JP6490360B2 - 自動スペクトラム監視システム - Google Patents

Description

本発明は、信号処理システムに関し、特に、ある信号特性のリアルタイム分析を実行するためのシステムに関する。

スペクトラムの監視に従事するユーザは、一般に、関心のある任意の信号を発見し、捕捉し、分析し、位置の特定をしたいというニーズを持っている。今日使用されている代表的な機器は、信号を発見し、トリガをかけ、捕捉し、分析することに関しては非常に優れている。

特開２０１０−２１７１８１号公報

「リアルタイム・スペクトラム・アナライザにおけるDPX技術の基礎 入門書」第４版（文書番号37Z-19638-4）、テクトロニクス社のサイト（下記URL）で、文書番号37Z-19638-4を検索、［オンライン］、［２０１４年７月３０日検索］、インターネット<http://jp.tek.com/> 「SPECMONシリーズ・スペクトラム・アナライザ」、テクトロニクス社、［オンライン］、［２０１４年７月３１日検索］、インターネット<http://jp.tek.com/spectrum-analyzer/specmon>

しかし、こうした機器も、信号の位置特定、より一般的には、信号の位置認識についてはサポートしていない。ある形式の監視装置にはマッピング機能が付加され、ＧＰＳベースの位置測定及びマッピングをサポートしているが、信号捕捉、信号測定、信号位置測定の開始は、典型的には、関心のある信号に直接には関係しない指示手段によるものである。例えば、最も広く使用されているのは、測定装置の相対的な位置変化（例えば、ｘメーター毎）、タイム・インターバル（例えば、ｘ秒毎）、マニュアル操作（例えば、ユーザがクリック操作をする毎）などであるが、これらは単に信号の捕捉、測定、位置特定をいつ開始するかを決めているに過ぎない。

そこで、自動的に信号を捕捉し、位置決定を行うシステムが望まれている。

本発明のある実施形態は、大まかに言って、物理的なマッピング機能と連動するリアルタイム信号分析を用いて、信号を検出し、その観測位置を提示できる方法に関する。こうした実施形態は、ユーザ指定の信号特性に基づいて、ある信号（例えば、異常又は不良な送信器、妨害電波、規格違反信号など）を自動的に検出、測定及び位置提示（例えば、地理的な位置／方位角を定めるような物理的マッピングなど）を実行するように構成されたモバイル・システムを含んでいても良い。こうしたシステムは、高レベルの高密度なスペクトラム観測データを効果的に供給できる。

本発明の別の実施形態は、大まかに言って、その物理的な位置に基づいて、リアルタイム・トリガを選別できる方法に関する。こうした実施形態は、例えば、周波数マスク、信号密度、信号パワーといった複数のリアルタイム・トリガ機能のいずれかに基いて、信号を検出するよう構成できるリアルタイム・スペクトラム・アナライザを含んでいても良い。これらトリガ機能により検出されたトリガ信号を位置認識マッピング機能に供給し、これに、オプションで指向性アンテナを結合させれば、検出した信号を捕捉及び測定し、更にその信号の物理的な位置をマッピングできる。更に、使用するトリガ条件を、ユーザが指定する関心エリアによって選択しても良い。信号内容及び物理的な位置に応じてリアルタイムにトリガ信号を生成できるモバイル・システムは、必要に応じてスペクトラム監視作業と連動させながら、例えば、異常な送信器、妨害電波、規格違反信号などを検出するのに、効果的に利用できる。

本発明の概念１は、自動スペクトラム監視システムであって、
信号に関する信号情報を視覚的に提示する信号情報表示部と、
上記信号に応じたトリガを用いてトリガ・イベントを検出するリアルタイム・トリガ検出部と、
上記トリガ・イベントが検出されたときの上記信号の地理的位置を決定すると共に、上記地理的位置を視覚的に提示するマッピング・アプリケーションと
を有する測定装置を具えている。

本発明の概念２は、上記概念１のシステムであって、上記信号を上記測定装置に供給するＲＦ入力部を更に具えている。

本発明の概念３は、上記概念１のシステムであって、上記測定装置の現在の物理的な位置を示す情報を供給するＧＰＳ入力部を更に具えている。ＧＰＳ入力部の代わりに、ユーザが、マッピング・アプリケーションが表示するマップ上で、上記測定装置の現在の物理的な位置を指定しても良い。

本発明の概念４は、上記概念１のシステムであって、上記マッピング・アプリケーションは、監視する地理的なエリアをユーザが見てまわることを可能にするように構成されていることを特徴としている。

本発明の概念５は、上記概念１のシステムであって、上記信号情報には、上記信号の測定された強度を含むことを特徴としている。

本発明の概念６は、上記概念１のシステムであって、上記トリガがユーザによって指定されることを特徴としている。

本発明の概念７は、上記概念１のシステムであって、上記トリガが周波数マスク・トリガであることを特徴としている。

本発明の概念８は、上記概念７のシステムであって、上記周波数マスク・トリガが、少なくとも１つの異常信号を検出及び検出位置提示するのに利用されることを特徴としている。

本発明の概念９は、上記概念８のシステムであって、上記異常信号が、上記周波数マスク・トリガが定める正常の範囲外に生じるものであることを特徴としている。

本発明の概念１０は、上記概念１のシステムであって、上記トリガがＤＰＸ密度トリガであることを特徴としている。

本発明の概念１１は、上記概念１０のシステムであって、上記ＤＰＸ密度トリガが、少なくとも１つの異常信号を検出及び検出位置提示に利用されることを特徴としている。

本発明の概念１２は、上記概念１のシステムであって、上記リアルタイム・トリガ検出部は、正常な信号特性を定める位置ベース・マスクを用いて、上記トリガ・イベントを検出することを特徴としている。

本発明の概念１３は、上記概念１２のシステムであって、正常な信号特性を定める上記位置ベース・マスクは、ネットワークから自動的にダウンロードされることを特徴としている。

本発明の概念１４は、上記概念１のシステムであって、上記信号源の上記地理的な位置を上記測定装置から受けるよう構成されたネットワークを更に具えている。別の見方によれば、本発明の概念１４は、上記概念１のシステムであって、上記測定装置が、上記信号源の上記地理的な位置をネットワークに送信することを特徴としている。

本発明の概念１５は、上記概念１のシステムであって、上記測定装置から、上記測定装置の上記地理的な位置を受けるネットワークを更に具えている。別の見方によれば、本発明の概念１５は、上記概念１のシステムであって、上記測定装置が、上記測定装置の上記地理的な位置をネットワークに送信することを特徴としている。

本発明の概念１６は、上記概念１のシステムであって、上記信号源の上記地理的な位置に基いて、上記トリガ・イベントを選別するトリガ選別機構を更に具えている。

本発明の概念１７は、上記概念１のシステムであって、上記信号の方位角を提供するよう構成された受信アンテナを更に具えている。

本発明の概念１８は、上記概念１７のシステムであって、上記マッピング・アプリケーションが、更に、上記信号の上記方位角を視覚的に提示するよう構成されていることを特徴としている。

本発明の概念１９は、上記概念１のシステムであって、
上記測定装置が、複数の異なる物理的位置において、上記トリガ・イベントが検出される上記信号の信号測定データを取得し、
上記マッピング・アプリケーションが、上記信号測定データを用いて上記信号の信号源の地理的位置を決定すると共に、上記信号源の地理的位置を視覚的に提示することを特徴としている。

本発明の概念２０は、上記概念１のシステムであって、
上記トリガは、上記測定装置の上記物理的位置に基いてトリガ条件を定めることを特徴としている。更に、上記物理的位置が変更されると、上記トリガ条件が変更後の上記物理的位置に適したものに自動的に更新されるようにしても良い。

図１は、本発明の実施形態の１つの例による自動スペクトラム監視システムの例を示す。 図２は、本発明の実施形態の別の例によるもので、異常信号を検出及び位置提示するのに周波数マスク・トリガを用いる例を示す。 図３は、本発明の実施形態の更に別の例によるもので、関心のある１つ以上の信号を検出及び位置提示するのにＤＰＸ密度トリガを用いる例を示す。 図４は、本発明の実施形態の更に別の例によるもので、位置限定型トリガ・システムの例を示す。

本発明の実施形態は、大まかに言えば、例えば、リアルタイム・トリガのような汎用のリアルタイム信号発見機能を用いて、自動的且つ効率良くスペクトラムを監視し、信号が観測された位置を提示するためのシステムに関する。スペクトラム監視機器と連動して、位置ベースの（位置に基づく）トリガを利用することにより、スペクトラム監視作業において、強力なトリガ機能と信号捕捉機能とを効果的に実現できる。

信号監視システムの能力は、信号自身のリアルタイムの内容に基づく信号位置情報に連動して信号捕捉及び測定を開始する機能を追加することによって、著しく強化される。リアルタイム・スペクトラム・アナライザで利用可能な信号発見機構（例えば、周波数マスク・トリガやＤＰＸ密度トリガなど）は、位置認識マッピング機能と共に利用されたときに、ユーザが検出したいと関心を持っている信号の実際の特性に基づいて、信号の測定と位置特定をいつ開始するか判断する機能を効果的に提供できる。

図１は、本発明の実施形態の１つによる自動スペクトラム監視システムの例を示す。この例では、システム１００が、ネットワーク１５０と通信できるポータブル・デバイスのような測定装置１１０を有し、これには、リアルタイム・トリガ検出機能、位置認識測定値収集及びマッピング機能がある。測定装置１１０は、例えば、米国マイクロソフト社製のウィンドウズ（登録商標）を基本ソフト（ＯＳ）として採用しても良く、その表示部に複数のウィンドウを開いて、複数のアプリケーションをマルチタスクで動作可能としても良い。

この例では、測定装置１１０に、信号情報表示部１２０と、ユーザ・インタフェース１３０とがある。これらは、測定装置１１０の表示部に表示されたウィンドウであっても良い。更に、ユーザ・インタフェース１３０は、後述するマッピング・アプリケーションのウィンドウであっても良い。ユーザ・インタフェース１３０は、種々に表示を変形可能で、必要な設定をユーザが入力できる。実施形態によっては、システム１００の全体が、モバイル・システム（持ち運び可能なシステム）でも良い。受信アンテナ１６０は、ＲＦ信号を受信するためのもので、方位角を検出できるように、指向性アンテナとしても良い。ポータブル・デバイスとしては、例えば、米国テクトロニクス社が製造販売するＳＰＥＣＭＯＮシリーズ・スペクトラム・アナライザとしても良い（非特許文献２参照）。

システム１００によれば、ユーザは、例えば、ユーザ・インタフェース１３０のアクティブ・マップ・ウィンドウ１３１を用いて、監視すべきエリアを効率良く見てまわることができ、同時に、システム１００は、例えば、ＲＦ（無線周波数）入力部（アンテナ１６０及び関連する受信回路）からの信号について、測定装置の実際の物理的な位置に基づくと共に、ユーザ指定の１つ以上の信号特性のリアルタイム評価に基づき、自動的に検出、捕捉、測定及び位置提示を行う。測定装置の位置は、例えば、ＧＰＳからの入力を受けて自動的に決定しても良いし、ユーザが表示されたマップ（地図）を見て測定装置の位置に対応するポイントをマップ表示画面上でタップすることにより指定しても良い。このように、システム１００は、ユーザの監視したい関心と直接合致するスペクトラム・コンテンツ情報を収集できる。更に、測定装置１１０は、オプションで、位置情報をネットワーク１５０に送信するようにしても良い。

この例では、ユーザ・インタフェース１３０にユーザ・インタラクティブ・ウィンドウ１３２があり、これには、複数のボタン１３３〜１３８と、サムネイル表示部１３９とが設けられる。サムネイル表示部１３９は、信号情報表示部１２０でも同時に表示している信号情報を小さくしたバージョン（サムネイル）を表示する。複数のボタン１３３〜１３８の中から１つを選択すると、周波数マスク・トリガやＤＰＸ密度トリガのような、適用される１つのトリガ形式が選択されるようにしても良い。マップ・ウィンドウ１３１は、検出された信号の地理的な位置を視覚的に示すことができる。しかも、測定装置の地理的な位置が変更されれば、表示される地図の範囲が自動的に変更されたり、画面へのタッチ操作で、表示される地図の範囲を所望の範囲に変更したり、その縮尺を任意に変更するなど、アクティブに表示を変更できる。

図２は、本発明の実施形態の別の例２００によるもので、異常信号を検出及び位置提示するのに周波数マスク・トリガを用いる例を示す。この例では、現在の地理的な位置における測定しようとする周波数帯域において、規格や政府の許可などにより、動作しても良いとされている正常な（Authorized：承認された）信号を特定する周波数マスク２４０が生成される。周波数マスク２４０のような、位置に基づく正常信号特定マスク（位置ベース・マスク）を送信するのには、１つ以上のオンライン・データ源２５０から無線通信により自動的にダウンロードされるようにしても良いし、オプションで測定装置に予めロードしておくようにしても良い。この例におけるシステム２００は、ＧＰＳからの入力などで地理的な位置を認識できるので、地理的な位置が変更されたら、こうしたマスクを自動的に更新するようにすれば、信号監視機能を更に自動化可能となる。

この例では、信号情報表示部１２０に被測定入力信号のスペクトラム波形１２２が示されている。破線１２４は、周波数マスク２４０の境界を示し、この例では、周波数マスク境界１２４より上の表示領域が周波数マスク２４０を形成している。逆に言えば、スペクトラム波形１２２が、周波数マスク境界１２４より下の表示領域に存在している限りは、被測定入力信号の特性が正常なことを意味する。このように、周波数マスク２４０は、その地理的な位置において、正常な信号であるか否かを判断するトリガ条件を定める。しかし、この例では、スペクトラム波形１２２中のピーク１２６及び１２８が、周波数マスク境界１２４を突破し、周波数マスク２４０に侵入しているので、被測定入力信号のピーク１２６及び１２８の存在する部分に異常があると判断できる。周波数マスクを用いて検出される被測定入力信号中のこうした異常部分は、トリガ・イベントと呼ばれ、トリガ・イベントの検出によって、測定装置にトリガがかかり、トリガ・イベントの前後の信号測定データが測定装置のメモリ（図示せず）中に記憶される。トリガ・イベントは、例えば、タイム・スタンプ（時刻情報）であっても良く、これによって、測定装置のメモリに記憶される被測定入力信号を表すデジタル・データである信号データ中のどこに異常な部分があるのかを容易に特定可能となる。

上述の如く、周波数マスク２４０で定める正常な信号特性の範囲から外れて動作している信号が検出されると、それは不正な信号、つまり、異常信号と考えられる。すると、この異常信号が、ユーザ・インタフェース１３０のマップ・ウィンドウ１３１内で、例えば、対応するアイコンやインジケータなどを用いて、その観測された地理的な位置を示しつつ、視覚的に提示されるようにしても良い。このように、周波数マスク・トリガ機能と、位置に基づくトリガ選択機能を用いて信号の異常状態が検出され、有効なトリガ・イベントを決定できる。

例２００では、アクティブ・マップ上に、地理的に異なる位置で測定された、正常範囲を定めるマスクから外れて動作している信号が２つ示されている。周波数マスク・トリガを用いてトリガがかかると、トリガ信号が測定装置上で動作しているマッピング・アプリケーション（ソフトウェア）に送られる。このトリガ信号に応じて、マッピング・アプリケーションは、測定装置のメモリ中に記憶された信号データ（デジタル・データ）から、トリガ・イベントに関する信号測定データを取得し、例えば、２つのアイコン２６０及び２６１（又は、別の視覚的なインジケータでも良い）の例で示すように、信号測定データを示すものを、アクティブ・マップ・ウィンドウ１３１内のアクティブ・マップ（地図）上の測定装置の現在位置に挿入する。この例では、アイコン２６０及び２６１は、信号情報表示部１２０でも同時に表示可能な信号情報のサムネイル・バージョンである。

信号伝播の方位角（これに限定されないが）を含む付加情報を、例えば、受信アンテナ１６０から得て、ウィンドウ１３１内のアクティブ・マップ上で、方向を示す矢印を用いて表示するようにしても良い。複数の地理的に異なる位置で同一と見なせる信号に関して方位角情報を収集することで、異常信号源の位置をより簡単に且つ正確に特定するための三角測量が可能になる。三角測量を用いる場合、もっとも効率の良い場合では、最小２カ所で信号を測定することで、信号源の位置を特定できる。複数の地理的に異なる位置で収集された信号測定データが同一かどうか判断するのには、例えば、相関を用いても良い。複数の地理的に異なる位置で、同一の信号が特定されれば、その信号の信号源の位置が特定可能なので、信号の方位角情報は必須ではないが、方位角情報があれば、同一性を判断すべき信号を限定できるので、信号源の位置の特定が更に容易になる。なお、方位角情報を用いない場合、測定された信号の強度を見ながら、信号源の位置を推定し、推定位置の周りを囲む複数の位置で、信号を測定すると、より効率的に信号源の位置を決定できる。このように、ユーザ指定の信号基準に基づく自動的な動作によって、関心のある信号の発見、捕捉、分析、更には、信号源の位置特定が可能になる。特定された信号源の位置は、同様にして、アクティブ・マップ上で視覚的にその地理的位置が提示される。

周波数マスク・トリガに加えて、リアルタイム・スペクトラム・アナライザは、信号検出に使用できるその他の種々のリアルタイム・トリガを一般に利用可能になっている。スペクトラムを監視するための信号の捕捉、測定及び位置提示動作を行うために、これらトリガを利用しても良い。

図３は、本発明の実施形態の更に別の例３００によるもので、関心のある１つ以上の信号を検出及び位置提示するのにＤＰＸ密度トリガ（非特許文献１の「DPX Densityトリガ」参照）を用いる例を示す。この例では、ＤＰＸ密度トリガが、信号特性の検出や、上述したような信号の捕捉、測定、及び位置提示動作を開始させるために利用される。ＤＰＸ密度トリガは、被測定信号をスペクトラム表示する際に、測定した期間における被測定信号のスペクトラムの出現頻度を用いてスペクトラム波形の出現密度を求め、次に、スペクトラム表示領域内に関心領域（図３の例では箱型の枠１２９）を設けて、例えば、関心領域内によける出現密度が所定値（図３の例では、6.175％）を超えたらトリガをかける（トリガ・イベントが発生した）とし、そのトリガ・イベント前後のスペクトラム波形データ（即ち、信号測定データ）をメモリ容量が許す範囲で測定装置１１０のメモリ（図示せず）に記憶する。

図２の例２００と同様にして、例３００で結果として得られるトリガ信号がマッピング・アプリケーションに送られて、これに応じてマッピング・アプリケーションは、測定装置のメモリからトリガ・イベントに関する信号測定データを取得し、例えば、２つのアイコン３６０及び３６１の例で示すように、信号測定データを示すものを、アクティブ・マップ・ウィンドウ１３１内のアクティブ・マップ上の測定装置の現在位置に挿入する。これらアイコン３６０及び３６１は、信号情報表示部１２０でも同時に表示可能な被測定信号情報のサムネイル・バージョンでも良いし、何らかの別のものでも良い。

図４は、本発明の実施形態の更に別の例によるもので、位置限定型トリガ・システム４００の例を示す。システム４００には、例えば、ネットワーク４５０と通信可能なポータブル・デバイスである測定装置４１０があり、測定装置４１０には、信号情報表示部４２０と、アクティブ・マップ・ウィンドウ４３１があって、こうした点では、図１〜３のシステム１００、２００又は３００と同様である。また、図１〜３のシステム１００、２００又は３００と同様に、システム４００が全体として、モバイル・システムであっても良い。

システム４００によれば、ユーザは、例えば、アクティブ・マップ・ウィンドウ４３１を用いて、監視すべきエリアを効率良く見てまわることができ、同時に、システム４００は、例えば、ＲＦ入力部（アンテナ１６０及び関連する受信回路）からの信号について、測定装置の実際の物理的な位置（上述の如く例えば、ＧＰＳからの入力を受けて決定するか、ユーザが表示マップ上で位置を指定する、など）に基づくと共に、ユーザ指定の１つ以上の信号特性のリアルタイム評価に基づき、自動的に検出、捕捉、測定及び観測位置提示を行う。測定装置４１０は、オプションで、検出した信号位置情報をネットワーク４５０に送信するようにしても良い。更に、システム４００は、リアルタイム・スペクトラム・アナライザ（ＲＳＡ）が有している種々のトリガと、例えばＧＰＳ入力から決定した地理的な位置とに基づいて、地理的な位置に応じて使用するトリガ・イベントを自動的に選別（限定）する位置限定型トリガ・イベントの生成を行うようにしても良い。

図示した実施形態を参照しながら本発明の原理を説明してきたが、こうした原理から離れることなく、図示した実施形態の構成や詳細を変更したり、望ましい形態に組み合わせても良いことが理解できよう。先の説明では、特定の実施形態に絞って説明しているが、別の構成も考えられる。特に、「本発明の実施形態による」といった表現を本願では用いているが、こうした言い回しは、一般に実施形態として可能であること述べているに過ぎず、特定の実施形態の構成に限定することを意味するものではない。本願で用いているように、こうした用語は、別の実施形態に組み合わせ可能な同じ又は異なる実施形態を言及していると考えても良い。例えば、本発明によるスペクトラム監視システムを複数の異なる地理的位置にそれぞれ配置し、異常信号が検出されると、無線通信を使ってネットワーク経由で、その異常信号の信号測定データをユーザのコンピュータへ送信するようにしても良い。

従って、本願で説明した実施形態は、幅広く種々に組み合え可能であるとの観点から、詳細な説明や図面等は、単に説明の都合によるものに過ぎず、本発明の範囲を限定するものと考えるべきではない。

１００ システムの例
１１０ 測定装置
１２０ 信号情報表示部
１２２ 被測定入力信号のスペクトラム波形
１２４ 周波数マスク境界
１２６ 周波数マスクに侵入したスペクトラム・ピーク波形
１２８ 周波数マスクに侵入したスペクトラム・ピーク波形
１３０ ユーザ・インタフェース
１３１ アクティブ・マップ・ウィンドウ
１３２ ユーザ・インタラクティブ・ウィンドウ
１３３〜１３８ ボタン
１３９ サムネイル表示部
１５０ ネットワーク
１６０ アンテナ
２００ システムの例
２４０ 正常特定周波数マスク
２６０ 波形アイコン
２６１ 波形アイコン
３００ システムの例
３６０ 波形アイコン
３６１ 波形アイコン
４００ 位置限定型トリガ・システム
４１０ 測定装置
４２０ 信号情報表示部
４３１ アクティブ・マップ・ウィンドウ

Claims (3)

1. 信号に関する信号情報を視覚的に提示する信号情報表示部と、
   上記信号に応じたトリガを用いて上記信号のトリガ・イベントを検出するリアルタイム・トリガ検出部と、
   上記トリガ・イベントが検出されたときの上記信号の地理的位置を決定すると共に、上記地理的位置を視覚的に提示するマッピング・アプリケーションと
   を有する測定装置を具え、
   該測定装置の物理的位置に基いて上記トリガのトリガ条件を定める自動スペクトラム監視システム。
2. 上記測定装置が、複数の異なる物理的位置において上記信号の信号測定データを取得し、
   上記マッピング・アプリケーションが、上記信号測定データを用いて上記信号の信号源の地理的位置を決定すると共に、上記信号源の地理的位置を視覚的に提示することを特徴とする請求項１記載の自動スペクトラム監視システム。
3. 上記測定装置の上記物理的位置が変更されると、上記トリガ条件が変更後の上記物理的位置に適したものに自動的に更新されることを特徴とする請求項１又は２記載の自動スペクトラム監視システム。

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