JPH07270464A - 位相雑音測定システムおよび方法 - Google Patents
位相雑音測定システムおよび方法Info
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- JPH07270464A JPH07270464A JP6323367A JP32336794A JPH07270464A JP H07270464 A JPH07270464 A JP H07270464A JP 6323367 A JP6323367 A JP 6323367A JP 32336794 A JP32336794 A JP 32336794A JP H07270464 A JPH07270464 A JP H07270464A
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- Measuring Phase Differences (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Testing Relating To Insulation (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、必要なハードウエアが少なく、小
型、軽量、廉価な位相雑音測定システムを提供すること
を目的とする。 【構成】 位相雑音が測定される第１の信号を供給する
第１の信号源20と、この第１の信号とほぼ同じ周波数で
同様の雑音内容をそれぞれ有する第２および第３の信号
を供給する第２および第３の信号源14, 15と、第１、第
２および第３の信号を１度に２つそれぞれ混合して３つ
の各差信号を生成する混合手段30と、搬送波信号と長期
信号ドリフトを除去するサーボ手段23, 24と、混合手段
30に結合される波形レコーダ11,12,13と、波形レコーダ
11,12,13に結合され、３つの差信号を統計的に分析し、
複合パワースペクトル密度から第１、第２および第３の
信号の個々のパワースペクトル密度を計算し、第１の信
号源の位相雑音を決定する処理手段23とを具備している
ことを特徴とする。
型、軽量、廉価な位相雑音測定システムを提供すること
を目的とする。 【構成】 位相雑音が測定される第１の信号を供給する
第１の信号源20と、この第１の信号とほぼ同じ周波数で
同様の雑音内容をそれぞれ有する第２および第３の信号
を供給する第２および第３の信号源14, 15と、第１、第
２および第３の信号を１度に２つそれぞれ混合して３つ
の各差信号を生成する混合手段30と、搬送波信号と長期
信号ドリフトを除去するサーボ手段23, 24と、混合手段
30に結合される波形レコーダ11,12,13と、波形レコーダ
11,12,13に結合され、３つの差信号を統計的に分析し、
複合パワースペクトル密度から第１、第２および第３の
信号の個々のパワースペクトル密度を計算し、第１の信
号源の位相雑音を決定する処理手段23とを具備している
ことを特徴とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般に位相雑音測定シ
ステムに関し、特に、それらの位相雑音内容のパワース
ペクトルの密度を統計的に得るために３個の独立的な信
号源を使用する位相雑音測定システムに関する。
ステムに関し、特に、それらの位相雑音内容のパワース
ペクトルの密度を統計的に得るために３個の独立的な信
号源を使用する位相雑音測定システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】商業的市場において入手できる通常の位
相雑音測定試験装置は、２個の発振器システム（また
は、位相検出器システム）および遅延ライン弁別器シス
テムの２つの主な種類に分類される。これらのシステム
を明白にするため、それぞれ別々に説明される。２つの
発振器システムは、互いに同じ周波数に設定され、直角
位相である２つの信号源（試験中のユニットおよび基準
源）を使用する。これらの信号は位相検出器として使用
される２重平衡ミキサに入力され、結果的な出力はロー
パスフィルタを通過する。残りの信号は、ＡＣ信号と合
計される低電圧ＤＣ信号である。ＡＣ変動は、元の２つ
の信号源の結合された位相雑音に比例する。このＡＣ信
号はスペクトル分析器に供給され、パワースペクトルは
使用者に対して表示される。この方法の主要な制限要因
は、基準源が測定される源より少なくとも１０ｄＢ良好
な位相雑音特性を有するという要求である。レーダ信号
源の位相雑音測定の場合、これらの源は非常に低い位相
雑音を有し、優れた基準を見付けることは非常に難しく
不可能である。それ故、この方法は、高い雑音内容の信
号源を測定するため、あるいは搬送波に近い位相雑音を
測定するために主として使用される。
相雑音測定試験装置は、２個の発振器システム（また
は、位相検出器システム）および遅延ライン弁別器シス
テムの２つの主な種類に分類される。これらのシステム
を明白にするため、それぞれ別々に説明される。２つの
発振器システムは、互いに同じ周波数に設定され、直角
位相である２つの信号源（試験中のユニットおよび基準
源）を使用する。これらの信号は位相検出器として使用
される２重平衡ミキサに入力され、結果的な出力はロー
パスフィルタを通過する。残りの信号は、ＡＣ信号と合
計される低電圧ＤＣ信号である。ＡＣ変動は、元の２つ
の信号源の結合された位相雑音に比例する。このＡＣ信
号はスペクトル分析器に供給され、パワースペクトルは
使用者に対して表示される。この方法の主要な制限要因
は、基準源が測定される源より少なくとも１０ｄＢ良好
な位相雑音特性を有するという要求である。レーダ信号
源の位相雑音測定の場合、これらの源は非常に低い位相
雑音を有し、優れた基準を見付けることは非常に難しく
不可能である。それ故、この方法は、高い雑音内容の信
号源を測定するため、あるいは搬送波に近い位相雑音を
測定するために主として使用される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】遅延ライン弁別器シス
テムは、付加的な基準源を必要とせず、試験中のユニッ
トからの信号を使用し、それを２つの信号に分割する。
１パット中の信号は、出力が位相検出器に供給される遅
延ラインに入力される。別の信号は、位相検出器に直接
供給される。遅延および非遅延信号の位相検出は、信号
の固有的な雑音内容に比例した周波数変調信号を生成す
る弁別効果を生じる。このＦＭ雑音信号は、ベースバン
ドスペクトル分析器によって積分され測定される。この
システムは、幾つかの制限を有する。その感度は遅延時
間に比例し、時間遅延が大きくなればなるほど挿入損失
は大きくなる。これは、システムの感度の実際的な制限
として作用する。さらに、感度は搬送波が近付くにつれ
て１／ｆ2 ずつ低下する。それ故、この技術は、搬送波
周波数に近い非常に安定した源の測定には効果的でな
い。
テムは、付加的な基準源を必要とせず、試験中のユニッ
トからの信号を使用し、それを２つの信号に分割する。
１パット中の信号は、出力が位相検出器に供給される遅
延ラインに入力される。別の信号は、位相検出器に直接
供給される。遅延および非遅延信号の位相検出は、信号
の固有的な雑音内容に比例した周波数変調信号を生成す
る弁別効果を生じる。このＦＭ雑音信号は、ベースバン
ドスペクトル分析器によって積分され測定される。この
システムは、幾つかの制限を有する。その感度は遅延時
間に比例し、時間遅延が大きくなればなるほど挿入損失
は大きくなる。これは、システムの感度の実際的な制限
として作用する。さらに、感度は搬送波が近付くにつれ
て１／ｆ2 ずつ低下する。それ故、この技術は、搬送波
周波数に近い非常に安定した源の測定には効果的でな
い。
【０００４】しがたって、本発明の目的は、従来のシス
テムの制限を克服する改善された位相雑音測定システム
を提供することである。
テムの制限を克服する改善された位相雑音測定システム
を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明のシステムおよび
方法は、第１の信号源の位相雑音を決定するために使用
される。本発明のシステムは、それぞれからの信号の位
相雑音内容のパワースペクトル密度を統計的に得るため
に３つの独立した信号源を使用する。これは、各信号を
１度に２つ混合し（すなわち、信号２に対して信号１、
信号３に関して信号１、信号３に関して信号２）、波形
レコーダ等により結果的な差信号を測定することによっ
て達成される。サーボ電子サブシステムは、差信号から
残留低周波数積および任意の長期信号ドリフトを除去す
るために使用され、差信号は波形レコーダの３つのチャ
ンネルを介して捕獲される。統計的分析ルーチンは、差
信号の複合パワースペクトル密度を計算し、究極的に元
の信号の個々のパワースペクトル密度を得るために使用
される。このようにして、第１の信号源の位相雑音が決
定される。
方法は、第１の信号源の位相雑音を決定するために使用
される。本発明のシステムは、それぞれからの信号の位
相雑音内容のパワースペクトル密度を統計的に得るため
に３つの独立した信号源を使用する。これは、各信号を
１度に２つ混合し（すなわち、信号２に対して信号１、
信号３に関して信号１、信号３に関して信号２）、波形
レコーダ等により結果的な差信号を測定することによっ
て達成される。サーボ電子サブシステムは、差信号から
残留低周波数積および任意の長期信号ドリフトを除去す
るために使用され、差信号は波形レコーダの３つのチャ
ンネルを介して捕獲される。統計的分析ルーチンは、差
信号の複合パワースペクトル密度を計算し、究極的に元
の信号の個々のパワースペクトル密度を得るために使用
される。このようにして、第１の信号源の位相雑音が決
定される。
【０００６】特に、本発明は、位相雑音が測定される第
１の信号を供給する第１の信号源と、第２および第３の
信号源（第１の信号源によって供給された第１の信号と
実質上同じ周波数および同様の雑音内容を有する第２お
よび第３の信号を供給する）とを含む位相雑音測定シス
テムを具備する。混合手段は、３つの各差信号を生成す
るために第１、第２および第３の各信号を１度に２つ混
合するために３つの信号源に結合される。サーボ電子装
置は、残留低周波数搬送波成分を検知し、それらを除去
するために混合手段に結合される。波形レコーダ手段
は、３つの差信号のそれぞれの大きさを捕獲するために
混合手段に結合される。処理手段は、複合パワースペク
トル密度を計算するためにそれらを統計的に分析するよ
うに３つの差信号を処理し、複合パワースペクトル密度
から第１、第２および第３の信号の個々のパワースペク
トル密度を計算する波形レコーダ手段に結合され、第１
の信号源の位相雑音を決定する。
１の信号を供給する第１の信号源と、第２および第３の
信号源（第１の信号源によって供給された第１の信号と
実質上同じ周波数および同様の雑音内容を有する第２お
よび第３の信号を供給する）とを含む位相雑音測定シス
テムを具備する。混合手段は、３つの各差信号を生成す
るために第１、第２および第３の各信号を１度に２つ混
合するために３つの信号源に結合される。サーボ電子装
置は、残留低周波数搬送波成分を検知し、それらを除去
するために混合手段に結合される。波形レコーダ手段
は、３つの差信号のそれぞれの大きさを捕獲するために
混合手段に結合される。処理手段は、複合パワースペク
トル密度を計算するためにそれらを統計的に分析するよ
うに３つの差信号を処理し、複合パワースペクトル密度
から第１、第２および第３の信号の個々のパワースペク
トル密度を計算する波形レコーダ手段に結合され、第１
の信号源の位相雑音を決定する。
【０００７】本発明はまた、第１の信号源から信号の位
相雑音を決定する方法を提供する。その方法は、次のス
テップを具備する。位相雑音が測定される第１の信号源
から第１の信号を供給する。第１の信号源によって供給
される第１の信号と実質上同じ周波数および同様の雑音
内容をそれぞれ有する第２および第３の信号を第２およ
び第３の信号源から供給する。３つの各差信号を生成す
るために第１、第２および第３の信号を１度に２つ混合
する。そこから残留搬送波信号および長期信号ドリフト
を除去するために３つのミキサ回路にサーボループを提
供する。３つの各差信号を捕獲する。複合パワースペク
トル密度を捕獲するために３つの差信号を統計的に分析
する。第１の信号源の位相雑音を決定するために複合パ
ワースペクトル密度から第１、第２および第３の信号の
個々のパワースペクトル密度を計算する。
相雑音を決定する方法を提供する。その方法は、次のス
テップを具備する。位相雑音が測定される第１の信号源
から第１の信号を供給する。第１の信号源によって供給
される第１の信号と実質上同じ周波数および同様の雑音
内容をそれぞれ有する第２および第３の信号を第２およ
び第３の信号源から供給する。３つの各差信号を生成す
るために第１、第２および第３の信号を１度に２つ混合
する。そこから残留搬送波信号および長期信号ドリフト
を除去するために３つのミキサ回路にサーボループを提
供する。３つの各差信号を捕獲する。複合パワースペク
トル密度を捕獲するために３つの差信号を統計的に分析
する。第１の信号源の位相雑音を決定するために複合パ
ワースペクトル密度から第１、第２および第３の信号の
個々のパワースペクトル密度を計算する。
【０００８】本発明のシステムおよび方法は、各信号源
の雑音内容のパワースペクトル密度を計算するために同
様の大きさの位相雑音を有する３つの信号源の間の数学
的関係を使用する。通常、従来の典型的な技術は超安定
基準信号源あるいは高価な較正された遅延ラインを必要
とし、本発明のシステムは最小の相互接続ハードウエア
および３つの安価な波形レコーダチャンネルを必要とす
る。さらに、本発明の位相雑音試験システムの大きさ、
重さおよび製造費用は、現在市販の装置より実質上低
い。
の雑音内容のパワースペクトル密度を計算するために同
様の大きさの位相雑音を有する３つの信号源の間の数学
的関係を使用する。通常、従来の典型的な技術は超安定
基準信号源あるいは高価な較正された遅延ラインを必要
とし、本発明のシステムは最小の相互接続ハードウエア
および３つの安価な波形レコーダチャンネルを必要とす
る。さらに、本発明の位相雑音試験システムの大きさ、
重さおよび製造費用は、現在市販の装置より実質上低
い。
【０００９】従来の典型的な位相雑音測定技術は、搬送
波に近い位相雑音および搬送波から離れた位相雑音の２
つの問題を解決する。さらに、これらの問題は異なるた
め、それぞれの範囲を満たすために商業的試験を行う。
しかしながら、本発明の技術は、１つのシステム構造に
関する全体的な問題を解決する。これは任意のシステム
使用者では行われていないので、従来は利用できない。
波に近い位相雑音および搬送波から離れた位相雑音の２
つの問題を解決する。さらに、これらの問題は異なるた
め、それぞれの範囲を満たすために商業的試験を行う。
しかしながら、本発明の技術は、１つのシステム構造に
関する全体的な問題を解決する。これは任意のシステム
使用者では行われていないので、従来は利用できない。
【００１０】将来の工場および使用場所でのテスター
は、携帯用に小型化され、費用を低下させることを期待
される。本発明のシステムは、この目的を達成するため
に実際の機器概念に依存する。実際の機器は、目下市場
においては入手できない。本発明のシステムは、搬送波
に近いおよび遠い位相測定で使用される既存の位相雑音
測定システムに置換して適用される。水晶発振器、シン
セサイザ、原子時計、および標準、低雑音および超低雑
音源のような装置を試験するためのシステムが必要とさ
れる。本発明のシステムはこれらの試験をさらに容易に
し、必要スペースを減少させる。
は、携帯用に小型化され、費用を低下させることを期待
される。本発明のシステムは、この目的を達成するため
に実際の機器概念に依存する。実際の機器は、目下市場
においては入手できない。本発明のシステムは、搬送波
に近いおよび遠い位相測定で使用される既存の位相雑音
測定システムに置換して適用される。水晶発振器、シン
セサイザ、原子時計、および標準、低雑音および超低雑
音源のような装置を試験するためのシステムが必要とさ
れる。本発明のシステムはこれらの試験をさらに容易に
し、必要スペースを減少させる。
【００１１】
【実施例】図１を参照すると、図１は、本発明の原理に
よる位相雑音測定システムのシステムブロック図であ
る。位相雑音測定システムは、プログラム可能で位相ロ
ック可能な２つの低雑音基準信号源14、15を備えてい
る。基準信号源14、15は、第３の信号源を具備する試験
中のユニット（ＵＵＴ）20と共に使用される。基準源1
4、15は、第１および第２の位相ロックループ25、26に
よって試験中のユニット20に位相ロックされる。位相ロ
ックループ25、26は、搬送波に近い位相雑音の消去を最
小にするように構成されている。
よる位相雑音測定システムのシステムブロック図であ
る。位相雑音測定システムは、プログラム可能で位相ロ
ック可能な２つの低雑音基準信号源14、15を備えてい
る。基準信号源14、15は、第３の信号源を具備する試験
中のユニット（ＵＵＴ）20と共に使用される。基準源1
4、15は、第１および第２の位相ロックループ25、26に
よって試験中のユニット20に位相ロックされる。位相ロ
ックループ25、26は、搬送波に近い位相雑音の消去を最
小にするように構成されている。
【００１２】３個の信号源（２個の基準信号源14、15お
よびＵＵＴ20）からの出力は、３個のスプリッタ16、1
7、18に供給される。スプリッタ16、17、18からの出力
は、３個のミキサ27、28、29および３個のプログラム可
能な位相シフタ24、25、26の両方に供給される。これ
は、直角位相のミキサ27、28、29で３組の信号を生成す
る。しかしながら、ミキサ27、28、29の出力が残留搬送
波を有する結果的な信号を生成する場合、サーボ電子装
置21、22、23は０Ｈｚ搬送波（ゼロ搬送波）の信号を生
成するために位相シフタ24、25、26を掃引する。３個の
ミキサ27、28、29の出力は、各ローパスフィルタ31、3
2、33中に供給される。これらのフィルタ31、32、33
は、高周波数ミキサ生成物を排除し、雑音帯域幅を制限
し、疑似信号阻止フィルタとして動作する。フィルタ3
1、32、33の出力は、３個の波形レコーダ11、12、13に
供給される。波形レコーダ11、12、13は雑音信号をデジ
タル化し、それを分析するために制御／処理コンピュー
タ23に結合する。
よびＵＵＴ20）からの出力は、３個のスプリッタ16、1
7、18に供給される。スプリッタ16、17、18からの出力
は、３個のミキサ27、28、29および３個のプログラム可
能な位相シフタ24、25、26の両方に供給される。これ
は、直角位相のミキサ27、28、29で３組の信号を生成す
る。しかしながら、ミキサ27、28、29の出力が残留搬送
波を有する結果的な信号を生成する場合、サーボ電子装
置21、22、23は０Ｈｚ搬送波（ゼロ搬送波）の信号を生
成するために位相シフタ24、25、26を掃引する。３個の
ミキサ27、28、29の出力は、各ローパスフィルタ31、3
2、33中に供給される。これらのフィルタ31、32、33
は、高周波数ミキサ生成物を排除し、雑音帯域幅を制限
し、疑似信号阻止フィルタとして動作する。フィルタ3
1、32、33の出力は、３個の波形レコーダ11、12、13に
供給される。波形レコーダ11、12、13は雑音信号をデジ
タル化し、それを分析するために制御／処理コンピュー
タ23に結合する。
【００１３】図２は、位相雑音測定システム10の制御／
処理コンピュータ23に使用されたソフトウェア40のブロ
ック図である。ソフトウェア40は、測定されたデータを
処理し、所望のスペクトル結果を生成する８個の機能的
ソフトウエアルーチンから成る。ソフトウェア40の第１
の主部分は、データ獲得モジュール41を具備する。デー
タ獲得モジュール41は、システム10の部品のハードウエ
ア制御のために備えられ、波形レコーダ11、12、13用の
波形レコーダハンドラー42および低雑音源14、15、16用
の低雑音源ハンドラー43の２個の機器ハンドラーから構
成されている。これらのハンドラー42、43の機能は、波
形レコーダ11、12、13および低雑音源14、15、16の設
定、および位相シフタ24、25、26のプログラミングを含
む。
処理コンピュータ23に使用されたソフトウェア40のブロ
ック図である。ソフトウェア40は、測定されたデータを
処理し、所望のスペクトル結果を生成する８個の機能的
ソフトウエアルーチンから成る。ソフトウェア40の第１
の主部分は、データ獲得モジュール41を具備する。デー
タ獲得モジュール41は、システム10の部品のハードウエ
ア制御のために備えられ、波形レコーダ11、12、13用の
波形レコーダハンドラー42および低雑音源14、15、16用
の低雑音源ハンドラー43の２個の機器ハンドラーから構
成されている。これらのハンドラー42、43の機能は、波
形レコーダ11、12、13および低雑音源14、15、16の設
定、および位相シフタ24、25、26のプログラミングを含
む。
【００１４】データがデジタル化され、データ獲得モジ
ュール41によって獲得されると、制御は位相分析エンジ
ンモジュール44に進められる。位相分析エンジンモジュ
ール44において、混合された位相雑音データは、自己相
関発生器ルーチン45、平均化ルーチン46、雑音抽出ルー
チン48および高速フーリエ変換ルーチン47を含んでいる
デジタル信号処理技術を使用して分析される。自己相関
発生器ルーチン45は、３個の混合され、下方変換された
雑音信号（Ｒ13、Ｒ23、Ｒ12）に対する自己相関関数を
生成する。計算に導入されたランダム変化および量子化
雑音を最小にするために、結合された雑音信号（Ｒ13、
Ｒ23、Ｒ12）の自己相関関数は平均化ルーチン46を使用
して平均される。平均機能は、多重信号セットの獲得お
よび結合された雑音（Ｒ13、Ｒ23、Ｒ12）の一連の自己
相関関数の計算を含む。各自己相関関数（すなわちＲ1
3）は、一連の自己相関関数にわたって平均化される。
結合した雑音に関する平均計算に続いて、自己相関関数
（Ｒ13、Ｒ23、Ｒ12）は高速フーリエ変換ルーチン47を
使用してパワースペクトル密度関数（Ｐ13、Ｐ23、Ｐ1
3）に変換される。自己相関関数からパワースペクトル
密度関数への変換は、Wiener-Khinshin の定理に基づ
く。この点において、個々の雑音パワースペクトル密度
（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は雑音抽出ルーチン48を使用して
計算される。パワースペクトル密度（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ
３）はフォーマット化され、人間インターフェイスモジ
ュール50に送られる。人間インターフェイスモジュール
50は、キーボード相互作用、表示機能、命令の説明、プ
ロット機能および計算、およびソフトウエア40の全体の
処理の流れを処理する。これは、処理制御／命令説明ル
ーチン51およびプロットルーチン52を使用して達成され
る。
ュール41によって獲得されると、制御は位相分析エンジ
ンモジュール44に進められる。位相分析エンジンモジュ
ール44において、混合された位相雑音データは、自己相
関発生器ルーチン45、平均化ルーチン46、雑音抽出ルー
チン48および高速フーリエ変換ルーチン47を含んでいる
デジタル信号処理技術を使用して分析される。自己相関
発生器ルーチン45は、３個の混合され、下方変換された
雑音信号（Ｒ13、Ｒ23、Ｒ12）に対する自己相関関数を
生成する。計算に導入されたランダム変化および量子化
雑音を最小にするために、結合された雑音信号（Ｒ13、
Ｒ23、Ｒ12）の自己相関関数は平均化ルーチン46を使用
して平均される。平均機能は、多重信号セットの獲得お
よび結合された雑音（Ｒ13、Ｒ23、Ｒ12）の一連の自己
相関関数の計算を含む。各自己相関関数（すなわちＲ1
3）は、一連の自己相関関数にわたって平均化される。
結合した雑音に関する平均計算に続いて、自己相関関数
（Ｒ13、Ｒ23、Ｒ12）は高速フーリエ変換ルーチン47を
使用してパワースペクトル密度関数（Ｐ13、Ｐ23、Ｐ1
3）に変換される。自己相関関数からパワースペクトル
密度関数への変換は、Wiener-Khinshin の定理に基づ
く。この点において、個々の雑音パワースペクトル密度
（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）は雑音抽出ルーチン48を使用して
計算される。パワースペクトル密度（Ｐ１、Ｐ２、Ｐ
３）はフォーマット化され、人間インターフェイスモジ
ュール50に送られる。人間インターフェイスモジュール
50は、キーボード相互作用、表示機能、命令の説明、プ
ロット機能および計算、およびソフトウエア40の全体の
処理の流れを処理する。これは、処理制御／命令説明ル
ーチン51およびプロットルーチン52を使用して達成され
る。
【００１５】位相雑音測定システム10は、高性能のデジ
タル処理技術を使用することによって試験中のユニット
20を構成している活性装置における位相雑音を測定する
ように構成されている。このシステム10の特徴は、雑音
信号が処理され分析される方法、および位相分析エンジ
ンモジュール44の最終分析ルーチン45乃至48における自
己相関関数およびスペクトルパワー密度関数の使用にあ
る。この技術の価値は、ハードウェアとソフトウェアの
間の基本的な妥協にある。すなわち、ハードウエアがソ
フトウエア分析を使用することによって除去される場
合、測定システム10のコストを低下させる。さらに、ハ
ードウエアの減少により、軽くて小さくさらに信頼性の
高い製品が生じる。本発明のシステム10は、応用を試験
する場所およびベンチをアドレスする手段と、重さ、大
きさおよび費用の減少を要求する応用を試験するフィー
ルドを提供する。
タル処理技術を使用することによって試験中のユニット
20を構成している活性装置における位相雑音を測定する
ように構成されている。このシステム10の特徴は、雑音
信号が処理され分析される方法、および位相分析エンジ
ンモジュール44の最終分析ルーチン45乃至48における自
己相関関数およびスペクトルパワー密度関数の使用にあ
る。この技術の価値は、ハードウェアとソフトウェアの
間の基本的な妥協にある。すなわち、ハードウエアがソ
フトウエア分析を使用することによって除去される場
合、測定システム10のコストを低下させる。さらに、ハ
ードウエアの減少により、軽くて小さくさらに信頼性の
高い製品が生じる。本発明のシステム10は、応用を試験
する場所およびベンチをアドレスする手段と、重さ、大
きさおよび費用の減少を要求する応用を試験するフィー
ルドを提供する。
【００１６】本発明の測定システム10は、ハードウエア
の複雑さをソフトウエアの複雑さに交換する。それは、
試験下のユニット20から得られる信号から雑音内容を抽
出するために別々の時間測定と、自己相関関数と、パワ
ースペクトルの密度変換と、エラー最小化理論との間の
数学的関係を使用する。本発明の原理および理論を明瞭
にするため、一般的な数学的記載は以下のように表され
る。
の複雑さをソフトウエアの複雑さに交換する。それは、
試験下のユニット20から得られる信号から雑音内容を抽
出するために別々の時間測定と、自己相関関数と、パワ
ースペクトルの密度変換と、エラー最小化理論との間の
数学的関係を使用する。本発明の原理および理論を明瞭
にするため、一般的な数学的記載は以下のように表され
る。
【００１７】本発明のシステム10を使用した試験下のユ
ニット20からの信号の雑音内容の測定は、実質上同じ周
波数および同様の雑音内容を有する２つの付加的な基準
源14、15を必要とする。すなわち、３個全ての信号源1
4、15、20は同じ搬送波周波数を有し、互いに１０ｄＢ
内の雑音スペクトルを有する。Φ1 （ｔ）、Φ2 （ｔ）
およびΦ3 （ｔ）が、３個の各信号源14、15、20の位相
雑音内容を表し、３個全ての信号源14、15、20がＲＦ／
マイクロ波領域に搬送波を有すると仮定する。これらの
信号源14、15、20によって生成された３個の信号は次の
式の通りである。
ニット20からの信号の雑音内容の測定は、実質上同じ周
波数および同様の雑音内容を有する２つの付加的な基準
源14、15を必要とする。すなわち、３個全ての信号源1
4、15、20は同じ搬送波周波数を有し、互いに１０ｄＢ
内の雑音スペクトルを有する。Φ1 （ｔ）、Φ2 （ｔ）
およびΦ3 （ｔ）が、３個の各信号源14、15、20の位相
雑音内容を表し、３個全ての信号源14、15、20がＲＦ／
マイクロ波領域に搬送波を有すると仮定する。これらの
信号源14、15、20によって生成された３個の信号は次の
式の通りである。
【００１８】
【数１】 次のステップは、３個の信号を１度に２つ混合し、３個
の新しい複合ベースバンド信号を生成することである。
混合は直角位相の信号によって実行され、その結果それ
ぞれ利得２を有しているローパスフィルタ31、32、33を
通って送られる。３個の信号源14、15、20によって生成
された３組の信号は、次の通りである。
の新しい複合ベースバンド信号を生成することである。
混合は直角位相の信号によって実行され、その結果それ
ぞれ利得２を有しているローパスフィルタ31、32、33を
通って送られる。３個の信号源14、15、20によって生成
された３組の信号は、次の通りである。
【００１９】
【数２】 瀘波された後は、次の通りである。
【００２０】
【数３】 これは、３個のミキサ27、28、29の出力に対応する。複
合雑音信号（すなわち、Φ1 （ｔ）−Φ3 （ｔ））は非
常に小さな角度（＜＜１ラジアン）を表す。それ故、以
下の簡略化がフィルタ31、32、33の出力を生成するため
に行われる。
合雑音信号（すなわち、Φ1 （ｔ）−Φ3 （ｔ））は非
常に小さな角度（＜＜１ラジアン）を表す。それ故、以
下の簡略化がフィルタ31、32、33の出力を生成するため
に行われる。
【００２１】
【数４】 ３個の独立した信号源14、15、20が設けられているか
ら、各信号源14、15、20に対する雑音内容は相関され
ず、３個のベースバンド複合雑音信号も相関されないと
仮定することが適当である。さらに、３個の信号源14、
15、20がエルゴチック(ergotic) ランダムシーケンスを
生成すると仮定される。すなわち、これらのランダムシ
ーケンスの統計値は観測の単一の収集から決定される。
これが正しい場合、時間平均が全体的な平均化に代用さ
れる。それ故、３個の複合信号に関する自己相関関数は
次のように計算される。次の式は、図２の自己相関発生
器ルーチン45において実行される。
ら、各信号源14、15、20に対する雑音内容は相関され
ず、３個のベースバンド複合雑音信号も相関されないと
仮定することが適当である。さらに、３個の信号源14、
15、20がエルゴチック(ergotic) ランダムシーケンスを
生成すると仮定される。すなわち、これらのランダムシ
ーケンスの統計値は観測の単一の収集から決定される。
これが正しい場合、時間平均が全体的な平均化に代用さ
れる。それ故、３個の複合信号に関する自己相関関数は
次のように計算される。次の式は、図２の自己相関発生
器ルーチン45において実行される。
【００２２】
【数５】 ここで、ｒ1 、ｒ3 は自己相関関数であり、ｒ13、ｒ31
は相互相関関数である。
は相互相関関数である。
【００２３】しかしながら、３個の信号の位相雑音は独
立であると仮定される。それ故、全ての相互相関関数は
ゼロに接近し、自己相関関数は次の通りである。
立であると仮定される。それ故、全ての相互相関関数は
ゼロに接近し、自己相関関数は次の通りである。
【００２４】
【数６】 これらの結果の外挿により、残りの複合信号の自己相関
関数は同様の方法で計算される。
関数は同様の方法で計算される。
【００２５】
【数７】 最後の３つの式は、自己相関発生器ルーチン45によって
計算された自己相関関数を表す。
計算された自己相関関数を表す。
【００２６】平均化ルーチン46は複数の自己相関信号の
セットを合計し、各自己相関関数の平均値を生成するた
めに合計されたセット数によって結果的な合計を除算す
る。これは、信号における変動を平均する。
セットを合計し、各自己相関関数の平均値を生成するた
めに合計されたセット数によって結果的な合計を除算す
る。これは、信号における変動を平均する。
【００２７】Wiener-Khinchin の定理に基づいて、自己
相関関数のフーリエ変換は、パワースペクトル密度を表
す。以下の式は図２のフーリエ変換ルーチン48において
実行される。
相関関数のフーリエ変換は、パワースペクトル密度を表
す。以下の式は図２のフーリエ変換ルーチン48において
実行される。
【００２８】
【数８】 この処理に関して、使用者は、０から＋∞までの周波数
間隔に含まれたパワーに関心があり、周波数の正の値と
負の値とを区別することは望まない。それ故、片側のパ
ワースペクトル密度の関数は次のように定義される。
間隔に含まれたパワーに関心があり、周波数の正の値と
負の値とを区別することは望まない。それ故、片側のパ
ワースペクトル密度の関数は次のように定義される。
【００２９】
【数９】 Ｒ13（ｔ）のフーリエ変換は次のように表される。
【００３０】
【数１０】 両側のパワースペクトル密度を片側の表示に変換する。
【００３１】
【数１１】 それ故、次の式で生じる３個全てのパワースペクトルの
密度に関するこれらの結果を外挿する。
密度に関するこれらの結果を外挿する。
【００３２】
【数１２】 これら３個の式によって、Ｐ13（ｆ）、Ｐ12（ｆ）、Ｐ
23（ｆ）によって表された測定された複合パワースペク
トルの密度の関数としてＰ1 （ｆ）、Ｐ2 （ｆ）、Ｐ3
（ｆ）によって表されている３個の信号源14、15、20の
個々のパワースペクトル密度を得ることができる。これ
は雑音抽出ルーチン48で実行される。
23（ｆ）によって表された測定された複合パワースペク
トルの密度の関数としてＰ1 （ｆ）、Ｐ2 （ｆ）、Ｐ3
（ｆ）によって表されている３個の信号源14、15、20の
個々のパワースペクトル密度を得ることができる。これ
は雑音抽出ルーチン48で実行される。
【００３３】
【数１３】 上記された数学的記載は、連続的なシステムの場合に関
する。しかしながら、この処理を実行するために実際の
機器の構成は、慎重で複雑なデジタル信号処理を必要と
する。それ故、別々のデータサンプルを特徴とするシス
テムの処理を確認することは重要である。
する。しかしながら、この処理を実行するために実際の
機器の構成は、慎重で複雑なデジタル信号処理を必要と
する。それ故、別々のデータサンプルを特徴とするシス
テムの処理を確認することは重要である。
【００３４】Φ1 （ｎΔｔ）、Φ2 （ｎΔｔ）、Φ
3 （ｎΔｔ）は、３個の別々の信号源14、15、20の別々
にサンプリングされた位相雑音内容を表す。これらの信
号源14、15、20（およびそれらの雑音内容）は、０Ｈｚ
のベースバンドまで混合して低下され、デジタル化され
た連続的な信号である。混合処理は上記のものと同じで
ある。
3 （ｎΔｔ）は、３個の別々の信号源14、15、20の別々
にサンプリングされた位相雑音内容を表す。これらの信
号源14、15、20（およびそれらの雑音内容）は、０Ｈｚ
のベースバンドまで混合して低下され、デジタル化され
た連続的な信号である。混合処理は上記のものと同じで
ある。
【００３５】
【数１４】 複合雑音信号（すなわち、Φ1 （ｎΔｔ）−Φ3 （ｎΔ
ｔ））は、非常に小さい角度（＜＜１ラジアン）を表
す。それ故、次の簡略化が行われる。
ｔ））は、非常に小さい角度（＜＜１ラジアン）を表
す。それ故、次の簡略化が行われる。
【００３６】
【数１５】 これらは３個の独立信号源14、15、20であるので、それ
らの雑音内容が相関されていないと仮定することは妥当
である。それ故、３個の複合信号に関する別々の自己相
関関数は次のように計算される。
らの雑音内容が相関されていないと仮定することは妥当
である。それ故、３個の複合信号に関する別々の自己相
関関数は次のように計算される。
【００３７】
【数１６】 別々の自己相関関数を拡張し、それらの数値を求める
と、
と、
【数１７】 信号Φ1 （ｎΔｔ）、Φ2 （ｎΔｔ）およびΦ3 （ｎΔ
ｔ）は独立し、相関されていないならば、それらの別々
の相互相関関数はほぼゼロとなるべきである。それ故、
ｔ）は独立し、相関されていないならば、それらの別々
の相互相関関数はほぼゼロとなるべきである。それ故、
【数１８】 Wiener-Khinchin の定理に基づいて、別々の自己相関関
数の別々のフーリエ変換は、パワースペクトル密度を表
す。
数の別々のフーリエ変換は、パワースペクトル密度を表
す。
【００３８】
【数１９】 しかしながら、別々のパワースペクトル密度関数を計算
する別の方法がピリオドグラム方法を使用することであ
ることに注意すべきである。ピリオドグラム方法は、個
別の時間ドメイン信号の別々のフーリエ変換を行い、パ
ワースペクトル密度を計算することによって実行され
る。これは、高速フーリエ変換ルーチン47において実行
される。
する別の方法がピリオドグラム方法を使用することであ
ることに注意すべきである。ピリオドグラム方法は、個
別の時間ドメイン信号の別々のフーリエ変換を行い、パ
ワースペクトル密度を計算することによって実行され
る。これは、高速フーリエ変換ルーチン47において実行
される。
【００３９】
【数２０】 個別のパワースペクトル密度関数は、上記と同じ方法で
片側パワースペクトルに変換される。
片側パワースペクトルに変換される。
【００４０】
【数２１】 この点において、３個のまだ知られていない全ての個々
のパワースペクトル密度を解くための３つの式がある。
のパワースペクトル密度を解くための３つの式がある。
【００４１】
【数２２】 このように、各位相雑音内容のパワースペクトル密度を
統計的に得るために３個の独立の信号源を使用する新し
く改善された位相雑音測定システムが記載されている。
上記実施例が、単に本発明の原理の適用を表す多くの特
定の実施例を示すものであることが理解されるべきであ
る。多数およびその他の構成が本発明の技術的範囲から
逸脱することなしに当業者によって容易に工夫されるこ
とは明らかである。
統計的に得るために３個の独立の信号源を使用する新し
く改善された位相雑音測定システムが記載されている。
上記実施例が、単に本発明の原理の適用を表す多くの特
定の実施例を示すものであることが理解されるべきであ
る。多数およびその他の構成が本発明の技術的範囲から
逸脱することなしに当業者によって容易に工夫されるこ
とは明らかである。
【図１】本発明の原理による位相雑音測定システムのシ
ステムブロック図。
ステムブロック図。
【図２】図１の位相雑音測定システムにおけるソフトウ
エアのフロー図。
エアのフロー図。
Claims (2)
- 【請求項１】 位相雑音が測定される第１の信号を供給
する第１の信号源と、 第１の信号源によって供給された第１の信号と実質上同
じ周波数および同様の雑音内容をそれぞれ有する第２お
よび第３の信号を供給する第２および第３の信号源と、 ３つの各差信号を生成するために第１、第２および第３
の信号を１度に２つそれぞれ混合する混合手段と、 搬送波信号および長期信号ドリフトを除去するように３
つの差信号を処理するサーボ手段と、 ３つの各差信号を捕獲するために混合手段に結合される
波形レコーダ手段と、 波形レコーダ手段に結合され、複合パワースペクトル密
度を計算するために３つの差信号を統計的に分析し、複
合パワースペクトル密度から第１、第２および第３の信
号の個々のパワースペクトル密度を計算し、第１の信号
源の位相雑音を決定する処理手段とを具備していること
を特徴とする位相雑音測定システム。 - 【請求項２】 位相雑音が測定される第１の信号源から
第１の信号を供給し、 第１の信号源によって供給された第１の信号と実質上同
じ周波数および同様の雑音内容をそれぞれ有する第２お
よび第３の信号源から第２および第３の信号を供給し、 ３つの各差信号を生成するために第１、第２および第３
の信号を１度に２つそれぞれ混合し、 残留搬送波およびドリフトを除去するために３つの差信
号を処理し、 複合パワースペクトル密度を計算するために３つの差信
号を統計的に分析し、 第１の信号源の位相雑音を決定するために複合パワース
ペクトル密度から第１、第２および第３の信号の個々の
パワースペクトル密度を計算するステップを有すること
を特徴とする第１の信号源によって供給された信号の位
相雑音決定方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US08/173,534 US5412325A (en) | 1993-12-23 | 1993-12-23 | Phase noise measurement system and method |
| US173534 | 1993-12-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07270464A true JPH07270464A (ja) | 1995-10-20 |
| JP2869012B2 JP2869012B2 (ja) | 1999-03-10 |
Family
ID=22632467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6323367A Expired - Fee Related JP2869012B2 (ja) | 1993-12-23 | 1994-12-26 | 位相雑音測定システムおよび方法 |
Country Status (7)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5412325A (ja) |
| EP (1) | EP0660124B1 (ja) |
| JP (1) | JP2869012B2 (ja) |
| AU (1) | AU663033B2 (ja) |
| CA (1) | CA2138184C (ja) |
| DE (1) | DE69432212T2 (ja) |
| ES (1) | ES2194020T3 (ja) |
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