KR20130130661A - 주파수 영역 테스트 및 측정 기기에서 대역-내이지만 스팬-외의 전력 자동 검출 - Google Patents

주파수 영역 테스트 및 측정 기기에서 대역-내이지만 스팬-외의 전력 자동 검출 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 및 측정 기기는 대역-내이지만 스팬-외의 과도 에너지를 자동으로 검출하여, 사용자에게 그러한 상태를 통지한다.

Description

주파수 영역 테스트 및 측정 기기에서 대역-내이지만 스팬-외의 전력 자동 검출 {AUTOMATICALLY DETECTING IN-BAND BUT OUT-OF-SPAN POWER IN A FREQUENCY-DOMAIN TEST AND MEASUREMENT INSTRUMENT}
본 발명은 테스트 및 측정 기기에 관한 것으로서, 특히 주파수 영역 정보를 디스플레이하는 테스트 및 측정 기기에 관한 것이다.
오리건주, 비버턴의 텍트로닉스 주식회사의 RSA6100 시리즈 실시간 스펙트럼 분석기(real-time spectrum analyzer) 및 MDO4000 시리즈 혼합 영역 오실로스코프(mixed domain oscilloscope)와 같은, 몇 가지 테스트 및 측정 기기는, 입력 신호의 시간 영역 및 주파수 영역 뷰(view)를 디스플레이할 수 있다.
이러한 테스트 및 측정 기기를 사용할 때, 사용자는 때때로 시간 영역 디스플레이에서는 보이지만, 주파수 영역 디스플레이에서는 보이지 않는 신호를 접할 수 있다. 이것은 일반적으로, 시간 영역 디스플레이가 기기의 전체 획득 대역폭(entire acquisition bandwidth)에서의 데이터를 나타내는 반면, 주파수 영역 디스플레이는 전체 데이터의 일부분만을 나타내기 때문에 발생한다. 이는 주파수 영역 디스플레이가 획득 대역폭의 양 끝단을 나타내지 않기 때문인데, 획득 대역폭의 양 끝단은 테스트 및 측정 기기의 획득 경로 내의 다양한 아날로그 및 디지털 필터로 인한 감쇠(attenuation)와 위상 비선형성(phase nonlinearity)에 의하여 왜곡된다. 그 결과, 테스트 및 측정 기기의 획득 대역폭 내에 위치하지만, 디스플레이되는 스팬(span)의 바깥쪽에 위치하는 신호, 즉, 대역-내이지만 스팬-외(in-band but out-of-span) 신호, 또는 간단하게 스팬-외 신호는, 시간 영역 디스플레이에서는 보이지만, 주파수 영역 디스플레이에서는 보이지 않을 것이다.
이러한 차이는 사용자를 혼란시키는 여러 가지의 시나리오를 야기할 수 있다.
하나의 시나리오는 단순히, 시간 영역 측정과 주파수 영역 측정이 일치하지 않는 경우이다. 사용자는 이러한 두 가지의 이른바 동일한 측정이 상이한 결과를 산출하는 원인을 알아내기 위하여 노력하게 된다.
다른 시나리오는 대역-내이지만 스팬-외의 과도 전력이 오버플로우(overflow) 상태를 초래하는 경우이다. 주파수 영역 디스플레이를 관찰하는 사용자는 과도 전력을 볼 수 없을 것이고, 기기가 오버플로우 상태를 나타내는 원인에 대해서 의문을 가질 것이다.
독일, 뮌헨의 로데슈바르즈의 FSW 신호 및 스펙트럼 분석기와 같은, 몇 가지 스펙트럼 분석기는, 사용자가 확대된 스펙트럼 디스플레이를 볼 수 있도록 하는데, 이러한 확대된 스펙트럼 디스플레이는 대역 경계 롤-오프(band-edge roll-off)를 포함하는, 기기의 전체 획득 대역폭을 보여준다. 그러나, 이러한 구현의 문제점은 사용자가 확대된 스펙트럼 디스플레이를 언제 작동시켜야 하는지를 충분히 인지하고 있어야 한다는 것이다. 상이한 측정 결과 또는 설명되지 않는 경고 메시지는, 스펙트럼 분석기에 능숙하지 않은 사용자를 혼란스럽게 할 수 있다. 상당한 양의 경험이 없다면, 사용자는 실제 문제점을 보기 위해서, 스팬을 보다 크게 설정하여야 하는 것을 알지 못할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 및 측정 기기는 대역-내이지만 스팬-외의 과도 에너지를 자동으로 검출하여 사용자에게 그러한 상태를 통지한다.
본 발명의 목적, 효과, 및 다른 신규의 요소는 첨부된 청구항과 도면과 함께 이해되는 다음의 상세한 설명으로부터 명백하다.
도 1은 종래의 테스트 및 측정 기기의 간략화된, 하이 레벨 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 및 측정 기기의 간략화된, 하이 레벨 블록도를 나타낸다.
도 3은 도 2의 테스트 및 측정 기기를 이용하여 생성된 주파수 영역 디스플레이를 나타낸다.
도 1은 실시간 스펙트럼 분석기, 혼합 영역 오실로스코프 등과 같은, 종래의 테스트 및 측정 기기(100)의 간략화된, 하이 레벨(high-level) 블록도를 나타낸다. 종래의 테스트 및 측정 기기의 가장 간단한 방식에서, 아날로그 입력 신호를 디지털화하여 디지털 데이터를 생성하는 아날로그-디지털 컨버터(105)로, 아날로그 입력 신호가 입력된다. 테스트 및 측정 기기의 특정 종류에 따라서, 아날로그 입력 신호는, 디지털화되기 전에 아날로그 필터(104)에 의해 필터링되거나 (예를 들어, 다운 컨버터(down converter)에 의해), 및/또는 디지털화된 후에 디지털 필터(106)에 의해 필터링될 수 있다 (예를 들어, 샘플 레이트 데시메이션(sample rate decimation)을 위해). 디지털 데이터는 두 개의 상이한 디스플레이를 제공하도록 처리된다. 먼저, 디지털 데이터는, 예를 들어, 디지털 데이터를 동상(I) 및 직교(Q) 샘플로 변환하여
Figure pat00001
를 산출함으로써, 시간 트레이스(time trace) 대 전력 또는 진폭을 산출하도록 처리되고(110), 다음으로 이러한 트레이스가 시간 영역 디스플레이(115)에 디스플레이된다. 디지털 데이터는 또한, 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform), 처프 Z 변환(chirp-Z transform) 등과 같은 주파수 변환을 이용하여 주파수 스펙트럼을 산출하도록 처리된다(120). 상술한 바와 같이, 필터(104, 106)는, 왜곡되어 사용자에 의한 사용에 부적합한, 주파수 스펙트럼의 양 끝단(예를 들어, 대역폭의 상부 및 하부 10%)을 야기하는 롤 오프(roll-off)를 가진다. 따라서, 스펙트럼 산출(120)은 일반적으로 주파수 스펙트럼의 그러한 부분을 디스플레이로 전달하지 않는다. 테스트 및 측정 기기(100)가 다양한 종류의 테스트 및 측정 기기 중 어느 하나를 나타낼 수 있음을 고려하면, 다운 컨버터, 트리거 회로(trigger circuit) 등과 같은 기기 특유의 요소는 간략화를 위해서 도시되지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 테스트 및 측정 기기(200)의 간략화된, 하이 레벨 블록도를 나타낸다. 테스트 및 측정 기기(200)는, 산출된 주파수 스펙트럼이, 대역-내이지만 스팬-외의 과도 에너지에 대한 신호를 모니터하는 스팬-외 에너지 산출(205)에도 전달된다는 점을 제외하고는, 도 1에 도시된 테스트 및 측정 기기(100)과 유사하다. 대역-내이지만 스팬-외의 과도 에너지가 검출되면, 테스트 및 측정 기기(200)는 사용자에게 이러한 상태를 통지한다.
대역-내이지만 스팬-외의 과도 에너지는 다양한 방법 중 어느 하나로 검출될 수 있다. 예를 들어, 다양한 실시예에서, 총(total) 스팬-외 전력이, 절대적인 전력 레벨(absolute power level), 총 스팬-내 전력의 백분율, 최대 스팬-내 신호의 백분율, 또는 디스플레이 값(예를 들어, 스크린의 최고점(top of screen), 기준 레벨(reference level))과 같은, 다양한 양들(quantities) 중의 어느 하나를 초과하는지 여부를 판단함으로써, 대역-내이지만 스팬-외의 과도 에너지가 검출될 수 있다. 이러한 양들은 사용자에 의해 정해지거나 테스트 및 측정 기기에 의해 정해질 수 있다. 또는, 과도 스팬-외 전력은 아날로그 회로를 이용하여 검출될 수 있는데, 예를 들어, 스팬-내 전력을 제1 아날로그 필터로 필터링하고, 스팬-외 전력을 제2 필터로 필터링하여, 필터링된 신호의 진폭을 비교함으로써 과도 스팬-외 전력이 검출될 수 있다.
테스트 및 측정 기기는 사용자에게 대역-내이지만 스팬-외의 과도 에너지에 대하여 다양한 방법으로 통지할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 테스트 및 측정 기기는 시간 영역 디스플레이(115) 또는 주파수 영역 디스플레이(130) 상에 메시지를 디스플레이한다. 몇몇 실시예에서, 테스트 및 측정 기기는 가청음(audible tone)을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 테스트 및 측정 기기는, 사용자가 과도 스팬-외 신호를 볼 수 있도록, 사용자가 전체 스팬(full span)을 보도록 지시하거나, 또는 사용자를 위해 전체 스팬을 자동으로 디스플레이한다. 테스트 및 측정 기기가 원격 제어 하에서 작동되는 경우, 테스트 및 측정 기기는 인터럽트(interrupt)를 생성할 수 있다. 테스트 및 측정 기기는 또한, 무효(invalid) 측정을 나타내는 측정 결과를 리턴(return)할 수 있다.
이해를 돕기 위하여, 도 3은 도 2의 테스트 및 측정 기기를 이용하여 생성된, 예시적인 주파수 영역 디스플레이(300)를 나타낸다. 전체 획득 대역폭(full acquisition bandwidth)은 97-103MHz 또는 6MHz이다. 다만, 스펙트럼의 상부 0.5MHz 및 하부 0.5 MHz는 상술한 바와 같이 왜곡되므로, 정상 작동 동안에는 상부 0.5MHz 및 하부 0.5 MHz가 디스플레이되지 않으며, 따라서 사용자는 점선(305, 310)에 의해 나타난 바와 같이, 97.5-102.5MHz 또는 5MHz만을 보게 된다. 따라서, 정상 작동 동안, 디스플레이(300)를 관찰하는 사용자는, 디스플레이 중앙의 신호(315)가 획득 대역폭 내의 주 신호(primary signal)라고 (잘못) 생각할 수 있으나, 대역-내이지만 스팬-외의 신호(320)가 실제로 더 높은 전력을 가진다. 대역-내이지만 스팬-외의 신호(320)는, 상술한 사용자를 혼란시키는 시나리오 중 하나를 야기할 수 있지만, 다행스럽게도, 테스트 및 측정 기기(200)는 상술한 바와 같이, 대역-내이지만 스팬-외 신호(320)를 자동으로 검출하고 사용자에게 메시지(325)를 통하여 통지함으로써, 어떠한 혼동도 방지할 것이다. 테스트 및 측정 기기(200)는 또한, 사용자가 대역-내이지만 스팬-외 신호(320)를 볼 수 있도록, 사용자에게 전체 6MHz 스팬을 디스플레이하도록 지시할 수 있다.
예를 들어, 대역-내이지만 스팬-외의 신호가 언제 과부하 상태를 초래하는지를 검출하기 위하여, 본 발명이 시간 영역 디스플레이와 주파수 영역 디스플레이를 모두 가지는 테스트 및 측정 기기와 관련하여 설명되었지만, 본 발명은 주파수 영역 디스플레이만을 가지는 테스트 및 측정 기기에서도 이용될 수 있음이 인정될 것이다.
다양한 실시예에서, 스펙트럼 산출, 시간 대 진폭 산출, 대역-외 에너지 산출 등과 같은, 상술된 요소는 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있고, 범용 마이크로프로세서, DSP(digital signal processor), ASIC(application specific integrated circuit), FPGA(field-programmable gate array) 등을 포함하거나, 이러한 것들에서 구현될 수 있다.
본 발명이 테스트 및 측정 기기의 기술 분야에서 상당한 진전을 보여주었음이, 전술한 논의로부터 인정될 것이다. 본 발명의 특정 실시예가 도해 목적으로 도시되고 설명되었으나, 본 발명의 사상과 범위를 벗어나지 않는, 다양한 변경이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구항에 의하지 않고서는 한정되지 않아야 한다.

Claims (12)

  1. 디지털 데이터를 생성하기 위하여 입력 신호를 디지털화하는 아날로그-디지털 컨버터;
    상기 디지털 데이터를, 스팬-내 전력(in-span power)과 스팬-외 전력(out-of-span power)을 가지는 주파수 스펙트럼으로 변환하는 주파수 변환;
    과도(excessive) 스팬-외 전력을 검출하는 검출기; 및
    검출된 과도 스팬-외 전력을 사용자에게 통지하는 통지 수단을 포함하는,
    테스트 및 측정 기기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는,
    총(total) 스팬-외 전력을 절대적인 전력 레벨(absolute power level)과 비교하여, 과도 스팬-외 전력을 검출하는, 테스트 및 측정 기기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는,
    총 스팬-외 전력을 총 스팬-내 전력과 비교하여, 과도 스팬-외 전력을 검출하는, 테스트 및 측정 기기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는,
    총 스팬-외 전력을 최대 스팬-내 신호와 비교하여, 과도 스팬-외 전력을 검출하는, 테스트 및 측정 기기.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 검출기는,
    총 스팬-외 전력을 디스플레이 값과 비교하여, 과도 스팬-외 전력을 검출하는, 테스트 및 측정 기기.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 통지 수단은,
    시간 영역 디스플레이 상에 메시지를 디스플레이함으로써 사용자에게 통지하는, 테스트 및 측정 기기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 통지 수단은,
    주파수 영역 디스플레이 상에 메시지를 디스플레이함으로써 사용자에게 통지하는, 테스트 및 측정 기기.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 통지 수단은,
    가청음(audible tone)을 생성함으로써 사용자에게 통지하는, 테스트 및 측정 기기.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 통지 수단은,
    사용자가 전체 스팬(full span)을 보도록 지시함으로써 사용자에게 통지하는, 테스트 및 측정 기기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 통지 수단은,
    사용자를 위해 전체 스팬을 디스플레이함으로써 사용자에게 통지하는, 테스트 및 측정 기기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 통지 수단은,
    인터럽트(interrupt)를 생성함으로써 사용자에게 통지하는, 테스트 및 측정 기기.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 통지 수단은,
    무효 측정(invalid measurement)을 나타내는 측정 결과를 리턴(return)함으로써 사용자에게 통지하는, 테스트 및 측정 기기.
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