JP4845441B2 - 実時間パワー・マスク・トリガ発生器 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、実時間（リアルタイム）スペクトラム・アナライザに関し、特に、信号データを実時間で取り込むための実時間パワー（電力）マスク・トリガに関する。

最近、市販のスペクトラム・アナライザは、周波数マスク・トリガ機能を有する。これらスペクトラム・アナライザには、テクトロニクス社製ＷＣＡ２００、ＷＣＡ３００、ＲＳＡ２２００及びＲＳＡ３３００シリーズなどの実時間スペクトラム・アナライザがある。これらアナライザは、データのシームレス（つなぎ目のない）ブロックを捕捉し、分析するので、従来の掃引型スペクトラム・アナライザと異なり、データを取り逃がしたり失ったりすることがない。実時間で実行される機能の１つは、図１に示すような周波数マスク・トリガである。ＷＣＡ２００型スペクトラム・アナライザの場合、このトリガ機能を専用ＦＦＴプロセッサにより実現しており、このＦＦＴプロセッサは、受信器システムが出力する実時間データの信号スペクトルを計算する。計算されたスペクトルがユーザ定義のスペクトル（周波数）マスクを違反すると、これがトリガ事象となり、このトリガ事象の直後（ポスト・トリガ）及び直前（プリ・トリガ）に生じた情報をカバーするように所定量のデータ・ブロックを蓄積する。この周波数マスク・トリガは、計算された信号スペクトル内の各周波数ビンの大きさとユーザ定義のスペクトル・マスクとを比較することにより機能する。この方法においては、アナライザは、特定の事象が生じるのを待つ。

テクトロニクス社２００４年発行のアプリケーション・ノート「Evaluating and Optimizing Radio Frequency Identification (RFID) Systems Using Real-Time Spectrum Analysis」

しかし、モニタすべき信号又は周波数レンジのスペクトル・ノイズ・フロアに事象が埋まっている場合がある。この場合、事象がモニタすべき特定信号と干渉を起こしているかもしれないし、又は、ノイズのようなわずかな信号を示しているかもしれないが、任意の特定周波数ビンの振幅は、ユーザ定義の周波数マスクを超えていない。

そこで、信号スペクトルのノイズ・フロア内に埋もれた関心のある周波数レンジのスペクトル内の事象を検出するこが望まれている。

本発明の実時間パワー・マスク・トリガ発生器は；入力信号のタイム・セグメントを表すデジタル信号のつなぎ目のないブロックを、パワーの大きさを表す複数の周波数ビンから成る周波数スペクトルに各タイム・セグメント毎に変換する第１手段（４４、４６）と；指定された周波数帯域幅内の指定された周波数レンジ毎に周波数スペクトルのパワーの大きさを各タイム・セグメント毎に加算して積分し、この積分された信号パワーを発生すると共に、積分された信号パワーを各タイム・セグメント毎に平均化関数により平均化して、この積分され且つ平均化された信号パワーを発生する第２手段（４８）と；各タイム・セグメント毎に積分され且つ平均化された信号パワーを、周波数レンジの各々に関連して指定された基準パワー・レベルと比較して、積分され且つ平均化された信号パワーが、指定された基準パワー・レベルを違反したときにトリガ信号を発生する第３手段（５０）とを具え；これら第１手段、第２手段及び第３手段は、デジタル信号に遅れないように高速であり；指定された周波数帯域幅と、指定された周波数レンジと、指定された基準パワー・レベルとが実時間パワー・マスクを定めることを特徴とする。なお、違反とは、指定したパワー・レベル（パワー値、パワーの大きさの値）の条件から入力信号が外れた場合であるが、条件には値の内側の場合と外側の場合とがあり、いずれかを任意に指定できる。また、括弧内の参照符号は、実施例との対応関係を単に示すものである。

よって、本発明は、トリガ信号に応答して入力信号からデータを取り込む測定機器用の実時間パワー・マスク・トリガを提供する。周波数スペクトル内の特定帯域幅にわたるパワーの大きさを積分して、この所定帯域幅の平均信号パワーを求める。この所定帯域幅の平均信号パワーを、この所定帯域幅の特定の基準パワー・レベルと比較する。平均信号パワーが基準パワー・レベルに違反すると、測定機器がトリガ事象のまわりのデータを取り込むためのトリガ信号を発生する。周波数スペクトルを２つ以上の所定周波数帯域幅に分割してもよいし、各所定周波数帯域幅がそれ自体用の特定の基準パワー・レベルを有してもよい。
所定周波数帯域幅及び関連した基準パワー・レベルが実時間パワー・マスク・トリガを定義する。

本発明の目的、利点及び新規な特徴は、添付図を参照した以下の詳細な説明から明らかになろう。

本発明の基本概念は、実時間で計算したスペクトルの利用を拡張して、選択された周波数帯域幅の信号パワーの実時間での計算を含むようにする。この選択された帯域幅の信号パワーの実時間での計算は、特定の周波数帯域幅及び／又は時間インターバルにわたる積分パワー・レベルの違反によって、実時間パワー・マスク・トリガを生成するのに有用である。これは、周波数ビン毎の大きさの比較に限定されていた周波数マスク・トリガを改善するものである。関心のある現象が周波数帯域幅内に含まれるパワーの全体的な変化である場合に、この実時間パワー・マスク・トリガが有用である。なお、このパワーの全体的な変化は、周波数マスク・トリガにより検出できるような単純な瞬時の大きさの変化ではない。

例えば、非常に低いレベルでの間欠的／バースト的な信号伝送をモニタする際に、実時間マスク・トリガ機能を用いて、これら事象が生じた瞬間における目立たない信号を検出して捕捉できる。この機能は、多くのアプリケーションにおいて、他の既存の非実時間アプローチに比較して大きな利点となる。簡単なスペクトル積分機能（大きさの総和）及び時間領域のフィルタ／平均化機能を既存の実時間スペクトル計算装置に追加することにより、かかる実時間パワー・マスク・トリガを実現できる。

図２は、本発明による実時間パワー・マスク・トリガを用いるスペクトラム・アナライザのブロック図である。スペクトラム・アナライザ１０は、入力ＲＦ（無線周波数）信号やその他の関心のある信号を受ける入力プロセッサ２０を具えている。この入力プロセッサ２０は、典型的には、ロウパス・フィルタ２２と、その後段にミキサ２４とを有する。ミキサ２４は、ロウパス・フィルタ処理された入力信号を、局部発振器２６を用いて中間周波数（ＩＦ）信号に変換する。このＩＦ信号は、バンドパス・フィルタ２８を通過し、アナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３０に供給されて、更なる処理のためにデジタル信号に変換される。このデジタル信号は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３２に供給され、モニタ３４上での表示のために実時間処理される。かかる表示の形式は、例えば、米国特許第４８７０３４８号公報に記載の如く、周波数対時間対大きさの３次元表示を与えるスペクトログラム形式でもよい。Ａ／Ｄ変換器３０からのデジタル信号は、取り込みメモリ３６及びトリガ発生器４０にも入力される。トリガ発生器４０が事象を検出するとトリガを発生し、取り込みメモリ３６はトリガ事象の前及び後の両方でデジタル信号からデータを取り込む。取り込まれたデータは、その後、ＤＳＰ３２により処理されるか、又は、非実時間の後処理のために別のプロセッサ（図示せず）に処理が移行される。

図３は、本発明により実時間パワー・マスク・トリガを発生するトリガ発生器４０のブロック図である（前段のＡ／Ｄ変換器３０も図示している）。トリガ発生器４０の入力端において、デジタル信号が循環バッファ４２に入力する。この循環バッファ４２からのタイム・セグメントは、窓関数（Ｗ）回路４４により読み取られ、離散フーリエ変換（ｄＦＴ）回路４６を用いて周波数領域に変換される。離散フーリエ変換回路４６の出力は、複数の周波数ビンの各々におけるパワーの大きさの値の形式で、窓関数処理されたタイム・セグメントの周波数スペクトルである。この周波数スペクトルは積分器４８に入力される。この積分器４８は、周波数指定レンジにわたってパワーの大きさの値を加算する。なお、指定周波数レンジは、適切な制御信号により定義される。よって、タイム・セグメントのスペクトル内の各周波数レンジは、平均パワー・レベル値を有する。この積分は、各タイム・セグメントにて行ってもよいし、他の制御信号により定義される複数のタイム・セグメントにわたって平均化したものでもよい。この結果の積分されたパワー値が比較器５０に入力される。この比較器５０は、積分パワー値を、各周波数レンジに関連した指定の基準（ＲＥＦ）パワー・レベル（パワー値、パワーの大きさ）と比較する。信号スペクトル内の各周波数レンジにて指定されたパワー・レベルは、実時間パワー・マスク・トリガを定義するものである。任意の周波数レンジにおける積分されたパワー・レベルが、ユーザの定義した「正」又は「負」トリガに応じて、実時間パワー・マスク・トリガの関連した基準パワー・レベルを超すかそれよりも小さくなると、トリガを発生し、トリガ事象のまわりの信号データが取り込まれる。

スペクトル積分関数は、スペクトルの大きさを加算して、選択された周波数帯域幅内に含まれるパワーを計算する。フィルタ／平均化の関数が、任意の期間、即ち、１つのタイム・セグメント又は複数のタイム・セグメントにわたる平均パワーを計算する。フィルタ／平均化の関数は、実現する際の制約に応じて、簡単なブロック平均化関数でもよいし、より複雑な丸め平均化又は平均化フィルタでもよい。この条件は、信号データ・ストリームに遅れないように充分高速にトリガ発生処理を行って、実時間の結果を得るためのものである。

実時間マスク・トリガは、図４に示すように、各周波数帯域幅でのパワー・レベルを指定して、１つ以上の周波数帯域幅にわたってマスクを定義する。図４は、各周波数帯域幅が異なるパワー・レベルである異なる周波数レンジ又は帯域幅での周波数スペクトルを示す。パワー・マスク・トリガは、実時間パワー・レベルを計算する帯域幅又は周波数レンジを特定すると共に、各帯域幅でのパワー・レベルも指定する。スペクトラム・アナライザ１０は、特定された周波数帯域幅にわたる積分パワーが指定レベルを違反すると、データを取り込むようにトリガを行う。

本発明は、特にスペクトラム・アナライザに適用するものであるが、入力信号からデータを取り込む任意の測定機器が、本発明の実時間パワー・マスク・トリガを用いてもよい。

よって、本発明の実時間パワー・マスク・トリガは、信号スペクトル内の１つ以上の周波数帯域幅の各々に対して基準パワー・レベルを指定し、これら周波数帯域幅にわたって入力信号の実時間積分パワー・データが関連した基準パワー・レベルを違反すると、スペクトラム・アナライザなどの測定機器が更なる分析のために入力信号からデータを取り込むようにする。

従来技術により信号スペクトルに適用する周波数マスクを説明するための図である。 本発明による実時間パワー・マスク・トリガを用いるスペクトラム・アナライザのブロック図である。 本発明により実時間パワー・マスク・トリガを発生するトリガ発生器のブロック図である。 本発明による実時間パワー・マスク・トリガを用いるスペクトラム・アナライザの動作を説明する図である。

符号の説明

１０ スペクトラム・アナライザ
２０ 入力プロセッサ
２２ ロウパス・フィルタ
２４ ミキサ
２６ 局部発振器
２８ バンドパス・フィルタ
３０ Ａ／Ｄ変換器
３２ デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
３４ モニタ
３６ 取り込みメモリ
４０ トリガ発生器
４２ 循環バッファ
４４ 窓関数回路
４６ 離散フーリエ変換回路
４８ 積分器
５０ 比較器

Claims (1)

1. 入力信号のタイム・セグメントを表すデジタル信号のつなぎ目のないブロックを、パワーの大きさを表す複数の周波数ビンから成る周波数スペクトルに各タイム・セグメント毎に変換する第１手段と、
   指定された周波数帯域幅内の指定された周波数レンジ毎に周波数スペクトルのパワーの大きさを上記各タイム・セグメント毎に加算して積分し、この積分された信号パワーを発生すると共に、上記積分された信号パワーを上記各タイム・セグメント毎に平均化関数により平均化して、この積分され且つ平均化された信号パワーを発生する第２手段と、
   上記各タイム・セグメント毎に上記積分され且つ平均化された信号パワーを上記周波数レンジの各々に関連して指定された基準パワー・レベルと比較して、上記積分され且つ平均化された信号パワーが上記指定された基準パワー・レベルを違反したときにトリガ信号を発生する第３手段とを具え、
   上記第１手段、上記第２手段及び上記第３手段は、上記デジタル信号に遅れないように高速であり、
   上記指定された周波数帯域幅と、上記指定された周波数レンジと、上記指定された基準パワー・レベルとが実時間パワー・マスクを定めることを特徴とする実時間パワー・マスク・トリガ発生器。

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