WO2002073222A1

WO2002073222A1 - Procede d'analyse de frequence, appareil d'analyse de frequence et analyseur de spectre

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Publication number: WO2002073222A1
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Inventors: Makoto Kurosawa
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Publication date: 2002-09-19
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Description

明細書周波数分析方法、周波数分析装置及びスペクトラムアナライザ技術分野

この発明は、特定された周波数帯域内に存在する信号を抽出し、この抽出した信号の周波数分析を行なう場合に使用して好適な周波数分析方法及びこの周波数分析方法を使用する周波数分析装置、並びにこの周波数分析装置を組み込んだスぺクトラムアナライザに関する。背景技術

この種の周波数分析装置の一例と、この周波数分析装置を組み込んだスぺクトラムアナライザの一例を図 8に示す。なお、図示の例では被測定信号を検出してその周波数を分析する部分を周波数分析装置と称し、この周波数分析装置の分析結果を表示する表示器を含む全体の構成をスペクトラムアナライザと称することにする。

図 8に示すように、先行技術の周波数分析装置 1 0 0は、特定の被測定周波数帯域 X (図 9 Aを参照）内に存在する信号を抽出する信号抽出装置 1 1と、この信号抽出装置 1 1に結合されたアナログ一デジタル変換器（以下、 AZD変換器と称す） 1 2と、この AZD変換器 1 2から出力されるデジタルデータの周波数を分析する周波数分析部 1 3と、この周波数分析部 1 3から出力される周波数分析結果を記憶するバッファメモリ 1 6と、 AZD変換器 1 2にクロック信号を供給するクロック源 1 4と、このクロック源 1 4から供給されるクロック信号を分周して周波数分析部 1 3及びバッファメモリ 1 6に供給する分周器 1 5とによつて構成されている。

—方、スぺクトラムアナライザ 2 0 0は上記構成の周波数分析装置 1 0 0と、この周波数分析装置 1 0 0の分析結果を表示する表示器 1 7とによって構成されている。

信号抽出装置 1 1は、被測定信号が例えば電波である場合には、高周波受信機によって構成することができる。また、被測定信号が例えば信号線を通じて得られる信号（比較的周波数が低い信号）である場合には、パンドパスフィルタによつて構成することができる。図 8には被測定信号が電波である場合の周波数分析装置 1 0 0の構成を示す。この場合には、被測定信号を捕らえるセンサとして、アンテナ ANが用いられ、このアンテナ ANが信号抽出装置（この例では高周波受信機） 1 1に接続されている。換言すれば、このアンテナ ANは、例えば高周波信号の周波数を分析する際に通常使用されているスぺクトラムアナライザの高周波回路の入力端子に接続されている。なお、特定された周波数帯域が比較的狭く、信号抽出装置 1 1を、入力された信号から単に特定された周波数帯域内に存在する信号を抽出するだけの手段として利用する場合には、スペクトラムアナラィザは周波数掃引することなく、信号抽出装置 1 1をバントパスフィルタとして利用する。

通常使用されているスぺクトルアナライザの高周波回路は一般にスーパ一へテ口ダイン受信方式により図 9 Aに示す被測定周波数帯域（高周波数帯域） X内に存在する高周波信号 S l、 S 2を、図 9 Bに示すように、これより低い中間周波数の信号 I F 1、 I F 2にそれぞれ周波数ダウン変換して出力する。

従って、被測定周波数帯域 X内に存在する被測定信号 S 1及び S 2は、この場合にはパンドパスフィルタとして利用される信号抽出装置 1 1によって抽出され、さらに、中間周波数の信号 I F 1及び I F 2に周波数ダウン変換された後、 A ZD変換器 1 2に入力されることになるが、説明を簡単にするために、以下においては被測定信号 S 1及び S 2が信号抽出装置 1 1から周波数変換されずに AZ D変換器 1 2に供給されるものとして説明する。

AZD変換器 1 2はクロック源 1 4から与えられるクロック信号に同期して被測定信号 S 1及び S 2を A/D変換し、デジタルデータ列に変換する。この AZ D変換器 1 2によってデジタルデータ列に変換された被測定信号 S 1及び S 2は周波数分析部 1 3に入力され、この周波数分析部 1 3において被測定周波数帯域 X内の各サンプル点の周波数毎に、被測定信号 S 1及び S 2の振幅データを算出し、周波数分析を行なう。

周波数分析部 1 3としては、例えば、既に良く知られている高速フーリエ変換 (F F T) を使用する装置（以下、高速フーリエ変換装置と称す）を用いることができる。高速フーリエ変換装置を使用すれば、被測定信号 S 1及び S 2が混在する信号の中から、被測定周波数帯域 X内の各サンプル点の周波数毎に被測定信号 S 1及び S 2の振幅データを算出し、周波数分析することができる。

周波数分析部 1 3では、 A/D変換器 1 2が周波数分析部 1 3に、例えば S個のデジタルサンプル値を出力する毎に、 S番目の最後のデジタルサンプル値が出力された時点（タイミング）で被測定信号 S 1及び S 2の周波数分析演算が行なわれる。なお、 A/D変換器 1 2が S個のデジタルサンプル値を出力する場合には、分周器 1 5はクロック信号の周波数を 1 / Sに分周する 1 Z S分周器を構成する。

1回の分析演算によってバッファメモリ 1 6に設けられた M個のデータラッチ 1 6 A、 1 6 B、 1 6 C、 · · ·、 1 6 Mに被測定周波数帯域 X内の各サンプル点の周波数に対応する振幅デ一タが格納される。この例ではサンプル点は S個であるので、データラッチの個数 Mは S以上の整数（M S ) であればよい。周波数分析部 1 3で次の S個のデジタルサンプル値に関する周波数分析演算が開始されると、ノソファメモリ 1 6にラッチされている振幅データは順次に表示器 1 7 に送り出され、表示器 1 7の画像メモリに蓄積される。

表示器 1 7の画像メモリに蓄積された周波数分析結果の一例を図 1 0に摸式化して示す。図面において横方向の軸 Fは周波数、上下方向の軸 Yは振幅、前後方向（奥行き方向）の軸 Tは時間を示す。図 1 0の波形から、タイミング t lにおける被測定信号 S 1及び S 2の周波数分析結果、タイミング t 2における被測定信号 S 1及び S 2の周波数分析結果、 · · ·がそれぞれ画像メモリに蓄積されていることが容易に理解されよう。

表示器 1 7はこれら各タイミング t 1、 t 2、 t 3、 · · 'における周波数分析結果を 1つずつ読み出してそのディスプレイに表示し、被測定信号 S 1及び S 2の振幅値、被測定信号 S 1及び S 2の中心周波数、帯域幅等を測定する。かくして、被測定周波数帯域 X内に存在する被測定信号 S 1及び S 2の周波数分析を行なうことができる。

図 1 0に示した周波数分析結果は理想的な状態を例示している。現実には、例えば被測定信号 S 1及び S 2が携帯電話機から発信される電波である場合を想定すると、携帯電話機の電波は周波数拡散されているため、ノイズと見分けがつかない程振幅値が乱れた状態にある。特に、電波のレベルが低い場合には、ノイズと電波の区別は全く不可能となる。このため、先行技術の周波数分析方法及び装置では、携帯電話機のように周波数拡散されている電波の有無を確実に検出することができないという重大な欠点があった。発明の開示

この発明の 1つの目的は、周波数拡散されている電波であっても、また、レべルの低い電波であっても、その存在を確実に検出し、周波数分析することができる周波数分析方法を提供することである。

この発明の他の目的は、周波数拡散されている電波であっても、また、レベルの低い電波であっても、その存在を確実に検出し、周波数分析することができる周波数分析装置を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、周波数拡散されている電波であっても、また、レベルの低い電波であっても、その存在.を確実に検出し、周波数分析して表示することができるスぺクトラムアナライザを提供することである。

上記目的を達成するために、この発明の第 1の面においては、被測定周波数帯域に存在する被測定信号を複数の測定信号抽出装置によって抽出するステップと. 抽出した複数の被測定信号のそれぞれを周波数分析するステップと、上記複数の被測定信号の周波数分析結果についてそれらの相関値を演算するステップと、算出された相関値が予め設定した値以上であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在すると判定し、算出された相関値が予め設定した値未満であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在しないと判定するステップとを含む周波数分析方法が提供される。

好ましい一実施例においては、上記抽出した複数の被測定信号をそれぞれデジタルデータに変換するステップをさらに含み、上記周波数分析するステップはデジタル演算手段によって実行される。

また、上記複数の被測定信号の周波数分析結果にそれぞれ、無相関のノイズを加算するステップをさらに含み、上記相関値を演算するステップはこれらノイズを含む複数の周波数分析結果についてそれらの相関値を演算する。

上記相関値の演算はコヒーレンス関数によって行なわれる。

この発明の第 2の面においては、被測定周波数帯域に存在する被測定信号を抽出する複数の測定信号抽出装置と、これら複数の測定信号抽出装置によって抽出された被測定信号をそれぞれデジタルデータに変換する複数の A/D変換器と、これら複数の A / D変換器からそれぞれ出力されるデジタルデータから上記被測定周波数帯域に亘つて上記複数の被測定信号の周波数分析を行なう複数の周波数分析手段と、これら複数の周波数分析手段からそれぞれ出力される複数の被測定信号の周波数分析結果についてそれらの相関値を演算する相関値演算手段と、この相関値演算手段が算出した相関値が予め設定した値以上であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在すると判定し、算出された相関値が予め設定した値未満であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在しないと判定するレベル判定手段とを具備する周波数分析装置が提供される。好ましい一実施例においては、上記複数の周波数分析手段のそれぞれの出力側と上記相関値演算手段との間にそれぞれ加算器が設けられ、これら複数の加算器により上記複数の周波数分析手段からそれぞれ出力される複数の被測定信号の周波数分析結果に、互いに相関性を持たないノイズ成分をそれぞれ加算し、上記相関値演算手段が演算不能になることを防止している。

この発明の第 3の面においては、被測定周波数帯域に存在する被測定信号を抽出する複数の測定信号抽出装置と、これら複数の測定信号抽出装置によって抽出された被測定信号をそれぞれデジタルデータに変換する複数の A/D変換器と、これら複数の A/D変換器からそれぞれ出力されるデジタルデータから上記被測定周波数帯域に亘つて上記複数の被測定信号の周波数分析を行なう複数の周波数分析手段と、これら複数の周波数分析手段からそれぞれ出力される複数の被測定信号の周波数分析結果についてそれらの相関値を演算する相関値演算手段と、この相関値演算手段が算出した相関値が予め設定した値以上であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在すると判定し、算出された相関値が予め設定した値未満であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在しないと判定するレベル判定手段と、このレベル判定手段から出力される被測定信号の有無を表わすデータから、少なくとも被測定信号の帯域幅の中心周波数を算出する演算手段と、上記レベル判定手段から出力される被測定信号の有無を表わすデータを表示する表示器とを具備するスぺクトラムアナライザが提供される。

好ましい一実施例においては、上記複数の周波数分析手段のそれぞれの出力側と上記相関値演算手段との間にそれぞれ加算器が設けられ、これら複数の加算器により上記複数の周波数分析手段からそれぞれ出力される複数の被測定信号の周波数分析結果に、互いに相関性を持たないノイズ成分をそれぞれ加算し、上記相関値演算手段が演算不能になることを防止している。

また、好ましい他の実施例においては、上記レベル判定手段から出力される被測定信号の有無を表わすデータに所定の周波数帯域幅未満の信号が存在するか否かを検出し、所定の周波数帯域幅未満の信号を検出したときには、それをノイズと判定して上記表示器に表示されないように処理するノイズ検出手段がさらに設けられている。

この発明によれば、複数の測定信号抽出装置により被測定信号を抽出すると共に、これら抽出した被測定信号をそれぞれ周波数分析し、さらに、これら周波数分析結果の相関値を求めるようにしたので、これら相関値を演算する過程で各信号抽出装置の内部雑音成分が除去される。よって、各信号抽出装置の内部雑音の影響を排除した周波数分析結果を得ることができる。

また、相関値の演算をコヒーレンス関数に従って実行し、得られた相関値が予め設定した所定値より大きければ信号が存在すると判定し、得られた相関値が予め設定した所定値以下であれば信号が存在しないと判定するから、被測定信号の強度に影響されずに信号の有無を判定することができる。その結果、 S N比の良い周波数分析結果を得ることができる。図面の簡単な説明

図 1はこの発明によるスぺクトラムアナライザの第 1の実施例を示すブロック図である。図 2は図 1に示したスぺクトラムアナライザに使用された周波数分析部の周波数分析結果の一例を示す波形図である。

図 3はこの発明による周波数分析方法を適用した場合の周波数分析結果を示す波形図である。

図 4は先行技術のスぺクトラムアナライザに通常使用されている周波数分析部の周波数分析結果と、この周波数分析結果にこの発明による周波数分析方法を適用した場合の周波数分析結果とを比較して示す波形図である。

図 5は図 1に示したスぺクトラムアナライザで算出した被測定信号の中心周波数、帯域幅、及び総電力を波形と共に表示した一例を示す図である。

図 6はこの発明によるスぺクトラムアナライザの第 2の実施例を示すプロック図である。

図 7は図 6に示した第 2の実施例のスぺクトラムアナライザの動作を説明するための波形図である。

図 8は先行技術のスぺクトラムアナライザの一構成を示すプロック図である。図 9は図 8に示した先行技術のスぺクトラムアナライザに使用された信号抽出装置の動作を説明するための図である。

図 1 0は図 8に示した先行技術のスぺクトラムアナライザに使用された表示器の画像メモリに蓄積された周波数分析結果の一例を説明するための図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明の好ましい実施例について詳細に説明する。しかしながら、この発明は多くの異なる形態で実施可能であるから、以下に述べる実施例にこの発明が限定されると解釈するべきではない。後述の実施例は、以下の開示が十分で、完全なものであり、この発明の範囲をこの分野の技術者に十分に知らせるために提供されるものである。

まず、図 1〜図 5を参照してこの発明による周波数分析装置の第 1の実施例、及びこの周波数分析装置を組み込んだこの発明によるスぺクトラムアナライザの第 1の実施例について詳細に説明する。

図 1はこの発明による周波数分析装置の第 1の実施例、及びこの周波数分析装置を組み込んだこの発明によるスぺクトラムアナライザの第 1の実施例を示すブロック図である。例示の周波数分析装置 100は、後で明瞭になるように、この発明による周波数分析方法を使用することによって好適に動作する。なお、図 1 において、図 8と対応する部分、素子には同一符号を付けて示し、必要のない限りそれらの説明を省略する。

この第 1の実施例のスぺクトラムアナライザ 200は周波数分析装置 100と、演算部 23と、第 2のバッファメモリ 24と、表示器 17とから構成されている。周波数分析装置 100には、図 8に示した周波数分析装置 100の構成と同じでよい信号抽出装置 11、 AZD変換器 12、及び周波数分析部 13からなる回路が 2系統設けられている。一方の回路は第 1の信号抽出装置 11Aと、第 1 の AZD変換器 12 Aと、第 1の周波数分析部 13 Aとから構成されており、他方の回路は第 2の信号抽出装置 11 Bと、第 2の AZD変換器 12Bと、第 2の周波数分析部 13 Bとから構成されている。

上記周波数分析装置 100は、さらに、クロック源 14と、クロック信号の周波数を 1ZSに分周する第 1の分周器 15と、この第 1の分周器 15から出力される 1/Sクロック信号の周波数を 1ZLに分周する第 2の分周器 15Bと、第 1及び第 2のノイズ源 19 A及び 19Bと、第 1のノイズ源 19 Aから出力されるノイズ N1と第 1の周波数分析部 13 Aから出力される第 1の周波数分析結果 (以下、第 1のスペクトログラムと称す） Sr' (f , t) とを加算する第 1の加算器 18Aと、第 2のノイズ源 19Bから出力されるノイズ N2と第 2の周波数分析部 13Bから出力される第 2の周波数分析結果（以下、第 2のスぺクトログラムと称す） Sm' (f , t) とを加算する第 2の加算器 18Bと、これら第 1及び第 2の加算器 18A及び 18Bからそれぞれ出力される第 1及び第 2の加算結果 Sr (f , t) 及び Sm (f , t) から第 1及び第 2のスペクトログラム Sr' (f , t) 及び Sm' (f, t) 間の相関値を演算する相関値演算部 20 と、この相関値演算部 20から出力される相関値 y ² (f , t) を格納する第 1 のバッファメモリ 16と、しきい値 Vを設定するしきい値設定器 22と、第 1のバッファメモリ 16に格納された相関値ァ² (f , t) としきい値 Vとを比較するレベル判定部 21とを具備している。クロック源 14、並びに第 1及び第 2の分周器 15及び 15 Bは上記 2系統の回路に共通に使用され、クロック源 14から出力されるクロック信号は第 1及び第 2の AZD変換器 12八及ぴ12 Bに供給されると共に、第 1の分周器 15にそれぞれ供給される。第 1の分周器 15はクロック信号の周波数を 1ZSに分周して第 1及び第 2の周波数分析部 13八及ぴ13 Bと第 2の分周器 15Bにそれぞれ供給する。第 2の分周器 15 Bは入力された 1/Sの周波数のクロック信号をさらに 1ZLし、 1ZSLの周波数のクロック信号を第 1のバッファメモリ 1 6、レベル判定部 21、及び演算部 23にそれぞれ供給する。

第 1及び第 2のノイズ源 19八及び19 Bは互いに相関性を持たない（即ち、無相関の）乱数からなる同一レベルのノイズ N 1及び N 2をそれぞれ対応する第 1及び第 2の加算器 18 A及び 18 Bに供給する。上述したように、これら第 1 及び第 2の加算器 18八及び18 Bは第 1及び第 2の周波数分析部 13 A及び 1 3 Bからそれぞれ出力される第 1及び第 2のスペクトログラム S r' (f , t) 及び Sm' (f , t) とこれら第 1及び第 2のノイズ Nl及び N2とをそれぞれ加算し、ノイズ N1及び N2を含むスペクトログラム S r (f , t) 及び Sm ( f , t) をそれぞれ出力する。後述するように、このノイズ N 1及び N 2の加算により、相関値演算部 20では被測定信号のレベルが限りなく 0に近い微小値であっても、演算結果が発散するのを防止することができる。

しきい値設定器 22は、被測定周波数帯域内の各サンプル点の周波数 f毎に設定されたしきい値 Vをレベル判定部 21に出力する。レベル判定部 21は、相関値演算部 20で各サンプル点の周波数； f毎に算出された第 1及び第 2のスぺクトログラム Sr' (f , t) 及び Sm' (f, t) 間の相関値 (f, t) を、しきい値設定器 22から出力される対応するしきい値 Vと比較する。このレベル判定部 21は、この実施例では、各相関値 r ² (f , t) がしきい値 Vより大きければその周波数に被測定信号が存在すると判定し、各相関値ァ² (f, t) がしきい値 Vより小さければその周波数に被測定信号が存在しないと判定するように構成されている。

信号抽出装置 11A及び 11 Bは同一の帯域幅を持つ受信機或いはバンドパスフィルタによって構成することができ、同一の周波数帯域を被測定周波数帯域と定める。以下、この被測定周波数帯域内で使用されている電波（例えば携帯電話機が発信する電波）が存在するか否かを検出し、検出した電波の周波数を分析する場合のスペクトラムアナライザの動作について説明する。なお、図 1から容易に理解できるように、被測定信号を受信するアンテナ ANが第 1及び第 2の信号抽出装置 11 A及び 11 Bに共通に接続されている。

(1) アンテナ ANで受信した信号を第 1及び第 2の信号抽出装置 11A及び 11Bに送り、これら信号抽出装置 11A及び 11 Bによって受信信号を帯域制限した後、中間周波信号に周波数ダウン変換して出力する。これら中間周波信号を第 1及び第 2の AZD変換器 12 及ぴ12 Bにおいてクロック源 14から供給される周波数 f sのクロック信号でサンプリングし、この実施例では S個のデジタルデータ列に変換する。第 1及び第 2の AZD変換器 12 A及び 12Bからそれぞれ出力される S個のデジタルデータを第 1及び第 2の周波数分析部 13 A 及び 13 Bにおいてそれぞれ周波数分析する。周波数分析の方法としては図 8の先行技術で説明したように F FT (高速フーリエ変換）を使用する方法を用いることができる。周波数分析の結果として、第 1及び第 2の 2つのスぺクトログラム S r' (f, t) 及び Sm' (f , t) を第 1及び第 2の周波数分析部 13 A 及ぴ 13 Bから得る。

(2) 第 1及び第 2の加算器 18A及び 18Bにおいて上記（1) の過程で得た第 1及ぴ第 2のスペクトログラム S r' (f , t) 及び Sm' (f , t) に第 1及び第 2のノイズ源 19A及び 19Bから供給されるノイズ N1及び N2 (上述したように同一レベルの乱数からなる値）を加え、ノイズ N1及び N2を含むスペクトログラム Sr (f, t) 及び Sm (f, t) を第 1及ぴ第 2の加算器 1 8 A及び 18Bからそれぞれ出力させる。上述したように、ノイズ N1と N2は互いに無相関であり、また、第 1及び第 2のスペクトログラム S r' (f, t) 及び Sm' (f , t) も無相関であり、かつ振幅は同一である。ここで、これらノイズ N 1及び N 2の振幅を aと置く。

(3) 上記（1) 及び（2) の過程を L回実行し、ノイズ N1及び N 2を含むそれぞれ L個のスペクトログラム S r (f , t) 及び Sm (f, t) を第 1及び第 2の加算器 18 A及び 18Bから出力させ、相関値演算部 20に供給する。相関値演算部 20では、これら 2系統の回路からそれぞれ出力される L個のデータ (ノイズを含むスぺクトログラム) から相関値ァ ² (f, t) を求める。この相関値は、この実施例では、次の式（1) で表わされるコヒーレンス関数によって算出される。

Ί' (f,t) (1)

上記式（1) において、く〉内は、 L個のデータのアンサンブル平均、は複素共役を表わす。

相関値ァ² (f , t) は、 0≤ァ² (f , t) ≤1. 0の範囲の実数であり、相関値が 1に近いほど相関度が高い。よって、相関値ァ ² (f , t) を評価することにより、ノイズと信号を見分けることが可能となる。ここで、周波数分析された結果である第 1及ぴ第 2のスペクトログラム S r' (f , t) 及び Sm' ( f, t) にノイズ N 1及び N 2を加えたのは上記式（1) が発散するのを防止するためである。

図 2は、上記（1) 〜（3) の過程を特定した周波数帯域内の各サンプル点（この実施例では S個）の周波数について実行し、実際に求めた S個の相関値 y ² (f，. t) 、つまり、この実施例ではコヒーレンス関数、の一例を示す。図 2において横軸は周波数（MHz) であり、縦軸は相関値ァ² (f , t) である。この図 2の波形から、ノイズと信号が明らかに違うことが分かる。

相関値演算部 20が各サンプル点の周波数毎に算出した S個の相関値 ² (f , t) は第 1のバッファ 16に格納される。

(4) 第 1のバッファ 16に格納された相関値ァ ² (f， t) に対してノイズレベルからしきい値 Vを決め、しきい値設定器 22からこのしきい値 Vをレベル判定部 21に供給し、レベル判定部 21において第 1のバッファ 16から出力される相関値相関値ァ ² (f , t) としきい値 Vとを比較させる。レベル判定部 2 1から、相関値の方がしきい値 Vより大きければ論理「1」を、小さければ論理「0」を出力させ、演算部 23に入力する。しきい値 Vの値は以下のようにして決める。

式（1) を書き換えると、

γ ²= (コヒーレント電力） ² （入力電力） ² . · · (2)

となる。ここで、仮に aをノイズの振幅、 bを通信信号の振幅とすると、上記式 (2) は aと bが無相関の場合、

となる。仮に、ノイズ信号の振幅 aの 2倍以上の振幅 bを有する信号を検出したい場合には、 2 X a<bが成立するので、上記式（3) はァ ²> 16 25となる。それ故、信号の振幅が上記（2) の過程で指定したノイズ N1及び N2の振幅 aの 2倍より大きいものだけを検出したい場合には、しきい値 Vの値を 16Z 25とすればよい。

換言すれば、上記（4) の過程でしきい値 Vより相関値が大きい場合にはレべル判定部 21から論理「1」を出力させるということは、上記（3) の過程で L 個のスペクトログラム S r (f , t) 及び Sm (f , t) を算出している間に（ 1つのスペクトログラム S r (f, t) 及び Sm (f, t) を得るのに要する時間が T秒であれば、 L XT秒の間に）、特定された周波数帯域にあるレベル以上の信号が検出されたということを表わす。

図 3は図 2に示された波形に上記（4) の過程を実施した結果の波形を示す。つまり、レベル判定部 21の処理結果を示す。この場合、しきい値 Vの値は図 2 に示す値では 0. 64 (16/25) に選定されている。

(5) 上記（4) の過程で得られた判定結果のうち、論理「1」が連続している部分に着目し、この部分によって形成される波形の中心周波数と周波数帯域（周波数の範囲）を求める。この求めた帯域でスペクトログラム S r' (f , t) 又は Sm' (f , t) を積分することにより、着目している部分の波形の総電力を求める。これは検出したい信号（電波）の中心周波数、周波数帯域、及び総電力に対応する。これらの演算は演算部 23で行なわれる。なお、この実施例では、第 2の周波数分析部 13Bから出力されるスペクトログラム Sm' (f， t) を第 2のバッファメモリ 2 4に格納し、演算部 2 3において波形の中心周波数、周波数帯域、及び総電力を演算し、求めているが、第 1の周波数分析部 1 3 Aから出力されるスペクトログラム S r ' ( f , t ) を第 2のバッファメモリ 2 4に格納し、演算部 2 3において波形の中心周波数、周波数帯域、及び総電力を演算し、求めてもよいことは言うまでもない。

( 6 ) 受信信号の中心周波数、周波数帯域、その帯域内の総電力を表示器 1 7 のディスプレイに表示する。

図 4はスペクトル表示の一例を示す。図 4 Aは I < S r ' ( f , t ) > I ²、図 4 Bは I く S m' ( f , t ) > I ²、図 4 Cは相関値ァ ²をそれぞれスぺクトル表示したものである。これらスペクトル表示は、 Lの値を 1 2 8とした場合のものを示す。

図 5は、上記（5 ) の過程で演算部 2 3によって求められた、受信信号の中心周波数（cent) 、周波数帯域（width) 、及び総電力（power) を相関値ァ ²のスぺクトル表示に加えて表示した場合の一例を示す。

図 6はこの発明によるスぺクトラムアナライザの第 2の実施例を示すブロック図である。この第 2の実施例は、上述した第 1の実施例と同じ機能を有するだけでなく、外部からインパルス状のノイズが混入した場合に、このノイズを除去する機能をさらに有している点に特徴がある。図面を簡単化するために、図 6には第 1の実施例と同じである信号抽出装置 1 1 A及び 1 1 Bから相関値演算部 2 0 までの回路構成は図示しない。なお、図 6において、図 1と対応する部分、素子には同一符号を付けて示し、必要のない限りそれらの説明を省略する。

この第 2の実施例ではレベル判定部 2 1の出力側に第 3のバッファメモリ 2 5 を設け、レベル判定部 2 1から出力される「1」又は「0」の論理値をこの第 3 のバッファメモリ 2 5にいつたん格納する。また、第 3のバッファメモリ 2 5の出力側に周波数帯域幅判定部 2 6を設ける。この周波数帯域幅判定部 2 6は、所定の周波数帯域幅に亘つて論理「1」が続くか否かをチェックし、続かない場合には第 3のバッファメモリ 2 5から供給される論理「1」をノイズと判定し、その論理「1」を論理「0」に変換して演算部 2 3へ出力する。所定の周波数帯域幅に亘つて論理「1」が続く場合には、検出したい信号と判定して論理「1」をそのまま演算部 23へ出力する。よって、受信信号にインパルス状の外部ノイズが混入していても、このノイズを除去することができる。

所定の周波数帯域幅に亘つて論理「1」が続くか否かをチェックするための基準として、第 2のしきい値設定器 27からしきい値 mが周波数帯域幅判定部 26 に供給される。ここで、 mは第 3のバッファメモリ 25の 1アドレスに相当する周波数帯域幅を示す。従って、 mは 2以上の整数となる。周波数帯域幅判定部 2 6は、第 3のバッファメモリ 25から供給される論理「1」の連続数がこのしきい値 m未満である場合には、それをノイズと判定し、供給される論理「1」を論理「0」に変換して演算部 23へ出力する。

上記構成の第 2の実施例のスぺクトラムアナライザの動作の詳細について以下に列記する。

(1) アンテナ ANで受信した信号を第 1及び第 2の信号抽出装置 1 1 A及び 1 1 B (図 1を参照）によって帯域制限した後、中間周波信号に周波数ダウン変換して出力する。これら中間周波信号を第 1及び第 2の AZD変換器 12A及び 12 B (図 1を参照）において周波数 f sのクロック信号によってサンプリングし、 S個のデジタルデータ列に変換する。これら S個のデジタルデータを第 1及び第 2の周波数分析部 13 A及び 13 B (図 1を参照）において周波数分析し、第 1及び第 2の 2つのスペクトログラム S r' (f , t) 及び Sm' (f , t) を得る。

(2) 上記（1) の過程で得られた第 1及び第 2のスペクトログラム S r' ( f , t) 及び Sm' (f， t) に第 1及び第 2のノイズ Nl及び N2 (無相関の同一振幅の乱数からなる値）を加え、ノイズ N1及び N2を含むスぺクトログラム S r (f , t) 及び Sm (f , t) を得る。上述したようにノイズ N 1と N2 は互いに無相関であり、また、第 1及び第 2のスペクトログラム S r' (f， t ) 及び Sm' (f, t) も無相関であり、かつ振幅は同一である。ここで、これらノイズ N 1及び N 2の振幅を aと置く。

(3) 上記（1) 及び（2) の過程を L回実行し、ノイズ N1及び N 2を含むそれぞれ L個のスペクトログラム S r (f , t) 及ぴ Sm (f , t) を得る。これら L個のスペクトログラム S r (f , t) 及び Sm (f， t) から相関値演算部 2 0 (図 1を参照）において、上記第 1の実施例で使用した式（1 ) のコヒーレンス関数を使用して、相関値ァ ² ( f , t ) を算出する。同様にして、各サンプル点の周波数毎に相関値ァ ² ( f , t ) を算出し、これら算出した S個の相関値 ² ( f , t ) 、この実施例ではコヒーレンス関数、を第 1のバッファ 1 6に格納する。

( 4 ) 第 1のバッファ 1 6に格納された相関値 ² ( f , t ) に対してノイズレベルからしきい値 Vを決め、しきい値設定器 2 2からこのしきい値 Vをレベル判定部 2 1に供給し、レベル判定部 2 1において相関値 ² ( f , t ) としきい値 Vとを比較させ、相関値の方がしきい値 Vより大きければ論理「1」を、小さければ論理「0」を出力させる。しきい値 Vの値は上記第 1の実施例の場合と同様にして決める。レベル判定部 2 1から出力された論理「1」又は「0」信号を第 3のバッファメモリ 2 5に格納する。

( 5 ) 第 2のしきい値設定器 2 7からしきい値 mを周波数帯域幅判定部 2 6に供給し、第 3のバッファメモリ 2 5から供給される論理「1」の連続数がこのしきい値 m未満であるか否かをチヱックする。論理「1」の連続数がこのしきい値 m未満である場合には、第 3のバッファメモリ 2 5から供給される論理「1」を論理「0」に変換して演算部 2 3へ出力する。

上述したように、 mは第 3のパッファメモリ 2 5の 1ァドレスに相当する周波数帯域幅を示すから、 mは 2以上の整数となる。この場合、第 3のバッファメモリ 2 5内を観察するための周波数帯域幅は 2 x m未満の最大値に設定しなければならない。例えば、論理「1」の連続数が 3つ未満か否かをチェックするために m= 3とした場合には、その最大値は 5となる。よって、第 3のバッファメモリ 2 5内を観察するための周波数帯域幅は第 3のパッファメモリ 2 5の 5つのァドレス分に相当する周波数帯域幅に設定する。何故ならば、そのように設定することにより、 1つの信号を 2重に数えることなく上記（5 ) の過程を有効に実行することが可能となるからである。

図 7に周波数帯域幅判定部 2 6のチェック動作を説明するための波形図である。図 7において横軸は周波数 f に相当し、これは第 3のバッファメモリ 2 5のァドレスにも対応する。図 7において波形 S l、 S 2及び N O I Sの下側に示した一定間隔の短い垂直線分は第 3のバッファメモリ 2 5のァドレスを表わす。 pは第 3のバッファメモリ 2 5の 1アドレスに相当する周波数帯域幅を示すから、図 7に示すように隣接する 2つの垂直線分間の長さに相当する。図 7にはしきい値 m= 3とした場合の動作を例示する。この場合には、論理「1」が 3つ以上連続すればノイズではない（即ち、信号である）と判定し、 3つ未満（1つ又は 2つ ) であればノイズと判定して論理「1」を論理「0」に変換する。

波形 S 1、 S 2及び N O I Sは第 3のバッファメモリ 2 5に記憶されている論理「1」及び「0」によって形成される波形を示す。また、 W I Nは第 3のパッファメモリ 2 5に記憶された論理「 1」が所定の周波数帯域幅以上連続するか否かを判定するためのウィンドウを示す。このウィンドウ W I Nの周波数帯域幅は、この例では m= 3であるから、 2 x 3 = 6以内の最大値である 5アドレス分に相当している。

ウインドウ W I Nを第 3のバッファメモリ 2 5の最初のァドレスから 1ァドレスに相当する Pのピッチで移動させ（図 7に示す例では周波数が高くなる右方向に移動させ）、第 3のバッファメモリ 2 5内の論理「1」である部分の長さ（周波数帯域幅）を計測する。ウィンドウ W I Nが通過する際に、波形 S 1及び S 2 はそれぞれ 6つの連続するアドレスに記憶されているから論理「1」である部分の長さが 6であり、よって、検出すべき信号であると判定されて演算部 2 3へそのまま送られる。波形 N O I Sは 1つのァドレスにのみ記憶されているから論理「1」である部分の長さが 1であり、外部ノイズと判定される。よって、この波形 N O I Sの論理「1」は論理「0」に書き換えられるから、外部ノイズは除去される。 m= 3としたから第 3のバッファメモリ 2 5の 2つの連続するアドレスに論理「1」が記憶されている場合にも、この波形は外部ノイズであると判定されて論理「0」に書き換えられる。よって、この波形も除去される。

このように、第 3のバッファメモリ 2 5に記憶された周波数分析結果の連続性をチ Xックすることにより、外部からのインパルス状のノイズが受信信号に混入した場合でも、インパルス状のノイズは殆んど帯域幅を持っておらず、線スぺクトル状であるから、このインパルス状のノイズはほぼ完全に除去することができる。また、第 3のバッファメモリ 2 5内を観察するためのウィンドウ W I Nの周波数帯域幅を 2 x m未満の最大値に設定したので、このウィンドウ W I Nで観察できるのは 1つの信号のみである。従って、 1つの信号を 2重に数えるようなミスは生じない。

なお、上記各実施例では電波を単にアンテナ ANで受信すると表現したが、感度を上げるためには例えばダィバシティ方式の受信方式を採用することも考えられる。従って、アンテナ ANは単に電波を受信する手段を例示したに過ぎない。また、信号抽出装置、 A/D変換器及び周波数分析部よりなる回路を 2系統設けた場合について説明したが、信号抽出装置、 AZD変換器及び周波数分析部よりなる回路を 2系統以上の任意の数設けることも考えられる。従って、信号抽出装置、 A/D変換器及び周波数分析部よりなる回路は 2系統に限定されない。 3 系統又はそれ以上設ける場合には、 2以上の任意の数の信号の周波数分析結果についてそれらの相関が相関値演算部において演算されることになる。

さらに、複数の周波数分析部からそれぞれ出力される周波数分析結果に、無相関のノイズをそれぞれ加算しないで複数の周波数分析結果についてそれらの相関を相関値演算部において演算してもよい。

また、受信信号をデジタル信号に変換する際のサンプル数（S ) 、相関値を算出する際に使用する周波数分析結果の個数（L) 、しきい値 V及び mの値等は単なる一例であり、必要に応じて種々に変更できることは言うまでもない。

以上の説明で明白なように、この発明によれば、複数の信号抽出装置により被測定信号をそれぞれ抽出し、それらの周波数分析結果から各サンプル点の周波数毎に相関値を算出し、各相関値が所定値以上であれば論理「1」を出力し、各相関値が所定値以下であれば論理「0」を出力し、周波数分析結果を表示するように構成したので、例えば周波数拡散された低レベルの信号であっても、この信号の存在を鮮明に表示することができるという顕著な利点が得られる。

また、被測定周波数帯域内に電波が存在するか否かを調べる電波利用密度の測定も容易に行なうことができるという利点も得られる。

以上、この発明を図示した好ましい実施例について記載したが、この発明の精神及び範囲から逸脱することなしに、上述した実施例に関して種々の変形、変更及び改良がなし得ることはこの分野の技術者には明らかであろう。従って、この発明は例示の実施例に限定されるものではなく、添付の請求の範囲によって定められるこの発明の範囲内に入る全てのそのような変形、変更及び改良をも包含するものであるということを理解すべきである。

Claims

請求の範囲

1 . 被測定周波数帯域に存在する被測定信号を複数の測定信号抽出装置によって抽出するステップと、

抽出した複数の被測定信号のそれぞれを周波数分析するステップと、上記複数の被測定信号の周波数分析結果についてそれらの相関値を演算するステツプと、

算出された相関値が予め設定した値以上であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在すると判定し、算出された相関値が予め設定した値未満であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在しないと判定するステップ

とを含むことを特徴とする周波数分析方法。

2. 上記抽出した複数の被測定信号をそれぞれデジタルデータに変換するステップをさらに含み、

上記周波数分析するステップはデジタル演算手段によって実行されることを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の周波数分析方法。

3. 上記複数の被測定信号の周波数分析結果にそれぞれ、無相関のノイズを加算するステップをさらに含み、

上記相関値を演算するステップはこれらノイズを含む複数の周波数分析結果についてそれらの相関値を演算する

ことを特徴とする請求の範囲第 1項又は第 2項に記載の周波数分析方法。

4. 上記相関値の演算はコヒーレンス関数によって行なわれることを特徴とする請求の範囲第 1項乃至第 3項のいずれか 1つに記載の周波数分析方法。

5. 被測定周波数帯域に存在する被測定信号を抽出する複数の測定信号抽出装置と、これら複数の測定信号抽出装置によって抽出された被測定信号をそれぞれデジタルデータに変換する複数の AZD変換器と、

これら複数の AZD変換器からそれぞれ出力されるデジタルデータから上記被測定周波数帯塽に亘つて上記複数の被測定信号の周波数分析を行なう複数の周波数分析手段と、

これら複数の周波数分析手段からそれぞれ出力される複数の被測定信号の周波数分析結果についてそれらの相関値を演算する相関値演算手段と、

この相関値演算手段が算出した相関値が予め設定した値以上であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在すると判定し、算出された相関値が予め設定した値未満であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在しないと判定するレベル判定手段

とを具備することを特徴とする周波数分析装置。

6. 上記複数の周波数分析手段のそれぞれの出力側と上記相関値演算手段との間にそれぞれ設けられた複数の加算器をさらに含み、

これら複数の加算器により上記複数の周波数分析手段からそれぞれ出力される複数の被測定信号の周波数分析結果に、互いに相関性を持たないノイズ成分をそれぞれ加算することを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の周波数分析装置。

7. 被測定周波数帯域に存在する被測定信号を抽出する複数の測定信号抽出装置と、

これら複数の測定信号抽出装置によって抽出された被測定信号をそれぞれデジタルデータに変換する複数の AZD変換器と、

これら複数の AZD変換器からそれぞれ出力されるデジタルデータから上記被測定周波数帯域に亘つて上記複数の被測定信号の周波数分析を行なう複数の周波数分析手段と、

この相関値演算手段が算出した相関値が予め設定した値以上であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在すると判定し、算出された相関値が予め設定した値未満であるときには、上記周波数分析した周波数に被測定信号が存在しないと判定するレベル判定手段と、

このレベル判定手段から出力される被測定信号の有無を表わすデータから、少なくとも被測定信号の帯域幅の中心周波数を算出する演算手段と、

上記レベル判定手段から出力される被測定信号の有無を表わすデータを表示する器

とを具備することを特徴とするスぺクトラムアナライザ。

8. 被測定周波数帯域に存在する被測定信号を抽出する複数の測定信号抽出装置と、

これら複数の周波数分析手段のそれぞれの出力側に設けられ、上記複数の周波数分析手段からそれぞれ出力される複数の被測定信号の周波数分析結果に、互いに相関性を持たないノイズ成分をそれぞれ加算する複数の加算器と、

これら複数の加算器からそれぞれ出力される複数の被測定信号の上記ノイズ成分を含む複数の周波数分析結果についてそれらの相関値を演算する相関値演算手段と、

上記レベル判定手段から出力される被測定信号の有無を表わすデータを表示する表器

とを具備することを特徴とするスぺクトラムアナライザ。

9. 上記レベル判定手段から出力される被測定信号の有無を表わすデータに所定の周波数帯域幅未満の信号が存在するか否かを検出し、所定の周波数帯域幅未満の信号を検出したときには、それをノィズと判定して上記表示器に表示されないように処理するノィズ検出手段をさらに含む

ことを特徴とする請求の範囲第 7項又は第 8項に記載のスぺクトラムアナライザ。