(57)【要約】【課題】従来の方法では観測できなかった入力信号の周波数特性を観測できるようにする。【解決手段】デジタル・スペクトラム・アナライザにおいて、高速ラスタ変換処理と減衰処理を用いて、周波数スパンに関して被分析入力信号の複素デジタル・データを複数回取込み、波形更新レートでラスタ・メモリに累積することで、合成波形を生成する。次に減衰関数を合成波形に適用して表示波形を生成する。表示波形は、表示更新レートで表示装置に表示される。これらにより、アナログのフォスファを用いた表示のようなスペクトラム表示をデジタルで実現すると同時に、波形の非取込み時間に対する取込み時間の比率を改善する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
周波数スパンに関して被分析入力信号のデジタル・データを取り込む手段と、
上記周波数スパンに関して波形更新レートで上記デジタル・データを複数回取り込んで累積し、合成波形を生成する手段と、
上記合成波形を一定周期で減衰して表示波形を生成する減衰手段と、
表示更新レートで上記表示波形を表示する表示手段とを具え、
上記表示波形がアナログ・フォスファ表示のルック・アンド・フィールを模倣していることを特徴とするデジタル・フォスファ・スペクトラム・アナライザ。
【請求項２】
上記減衰手段は、対数減衰率、線形減衰率、矩形状減衰率、Ｓ字カーブ減衰率及び任意減衰率を有するものの中から選択した減衰関数を用いることを特徴とする請求項１記載のデジタル・フォスファ・スペクトラム・アナライザ。
【請求項３】
上記減衰手段は、上記デジタル・データの取込みと取込みの間に上記合成波形に対して用いられ、上記表示更新レートで上記減衰関数の処理が完了することを特徴とする請求項２記載のデジタル・フォスファ・スペクトラム・アナライザ。
【請求項４】
上記減衰手段は、上記デジタル・データを複数回取込んだ後に上記合成波形に対して用いられ、上記表示更新レートで上記減衰関数の処理が完了することを特徴とする請求項２記載のデジタル・フォスファ・スペクトラム・アナライザ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スペクトラム分析に関し、特に高速ラスタ変換処理及び減衰処理を用いることによって、フォスファ（phosphor：蛍光体）を用いたアナログ表示のようなルック・アンド・フィール（外観と雰囲気）を模倣するデジタル・フォスファ・スペクトラム・アナライザ（ＤＰＳＡ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
標準的なデジタル・スペクトラム・アナライザでは、データをユーザに提供するに際して、実際には観測する信号中の比率にして極わずかな時間の間だけがサンプルされているに過ぎない。例えば、周波数掃引型デジタル・スペクトラム・アナライザは、どの瞬間においても、分解能帯域幅（ＲＢＷ）フィルタの周波数範囲内の信号の内容についてだけ観測しているに過ぎない。掃引速度１５ミリ秒、周波数スパン５ＭＨｚ、分解能帯域幅３０ｋＨｚ、波形更新レート３０波形毎秒のデジタル・スペクトラム・アナライザでは、ある特定の周波数は、１掃引につき９０マイクロ秒［(0.015×3×104)／5×106］より短い時間だけ、言い換えると、１秒あたり約２.７ミリ秒（9×10-5×30）だけ観測される。このとき、各波形は全周波数スパンを表すものとする。また、デジタル中間周波数（ＩＦ）へのダウン・コンバートを行うデジタル・スペクトラム・アナライザでは、陰極線管（ＣＲＴ）による蛍光体（フォスファ）表示を行うアナログ式周波数掃引型スペクトラム・アナライザの“ルック・アンド・フィール（外観と雰囲気）”が欠けており、別の方式であれば観測可能な信号の詳細情報をユーザが知るには限界がある。図１は、従来のデジタル・スペクトラム・アナライザによる１掃引の例を示す。
【０００３】
リアルタイム（又は連続取込み型）スペクトラム・アナライザは、最初の問題（つまり、ある周波数における信号観測の不連続性）に対する解決方法を提供する。しかし、多数のユーザが望んでいるアナログの“ルック・アンド・フィール”に取り組んだものではない。ユーザは、ノイズ・フロア近くに埋もれている低レベルの信号を観測できていないのかもしれないし、明白には見えない変調の詳細や、高振幅の広帯域信号に隠れたパルス状のスペクトラムを観測できていないのかもしれない。スペクトログラム表示（振幅対周波数対時間）は、普通のスペクトラム表示ではノイズ・フロアから識別できないかもしれない微少信号を観測するという問題に対処するものである。しかし、スペクトログラム表示は、色を段階的に割り当てて表示する方式であるところ、振幅レベルを割り当てる色の数が比較的限られる点で限界があり、また、一般的な実現方法では、波形の更新（update）に応じて１つの取込み波形を表示するだけであるから、デジタル・スペクトラム・アナライザが信号を実際にサンプリングをするのは時間的に一部分だけであるという限界に再びぶつかることになる。
【０００４】
デジタル・オシロスコープでは、デジタル化したデータのラスタ変換処理（ラスタ・データへの変換処理）及び減衰処理を累積的に行うことによって、アナログ・オシロスコープの表示で得られる独特の作用効果（effect）をまねることが行われている。特に、陰極線管から得られる電子ビームと蛍光体（フォスファ：phosphor)で生じる作用効果をまねている。これらにより、信号の輝度は時間の経過に伴って減衰して表現されるため、頻度の高い信号ほど画面上で高い輝度で示される。即ち、頻度情報が輝度情報として表現される。このとき、これらは、振幅対時間の測定装置に対して適用したものである。これをデジタル・スペクトラム・アナライザでも取り組むとすれば、アナログ式周波数掃引型陰極線管の表示のルック・アンド・フィールに似せるほど充分に速い周波数変換処理を行うことが課題となる。
【特許文献１】米国特許第６１０４３７４号
【特許文献２】米国特許第４８９０２３７号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のデジタル・スペクトラム・アナライザでは、ノイズ・フロア近くに埋もれている低レベルの信号、明白には見えない変調の詳細や、高振幅の広帯域信号に隠れたパルス状のスペクトラムを観測するのが困難であった。
【０００６】
そこで本発明は、累積的なラスタ変換処理及び減衰処理の技術をデジタル・スペクトラム・アナライザに適用し、超高速で波形更新を行ってアナログのフォスファ（蛍光体）表示のルック・アンド・フィールを模倣すると同時に、波形の非取込み時間に対する波形取込み時間の比率を改善しようとすることで、上述の課題を解決しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、高速ラスタ変換処理及び減衰処理によって、波形の非取込み時間に対する取込み時間の比率を改善しつつ、アナログのフォスファ（phosphor：蛍光体）表示のルック・アンド・フィールを模倣するデジタル・フォスファ・スペクトラム・アナライザを提供する。１つの周波数スパンに関して１つの被分析信号の複素デジタル・データを複数回取込んでラスタ・メモリに波形更新レートで累積し、合成波形又はフレームを生成する。減衰関数をこの合成波形に適用して表示波形を生成する。表示波形は、表示装置上でフレーム又は表示の更新レートで表示され、結果として他では観測できなかった入力信号の周波数特性を見ることができるようになる。
【０００８】
このとき、デジタル・データは、例えば、周波数スパン内の離散した周波数のパワーであって、このときの表示波形は、周波数スパン内の入力信号の振幅（パワー）対周波数スペクトラムである。また、デジタル・データが、モジュレーション・ドメインにおける振幅と位相でも  よく、このときの表示波形は、周波数スパン内の入力信号のコンスタレーション表示である。更に、デジタル・データを、例えば、周波数スパン内の振幅とコードとしてもよく、この場合の表示波形は、周波数スパン内の入力信号のコード・ドメイン表示である。
【０００９】
本発明の目的、効果及び他の特徴は、特許請求の範囲及び図面と併せて以下の詳細な記載を読むことで明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明によるデジタル・フォスファ・スペクトラム・アナライザ（ＤＰＳＡ）は、複数フィルタのバンクを用いた高速離散フーリエ変換（ＤＦＴ）形式の並列型回路か、又は伝統的な掃引型スペクトラム・アナライザと機能的に類似した掃引型回路のどちらかで実現できる。並列型回路では、チャンネル特性はＤＦＴの前のデジタル・データに適用する窓関数（ウィンドウ）によって定まり、この窓関数は分解能帯域幅（ＲＢＷ）フィルタと等価である。取込み時間は、窓関数（ウィンドウ）の長さ及びサンプル・レートによって定まる。掃引型回路では、分解能帯域幅（ＲＢＷ）フィルタは、図２に示されるように、デジタル・ダウン・コンバータ（ＤＤＣ）中の数値制御発振回路（ＮＣＯ）に続く１対の有限インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタとして実現される。
【００１１】
図３では、デジタル・フォスファ・スペクトラム・アナライザ（ＤＰＳＡ）として、従来からあるＲＦダウン・コンバータ１２と、これに続いてアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）コンバータ１４と従来のデジタル・ダウン・コンバータ（ＤＤＣ）１６を設けたものを示している。これらから得られるデジタル化したデータは、表示用データを処理するスペクトラム処理エンジン２０に入力される。なお、ＲＦ及びデジタル・ダウン・コンバータ１２及び１６は、全体の構成を示すために記載しているが、本発明に直接関係するものではない。スペクトラム処理エンジン２０の前におけるダウン・コンバート（周波数変換）処理の方法は、任意に選択可能である。これは、そのとき利用可能なアナログ・デジタル変換技術及び所望の周波数範囲に依存して定まる。
【００１２】
スペクトラム処理エンジン２０には、いくつかのキーとなるブロックがある。窓関数ブロック２２は、ＤＤＣ１６又はＡ／Ｄコンバータ１４から複素Ｉ／Ｑデータのような時間領域デジタル・データを受けて、観測できるチャネル特性を定めるための表示ウィンドウ用のＲＢＷフィルタとして機能する。高速周波数変換器（fast frequency translator）２３は、ＤＦＴを実行し、窓関数ブロック２２からの窓（window）処理された時間領域データを周波数領域データに変換する。包絡線（Envelop：エンベロープ）検出回路２４は、複素データに基づいて各周波数位置における振幅（パワー：電力）を計算する。得られたデータは、対数計算回路２５を通過することによって、従来からスペクトラム・アナライザで行われているように、適切な対数スケール表示に変換される。
【００１３】
ラスタ・ステート・マシン２６には、パワー対周波数データに対するベクトル処理機能、波形画素マッピング（ラスタ変換処理）機能及び減衰機能がオプションで設けられる。ラスタ変換処理は、複素データのポイントを、波形表示又は表示ウィンドウを表すラスタ・マップ画像として画素メモリ・バッファ２７中にマッピングする。画素メモリ・バッファ２７の各ロケーション（location）は、ｎビットの輝度データを有する。以下で、マッピング処理を記述する。
【００１４】
入力波形の各サンプル・ポイントについて、複素データに対応するメモリ・マップ中の画素アドレスの輝度値は、ユーザが設定可能な輝度アタック値によって増加する。これは、ポイント単位（point by point）処理又はドット・モード処理と呼ぶことにする。１波形をマッピングした例を図４に示す。
【００１５】
オプションのベクトル処理を使うことで、ドット・モード処理において知覚されるデータの率を効果的に増加させることができ、スペクトラム処理エンジン２０における波形更新レートを実際には増加させることなく、アナログ感覚を高めることができる。このモードでは、複数のベクトル、つまり、米国特許第６１０４３７４号（日本特許第３３７５０６２号に対応）が開示している散在（sparse）ベクトルをラスタ変換処理機能を実行する前に計算する。これによれば、波形ポイント間にブランクを設けるのでなく、計算で得たベクトルを連続する波形ポイント間の画素画素に、つまり、散在する画素に埋めていく。輝度アタック値（輝度増加）の設定を変更すると、計算した画素ポイント夫々に均等にそれが反映される。つまり、輝度アタック値は、ベクトルの距離で割り算される。これは、アナログ陰極線管の蛍光表示に見られる輝度のスルーレート変化をシミュレートするものになる。図５は、ベクトル・モード処理の１例を示している。
【００１６】
画素メモリ・バッファ２７には、１フレームのデータを構成するのに、非常に多数の波形が累積される。このフレームは、表示の更新周期を表す。１フレームにラスタを累積することで、複数回の取込みで得られた複素データの履歴が輝度に基いて表され、アナログような感覚を生み出すことができる。フレームは、測定装置の表示装置３０に所定のフレーム又は表示更新速度で転送される。
【００１７】
ラスタ・ステート・マシン２６の減衰機能は、１フレームにつき１回画素マップ全体を掃引し、設定で変更可能な値に従って各ロケーションの輝度値を減少させる。このとき、輝度値の最小値がゼロとなるようにする。減衰機能（関数）には、指数関数、線形、矩形、Ｓ字形又は任意など、どのような形式の減衰率を有するものを用いても良い。減衰処理を実施する方法は多数あるが、以下では２つの方法を説明する。第１の方法は、波形の更新と更新の間の“デッド時間”中に各メモリ・ロケーションにおいて減衰処理し、新しい波形をラスタ変換処理して画素メモリ・バッファ２７に入れる処理は一時休止するものである。この方法を用いると、バッファ２７の取込み処理毎の複数のセクションの輝度値は異なる時間に減少するが、バッファ全体としての減衰処理は１フレームの更新につき１回で完了する。第２の方法は、バッファ２７全体の各メモリ・ロケーションでの減衰処理を１つの連続する処理の中で行い、続く新らしい波形をバッファ中に更新するのはフレームの減衰処理が完了するまで保留するものである。即ち、波形取込み毎でなく、複数回の波形取込みを行ってこれに減衰処理を行うものであり、これも全体としては１フレームの更新につき１回で完了する。図６は、パワー（電力）対周波数用の表示例を示し、これによれば、図１に示す対応する信号の掃引表示では明確でなかったスプリアス信号が現れている。更に図７は、本発明によるＤＰＳＡで生成した通信信号についての代表的なコンスタレーション表示を示している。
【００１８】
ダウン・コンバータ１２及び１６の帯域幅より広い周波数スパンについては、図８に示すように、周波数はステップを踏んで段々に処理され、各ステップでカバーされる周波数を表す画素マップのフレームの各セクション内のデータが埋めらていく。ステップ数が有限な限定的なケースでは、ＲＦダウン・コンバータ１２の局部発振器ＬＯの周波数が、米国特許第４８９０２３７号にあるように、関心のある周波数範囲を掃引する。このモデルを使うと、複数の振幅ポイント（ｙの値）が、ラスタ・マップ画像中の１つの周波数位置（ｘの値）に累積される。周波数掃引期間がフレーム更新周期より長い場合には、減衰の開始が全周期スパンの掃引が終わるまで保留される。
【００１９】
以上のように本発明は、高速ラスタ変換処理及び減衰処理をデジタル・スペクトラム・アナライザに応用して、アナログのフォスファ（phosphor：蛍光体）表示のルック・アンド・フィールを模倣する。このとき、１つの周波数スパンに対して多数の取込み波形をラスタ画像バッファにおいて高速に合成し、その合成波形に任意の減衰関数を適用し、この結果得られた合成波形をフレーム更新レートで表示装置に供給することで、フォスファ(蛍光体)のような表示を実現すると共に、波形の非取込み時間に対する取込み時間の率を大幅に高くする。これによって、ユーザは、他の方法では観測できなかった周波数の事象を観測できるようになる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明によれば、デジタル・スペクトラム・アナライザでありながら周波数特性の波形の頻度が輝度情報として表示されるので、従来は観測できなかった周波数特性にかかる事象でも容易に観測できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来のデジタル・スペクトラム・アナライザによるグラフ表示の一例を示す図である。
【図２】標準的なデジタル・ダウン・コンバータのブロック図である。
【図３】本発明による周波数処理エンジンを有するデジタル・フォスファ・スペクトラム・アナライザの一例のブロック図である。
【図４】スペクトラム波形とそのドット・モードによるラスタ変換処理表示の関係を示す図である。
【図５】スペクトラム波形とそのベクトル・モードによるラスタ変換処理表示の関係を示す図である。
【図６】図１の対比として示した本発明のデジタル・スペクトラム・アナライザによるパワー対周波数の例のグラフである。
【図７】本発明のデジタル・スペクトラム・アナライザによるコンスタレーション表示の例を示すグラフである。
【図８】１つの波形について、周波数をいくつかに分けて段階的にラスタ変換処理を行う例を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２２】
１２      ＲＦダウン・コンバータ
１４      アナログ・デジタル・コンバータ
１６      デジタル・ダウン・コンバータ
２０      スペクトラム処理エンジン
２２      窓関数ブロック
２３      高速周波数変換器
２４      エンベロープ検出回路
２５      対数計算回路
２６      ラスタ・ステート・マシン
２７      画素メモリ・バッファ
３０      表示装置
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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