(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
正整数をＮとするＮ値ＰＳＫ方式で変調された入力信号の搬送波周波数を測定する装置において、前記入力信号の周波数を所定周波数だけ低下させて得られる低周波成分信号を生成するための周波数変換手段と、前記低周波成分信号の周波数をＮ倍に逓倍してＮ逓倍信号を生成するＮ逓倍器と、Ｎ倍に逓倍された前記搬送波周波数の信号成分を前記Ｎ逓倍信号から抽出するための帯域通過フィルタと、前記Ｎ倍に逓倍された搬送波周波数の信号成分を矩形波の信号に変換する波形整形手段と、前記矩形波の信号をＮ分の１に分周するためのＮ分周器と、前記Ｎ分の１に分周された矩形波の信号における所定時間内の矩形波の数を積算するカウンタと、前記低周波成分信号を生成する際に低下させる所定周波数と、前記カウンタによって積算された所定時間内の矩形波の数とを加算する加算器とを備えたことを特徴とする周波数測定装置。
【請求項２】
前記Ｎ逓倍器は、１以上の分配器及び１以上の乗算器によって構成されることを特徴とする請求項１記載の周波数測定装置。
【請求項３】
前記Ｎ逓倍器は、非線形増幅器又は非線形素子を含む非線形手段を有することを特徴とする請求項１記載の周波数測定装置。
【請求項４】
前記周波数変換手段が低周波成分信号を生成するために低下させる所定周波数は可変であり、前記周波数測定装置は、さらに、前記所定周波数を変化させながら低周波成分信号の電力を検知することによって前記低周波成分信号を生成するために低下させる周波数を決定するための低域電力検出手段を備え、前記周波数変換手段は、前記低域電力検出手段によって周波数が決定された場合は、前記決定された周波数に前記所定周波数を固定し、前記周波数測定装置は、前記固定された所定周波数で搬送波周波数の測定を行うことを特徴とする請求項１記載の周波数測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、周波数測定装置に関し、特にＮ値ＰＳＫ（Phase Shift Keying）方式（ここで、Ｎは正整数である。）で変調された信号の搬送波の周波数測定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、Ｎ値ＰＳＫ方式で変調された信号の搬送波を対象とする周波数測定は、原理的には図５に示す構成の周波数測定装置を用いて行われていた。図５に示す構成の周波数測定装置５００は、直交検波器５１０、第１、２の低域通過フィルタ（Low Pass Filter、以下、ＬＰＦという。）５２１、５２２、位相誤差検出器５３０、ループフィルタ５４０、同期確立検出部５５０、加算器５６０、周波数カウンタ５７０、および表示部５８０によって構成される。
【０００３】
ここで、直交検波器５１０は、さらに電圧制御発振器（Voltage Controlled Oscillator、以下、ＶＣＯという。）５１１、９０度移相器５１２、および第１、２の混合器５１３、５１４によって構成される。
ＶＣＯ５１１は、０度位相の搬送波信号を再生し、９０度移相器５１２と第１の混合器５１３とに出力する。
９０度移相器５１２は、ＶＣＯ５１１から出力された０度位相の搬送波信号の位相を９０度変化させ、第２の混合器５１４に出力する。
【０００４】
第１の混合器５１３は、ＶＣＯ５１１から出力された０度位相の再生搬送波信号を用いてＮ値ＰＳＫ方式で変調された入力信号を同期検波し、直交座標上のＩ軸成分の同期検波信号（以下、Ｉ成分信号という。）を生成し、第１のＬＰＦ５２１に出力する。
同様に、第２の混合器５１４は、９０度移相器５１２から出力され、９０度位相変化させられた再生搬送波信号を用いて、Ｎ値ＰＳＫ方式で変調された入力信号を同期検波し、直交座標上のＱ軸成分の同期検波信号（以下、Ｑ成分信号という。）を生成し、第２のＬＰＦ５２２に出力する。
【０００５】
上記第１の混合器５１３から出力されたＩ成分信号と第２の混合器５１４から出力されたＱ成分信号には、搬送波周波数の２倍の周波数の信号成分と変調成分とが含まれる。
第１のＬＰＦ５２１は、Ｉ成分信号に含まれる変調成分を通過させるように動作し、変調成分を位相誤差検出器５３０と同期確立検出部５５０に出力する。同様に第２のＬＰＦ５２２は、Ｑ成分信号に含まれる変調成分を通過させるように動作し、変調成分を位相誤差検出器５３０と同期確立検出部５５０に出力する。
【０００６】
位相誤差検出器５３０は、第１のＬＰＦ５２１から出力された変調成分と第２のＬＰＦ５２２から出力された変調成分とに基づき、入力信号と再生搬送波信号との位相差に関連する信号を生成し、ループフィルタ５４０と同期確立検出部５５０に出力する。
ループフィルタ５４０は、上記の位相差に関連する信号を平均化し、加算器５６０に出力する。
【０００７】
同期確立検出部５５０は、第１のＬＰＦ５２１からの出力、２のＬＰＦ５２２からの出力および位相誤差検出器５３０からの出力に基づいて、搬送波再生が正しく行われているか検出する。正しく再生できていない場合、ＶＣＯ５１１の周波数を搬送周波数付近で掃引するよう、鋸歯状波を出力する。同期確立が検出されたら、その時の出力電圧を保持して停止する。
【０００８】
加算器５６０は、ループフィルタ５４０から出力された信号と同期確立検出部５５０から出力された信号とを加算し、ＶＣＯ５１１に出力するための手段である。
ＶＣＯ５１１は、加算器５６０によって出力された信号に応じた周波数の信号を生成し、上記の同期検波に供せられる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来方法には、搬送波周波数の測定のための同期確立の検出に複雑な信号処理を要するため、周波数測定装置の規模が大きくなるという問題があった。
【００１０】
本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、同期確立の検出を必要とせず、装置規模の削減が可能な周波数測定装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
以上の点を考慮して、請求項１に係る発明は、正整数をＮとするＮ値ＰＳＫ方式で変調された入力信号の搬送波周波数を測定する装置において、前記入力信号の周波数を所定周波数だけ低下させて得られる低周波成分信号を生成するための周波数変換手段と、前記低周波成分信号の周波数をＮ倍に逓倍してＮ逓倍信号を生成するＮ逓倍器と、Ｎ倍に逓倍された前記搬送波周波数の信号成分を前記Ｎ逓倍信号から抽出するための帯域通過フィルタと、前記Ｎ倍に逓倍された搬送波周波数の信号成分を矩形波の信号に変換する波形整形手段と、前記矩形波の信号をＮ分の１に分周するためのＮ分周器と、前記Ｎ分の１に分周された矩形波の信号における所定時間内の矩形波の数を積算するカウンタと、前記低周波成分信号を生成するに低下させる所定周波数と、前記カウンタによって積算された所定時間内の矩形波の数とを加算する加算器とを備えた構成を有している。
【００１４】
この構成により、Ｎ値ＰＳＫ変調信号をＮ逓倍器によってＮ逓倍し、帯域通過フィルタによって測定帯域の信号帯域に限定するため、搬送波周波数の測定のための同期確立の検出に複雑な信号処理が不要となり、装置規模の削減が可能な周波数測定装置を実現することができる。
【００１５】
また、請求項２に係る発明は、請求項１において、前記Ｎ逓倍器は、１以上の分配器及び１以上の乗算器によって構成される構成を有している。
この構成により、公知の簡易な手段によってＮ逓倍器が構成できるため、装置規模の削減が可能な周波数測定装置を実現することができる。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、請求項１において、前記Ｎ逓倍器は、非線形増幅器又は非線形素子を含む非線形手段を有する構成を有している。
この構成により、公知の簡易な手段によってＮ逓倍器が構成できるため、装置規模の削減が可能な周波数測定装置を実現することができる。
【００１７】
また、請求項４に係る発明は、請求項１において、前記周波数変換手段が低周波成分信号を生成するために低下させる所定周波数は可変であり、前記周波数測定装置は、さらに、前記所定周波数を変化させながら低周波成分信号の電力を検知することによって前記低周波成分信号を生成するために低下させる周波数を決定するための低域電力検出手段を備え、前記周波数変換手段は、前記低域電力検出手段によって周波数が決定された場合は、前記決定された周波数に前記所定周波数を固定し、前記周波数測定装置は、前記固定された所定周波数で搬送波周波数の測定を行う構成を有している。
【００１８】
この構成により、請求項１記載の周波数測定装置にさらに、低周波成分信号を生成するために低下させる所定周波数を変化させながら低周波成分信号の電力を検知することによって、低周波成分信号を生成するために低下させる周波数を決定するための低域電力検出手段を設けたため、測定対象の信号の周波数を知らなくとも周波数測定が可能であり、装置規模の削減が可能な周波数測定装置を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説明する。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る周波数測定装置のブロック構成を示す図である。図１において、周波数測定装置１００は、周波数変換手段１１０、Ｎ逓倍器１２０、帯域通過フィルタ（Band Pass Filter、以下、ＢＰＦという。）１３０、ＰＬＬ（Phase Locked Loop）１４０、波形整形手段１５０、Ｎ分周器１６０、カウンタ１７０、加算器１８０、および表示手段１９０とによって構成される。
【００２０】
ここで、周波数測定装置１００は、Ｎ値ＰＳＫ方式で変調された信号（Ｎ値ＰＳＫ変調信号という。）が入力され、入力されたＮ値ＰＳＫ変調信号の搬送波周波数（以下、ｆcとする。）を表示するための装置である。
周波数変換手段１１０は、入力されたＮ値ＰＳＫ変調信号の周波数帯域を低減させるための手段であって、局部発振器１１１、混合器１１２、および低域通過フィルタ（Low Pass Filter、以下、ＬＰＦという。）１１３によって構成される。
【００２１】
局部発振器１１１は、所定周波数のアナログ信号を発生させ、混合器１１２及び加算器１８０に出力するための発振器である。説明の都合上、以下では局部発振器１１１が発生するアナログ信号の周波数をｆlとする。なお、局部発振器１１１によって出力されるアナログ信号の周波数ｆlは、調整可能にするため、可変であっても良い。
混合器１１２は、Ｎ値ＰＳＫ変調信号と局部発振器１１１によって出力されるアナログ信号とを入力とし、それらの乗算を行い、ＬＰＦ１１３に出力するための手段である。説明の都合上、以下ではＮ値ＰＳＫ変調信号の周波数をｆmとする。
【００２２】
混合器１１２による乗算の結果、混合器１１２からは、周波数（ｆm−ｆl）の信号（以下、低周波成分信号という。）と周波数（ｆm＋ｆl）の信号（以下、高周波成分信号という。）とが出力される。
ＬＰＦ１１３は、混合器１１２によって出力される低周波成分信号と高周波成分信号を入力とし、高周波成分信号を除去し、低周波成分信号をＮ逓倍器１２０に出力するための手段である。
【００２３】
Ｎ逓倍器１２０は、ＬＰＦ１１３によって出力された低周波成分信号を入力とし、低周波成分信号の周波数をＮ逓倍し、Ｎ逓倍された信号をＢＰＦ１３０に出力するための手段である。
ここで、Ｎ逓倍器１２０は、図２に示すように、分周器１２１と乗算器１２２とを組み合わせて構成するもので、非線形増幅器、非線形素子等の非線形手段によって発生させられた非線形ひずみを有する信号中のＮ逓倍信号を抽出するものでも良い。図２（ａ）には、３逓倍器の一例を示し、図２（ｂ）には４逓倍器の一例を示す。
【００２４】
ＢＰＦ１３０は、上記低周波成分信号の周波数がＮ逓倍された信号を入力とし、入力された信号のうち、所定周波数帯域の信号を抽出してＰＬＬ１４０に出力するための手段である。ここで、所定帯域とは、上記のＮ逓倍された信号の周波数帯域のうち、周波数Ｎ（ｆm−ｆl）の中心周波数近傍の帯域をいう。
【００２５】
ＰＬＬ１４０は、ＢＰＦ１３０によって出力された信号を入力とし、ＢＰＦ１３０によって出力された信号に同期したアナログ信号（以下、アナログ同期信号という。）を生成し、波形整形手段１５０に出力するための手段である。
【００２６】
上記のようにＬＰＦ１１３によって低周波成分信号を抽出し、Ｎ逓倍器１２０によって低周波成分信号をＮ逓倍し、ＢＰＦ１３０によってＮ逓倍された信号から周波数Ｎ（ｆm−ｆl）の中心周波数近傍の帯域の信号を抽出し、ＰＬＬ１４０によって周波数Ｎ（ｆm−ｆl）の中心周波数近傍の帯域の信号と同期を取ることによって局部発振器１１１の発振周波数とＮ値ＰＳＫ変調信号の搬送波の周波数ｆcの差分に関する情報を得ることができる。
【００２７】
波形整形手段１５０は、音圧変動検出手段１４０によって出力された同期信号を入力とし、アナログ同期信号を矩形波に波形整形することによってデジタル信号に変換し、Ｎ分周器１６０に出力するための手段である。
Ｎ分周器１６０は、波形整形手段１５０によって出力されたデジタル信号を入力とし、そのデジタル信号を１／Ｎに分周し、分周して得られたデジタル信号をカウンタ１７０に出力するための手段である。これによって、デジタル信号中の単位時間当たりのパルス数は、（ｆc−ｆl）になる。
【００２８】
カウンタ１７０は、Ｎ分周器１６０によって出力された分周後のデジタル信号を入力とし、分周後のデジタル信号における所定時間内のパルス数をカウントし、カウントされたパルス数に応じた信号を加算器１８０に出力するための手段である。ここで、上記の所定時間としては、例えば１秒間とすることができるが、その他の時間でもよい。
【００２９】
加算器１８０は、局部発振器１１１によって出力されたアナログ信号とカウンタ１７０によって出力された上記パルス数に応じた信号とを入力とし、局部発振器１１１によって出力されたアナログ信号の周波数の情報を抽出し、上記パルス数に応じた信号に基づいて得られるパルス数（ｆc−ｆl）と、上記アナログ信号の周波数の情報に基づいて得られるアナログ信号の周波数ｆlとを加算し、加算して得られた値（以下、加算値という。）ｆcに応じた信号を生成して表示手段１９０に出力するための手段である。
【００３０】
表示手段１９０は、加算器１８０によって出力された加算値ｆcに応じた信号を入力とし、加算値ｆcを表示するための手段である。ここで、表示手段１９０は、他の出力手段によって置き換えることも可能である。
以上では、ＢＰＦ１３０によって出力された信号と同期させるためにＰＬＬ１４０を含む構成としたが、同期をとることが必要でない場合は、ＰＬＬ１４０を省略することも可能である。
【００３１】
本発明の第１の実施の形態に係る周波数測定装置は、ハードウェアの簡易化の観点から、高周波数帯の信号を低周波帯の信号に変換（ダウンコンバートともいう。）してから周波数測定を行う構成となっているが、そもそも低周波帯の信号の場合にはこのようなダウンコンバートするための処理が不要となる。ダウンコンバートを行わない場合は、周波数測定装置１００における周波数変換手段１１０と加算器１８０を除くことができる。
【００３２】
以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る周波数測定装置１００は、Ｎ値ＰＳＫ変調信号をＮ逓倍器によってＮ逓倍し、帯域通過フィルタによって測定帯域の信号帯域に限定するため、搬送波周波数の測定のための同期確立の検出に複雑な信号処理が不要となり、装置規模の削減が可能な周波数測定装置を実現できる。
【００３３】
図３は、本発明の第２の実施の形態に係る周波数測定装置のブロック構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態に係る周波数測定装置３００は、測定周波数帯を特定できない場合の周波数測定を可能とする周波数測定装置である。周波数測定装置３００は、図３に示すように、本発明の第１の実施の形態に係る周波数測定装置１００に低域電力検出手段３１４を付加した構成となっている。
【００３４】
なお、本発明の第２の実施の形態の周波数測定装置３００を構成する構成手段のうち、上記本発明の第１の実施の形態の周波数測定装置１００における構成手段と同様の処理を行うものには同一の引用番号を付し、その説明を省略する。
周波数測定装置３００の構成手段についての説明に入る前に、周波数測定装置３００によって行われる周波数測定の原理について説明する。
【００３５】
周波数測定装置３００に入力されるＮ値ＰＳＫ変調信号は、図４（ａ）に示すような周波数スペクトルを有する。また、局部発振器３１１によって生成されるアナログ信号は、図４（ｂ）に示すような周波数スペクトルを有する。混合器１１２によって図４（ａ）に示すスペクトルのＮ値ＰＳＫ変調信号と、図４（ｂ）に示す周波数スペクトルのアナログ信号とが乗算されると、局部発振周波数（−ｆl）の和差成分（−ｆl±ｆc）、局部発振周波数（＋ｆl）の和差成分（＋ｆl±ｆc）が生成される。この様子を図４（ｃ）に示す。
【００３６】
ここで局部発振器３１１によって発振されるアナログ信号の周波数を０Ｈｚから増加していくと、局部発振周波数の２つの差成分の信号の周波数（以下、差成分周波数という。）（−ｆl＋ｆc）、（−ｆl−ｆc）が周波数０Ｈｚに接近していく（図４（ｄ）を参照）。差成分周波数がＬＰＦ１１３の周波数帯域に入ったことが検出できれば、本発明の第１の実施の形態において説明した手段を用いて周波数を測定できる。
【００３７】
本発明の第２の実施の形態に係る周波数測定装置３００を構成する低域電力検出手段３１４は、かかる機能を有する手段である。以下に説明する。
本実施の形態では、局部発振器３１１は、所定周波数のアナログ信号を発生させ、混合器１１２及び加算器１８０に出力するための発振器である。局部発振器１１１によって出力されるアナログ信号の周波数は、可変であっても良く、本発明の第２の実施の形態においては、測定開始後に出力するアナログ信号の周波数を０Ｈｚ近傍から一定速度で増加させていき、低域電力検出手段３１４からの後述する制御信号を受信したときは、制御信号受信時の周波数に固定する。
【００３８】
低域電力検出手段３１４は、混合器１１２によって出力された和差成分の信号を入力とし、入力された和差成分信号のうち所定幅の周波数帯域に入る信号の電力を検出し、検出された電力の単位時間当たりの増加が所定値以上となった後に所定値以下となった場合に局部発振器３１１の所定の制御信号を出力するための手段である。
【００３９】
ここで、上記の所定幅の周波数帯域は、差成分周波数を含む周波数帯域以上の周波数帯域を有し、和成分の信号の周波数帯域を含まない周波数帯である。すなわち、差成分周波数帯が０Ｈｚ近傍にあるときに、差成分の信号のみを検知できる周波数帯域を有することである。上記の所定幅の周波数帯域として、例えばＬＰＦ１１３の周波数帯域を取ることができる。
【００４０】
上記のようにして局部発振器１１１の発振周波数を固定することによって、ＬＰＦ１１３は、局部発振器１１１の発振周波数が固定された後、差成分の信号のみを選択的にＮ逓倍器１２０に出力することができ、上記本発明の第１の実施の形態において説明したように周波数を測定することができる。
【００４１】
以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る周波数測定装置は、本発明の第１の実施の形態に係る周波数測定装置にさらに、局部発振器の発振周波数を変化させ、低域電力検出手段によって測定対象の信号の周波数がＬＰＦの周波数帯域に入ったことを検知し、局部発振器の発振周波数を検知ができたときの周波数に固定するための手段を付加したため、測定対象の信号の周波数を知らなくとも周波数測定が可能であり、装置規模の削減が可能な周波数測定装置を実現できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、同期確立の検出を必要とせず、装置規模の削減が可能な周波数測定装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る周波数測定装置のブロック構成を示す図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る周波数測定装置におけるＮ逓倍器の具体例を示すブロック構成図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る周波数測定装置のブロック構成を示す図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る周波数測定装置の動作原理を説明するための図である。
【図５】従来の周波数測定装置のブロック構成を示す図である。
【符号の説明】
１００、３００、５００  周波数測定装置
１１０、３１０  周波数変換手段
１１１、３１１  局部発振器
１１２  混合器
１１３  低域通過フィルタ
１２０  Ｎ逓倍器
１２１  Ｎ分周器
１２２  乗算器
１３０  帯域通過フィルタ
１４０  ＰＬＬ
１５０  波形整形手段
１６０  Ｎ分周器
１７０  カウンタ
１８０  加算器
１９０  表示手段
３１４  低域電力検出手段
５１０  直交検波器
５１１  電圧制御発振器（ＶＣＯ）
５１２  ９０度移相器
５１３  第１の混合器
５１４  第２の混合器
５２１  第１のＬＰＦ
５２２  第２のＬＰＦ
５３０  位相誤差検出器
５４０  ループフィルタ
５５０  同期確立検出部
５６０  加算器
５７０  周波数カウンタ
５８０  表示部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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