JP6738359B2 - 信号発生装置とその出力レベル調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、所望の周波数帯の変調波を生成する信号発生装置に関する。

所望の周波数帯の変調波を生成する信号発生装置として、例えば、任意信号発生器で生成された中間周波数信号をミキサなどで周波数変換し、所望の周波数帯の変調波を生成する信号発生装置が知られている。

このような信号発生装置は、例えば、移動体通信端末の試験を行なう移動端末試験装置などに組み込まれ、試験用の信号を生成して、出力するようになっている。

特許文献１には、試験信号発生器と電波暗室の内部に配置した送信アンテナ及びＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）通信装置をケーブルで接続し、ＭＩＭＯ通信装置を電波暗室の中に配置して試験を行なうことが開示されている。

特許文献１に開示されている測定システムの構成では、試験信号発生器に接続されたケーブルを電波暗室の中へ引き込み、引き込んだケーブルを電波暗室の内部に配置した送信アンテナと接続することにより、試験信号発生器の信号が送信アンテナを介して電波暗室内のＭＩＭＯ通信装置に出力されるようになっている。

この測定システムと似た構成として、試験信号発生器と電波暗室の内部に配置された送信アンテナとをケーブルで直接接続するのではなく、電波暗室の外側すぐ近くに試験信号発生器の一部機能を持たせたモジュール（外部モジュール）を配置し、電波暗室の内部に配置された送信アンテナと、この外部モジュールとを接続し、電波暗室とは離れた場所にある試験信号発生器の他の機能を備えた装置（装置本体）と外部モジュールとをケーブルで接続する構成とすることがある。

国際公開第２０１２／１０８１２４号

しかしながら、このように装置本体と外部モジュールをケーブルで接続した場合、電波暗室と外部モジュール、装置本体のそれぞれの設置場所の移動などによりケーブルの交換があった場合にケーブルの長さなどが変わってケーブルロスが変わってしまうと、外部モジュールの出力端での信号のレベルやＳＮＲ（Signal-Noise Ratio）、歪特性などの条件（伝送特性）が変わってしまい、数値補償ができなくなるという課題があった。

そこで、本発明は、本体部と外部モジュールを接続する接続手段の接続条件が変わっても、外部モジュールの出力端での信号条件を調整することができる信号発生装置を提供することを目的としている。

本発明の信号発生装置は、任意の信号を発生する本体部と、交換によりその伝送特性が変わる接続手段により前記本体部と接続され、前記接続手段を介して入力される前記本体部において発生された信号をミキサにより周波数変換して出力する外部モジュールと、を備える信号発生装置であって、前記外部モジュールは、前記ミキサの前段に第１の可変減衰器を備え、前記本体部は、前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整するとき、前記第１の可変減衰器により第１の調整を行なう制御部を備え、前記制御部は、前記第１の可変減衰器により前記第１の調整を行なった後、前記本体部の出力する信号のレベルを調整して前記第１の調整より細かい第２の調整を行なうものである。

この構成により、ミキサの前段の第１の可変減衰器により第１の調整が行なわれた後、本体部の出力する信号のレベルが調整されて第１の調整より細かい第２の調整が行なわれる。このため、本体部と外部モジュールを接続する接続手段の接続条件が変わっても、外部モジュールの出力端での信号条件を調整することができる。
また、本発明の信号発生装置は、任意の信号を発生する本体部と、交換によりその伝送特性が変わる接続手段により前記本体部と接続され、前記接続手段を介して入力される前記本体部において発生された信号をミキサにより周波数変換して出力する外部モジュールと、を備える信号発生装置であって、前記外部モジュールは、前記ミキサの前段に第１の可変減衰器を備え、前記本体部は、前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整するとき、前記第１の可変減衰器により第１の調整を行なう制御部を備え、前記外部モジュールは、前記ミキサによってミキシングされた信号を増幅するアンプと、前記アンプによって増幅された信号のレベルを調整する第２の可変減衰器と、を備え、前記外部モジュールは、出力信号のレベルを検出する出力レベルモニタ部を備え、前記制御部は、前記出力レベルモニタ部の検出する出力信号のレベルに基づいて前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整するものである。
この構成により、外部モジュールの出力レベルモニタ部の検出する出力信号のレベルに基づいて外部モジュールの出力信号のレベルが調整される。このため、精度良く出力信号のレベルを調整することができる。

また、本発明の信号発生装置において、前記外部モジュールは、出力信号のレベルを検出する出力レベルモニタ部を備え、前記制御部は、前記出力レベルモニタ部の検出する出力信号のレベルに基づいて前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整するものである。

この構成により、外部モジュールの出力レベルモニタ部の検出する出力信号のレベルに基づいて外部モジュールの出力信号のレベルが調整される。このため、精度良く出力信号のレベルを調整することができる。

また、本発明の信号発生装置は、任意の信号を発生する本体部と、交換によりその伝送特性が変わる接続手段により前記本体部と接続され、前記接続手段を介して入力される前記本体部において発生された信号をミキサにより周波数変換して出力する外部モジュールと、を備える信号発生装置であって、前記外部モジュールは、前記ミキサの前段に第１の可変減衰器を備え、前記本体部は、前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整するとき、前記第１の可変減衰器により第１の調整を行なう制御部を備え、前記外部モジュールは、前記ミキサによってミキシングされた信号を増幅するアンプと、前記アンプによって増幅された信号のレベルを調整する第２の可変減衰器と、を備え、前記制御部は、前記第１の可変減衰器により第１の調整を行なった後、前記本体部の出力する信号のレベルを調整して前記第１の調整より細かい第２の調整を行なうものである。

この構成により、第１の可変減衰器により第１の調整が行なわれた後、本体部の出力する信号のレベルが調整されて第１の調整より細かい第２の調整が行なわれる。このため、精度良く出力信号のレベルを調整することができる。
また、本発明の信号発生装置において、前記外部モジュールは、電波暗室の内部に配置された送信アンテナに接続され、前記電波暗室の外側すぐ近くに配置され、前記接続手段の交換は、前記電波暗室、前記本体部および前記外部モジュールのそれぞれの設置場所の移動によるものである。
この構成により、電波暗室、本体部および外部モジュールのそれぞれの設置場所の移動により接続手段が交換される。このため、据付後に、電波暗室と外部モジュール、本体部のそれぞれの設置場所の移動が起きた場合でも、精度良く出力信号のレベルを調整することができる。

また、本発明の信号発生装置の出力レベル調整方法は、任意の信号を発生する本体部と、交換によりその伝送特性が変わる接続手段により前記本体部と接続され、前記接続手段を介して入力される前記本体部において発生された信号をミキサにより周波数変換して出力する外部モジュールと、を備え、前記外部モジュールは、前記ミキサの前段に第１の可変減衰器を備える信号発生装置の出力レベル調整方法であって、前記第１の可変減衰器により第１の調整を行なうステップと、前記第１の可変減衰器により前記第１の調整を行なった後、前記本体部の出力する信号のレベルを調整して前記第１の調整より細かい第２の調整を行うステップと、を備えるものである。

この構成により、ミキサの前段の第１の可変減衰器により第１の調整が行なわれた後、本体部の出力する信号のレベルが調整されて第１の調整より細かい第２の調整が行なわれる。このため、本体部と外部モジュールを接続する接続手段の接続条件が変わっても、外部モジュールの出力端での信号条件を調整することができる。

本発明は、本体部と外部モジュールを接続する接続手段の接続条件が変わっても、外部モジュールの出力端での信号条件を調整することができる信号発生装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る信号発生装置のブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態に係る信号発生装置のレベル調整処理の手順を説明するフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る信号発生装置について詳細に説明する。

図１において、本発明の一実施形態に係る信号発生装置１は、中間周波数帯の信号を生成する本体部２と、本体部２によって生成された中間周波数帯の信号を所定の周波数帯の信号に周波数変換する外部モジュール３とを備えている。本体部２と外部モジュール３は、信号用ケーブル４及び制御用ケーブル５で接続されている。信号用ケーブル４は、本体部２によって生成された中間周波数帯の信号を伝送する。制御用ケーブル５は、本体部２の制御部２３が外部モジュール３の各部を制御するための信号や、外部モジュール３の各部が情報を本体部２の制御部２３に通知する信号などを伝送する。

信号用ケーブル４及び制御用ケーブル５は、例えば、本体部２と外部モジュール３の設置位置などに応じて交換可能になっている。

本体部２は、任意信号発生器（ＡＷＧ：Arbitrary Waveform Generator）２１と、操作部２２と、制御部２３とを含んで構成される。

任意信号発生器２１は、任意のパターンの信号を発生する。任意信号発生器２１は、ＤＡＣ（Digital to Analog Converter）やＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などにより構成される。

操作部２２は、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力機器で構成され、操作入力された生成信号の設定情報などを制御部２３に出力する。

制御部２３は、例えば、コンピュータ装置によって構成される。このコンピュータ装置は、それぞれ図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ハードディスク装置などの不揮発性の記憶媒体と、各種入出力ポートとを有する。

このコンピュータ装置のＲＯＭ及びハードディスク装置には、コンピュータ装置を制御部２３として機能させるためのプログラムが格納されている。すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータ装置は、制御部２３として機能する。

制御部２３は、操作部２２に入力された生成信号の設定情報に基づいて任意信号発生器２１に信号を生成させ、後述する外部モジュール３の各部を制御して生成信号の設定情報に適合した信号を出力させる。

外部モジュール３は、本体部２から入力された信号のレベルを調整する可変減衰器３１と、可変減衰器３１によってレベル調整された信号を所定の周波数帯域に周波数変換するミキサ３２と、ミキサ３２による周波数変換の局部発振信号を生成する局部発振器３３と、ミキサ３２によってミキシングされた信号を増幅するアンプ３４と、アンプ３４によって増幅された信号のレベルを調整する可変減衰器３５と、可変減衰器３５によってレベル調整された信号を無線信号として出力するアンテナ３６と、可変減衰器３５によってレベル調整された信号のレベルを検出する出力レベルモニタ部３７とを含んで構成される。

可変減衰器３１及び可変減衰器３５の調整量や、局部発振器３３の生成する局部発振信号の周波数、アンプ３４による増幅量などは、本体部２の制御部２３からの制御用ケーブル５を介した信号によって制御される。出力レベルモニタ部３７によって検出された情報は制御用ケーブル５を介して本体部２の制御部２３に送信される。

このような構成の信号発生装置１では、ミキサ３２での性能悪化（ＳＮＲ悪化や歪特性の悪化）が生じやすい。このため、ミキサブロック段での性能悪化を極力低減させることが望まれる。

ミキサに限らず、半導体部品の多くは、歪特性とＮＦ（Noise Figure）特性の両立を考慮しなければならない。ミキサであれば、ミキサ入力レベルを適切な値にすることが重要となる。ＳＮＲを考慮してなるべく高い値としたいが、あまりにも高い値とするとミキサ段で歪むため、歪特性に問題ない範囲において極力高いレベルとなる。

本実施形態の信号発生装置１の場合、任意信号発生器２１出力段のＳＮＲを極力損なわないように、最終出力段まで信号を連れて行くことを目標とする。単純にＳＮＲを悪化させないということだけであれば、任意信号発生器２１出力段に低ＮＦのアンプを配置しゲインを取ればよい。

しかしながら、計測器では単にゲインを取ればよいということにはならない。その理由は、半導体デバイスは非線形素子であり、歪成分を生じさせるためである。多くの計測器は、所望のアプリケーションに即した波形生成を行なっており、上述の歪成分はこれら波形の品質を悪化させる要因となる。

このため、ＳＮＲが悪化しないようにゲインを取りつつも使用する部品の歪特性を考慮して設計を行なう。特に、ミキサがブロック構成に含まれる場合、他のブロックに対してミキサ部がＳＮＲに対して寄与度が大きい場合が多い。

ミキサのＮＦは、変換損失（Conversion Loss）＋αであり８から１０ｄＢとなるのが一般的である。このため、単なる信号経路ロスやフィルタロスに比べてロスが大きくなり、ＳＮＲ悪化の要因になりやすいブロックとなる。ＮＦが大きいブロックであるため、前段までにゲインを取りたくなるが、ミキサはアンプ等に対して歪性能が低い傾向にあるため、ミキサ入力のレベルを高くすると、ミキサの歪性能によりダイナミックレンジが悪化する。

多くの場合、信号経路は固定されており、開発時に最適化調整を行なえばよいが、本実施形態の信号発生装置１の場合、本体部２と外部モジュール３に分離しているため、分離している部分の接続手段（本実施形態においては信号用ケーブル４の部分）のロス値（伝送特性）が、どのような接続手段とするかで変わってしまい、最適化が意味をなさない。

このような課題を解決するため、本実施形態においては、外部モジュール３のミキサ３２前段に可変減衰器３１を配置し、接続手段の条件が変わった場合でも、可変減衰器３１の調整値を変えることでミキサ３２の入力レベルを管理できるようにした。

制御部２３は、操作部２２への操作入力により出力周波数のレベル調整が要求されると、設定されている出力周波数について調整を行なう。なお、出力周波数として複数の周波数が設定されている場合は、それぞれ周波数について調整を行なう。また、出力周波数として周波数の幅（上限値と下限値）がされている場合は、設定されている周波数の上限値と下限値の間を予め設定された周波数間隔で調整を行なう。

制御部２３は、設定されている周波数を出力するように各部を設定し、出力レベルモニタ部３７の検出結果から設定されているレベルと出力レベルの差分値を測定する。

制御部２３は、設定されているレベルと出力レベルの差分値に対して、外部モジュール３の可変減衰器３１により粗調整を行なう。これは、ミキサ３２の入力レベルが所定の値、例えば、１ｄＢ単位で可変減衰器３１により調整される。これにより、ミキサ３２の入力レベルが所定値単位で粗調整される。

制御部２３は、外部モジュール３の可変減衰器３１により粗調整を行なった後、例えば、任意信号発生器２１の出力レベルを調整して出力レベルの微調整を行なう。なお、微調整は、ＡＬＣ（Auto Level Control）などを外部モジュール３に設けて行なうようにしてもよい。

このように、出力レベルの調整を実施する過程において、外部モジュール３の可変減衰器３１により粗調整を行なっているため、設計されたレベルダイヤグラムを大きく変えることなくレベル調整を行なうことができる。

なお、外部モジュール３のレベルダイヤグラム作成において、ケーブルロス等で損失がある程度変化することを見越して、外部モジュール３の可変減衰器３１を調整してもＳＮＲに与える影響が少なくなるように、ゲインをとった構成としておくとよい。

以上のように構成された本実施形態に係る信号発生装置１によるレベル調整処理について、図２を参照して説明する。なお、以下に説明するレベル調整処理は、操作部２２への操作入力により出力周波数のレベル調整が要求されると開始される。

ステップＳ１において、制御部２３は、設定されている周波数を出力するように各部を設定する。

ステップＳ２において、制御部２３は、出力レベルモニタ部３７の検出結果から出力レベルと設定されているレベルの差分値を測定する。

ステップＳ３において、制御部２３は、出力レベルと設定されているレベルの差分値に対して、可変減衰器３１により粗調整を行なう。

ステップＳ４において、制御部２３は、出力レベルモニタ部３７の検出結果から出力レベルと設定されているレベルの差分値を再度測定する。

ステップＳ５において、制御部２３は、出力レベルと設定されているレベルの残差分値に対して、任意信号発生器２１の出力レベルを調整して調整する。

ステップＳ６において、制御部２３は、調整対象である全ての周波数についてレベル調整を実施したか否かを判定する。全ての周波数についてレベル調整を実施していないと判定した場合、制御部２３は、ステップＳ１に戻って処理を繰り返す。

ステップＳ６において全ての周波数についてレベル調整を実施したと判定した場合、制御部２３は、処理を終了する。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１ 信号発生装置
２ 本体部
３ 外部モジュール
４ 信号用ケーブル（接続手段）
５ 制御用ケーブル
２１ 任意信号発生器
２３ 制御部
３１ 可変減衰器
３２ ミキサ
３７ 出力レベルモニタ部

Claims (6)

1. 任意の信号を発生する本体部（２）と、
   交換によりその伝送特性が変わる接続手段（４）により前記本体部と接続され、前記接続手段を介して入力される前記本体部において発生された信号をミキサ（３２）により周波数変換して出力する外部モジュール（３）と、を備える信号発生装置であって、
   前記外部モジュールは、前記ミキサの前段に第１の可変減衰器（３１）を備え、
   前記本体部は、前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整するとき、前記第１の可変減衰器により第１の調整を行なう制御部（２３）を備え、
   前記制御部は、前記第１の可変減衰器により前記第１の調整を行なった後、前記本体部の出力する信号のレベルを調整して前記第１の調整より細かい第２の調整を行なう信号発生装置。
2. 任意の信号を発生する本体部（２）と、
   交換によりその伝送特性が変わる接続手段（４）により前記本体部と接続され、前記接続手段を介して入力される前記本体部において発生された信号をミキサ（３２）により周波数変換して出力する外部モジュール（３）と、を備える信号発生装置であって、
   前記外部モジュールは、前記ミキサの前段に第１の可変減衰器（３１）を備え、
   前記本体部は、前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整するとき、前記第１の可変減衰器により第１の調整を行なう制御部（２３）を備え、
   前記外部モジュールは、前記ミキサによってミキシングされた信号を増幅するアンプ（３４）と、
   前記アンプによって増幅された信号のレベルを調整する第２の可変減衰器（３５）と、を備え、
   前記外部モジュールは、出力信号のレベルを検出する出力レベルモニタ部（３７）を備え、
   前記制御部は、前記出力レベルモニタ部の検出する出力信号のレベルに基づいて前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整する信号発生装置。
3. 前記外部モジュールは、出力信号のレベルを検出する出力レベルモニタ部（３７）を備え、
   前記制御部は、前記出力レベルモニタ部の検出する出力信号のレベルに基づいて前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整する請求項１に記載の信号発生装置。
4. 任意の信号を発生する本体部（２）と、
   交換によりその伝送特性が変わる接続手段（４）により前記本体部と接続され、前記接続手段を介して入力される前記本体部において発生された信号をミキサ（３２）により周波数変換して出力する外部モジュール（３）と、を備える信号発生装置であって、
   前記外部モジュールは、前記ミキサの前段に第１の可変減衰器（３１）を備え、
   前記本体部は、前記外部モジュールの出力信号のレベルを調整するとき、前記第１の可変減衰器により第１の調整を行なう制御部（２３）を備え、
   前記外部モジュールは、前記ミキサによってミキシングされた信号を増幅するアンプ（３４）と、
   前記アンプによって増幅された信号のレベルを調整する第２の可変減衰器（３５）と、を備え、
   前記制御部は、前記第１の可変減衰器により前記第１の調整を行なった後、前記本体部の出力する信号のレベルを調整して前記第１の調整より細かい第２の調整を行なう信号発生装置。
5. 前記外部モジュールは、電波暗室の内部に配置された送信アンテナに接続され、前記電波暗室の外側すぐ近くに配置され、前記接続手段の交換は、前記電波暗室、前記本体部および前記外部モジュールのそれぞれの設置場所の移動によるものである請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の信号発生装置。
6. 任意の信号を発生する本体部（２）と、交換によりその伝送特性が変わる接続手段（４）により前記本体部と接続され、前記接続手段を介して入力される前記本体部において発生された信号をミキサ（３２）により周波数変換して出力する外部モジュール（３）と、を備え、前記外部モジュールは、前記ミキサの前段に第１の可変減衰器（３１）を備える信号発生装置の出力レベル調整方法であって、
   前記第１の可変減衰器により第１の調整を行なうステップと、
   前記第１の可変減衰器により前記第１の調整を行なった後、前記本体部の出力する信号のレベルを調整して前記第１の調整より細かい第２の調整を行うステップと、を備える出力レベル調整方法。

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