(57)【要約】【課題】  無線信号のＩ信号とＱ信号を利用して当該無線信号の周波数スペクトルを測定しかつ観測可能帯域を２倍にすると共に、ＤＣ成分の周波数スペクトルの減衰を抑制する無線周波数スペクトル算出装置を提供する。【解決手段】  この無線周波数スペクトル算出装置は、測定対象の無線信号を局部発振器１１から供給されるローカル信号Ｓ２を用いて同期検波し無線信号のＩ信号とＱ信号を取り出す同期検波器１３と、Ｉ信号を増幅するＡＣ増幅器１４ａと、Ｑ信号を増幅するＡＣ増幅器１４ｂと、ＡＣ増幅器１４ａの出力信号をディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器１６ａと、ＡＣ増幅器１４ｂの出力信号をディジタル信号に変換するＡ−Ｄ変換器１６ｂと、Ａ−Ｄ変換器１６ａの出力信号とＡ−Ｄ変換器１６ｂの出力信号を入力する高速フーリエ変換部１７と、上記ローカル信号ホワイトノイズを付与するホワイトノイズ付与器１２とを備えて構成される。【選択図】    図１
2006345371.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象の無線信号を局部発振器から供給される基準信号を用いて同期検波し前記無線信号のＩ信号とＱ信号を取り出す同期検波手段と、
前記Ｉ信号を増幅する第１ＡＣ増幅手段と、
前記Ｑ信号を増幅する第２ＡＣ増幅手段と、
前記第１ＡＣ増幅手段の出力信号をディジタル信号に変換する第１Ａ−Ｄ変換手段と、
前記第２ＡＣ増幅手段の出力信号をディジタル信号に変換する第２Ａ−Ｄ変換手段と、
前記第１Ａ−Ｄ変換手段の出力信号をＦＦＴ演算での実数部データとして入力し、かつ前記第２Ａ−Ｄ変換手段の出力信号をＦＦＴ演算での虚数部データとして入力する高速フーリエ変換演算手段と、
前記局部発振器から前記同期検波手段に供給される前記基準信号に広帯域ノイズ信号を付与する信号付与手段と、
を備えて成ることを特徴とする無線周波数スペクトル算出装置。
【請求項２】
前記広帯域ノイズ信号はホワイトノイズ信号であることを特徴とする請求項１記載の無線周波数スペクトル算出装置。
【請求項３】
前記第１および第２のＡ−Ｄ変換手段は２チャンネル入力を有するＡ−Ｄ変換デバイスで構成し、前記高速フーリエ変換演算手段はＤＳＰで構成することを特徴とする請求項１または２記載の無線周波数スペクトル算出装置。
【請求項４】
前記ＤＳＰの代わりにＦＰＧＡを用いたことを特徴とする請求項３記載の無線周波数スペクトル算出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は無線周波数スペクトル算出装置に関し、特に、無線通信機または無線信号測定器等で使用され、観測可能な周波数帯域を２倍に拡大するのに好適な無線周波数スペクトル算出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のよく知られた無線周波数スペクトル算出装置の回路構成例を図６に示す。観測または測定の対象の無線信号Ｓ１を受信すると、当該無線信号Ｓ１は、混合器１０１で、局部発振器１０２から供給されるローカル信号（基準信号）Ｓ２（周波数Ｆ０）と混合検波され、差の周波数の中間周波数信号を出力する。混合器１０１は、無線信号Ｓ１を、ローカル信号Ｓ２によってより低い周波数の中間周波数の信号Ｓ３に変換する。混合器１０１は周波数変換器として機能する。中間周波数の信号Ｓ３は、ローパスフィルタ１０３によりさらに高い周波数成分が除去される。ローパスフィルタ１０３から出力されるアナログ形式の中間周波数信号はＡ−Ｄ変換器１０４でディジタル形式の中間周波数信号に変換される。ディジタル形式の中間中波数信号は高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）１０５で高速フーリエ変換の演算処理を受ける。これにより、高速フーリエ変換部１０５の出力部から無線信号Ｓ１の周波数スペクトルに係る演算結果が出力される。得られた周波数スペクトルに係る演算結果は、例えば、無線信号測定器の表示部に周波数スペクトル分布として表示される。
【０００３】
なお上記Ａ−Ｄ変換器１０４における前段でのサンプリング周波数は「ｆｓ」と表記され、例えば無線ＬＡＮ等を測定するためにサンプリング周波数ｆｓを１００ＭＨｚとした。
【０００４】
図６に示した無線周波数スペクトル算出装置によって得られる周波数スペクトル分布の例を示すと、図９に示すごとくなる。この周波数スペクトル分布１０６によると、正帯域における周波数スペクトルのみを観測することができる。
【０００５】
さらに近年では、無線信号Ｓ１を同期検波することにより、無線信号Ｓ１からＩ信号（同相信号成分）とＱ信号（直交信号成分）を取り出して無線周波数スペクトル算出を行う装置も提案されている。この無線周波数スペクトル算出装置の回路構成例を図７に示す。図７において、図６で説明した要素と実質的に同一の要素には同一の符号を付している。
【０００６】
図７に示した無線周波数スペクトル算出装置では、同期検波部２０１に無線信号Ｓ１を入力する。また同期検波部２０１には、局部発振器１０２からローカル信号Ｓ２（周波数Ｆ０）も供給されている。同期検波部２０１では、無線信号Ｓ１を２つの部分に分岐し、一方の無線信号に対してはローカル信号Ｓ２をそのまま混合し、他方の無線信号に対しては９０°移相器２０１ａで位相を９０°調整したローカル信号Ｓ２を混合している。これによって図７に示すごとくＩ信号とＱ信号が取り出される。同期検波部２０１で取り出されたＩ信号は、ローパスフィルタ１０３ａとＡ−Ｄ変換器１０４ａを経由して高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）１０５におけるＦＦＴ演算の実数部のデータを供給する。同期検波部２０１で取り出されたＱ信号は、ローパスフィルタ１０３ｂとＡ−Ｄ変換部１０４ｂを経由して、高速フーリエ変換部１０５におけるＦＦＴ演算の虚数部のデータを供給する。
【０００７】
上記のように測定対象の無線信号Ｓ１は、同期検波部２０１によってＩ信号とＱ信号に分離され、それぞれ独立の信号処理チャンネルで伝送され、高速フーリエ変換部１０５でＦＴＴ演算の処理を受ける。その結果、高速フーリエ変換部１０５での演算を効率よく行って周波数スペクトルを算出することができる。実数部にＡ−Ｄ変換値、虚数部に「０」を使用してＦＦＴ演算を行うと、正の周波数成分と負の周波数成分は結果が対称的になり、正の周波数成分しか使用できない。これに対して、実数部に同相成分、虚数部に直交成分を使用してＦＦＴ演算を行うと、ローカル信号（周波数Ｆ０）に対して正の周波数成分と負の周波数成分を得ることができる。
【０００８】
図７に示した無線周波数スペクトル算出装置に比較して、前述した図６の無線周波数スペクトル算出装置の場合では、無線信号Ｓ１におけるＦＦＴ演算の虚数部のデータは０として扱っていた。従って、前述した通り、図６に示した無線周波数スペクトル算出装置では、得られる周波数スペクトラムの帯域は、正の周波数成分のみであるサンプリング周波数ｆｓの１／２となっている。換言すれば、図７で示す回路構成の無線周波数スペクトル算出装置によれば、観測できる周波数帯域が２倍になるという利点を有している。
【０００９】
上記の意味で、測定対象の無線信号Ｓ１に対して同期検波を行ってＩ信号とＱ信号を取り出し、これらの信号を使用してＦＦＴ演算処理して無線信号Ｓ１の周波数スペクトルを観測した方が観測領域が広くなり、望ましいと言える。
【００１０】
本発明に関連する先行技術として特許文献１に記載される雑音発生装置を挙げる。この雑音発生装置は、ＣＤＭＡ方式に対応する移動体通信機器の対雑音環境下試験に好適な装置である。この雑音発生装置では、Ｉ信号とＱ信号を生成する回路構成を有し、生成したＩ信号とＱ信号をローカル信号によって直交変調器で直交変調し、ＣＤＭＡ方式の対雑音環境下試験に対応する広帯域の雑音信号を発生させている。
【特許文献１】特開２０００−２６９７４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図７に示した無線周波数スペクトル算出装置を実際に実現するためには、無線信号Ｓ１を同期検波した後にＡ−Ｄ変換器１０４ａ，１０４ｂでＩ信号とＱ信号を読み取ることを可能にする理由で、図８に示すごとく同期検波部２０１のＩ信号とＱ信号の各出力段にアンプ（増幅器）３０１ａ，３０１ｂが必要となる。このアンプ３０１ａ，３０１ｂについては、ＤＣアンプ（直流増幅器）を作製することは難しいので、通常、製作が容易なＡＣアンプ（交流増幅器）が採用される。ところが、このＡＣアンプはＤＣ成分をカットする特性を有している。このことは、ローカル信号Ｓ２の周波数（Ｆ０）と同期した成分をカットすることを意味する。このため、図８に示す構成を有する無線周波数スペクトル算出装置の高速フーリエ変換部１０５から出力した周波数スペクトルの分布は、図１０に示すごとく、ローカル信号Ｓ２の周波数Ｆ０の部分の信号レベルが低くなってしまうという問題が生じる。
【００１２】
また特許文献１に開示される装置の構成は、無線信号を発生する装置側に設けられる広帯域雑音を発生させるための雑音発生装置を開示するにすぎない。
【００１３】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、無線信号のＩ信号とＱ信号を利用して当該無線信号の周波数スペクトルを測定しかつ観測可能帯域を２倍にすると共に、ＤＣ成分の周波数スペクトルの減衰を抑制することを企図した無線周波数スペクトル算出装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る無線周波数スペクトル算出装置は、上記の目的を達成するために、次のように構成される。
【００１５】
第１の無線周波数スペクトル算出装置（請求項１に対応）は、測定対象の無線信号を局部発振器から供給される基準信号を用いて同期検波し無線信号のＩ信号とＱ信号を取り出す同期検波手段と、Ｉ信号を増幅する第１ＡＣ増幅手段と、Ｑ信号を増幅する第２ＡＣ増幅手段と、第１ＡＣ増幅手段の出力信号をディジタル信号に変換する第１Ａ−Ｄ変換手段と、第２ＡＣ増幅手段の出力信号をディジタル信号に変換する第２Ａ−Ｄ変換手段と、第１Ａ−Ｄ変換手段の出力信号をＦＦＴ演算での実数部データとして入力し、かつ第２Ａ−Ｄ変換手段の出力信号をＦＦＴ演算での虚数部データとして入力する高速フーリエ変換演算手段と、局部発振器から同期検波手段に供給される基準信号に広帯域ノイズ信号を付与する信号付与手段と、を備えて構成される。
【００１６】
上記の無線周波数スペクトル算出装置では、基準信号（ローカル信号）に予め当該基準信号を含む広帯域のノイズ信号を重畳させておくことにより、Ｉ信号とＱ信号のそれぞれをＡＣ増幅手段で増幅して基準信号に係る周波数成分が減衰したとしても、他の帯域の周波数成分が減衰周波数成分を補って当該周波数減衰を抑制した周波数スペクトル分布を得ることが可能となる。
【００１７】
第２の無線周波数スペクトル算出装置（請求項２に対応）は、上記の第１の装置構成において、好ましくは、広帯域ノイズ信号はホワイトノイズ信号であることで特徴づけられる。
【００１８】
第３の無線周波数スペクトル算出装置（請求項３に対応）は、上記の各装置構成において、好ましくは、第１および第２のＡ−Ｄ変換手段は２チャンネル入力を有するＡ−Ｄ変換デバイスで構成し、高速フーリエ変換演算手段はＤＳＰ（ディジタル信号プロセッサ）で構成することを特徴とする。なお当該ＤＳＰの代わりにＦＰＧＡを用いることも可能である（請求項４に対応）。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、観測対象の無線信号を同期検波することにより、無線信号からＩ信号（同相信号成分）とＱ信号（直交信号成分）を取り出して無線周波数スペクトル算出を行う装置であって、Ｉ信号とＱ信号のそれぞれを増幅するＡＣ増幅手段を設けるようにした無線周波数スペクトル装置において、Ｉ信号とＱ信号のそれぞれに加えられる基準信号（ローカル信号）にホワイトノイズ信号のごとき広帯域ノイズ信号を事前に付与するようにしたため、ＦＦＴ演算処理の結果得られる周波数スペクトル分布において基準信号の周波数に相当する周波数成分の減衰を抑制することができ、もって、無線信号のＩ信号とＱ信号を利用して当該無線信号の周波数スペクトルを測定しかつ観測可能帯域を２倍にすると共に、ＤＣ成分の周波数スペクトルの減衰を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下に、本発明の好適な実施形態（実施例）を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図１〜図４を参照して本発明の実施形態に係る無線周波数スペクトル算出装置を説明する。図１は無線周波数スペクトル算出装置の基本的な回路構成のブロック図を示し、図２は信号付与部の構成を示し、図３はホワイトノイズの周波数スペクトルを示し、図４は算出された周波数スペクトルの分布状態を示す。
【００２２】
図１において、１１は局部発振器、１２ホワイトノイズ付与器、１３は同期検波器、１４ａ，１４ｂはＡＣアンプ（交流増幅器）、１５ａ，１５ｂはローパスフィルタ、１６ａ，１６ｂはＡ−Ｄ変換器、１７は高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）である。この無線周波数スペクトル算出装置では、観測または測定の対象である無線信号Ｓ１を同期検波することにより、当該無線信号Ｓ１からＩ信号（同相信号成分）とＱ信号（直交信号成分）を取り出し、Ｉ信号とＱ信号で高速フーリエ変換の演算処理を施して無線周波数スペクトル算出を行う。
【００２３】
上記の局部発振器１１は、周波数Ｆ０の正弦波信号であるローカル信号Ｓ２を出力する。ローカル信号Ｓ２は基準信号となる。ここで、周波数Ｆ０は例えば２４５０ＭＨｚである。ローカル信号Ｓ２はホワイトノイズ付与器１２に供給される。ホワイトノイズ付与器１２はローカル信号Ｓ２の上にホワイトノイズ信号を重畳する。
【００２４】
ホワイトノイズ付与器１２の構成を図２に示す。図２において、ホワイトノイズ付与器１２は、信号合成器２１とホワイトノイズ発生器２２から構成される。ホワイトノイズ発生器２２は、ホワイトノイズ（White Noise：白色雑音）信号を発生させ、出力する。この「ホワイトノイズ」は、図３に示すごとく、広帯域である周波数帯域２３の全域に渡ってエネルギがほぼ一様に生じるという特性を有したノイズのことをいう。ホワイトノイズ発生器２２から出力されたホワイトノイズ信号は、信号合成器２１でローカル信号Ｓ２の上に重畳される。従ってローカル信号Ｓ２はホワイトノイズ信号を含むローカル信号Ｓ２’となる。このローカル信号Ｓ２’は、基本的な周波数はローカル信号Ｓ２と同じＦ０であって、かつ広い周波数帯域に渡って所要の一定のエネルギレベルの周波数成分を含む正弦波の交流信号である。このローカル信号Ｓ２’は同期検波器１３に供給される。
【００２５】
なお上記構成では、ローカル信号Ｓ２にホワイトノイズ信号を付加するようにしたが、付加される信号はこれに限定されない。ホワイトノイズに類似する広帯域のノイズ信号、またはローカル信号Ｓ２の周波数Ｆ０を含む比較的に広い周波数帯域のノイズ信号であってもよい。
【００２６】
その他の回路構成、すなわち、上記の同期検波器１３、ＡＣアンプ１４ａ，１４ｂ、ローパスフィルタ１５ａ，１５ｂ、Ａ−Ｄ変換器１６ａ，１６ｂ、高速フーリエ演算器１７に関する回路構成は、図８を参照して説明した従来の無線周波数スペクトル算出装置の構成と同じである。
【００２７】
図１に示した本実施形態に係る無線周波数スペクトル算出装置では、同期検波部１３に、観測対象の無線信号Ｓ１が入力され、さらにホワイトノイズ付与器１２から供給されるローカル信号Ｓ２’（周波数Ｆ０）が入力される。同期検波部１３では、無線信号Ｓ１を２つの部分に分岐し、それぞれを混合器１３ａ，１３ｂに入力する。一方の無線信号Ｓ１については、混合器１３ａでローカル信号Ｓ２’をそのまま混合する。他方の無線信号Ｓ１については、９０°移相器１３ｃで位相を９０°調整したローカル信号Ｓ２’を混合する。この同期検波器１３の回路構成によって、図１に示すごとくＩ信号とＱ信号が取り出される。
【００２８】
同期検波部１３で取り出されたＩ信号は、ＡＣアンプ１４ａとローパスフィルタ１５ａとＡ−Ｄ変換器１６ａの信号処理チャンネルを経由して、高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）１７におけるＦＦＴ演算の実数部のデータとして供給される。また同期検波部１３で取り出されたＱ信号は、ＡＣアンプ１４ｂとローパスフィルタ１５ｂとＡ−Ｄ変換部１６ｂの信号処理チャンネルを経由して、高速フーリエ変換部１０６におけるＦＦＴ演算の虚数部のデータとして供給される。
【００２９】
上記の処理の結果、測定対象の無線信号Ｓ１は、同期検波部１３によってＩ信号とＱ信号に分離され、それぞれ独立の信号処理チャンネルで伝送され、高速フーリエ変換部１７でＦＴＴ演算の処理を受ける。高速フーリエ変換部１０６での演算は効率よく行われ、周波数スペクトルが算出される。
【００３０】
さらに、Ｉ信号とＱ信号によって正帯域の周波数スペクトルと負帯域の周波数スペクトルが算出される。この結果、図４に示すように、本実施形態に係る無線周波数スペクトル算出装置によれば、正帯域の周波数スペクトルに加えて負帯域の周波数スペクトルも得られるので、原理的に観測できる周波数帯域が２倍になる。
【００３１】
特に、本実施形態の無線周波数スペクトル算出装置では、図４に示すごとく、ローカル信号Ｓ２の周波数Ｆ０に相当する部分、すなわちＤＣ成分に相当する周波数スペクトル部分の減衰が抑制されている。その理由は、前述のごとく、ローカル信号Ｓ２にホワイトノイズ信号を重畳させてローカル信号Ｓ２’を作成し、このローカル信号Ｓ２’で無線信号Ｓ１の同期検波を行うようにしたため、ローカル信号Ｓ２’に含まれたホワイトノイズ成分における周波数Ｆ０の近傍の周波数成分が、上記した従来の減衰領域の発生を抑制するように作用するからである。
【００３２】
以上のごとく、本実施形態に係る無線周波数スペクトル算出装置によれば、同期検波器１３での同期検波で使用されるローカル信号Ｓ１にホワイトノイズを加えて帯域を持たせるようにしたため、算出された周波数スペクトルのおいてＤＣ成分の周波数スペクトルの減衰を抑えることができる。
【００３３】
図１に示した無線周波数スペクトル算出装置を実際に製作すると、図５に示すごとき装置構成になる。この装置構成では、同期検波器１３はＩＱ復調器３１として構成される。上記２つのＡ−Ｄ変換器１６ａ，１６ｂは１個のチップ（Ａ−Ｄ変換デバイス）３２で実現している。最終段の上記高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）１７はディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）３３で実現されている。なお高速フーリエ変換部（ＦＦＴ）１７については、ＤＳＰの代わりに、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いることもできる。また高速フーリエ変換部は専用チップで実現することもできる。その他の構成は、図１で説明した構成と同じであり、同一の要素には同一の符号を付している。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、無線電波の周波数スペクトル解析に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る無線周波数スペクトル算出装置の実施形態を示すブロック構成図である。
【図２】ホワイトノイズ付与器の内部構成を示すブロック図である。
【図３】ホワイトノイズ信号のスペクトル分布を示す図である。
【図４】本実施形態に係る無線周波数スペクトル算出装置で得られた周波数スペクトルの一例を示す図である。
【図５】本発明に係る無線周波数スペクトル算出装置の実際の構成を示すブロック図である。
【図６】従来の無線周波数スペクトル算出装置の第１の回路例を示すブロック図である。
【図７】従来の無線周波数スペクトル算出装置の第２の回路例を示すブロック図である。
【図８】従来の無線周波数スペクトル算出装置の第３の回路例を示すブロック図である。
【図９】従来の第１回路例の無線周波数スペクトル算出装置で得られた周波数スペクトルを示す図である。
【図１０】従来の第３回路例の無線周波数スペクトル算出装置で得られた周波数スペクトルを示す図である。
【符号の説明】
【００３６】
１１      局部発振器
１２      ホワイトノイズ付与器
１３      同期検波器
１４ａ，１４ｂ      ＡＣアンプ
１５ａ，１５ｂ      ローパスフィルタ
１６ａ，１６ｂ      Ａ−Ｄ変換器
１７      高速フーリエ変換部
３１      ＩＱ復調器
３２      Ａ−Ｄ変換デバイス
３３      ディジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）
【図１】
2006345371.tif 000003
【図２】
2006345371.tif 000004
【図３】
2006345371.tif 000005
【図４】
2006345371.tif 000006
【図５】
2006345371.tif 000007
【図６】
2006345371.tif 000008
【図７】
2006345371.tif 000009
【図８】
2006345371.tif 000010
【図９】
2006345371.tif 000011
【図１０】
2006345371.tif 000012