(57)【要約】【課題】時系列データ処理に最適な測定時間を、測定を行いながら決定することができ、時系列データの解析を必要最小限の測定時間で精度よく行うことが可能な時系列データ処理装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる時系列データ処理装置１００は、時系列データを取得する取得部１０２と、時系列データに基づいて統計量を順次算出する統計量算出部１０３と、統計量の標準偏差を順次算出するばらつき算出部１０４と、標準偏差が第１の閾値より小さくなったときに、時系列データの取得を終了する判定部１０６と、を備える。【選択図】図１
2014185971.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
時系列データを取得する取得部と、
前記時系列データに基づいて統計量を順次算出する統計量算出部と、
前記統計量の標準偏差を順次算出するばらつき算出部と、
前記標準偏差が第１の閾値より小さくなったときに、前記時系列データの取得を終了する判定部と、
を備える、時系列データ処理装置。
【請求項２】
前記標準偏差の経時変化量に基づいて、前記標準偏差が第１の閾値より小さくなるまでの収束時間を推定する推定部をさらに備え、
前記判定部が、前記収束時間が経過したときに、前記時系列データの取得を終了すると判定することを特徴とする、請求項１に記載の時系列データ処理装置。
【請求項３】
前記統計量算出部が前記統計量を算出する度に、前記ばらつき算出部が、新たに算出された前記統計量を含む複数の前記統計量から、前記標準偏差を算出することを特徴とする、請求項１又は２に記載の時系列データ処理装置。
【請求項４】
前記統計量算出部が、あるサンプル測定時間内の時系列データを用いて前記統計量を算出し、前記サンプル測定時間が複数の統計量で同じ長さになっている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の時系列データ処理装置。
【請求項５】
順次算出される２つの前記統計量において、前記サンプル測定時間の一部が重複している、請求項４に記載の時系列データ処理装置。
【請求項６】
前記ばらつき算出部において、事前に取得した時系列データから算出した標準偏差と最新の時系列データから算出した標準偏差との差分値を順次計算し、さらに、
前記判定部において、算出された前記差分値と第２の閾値との比較により異常か否かを判定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の時系列データ処理装置。
【請求項７】
前記統計量算出部が算出する統計量が時系列データの振幅情報を示す振幅統計量であり、前記ばらつき算出部が算出する標準偏差が振幅ばらつきであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の時系列データ処理装置。
【請求項８】
前記統計量算出部における統計量が時系列データの位相情報を示す時間統計量であり、前記ばらつき算出部によって算出される標準偏差が時間ばらつきであることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の時系列データ処理装置。
【請求項９】
時系列データを取得し、
取得した前記時系列データに基づいて統計量を順次算出し、
算出した前記統計量の標準偏差を順次算出し、
算出した前記標準偏差が第１の閾値より小さくなったときに、前記時系列データの取得を終了するか否かを判定する、
時系列データ処理方法。
【請求項１０】
時系列データを取得する処理と、
取得した前記時系列データに基づいて統計量を順次算出する処理と、
算出した前記統計量の標準偏差を順次算出する処理と、
算出した前記標準偏差が第１の閾値より小さくなったときに、前記時系列データの取得を終了するか否かを判定する処理と、
をコンピュータに実行させる時系列データ処理プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時系列データ処理装置、時系列データ処理方法、及び時系列データ処理プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、移動体通信の電波利用の需要が増加している一方で、その周波数帯域における妨害電波の電磁干渉によって携帯電話や無線ＬＡＮ等の無線通信妨害、テレビ・ラジオなどの受信障害が多発している。そのため、通信品質向上を目的として電磁干渉の検出処理を行なうことが求められている。
【０００３】
従来、妨害波測定は振幅強度の最大値、平均値、尖頭値といった単一量による評価が中心であった。しかし、無線技術の高度化に伴い、単一量では複雑な電磁環境の振る舞いを正しく評価することが困難になってきている。そのため、雑音の発生頻度や時間変動の統計量による評価が期待されている。
【０００４】
ここで、妨害波の電界又は磁界強度に対する時系列データに対して統計処理による評価を行う際には、被測定物の時系列データが定常状態にあり、統計量として信頼し得る値となっている必要がある。これを厳密に判断するためには、十分な長さの時系列データを取得し、定常性の検定を行うことが一般的である。
しかし、迅速な対応が要求される妨害波計測において、このような解析を事前に実行することは現実的ではない。また、十分な標本数を得るためには、長時間の時系列データを記録する高速・大容量のメモリが必要となるので、特に広帯域の測定においては時系列データの測定そのものが困難になる。
【０００５】
こうした背景から、時系列データの統計解析を迅速かつ高精度に実行する手段が提案されている（特許文献１、特許文献２）。
例えば、特許文献１に記載の統計誤差判別装置は、ランダムに発生する信号の計数器である。この装置は、計数値に対応した統計誤差（標準偏差）を計算してから、標準偏差と所定値の大小関係を判別する。これにより、特許文献１に記載の統計誤差判別装置は、統計誤差が所望の値となったときを自動的に判別して、出力信号を送出する。
また、特許文献２に記載のトリガー装置は、従来のポアソン分布のみからなるトリガー装置に二項分布を用いた処理を追加している。これにより、精度の良い正規分布となる大きな計数値を確保することが計測時間から困難な装置においても、短い検出時間でありながら、精度の良い高速なトリガーを実行可能としている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特公昭５８−２９８４６号公報
【特許文献２】特許第２６３７０３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１及び特許文献２に記載の装置は、粒子、放射線等の離散的な現象によるランダムパルスを想定しており、ランダムパルス数から標準偏差や分布を近似的に求めている。しかし、連続した時系列データの解析では、時系列データに変動や周期性が混在する場合に、時系列データの取得時間が短いと、標準偏差が極端に大きくなってしまうおそれがある。
そのため、連続した時系列データの解析では、測定時間を長くしなければならならないという問題があった。また、必要な測定時間は事前測定により決定しておかなければならず、測定に手間がかかるという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためなされたものであり、時系列データ処理に最適な測定時間を、測定を行いながら決定することができ、時系列データの解析を必要最小限の測定時間で精度よく行うことが可能な時系列データ処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる時系列データ処理装置は、時系列データを取得する取得部と、前記時系列データに基づいて統計量を順次算出する統計量算出部と、前記統計量の標準偏差を順次算出するばらつき算出部と、前記標準偏差が第１の閾値より小さくなったときに、前記時系列データの取得を終了する判定部と、を備える。
【００１０】
本発明にかかる時系列データ処理方法は、時系列データを取得し、取得した前記時系列データに基づいて統計量を順次算出し、算出した前記統計量の標準偏差を順次算出し、算出した前記標準偏差が第１の閾値より小さくなったときに、前記時系列データの取得を終了するか否かを判定する。
【００１１】
本発明にかかる時系列データ処理プログラムは、時系列データを取得する処理と、取得した前記時系列データに基づいて統計量を順次算出する処理と、算出した前記統計量の標準偏差を順次算出する処理と、算出した前記標準偏差が第１の閾値より小さくなったときに、前記時系列データの取得を終了するか否かを判定する処理と、をコンピュータに実行させる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、時系列データ処理に最適な測定時間を、測定を行いながら決定することができ、時系列データの解析を必要最小限の測定時間で精度よく行うことが可能な時系列データ処理装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる時系列データ処理装置の構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態１にかかる時系列データ処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１において、複数のチップが搭載された無線端末基板の近傍にアンテナを設置し、妨害波の最大電界強度の時間変化を測定した結果を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態１において、図３と同じ無線端末基板のチップ動作を制限した状態で、無線端末基板の近傍にアンテナを設置して、妨害波の最大電界強度の時間変化を測定した結果を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１において、時系列データに対する累積ＡＰＤカーブの計算結果を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１において、測定時間増加に伴う累積ＡＰＤカーブの振幅変動について示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１において、測定時間が１２秒〜６０秒の間で計算した標準偏差に基づいて、近似曲線を算出した結果である。
【図８】本発明の実施の形態２において、複雑な回路機能を有する無線端末のチップに対して、同じ長さのサンプル測定時間における累積ＡＰＤカーブの振幅標準偏差を、各測定時間ごとに算出した結果を示す図である。
【図９】本発明の実施の形態２において、図８の場合と同じ無線端末のチップの測定例に対する振幅強度ヒストグラムを示す図である。
【図１０】本発明の実施の形態２において、図８の場合と同じ無線端末のチップ動作を制限した状態で、同じ長さの測定時間における累積ＡＰＤカーブの振幅標準偏差を、各測定時間で算出した結果を示す図である。
【図１１】本発明の実施の形態３にかかる時系列データ処理装置において、標準偏差の算出に用いるサンプルの取得法を説明する図である。
【図１２】本発明の実施の形態４にかかる時系列データ処理装置の動作を示すフローチャートである。
【図１３】本発明にかかるデータ処理装置を実現するための最小限の構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
[実施の形態１]
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。まず、図１〜７を用いて、本発明の実施の形態１について説明する。
図１は、本発明の実施の形態１にかかる時系列データ処理装置１００の構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態にかかる時系列データ処理装置１００は、設定入力部１０１と、取得部１０２と、統計量算出部１０３と、ばらつき算出部１０４と、推定部１０５と、判定部１０６と、出力部１０７と、記憶部１０８とを備える。
【００１５】
設定入力部１０１では、時系列データの処理において所望する精度を第１の閾値として事前に設定する。ここで精度とは、例えば、統計量における振幅値の標準偏差である。電磁妨害波を例にして説明すると、統計量を算出する際に、振幅ばらつきを何ｄＢ以下に抑えるかを定める閾値となる標準偏差である。
【００１６】
取得部１０２は、時系列データを取得する。例えば、電磁妨害波測定では、妨害波を含む電磁波を受信する。このとき用いられる受信機は、電磁波の周波数ごとに振幅が測定可能な電圧計、電界強度計、スペクトラムアナライザ等である。
取得部１０２は、時間波形のサンプリングを一定時間ごとに繰り返す機能を有している。この取得データは、サンプリングごとに、時系列データとして統計量算出部１０３に送られる。
このとき、サンプリングの繰り返し時間は、統計量算出部１０３及びばらつき算出部１０４における計算結果を、出力部１０７でリアルタイムに表示することが可能となる時間に設定されることが望ましい。
【００１７】
統計量算出部１０３は、取得部１０２が取得した時系列データを統計処理して、統計量を順次算出する。ここで統計量とは、例えば、ＡＰＤ（Amplitude Probability Distribution：振幅確率分布）である。統計量算出部１０３は、あるサンプル測定時間に含まれる時系列データを用いてＡＰＤを算出する。
ＡＰＤは、取得部１０２から送られてきた振幅値の時系列データを元に、規定された振幅値Ｅｋを振幅包絡線が超えている時間Ｔｉの和と、全測定時間Ｔとの比で求められる統計量である（数式１を参照）。数式１は、全測定時間Ｔ秒の間にｈ回、振幅包絡線が振幅値Ｅｋを超えている場合の、ＡＰＤを示している。ＡＰＤにより、振幅強度と雑音の発生頻度との関係が表されることから、エラー頻度が重要となる、デジタルノイズに対する妨害波評価尺度として特に有用である。
【００１８】
【数１】
2014185971.tif 000003
【００１９】
数式１からも明らかなように、ＡＰＤは振幅を変数とした時間率で表されており、全測定時間Ｔが重要なパラメータとなっている。通常は、対象とする電磁妨害波の時系列データが定常的であるという前提に基づいて測定が行われる。しかし、測定時間が十分に長くない場合、振幅値Ｅｋのばらつきが大きくなるので、ＡＰＤを精度よく算出できない。
【００２０】
ＣＩＳＰＲ（国際無線障害特別委員会）において、ＡＰＤ測定器に要求される製品規格が、ＣＩＳＰＲ１６として規定されている。ＣＩＳＰＲ１６では、測定時間の下限は、電子レンジ妨害波を基準として、２分間以上とされている。また、ＣＩＳＰＲ１６には、対象とする妨害波が定常となるのに必要な時間以上を、測定時間として確保することが明記されており、最適な測定時間を測定の都度設定する必要がある。これは、被測定物の妨害波特性を事前に把握した上で、ＡＰＤを測定する必要があることを意味している。
【００２１】
図１に戻り、本発明の実施の形態１の説明を続ける。統計量算出部１０３は、取得部１０２から送られた時系列データを順次処理し、所望の時間ごとの統計量を算出する。本実施形態では、統計量としてはＡＰＤを用いる。統計量算出部１０３により算出された統計量のデータは、ばらつき算出部１０４に送られる。
【００２２】
ばらつき算出部１０４では、統計量算出部１０３により算出された統計量データの標準偏差を順次算出する。時系列データの統計量において、測定時間の経過は標本数の増加を意味するため、時系列が定常的であれば時間経過ごとに統計量のばらつきは減少する。ばらつき算出部１０４で算出された標準偏差の数値データは、推定部１０５に送られる。
【００２３】
推定部１０５は、ばらつき算出部１０４で算出される標準偏差の変化から、標準偏差の測定時間に対する近似曲線を算出する。その後に、算出した近似曲線が設定入力部１０１で予め設定された閾値σに達するまでに要する測定時間を、時間外挿により算出する。推定部１０５は、この測定時間を測定終了予定時間として、出力部１０７に送る。
【００２４】
判定部１０６では、設定入力部１０１において設定した閾値（例えば、標準偏差σ＝１ｄＢ）と、ばらつき算出部１０４が算出した標準偏差とを比較し、設定入力部１０１において設定した精度より小さい値となったときに測定を終了する指令を取得部１０２に送信する。
【００２５】
記憶部１０８は、統計量算出部１０３で算出した統計量データ、ばらつき算出部１０４で算出した統計量データの標準偏差を記憶する。
出力部１０７は、記憶部１０８に記憶された統計量データ及び標準偏差データ、並びに推定部１０５が算出した測定終了予定時間を出力する。出力部１０７としては、例えば、ディスプレイ又はプリンタ等が用いられる。また、出力部１０７は、判定部１０６の判定結果を受けて、測定が終了した旨を出力する。測定が終了した時には、測定終了を伝えるアラームを鳴らしてもよい。
【００２６】
図２は、本発明の実施形態１にかかる時系列データ処理装置の動作を示すフローチャートである。
測定が開始されると、取得部１０２は新たにサンプリングした受信信号の時系列データを取得する（ステップＳ２０１）。次に、統計量算出部１０３は設定された最小測定時間（サンプリングの繰り返し時間）ごとの受信信号に対して順次統計量を算出する（ステップＳ２０２）。ここで統計量を算出する手法に関しては、統計量ごとに一般的に用いられている手順が踏襲される。
【００２７】
次に、統計量算出部１０３は算出した統計量を記憶部１０８に保存する（ステップＳ２０３）。ばらつき算出部１０４は、記憶部１０８に格納された統計量を取得して順次統計量データの標準偏差σを算出する（ステップＳ２０４）。そして、算出された標準偏差σを記憶部１０８に保存する（ステップＳ２０５）。推定部１０５は標準偏差σの変化から、標準偏差σが予め設定された閾値を下回るまでに要する収束時間を算出する。（ステップＳ２０６）。
【００２８】
判定部１０６は算出した統計量データの標準偏差σと予め設定された閾値との大小関係により、測定を続行するか否かを判定する。具体的には、判定部１０６は、標準偏差σが設定された閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０７）。標準偏差σが閾値より大きい場合（ステップＳ２０７−ＮＯ）、判定部１０６は、取得部１０２で新たに時系列データを取得し、ステップ１からの工程を再度行う。一方、標準偏差σが閾値以下である場合（ステップＳ２０７−ＹＥＳ）、判定部１０６は、測定を終了する制御信号を取得部に送信し、測定を終了する。
【００２９】
図３〜７を用いて、本発明の実施の形態１にかかる時系列データ処理装置の動作について、具体的に説明する。
図３は、複数のチップが搭載された無線端末基板の近傍にアンテナを設置して、妨害波の最大電界強度の時間変化（最小測定時間１秒）を測定した結果を示す図である。グラフの横軸は測定時間、縦軸は最大電界強度である。測定時間の単位は秒であり、最大電界強度の単位はｄＢμＶ／ｍである。約８秒周期で強度の高い妨害波ピークが観測されている。このような特性を持つ妨害波において測定時間が数秒では、統計量として正しい結果を得られないことは明らかである。こうした周期性を有する妨害波の測定では、周期の数が統計的に信頼できる回数だけ捕捉されることを考慮し、全測定時間を決定することが一般的である。
【００３０】
図４は、図３と同じ無線端末基板のチップ動作を制限した状態で、図３の場合と同様に、無線端末基板の近傍にアンテナを設置して、妨害波の最大電界強度の時間変化を測定した結果を示す図である。グラフの横軸は測定時間、縦軸は最大電界強度である。測定時間の単位は秒であり、最大電界強度の単位はｄＢμＶ／ｍである。チップが複雑な処理を実行していないため、電界強度の変化は一定の範囲に収まっており、電界強度の変化にある程度の定常性があると判断できる。このような単調特性の妨害波に対しては、図１と比較して測定時間を長く確保する必要がなく、測定時間が数秒でも、ある程度精度の高いＡＰＤ（振幅確率分布）が算出可能である。
【００３１】
図５は、時系列データに対する累積ＡＰＤカーブの計算結果を示す図である。グラフの横軸は、振幅（単位は、ｄＢμＶ／ｍである）であり、グラフの縦軸は、振幅確率である。時間変動の小さい特性又は大きい特性の累積ＡＰＤカーブについて、測定時間が１０秒の場合又は１００秒の場合を計算した。時間変動の小さい特性の累積ＡＰＤカーブでは、測定時間１０秒の場合と１００秒の場合とが、ほぼ一致している。それに対して、時間変動の大きい特性の累積ＡＰＤカーブでは、測定時間１０秒の場合と１００秒の場合とで、形状が大きく異なっている。これより、時間変動の大きい特性の場合においては、測定時間が１０秒では、累積ＡＰＤカーブの算出には十分でないことがわかる。
【００３２】
ＡＰＤ等の統計量を算出する構成については、例えば、統計量算出部１０３が、取得部１０２におけるサンプリング繰り返し時間ごと（例えば、１秒間）の統計量、及び経過時間の累積による統計量の２つを算出し、順次出力部１０８に表示する構成を用いることができる。こうした構成を用いると、測定者は、リアルタイムで更新される妨害波の短時間統計量及び累積統計量の変化により、妨害波の特性を把握し易くなる。
【００３３】
ばらつき算出部１０４は、累積ＡＰＤカーブから所望の振幅確率に対応する振幅値を取得し、累積時間の増加にしたがって順次振幅の標準偏差を算出する。
標準偏差σは数式２で定義される。データ系列ｘｉは、累積ＡＰＤカーブのある振幅確率に対応する振幅値である。
【００３４】
【数２】
2014185971.tif 000004
【００３５】
例えば、サンプリングの繰り返し時間（最小測定時間）を１秒間とした場合、ｘ１は１秒間（ｉ＝１）の累積ＡＰＤカーブから読み出したある確率での振幅値である。ｘ２は２秒間（ｉ＝２）の累積ＡＰＤカーブから読み出した振幅値、ｘｎはｎ秒間（ｉ＝ｎ）の累積ＡＰＤカーブから読み出した振幅値となる。このようにして、ばらつき算出部１０４は測定経過に伴い順次標準偏差σを算出する。
【００３６】
測定中に急激なノイズ特性の変動がない場合、累積ＡＰＤカーブは標本となる時系列データが蓄積される程、平均化が進み、変動が小さくなっていく。それに伴い、計算している振幅の標準偏差σの値も徐々に減少し、やがて、ほぼ一定値に収束する。そのため、標準偏差が一定値に達した時点で測定を終了することにより、不要に長い測定時間を確保する必要がなくなり、測定の利便性が向上できる。
【００３７】
図６は、測定時間増加に伴う累積ＡＰＤカーブの振幅変動について示す図である。各測定時間における累積ＡＰＤカーブの振幅値の標準偏差σを、確率ごとに計算した。グラフの横軸は測定時間であり、縦軸は振幅の標準偏差である。測定時間の単位は秒であり、振幅の標準偏差の単位はｄＢμＶ／ｍである。
図６からは、測定開始直後のサンプル数が足りていない状態では標準偏差が急速に増加し、それ以降は緩やかに減少していることがわかる。確率１Ｅ−０１では、他の確率と比較して顕著に異なるカーブを示しているが、測定開始後から一定時間増加して、やがて減少していく傾向は一致している。このように、ノイズの発生確率ごとに標準偏差の傾向が異なる場合においても、確率ごとに標準偏差を算出することにより対処できる。
【００３８】
図７は、測定時間が１２秒〜６０秒の間で計算した統計量データの標準偏差に基づいて、近似曲線を算出した結果を示す図である。グラフの横軸は測定時間であり、縦軸は振幅の標準偏差である。測定時間の単位は秒であり、振幅の標準偏差の単位はｄＢμＶ／ｍである。
近似には、例えば、累乗近似を用いる。推定部１０５は、標準偏差の減少傾向から近似曲線を算出し、標準偏差が所定の閾値に達するまでの収束時間を算出する。
【００３９】
図７の例では、Ｒ−二乗値は０．９８３となり、高い精度で近似できていることがわかる。図７に示すように、例えば閾値をσ＝０．５ｄＢと設定した場合、測定時間４６０秒のときに、設定した閾値を標準偏差の実測値が下回ると推定される。この場合、測定終了の推定時間として４６０秒を出力部１０７に送信する。
このとき、測定時間が少なくサンプル数が足りていない領域（標準偏差が増加傾向にある領域）を含めて近似曲線を算出すると、近似式が複雑になり推定精度が低くなる。そのため、標準偏差が単調減少となった段階で推定時間を算出することが望ましい。
【００４０】
判定部１０６は、ばらつき算出部１０４により算出された統計量データの標準偏差と、設定入力部１０１において設定された閾値とを比較し、取得部１０２に測定停止命令を送信する。このとき、図７からわかるように、サンプル数が足りない場合には、閾値より標準偏差が大きくなる。そのためサンプル数がある程度の数（例えば、１００本）となるまで、判定部１０６は判定を実行しない。または、標準偏差が増加傾向にある場合は判定を行わず、減少傾向を示した段階で判定を実行するといった構成が望ましい。
【００４１】
設定入力部１０１における閾値の設定は、確率ごとにそれぞれ設定しても良いし、各確率における標準偏差を平均した値などでも良い。特に、異なる特性が混信した妨害波等においては、確率ごとにばらつきの傾向が異なることが考えられる。そのため、判定には、確率は１つではなく、複数の確率を用いることが望ましい。
【００４２】
一方、雑音成分によっては、測定ばらつきが所定の値で収束するとは限らない。振幅ばらつきが設定された閾値より大きい状態が定常過程であり、測定時間を増やしてもばらつきが減少しない場合には、計算が終了しないことが考えられる。
この場合は最大とする連続測定時間を設定し、それを超えた場合エラーを提示する。または、手動で計算を終えることにしても良い。さらにまた、測定時間終了の推定値を表示する画面において、ばらつきが収束しないことを通知しても良い。
【００４３】
以上、説明したように、本実施形態にかかる時系列データ処理装置は、ばらつき算出部１０４で算出した統計量データの標準偏差を用いて、判定部１０６が測定終了可能か判定しながら測定を行う。これにより、測定を行いながら、時系列データ処理に最適な測定時間を決定することができる。結果として、時系列データの解析を必要最小限の測定時間で精度よく行うことが可能となる。
【００４４】
本実施形態にかかる時系列データ処理装置は、推定部により終了予定時間を推定して、自動で終了する構成となっている。これにより、最適な測定時間でシステムが自動的に測定を終了するため、最小の測定時間で迅速に結果が得られる。また、以上のシステム構成により、測定者は所望の測定精度が得られる時間を測定中にモニタすることができる。
【００４５】
さらに、本実施形態にかかる時系列データ処理装置を用いることにより、統計量算出における測定時間の設定の妥当性を測定者の経験に基づいて判断する必要がなく、異なる被測定物に対しても、振幅ばらつきを指標とした同一方法による測定が可能となる。
【００４６】
[実施の形態２]
図１及び図８〜１０を用いて、本発明の実施の形態２にかかる時系列データ処理装置について説明する。
本実施形態にかかる時系列データ処理装置において、統計量算出部１０３が、測定時間内の時系列データを用いて統計量を算出し、統計量を算出するのに用いたサンプル測定時間が複数の統計量で同じ長さになっている。すなわち、本実施形態は、ばらつき算出部１０４における統計量データの標準偏差の算出過程において、測定時間が同一の複数のサンプルから標準偏差を算出することを特徴とする。
【００４７】
本発明の実施の形態１にかかる時系列データ処理装置では、徐々に増加する測定時間に対して、順次標準偏差を算出して更新していく構成であった。これは、測定時間がサンプルごとに同一の条件でないことから、厳密な標本に基づく標準偏差ではない。
本実施形態にかかる時系列データ処理装置では、サンプル測定時間が同じ長さの累積ＡＰＤカーブを複数取得し、標準偏差を算出することによって、より精度の高い標準偏差を求めることができる。
【００４８】
図８は、複雑な回路機能を有する無線端末のチップにおいて、同じ長さのサンプル測定時間における累積ＡＰＤカーブの振幅標準偏差を、各測定時間ごとに算出した結果を示す図である。グラフの横軸はＡＰＤの算出に用いたサンプル測定時間であり、縦軸は振幅の標準偏差である。サンプル測定時間の単位は秒であり、振幅の標準偏差の単位はｄＢμＶ／ｍである。各測定時間の標本数、及び確率ごとの標準偏差の相加平均が、図８中の表に示されている。
【００４９】
図８では、本発明の実施の形態１と同様に、サンプル測定時間の増加に伴って標準偏差が収束する傾向が見られている。標準偏差をより厳密な標本から算出しているため、収束の傾向をより精度よく測定できる。
中心極限定理によれば、元の母集団がどのような分布であろうとも、母集団から抽出した標本平均は正規分布に従うことが知られている。被測定物から生じるノイズの時間波形を母集団とすれば、各時間でのＡＰＤは標本平均（統計値）に該当する。
【００５０】
図９は、図８の場合と同じ無線端末のチップの測定例において、振幅強度ヒストグラムを示す図である。グラフの横軸は振幅値であり、縦軸は振幅値の現れる頻度である。累積ＡＰＤカーブからの振幅値の算出は、確率が１Ｅ−７、サンプル測定時間が１６秒の場合において、１００サンプルについて行った。このとき、正規性の検定によるＰ値は０．０５となり、有意水準５％において有意である。このことから、振幅ばらつきを正規分布とみなす妥当性は十分だといえる。
【００５１】
図１０は、図８の場合と同じ無線端末のチップ動作を制限した状態で、同じ長さのサンプル測定時間における累積ＡＰＤカーブの振幅標準偏差を、各サンプル測定時間で算出した結果を示す図である。グラフの横軸は、ＡＰＤの算出に用いたサンプル測定時間であり、縦軸は振幅の標準偏差である。図８と異なり、標準偏差に収束する傾向がなく、測定時間を増やしても測定精度が向上しない。換言すれば、ごく短時間の測定で十分な精度が得られることを示している。
【００５２】
ここで、同じ長さのサンプル測定時間における累積ＡＰＤカーブの振幅標準偏差は、厳密な意味では、標本数が蓄積された段階で計算を実行することになる。そのため、本発明の実施の形態１と異なり、リアルタイムで順次標準偏差を算出することが不可能となる。
例えば、サンプル測定時間が１秒のＡＰＤカーブ１００本から標準偏差を算出するためには、測定が１００秒経過した時点で初めて計算が可能となる。すなわち、（サンプル測定時間×標本数）の時系列データ採取が必要となることから、サンプル測定時間の増加に伴って、標準偏差の算出に多くの時間が必要となる。さらに、リアルタイム計測に対する標準偏差の算出の遅延も大きくなる。
【００５３】
この時間波形の取得と標準偏差算出とのタイムラグにより、既に十分に長い測定時間で測定できているにもかかわらず、標準偏差が計算できていないことから、冗長な測定を行ってしまうことが考えられる。
そのため、推定部１０５で推定される測定終了予定時間を参照し、測定終了予定時間に達した段階で、判定部１０６は測定を終了する構成としても良い。比較的短い時間間隔で実測した標準偏差に基づいて、後に算出される長い時間間隔での標準偏差の値を推定することにより、長時間になるほどサンプル数の取得が困難になるという問題を解決できる。
【００５４】
[実施の形態３]
図１及び図１１を用いて、本発明の実施の形態３にかかる時系列データ処理装置について説明する。
本発明の実施の形態３にかかる時系列データ処理装置では、ばらつき算出部１０４における標準偏差の算出において、サンプル測定時間が同一の複数のサンプルを作成するために、時系列データの重複を許容してサンプル数を増加させたことを特徴とする。
すなわち、本実施形態にかかる時系列データ処理装置では、統計量算出部１０３が、測定時間内の時系列データを用いて統計量を算出し、統計量を算出するのに用いた測定時間が複数の統計量で同じ長さになっていることに加えて、統計量算出部１０３により順次算出される２つの統計量において、測定時間の一部が重複していることを特徴とする。
【００５５】
図１１は、本実施形態にかかる時系列データ処理装置において、標準偏差の算出に用いるサンプルの取得法を説明する図である。例えば、ＡＰＤカーブのサンプル測定時間を１秒としたとき、１０秒間では１０本のサンプルが取得できる。サンプル測定時間が２秒の累積ＡＰＤカーブで取得できるサンプル数は、データに重なりがない状態（実施の形態２の構成）では５本である。
ここでサンプル間のデータの重なりを許容すれば、時間間隔をずらすことにより、最大９本の異なるサンプルを取得できる。例えば、１つ目のサンプル測定時間は０〜２秒、２つ目のサンプル測定時間は１〜３秒、３つ目のサンプル測定時間は２〜４秒等とする。同様に考えると、サンプル測定時間が３秒間の累積ＡＰＤカーブの標本は、最大８本のサンプルが取得できる。
【００５６】
本実施形態にかかる時系列データ処理装置の構成により、統計量の算出に用いるサンプルをより多く採取できる。例えば、最小測定時間１秒において、サンプル測定時間が６０秒の累積ＡＰＤカーブの標準偏差の算出のため、サンプル数を最低１００本取得するとした場合、時間の重複しない厳密な標準偏差の計算では６０００秒かかるのに対して、本実施形態の構成では１５９秒で良い。
データの重なりが増える分、標本としての厳密性は失われるが、時間波形の取得時とばらつき算出時における遅延を大幅に抑えることに有効である。その上で、本発明の実施の形態２と同様に、推定部１０５で推定される測定終了予定時間を参照し、測定終了予定時間に達した段階で、判定部１０６は測定を終了する構成としても良い。
【００５７】
また、上記の構成では、標本のデータ捕捉を連続時間としていたが、サンプル測定時間の分割を許容することによって、サンプル数を十分に多くした構成も考えられる。例えば、ＡＰＤカーブの最小測定時間を１秒、測定時間を１０秒間とし、サンプル測定時間が２秒の累積ＡＰＤカーブのサンプルを取得する場合を考える。このとき、データの重なりがない連続データでは５本、重なりを許容した連続データでは９本のサンプルが得られる。ここで、２秒間を非連続の最小測定時間１秒間ごとに分割することを許容すれば、取得可能なサンプル数は１０秒間で最大１０Ｃ２＝４５本となる。
この手法によれば、測定時間増加に対して指数関数的にサンプル数を増大させることが可能となる。その一方で、同時にデータ間の重複が増加することから、特に発生確率の低いノイズのばらつき算出の精度に対する影響が大きいことを注意する必要がある。
【００５８】
[実施の形態４]
図１及び図１２を用いて、本発明の実施の形態４にかかる時系列データ処理装置について説明する。
本発明の実施の形態４にかかる時系列データ処理装置は、ばらつき算出部１０４における標準偏差の算出において、到来波などの外乱の影響を考慮したことを特徴とする。すなわち、本実施形態にかかる時系列データ処理装置では、ばらつき算出部１０４において、事前に取得した時系列データから算出した標準偏差と最新の時系列データから算出した標準偏差との差分値を順次計算し、さらに、判定部１０６において、算出された差分値と予め設定された閾値との比較により異常か否かを判定してもよい。
【００５９】
ＥＭＩ測定においては、対象とする被測定物のみから妨害波が発生している環境で測定することが極めて重要である。不法電波監視や電波干渉調査等で行われる屋外での電磁波測定においても、外部からの不要な到来波が測定中に混入した場合、測定結果の評価を困難にする要因となる。このような外乱が測定中に混入した場合、観測される統計量は特異なものとなり、ばらつきが急激に変化する。
【００６０】
本実施形態にかかる時系列データ処理装置では、最新の取得データから算出した標準偏差σと、一回前に取得したデータから算出した標準偏差σとの差分であるΔσを順次計算し、差分値があらかじめ設定した閾値より大きかった場合にシステムが警告を発するようにする構成をとっている。この構成をとることにより、測定環境における到来電波の混入をチェックすることが出来る。
【００６１】
図１２は、本発明の実施の形態４にかかる時系列データ処理装置の動作を示すフローチャートである。統計量算出部１０３がＡＰＤ（振幅確率分布）を算出するまでの動作（ステップＳ１２０１〜Ｓ１２０３）は、本発明の実施の形態１と同一であるため、説明を省略する。
【００６２】
ばらつき算出部１０４は、最新の取得データから算出した標準偏差σ、及び、最新の標準偏差σと一回前に算出した標準偏差σとの差分Δσを順次算出する（ステップＳ１２０４）。例えば、最新の標準偏差σを算出する度に、差分Δσを算出する。次に、標準偏差σ及び差分Δσの値を記憶部１０８に保存する（ステップＳ１２０５）。推定部１０５は標準偏差σの変化から、予め設定された閾値Ａに標準偏差σが達するまでに要する収束時間を算出する。（ステップＳ１２０６）。
【００６３】
判定部１０６は算出した標準偏差σが予め設定された閾値Ａ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１２０７）。標準偏差σが閾値Ａ以下である場合（ステップＳ１２０７−ＹＥＳ）、判定部１０６は、測定を終了する制御信号を取得部に送信し、測定を終了する（ステップＳ１２０８）。
一方、標準偏差σが閾値Ａより大きい場合（ステップＳ１２０７−ＮＯ）、次に差分Δσと閾値Ｂとの大小関係を比較する（ステップＳ１２０９）。差分Δσが閾値Ｂより小さい場合（ステップＳ１２０９−ＮＯ）、取得部１０２で新たに時系列データを取得し、ステップＳ１２０１からの手順を継続する。差分Δσが閾値Ｂ以上であった場合（ステップＳ１２０９−ＹＥＳ）、判定部１０６は警告を出力部１０７に送信する（ステップＳ１２１０）。
【００６４】
ここで、差分Δσが閾値Ｂ以上であった場合（ステップＳ１２０９−ＹＥＳ）に、測定を一時停止するとともに、測定を継続するか否かを選択する選択画面を出力部１０７に出力しても良い。また、差分Δσが閾値Ｂ以上であった場合の計測値を外れ値として除去し、測定を継続するようにしても良い。このような構成により、測定を一からやり直す必要がなく、到来電波等の外乱が混入したデータを除去して測定を継続できる。
【００６５】
[その他の実施の形態]
上述の実施形態では、時系列データの統計量としてＡＰＤを例に説明したが、本発明にかかる時系列データ処理装置は、異なる統計量を用いた構成とすることもできる。
【００６６】
振幅情報を示す振幅統計量としては、例えば、デジタル変調信号の高レベル・パワー統計を評価する指標であるＣＣＤＦ（Complementary Cumulative Distribution Function：振幅相補累積分布関数）などが考えられる。ＣＣＤＦは、確率とＰＡＲ（Peak to Average Ratio：ピーク対アベレージ比）のプロットであり、信号のパワー統計の特性を表している。ＣＣＤＦプロットは主に、無線通信機器のマルチキャリア・パワーアンプの性能評価に使用され、ＣＣＤＦプロットから、ＰＡＲが特定のパワー・レベル以上になる時間の割合を知ることができる。
【００６７】
また、ＣＲＤ（Crossing Rate Distribution:交叉率分布）は、数式３に示すように、振幅が規定の振幅値Ｅｋを正方向（または負方向）に交叉した回数Ｎｉと、全測定時間Ｔとの比から求められる統計量である。ＣＲＤは、雑音の振幅変動数と振幅強度との関係を表す。さらに、ＣＲＤは、パルスの重なりがない場合は、振幅値Ｅｋを超える振幅を持つパルスの単位時間当たりの個数を与える。
【００６８】
【数３】
2014185971.tif 000005
【００６９】
その他、上記のような時系列データの振幅情報を示す統計量以外に、時系列データの位相情報を示す時間統計量を使用してもよい。例えば、ＰＤＤ（Pulse Duration Distribution：パルス幅分布）、ＰＳＤ（Pulse Spacing Distribution：パルス間隔分布）、ＷＴＤ（Waiting Time Distribution：待ち時間分布）などの時間統計量を用いて、時間に対する標準偏差を算出しても同様の効果を得ることができる。
【００７０】
本発明にかかる時系列データ処理装置の実施形態についてこれまで詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、平面磁界分布計測装置など、空間上の電磁波の分布を計測する装置において、本発明にかかる時系列データ処理装置を組み込んでも良い。このような測定器の例として、ＡＰＤ測定を二次元平面上の各測定ポイントごとに実行し、平面ＡＰＤ分布を測定する装置が知られている。このように、位置を変えて統計量の計算を繰り返す装置においては、測定ポイント数に比例して測定時間が大幅に増加するため、測定時間を最適化することはより重要性を増す。
【００７１】
また、多くのチップが搭載された基板など、ノイズ源が複数存在する被測定物においては、測定ポイントが異なると特性の異なるノイズを捕捉する可能性があるため、測定時間を一意に設定することは困難である。本発明にかかる時系列データ処理装置を用いることにより、各測定ポイントで所望の精度の統計量が自動的に算出でき、測定時間の短縮及び測定精度の向上に有用である。
【００７２】
上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、時系列データ処理を、ＣＰＵ（Central Processing Unit）にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。）
【００７３】
上述の例において、プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体（non-transitory computer readable medium）を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体（tangible storage medium）を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体（例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ）、光磁気記録媒体（例えば光磁気ディスク）、ＣＤ−ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−Ｒ／Ｗ、半導体メモリ（例えば、マスクＲＯＭ、ＰＲＯＭ（Programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（Erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、ＲＡＭ（Random Access Memory））を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体（transitory computer readable medium）によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
【００７４】
上述の実施の形態を別の表現で説明すれば、時系列データ処理装置として動作させる情報処理システムを、コンピュータ可読媒体に格納された時系列データ処理プログラムに基づいて、取得部と、統計量算出部と、ばらつき算出部と、推定部と、判定部等としてＣＰＵを動作させることにより実現することが可能である。この情報処理システムは、パーソナルコンピュータ単体、サーバ、又はクラウド上に構築できる。
【００７５】
また、図１３は、本発明にかかるデータ処理装置を実現するための最小限の構成を示す図である。本発明にかかる最小限の構成の時系列データ処理装置１３００は、時系列データを取得する取得部１０２と、時系列データに基づいて統計量を順次算出する統計量算出部１０３と、統計量の標準偏差を順次算出するばらつき算出部１０４と、標準偏差が第１の閾値より小さくなったときに、時系列データの取得を終了する判定部１０６と、を備える。
この構成により、時系列データ処理に最適な測定時間を測定しながら決定することができ、時系列データの解析を必要最小限の測定時間で精度よく行うことが可能な時系列データ処理装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１００  統計量測定装置
１０１  設定入力部
１０２  取得部
１０３  統計量算出部
１０４  ばらつき算出部
１０５  推定部
１０６  判定部
１０７  出力部
１０８  記憶部
【図１】
2014185971.tif 000006
【図２】
2014185971.tif 000007
【図３】
2014185971.tif 000008
【図４】
2014185971.tif 000009
【図５】
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【図６】
2014185971.tif 000011
【図７】
2014185971.tif 000012
【図８】
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【図９】
2014185971.tif 000014
【図１０】
2014185971.tif 000015
【図１１】
2014185971.tif 000016
【図１２】
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【図１３】
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