして８を選択し、コンスタレーション表示を行った例を示している。

別の方法としては、Ｋ個の位相範囲を設定し、理想位相がＫ個の位相範囲のどれに含まれるかに応じて、理想位相にグループ別位相を割り当てるようにしても良い。例えば、Ｋを４とし、理想位相θｒについて、次のようにグループ別位相θｇｉを割り当てても良い。
もし０≦θｒ＜π／２なら、θｇ１＝π／４
もしπ／２≦θｒ＜πなら、θｇ２＝３π／４
もしπ≦θｒ＜３π／２なら、θｇ３＝５π／４
もし３π／２≦θｒ＜２πなら、θｇ４＝７π／４

更に別の方法としては、理想シンボルの値に応じて、理想シンボルの理想位相にグループ別位相を割り当てるようにしても良い。例えば、π／４シフトＱＰＳＫのように１シンボルが４値（２ビット）の変調方式について、シンボルの値毎に１つの位相を割り当てても良い。具体的には、例えば、次のようにグループ別位相θｇｉを割り当てても良い。
もしシンボル値が”００”なら、θｇ１＝π／４
もしシンボル値が”０１”なら、θｇ２＝３π／４
もしシンボル値が”１０”なら、θｇ３＝５π／４
もしシンボル値が”１１”なら、θｇ４＝７π／４

上述の例のように、Ｋ個のグループ別位相θｇｉを、２π／Ｋの位相差で均等に設定するのが、表示を見やすくする上では最も好ましい。しかし、本発明は、これに限定されるものでなく、隣接するグループ別位相の位相差が充分に広ければ良い。

以上、詳細に記述してきたように、本発明によれば、取り得る理想位相が多数のデジタル変調信号であっても、コンスタレーション表示によって、その品質を評価できるようになる。なお、上述の実施例では、複数の理想シンボル点の振幅が同じもので説明してきたが、複数の振幅値を取るものであっても本発明を適用できる。

信号分析装置のブロック図である。 ＱＰＳＫを用いた被測定信号のコンスタレーション表示を示す図である。 理想シンボル点と、測定シンボル点の複素平面上での関係を示す図である。 デジタル変調方式としてmulti-h ＣＰＭを使用した被測定信号のコンスタレーション表示である。 本発明によるコンスタレーション表示方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。 Ｎが３２の理想的なmulti-h ＣＰＭ信号を、本発明によってコンスタレーション表示した例を示す図である。 雑音が加わったＮが３２のmulti-h ＣＰＭ信号を、本発明によってコンスタレーション表示した例を示す図である。

符号の説明

１０ 信号分析装置
１２ 入力減衰回路
１４ ミキサ
１６ 局部発振回路
１８ 帯域通過フィルタ
２０ ダウン・コンバータ
２２ アナログ・デジタル変換回路
２４ メモリ
２６ デジタル・シグナル・プロセッサ
２８ トリガ検出回路
３０ 表示装置
θｍ 測定位相
Ａｍ 測定振幅
θｒ 理想位相
Ａｒ 理想振幅
ｄθ 位相差
θｇｉ グループ別位相

Claims (5)

1. デジタル変調信号である被測定信号の理想シンボル点が取り得るＮ（Ｎ整数）個の理想位相に、Ｎより少ないＫ（Ｋは整数）個のグループ別位相を割り当てるステップと、
   上記被測定信号のシンボル点の位相と理想位相の位相差を、上記シンボル点の上記理想位相に割り当てられた上記グループ別位相に加えた位相と、上記シンボル点の振幅とによりコンスタレーション表示を行うステップと
   を具えるコンスタレーション表示方法。
2. Ｎ／ＫがＮの１つの約数となるＫを選択し、上記理想位相のそれぞれにＮ／Ｋを掛け算して得られる位相に応じて、上記理想位相に上記グループ別位相を割り当てることを特徴とする請求項１記載のコンスタレーション表示方法。
3. Ｋ個の位相範囲を設定し、上記理想位相がＫ個の上記位相範囲のどれに含まれるかに応じて、上記理想位相に上記グループ別位相を割り当てることを特徴とする請求項１記載のコンスタレーション表示方法。
4. 上記理想シンボルの値に応じて、上記理想シンボルの上記理想位相に上記グループ別位相を割り当てることを特徴とする請求項１記載のコンスタレーション表示方法。
5. デジタル変調信号である被測定信号のシンボル点の位相及び振幅を測定する手段と、
   上記シンボル点の理想位相と、測定された上記位相との位相差を算出する手段と、
   上記被測定信号の理想シンボル点が取り得るＮ（Ｎは整数）個の理想位相に、Ｎより少ないＫ（Ｋは整数）個のグループ別位相を割り当てる手段と、
   上記シンボル点の上記理想位相に割り当てられた上記グループ別位相に上記位相差を加えて得られる位相と、測定された上記振幅とを用いてコンスタレーション表示を行う表示手段と、
   を具えるコンスタレーション表示装置。

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