JP5300718B2 - 測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定装置およびプログラムに関する。特に本発明は、所定周波数のキャリア信号により変調された変調信号の電力を測定する測定装置およびプログラムに関する。本出願は、下記の日本出願に関連する。文献の参照による組み込みが認められる指定国については、下記の出願に記載された内容を参照により本出願に組み込み、本出願の一部とする。
１．特願２００７−１４０５４８ 出願日 ２００７年５月２８日

近年、無線通信において用いられる変調信号は広帯域化している。広帯域の変調信号の電力を測定する場合、電力測定装置のアナログ入力経路において、信号が劣化する。このため、電力測定装置は、広帯域の変調信号の電力を測定する場合、デジタルフィルタ等により測定結果を補正していた（例えば特許文献１参照。）。

特開２００６−８４２７７号公報

しかし、電力測定装置は、広帯域の信号をフィルタリングしなければならないので、大規模なフィルタ回路を備えなければならなかった。

そこで本明細書に含まれる技術革新（イノベーション）の１つの側面においては、上記の課題を解決することのできる測定装置およびプログラムを提供することを目的とする。この目的は請求の範囲における独立項に記載の特徴の組み合わせにより達成される。また従属項は本発明の更なる有利な具体例を規定する。

即ち、本明細書に含まれるイノベーションに関連する第１の側面による測定装置の一つの例によると、所定周波数のキャリア信号により変調された変調信号の電力を測定する測定装置として、情報処理装置を機能させるプログラムであって、情報処理装置を、変調信号をＡＤ変換したデジタル変調信号を出力するＡＤ変換部と、デジタル変調信号を周波数毎の信号成分を表す周波数成分信号に変換する周波数変換部と、変調信号を伝送する伝送経路の周波数特性に応じた周波数毎の補正係数を出力する補正係数出力部と、周波数成分信号に含まれる周波数毎の信号成分のそれぞれを、対応する周波数の補正係数により補正する補正部と、補正済みの周波数成分信号に含まれる周波数毎の信号成分に基づき、変調信号の電力を算出する電力算出部として機能させるプログラムを提供する。

また、本明細書に含まれるイノベーションに関連する第２の側面によるプログラムの一つの例によると、所定周波数のキャリア信号により変調された変調信号の電力を測定する測定装置として、情報処理装置を機能させるプログラムであって、情報処理装置を、変調信号をＡＤ変換したデジタル変調信号を出力するＡＤ変換部と、デジタル変調信号を周波数毎の信号成分を表す周波数成分信号に変換する周波数変換部と、変調信号を伝送する伝送経路の周波数特性に応じた周波数毎の補正係数を出力する補正係数出力部と、周波数成分信号に含まれる周波数毎の信号成分のそれぞれを、対応する周波数の補正係数により補正する補正部と、補正済みの周波数成分信号に含まれる周波数毎の信号成分に基づき、変調信号の電力を算出する電力算出部として機能させるプログラムを提供する。

また、本明細書に含まれるイノベーションに関連する第３の側面による測定装置の一つの例によると、入力信号の電力を測定する測定装置であって、入力信号を取得する信号取得部と、入力信号を周波数毎の成分を表す周波数成分信号に変換する周波数変換部と、入力信号を伝送する伝送経路の周波数特性に応じて周波数ごとに補正する補正部と、補正済みの周波数成分信号に含まれる周波数毎の信号成分に基づき、変調信号の電力を算出する電力算出部とを備える測定装置を提供する。

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではなく、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。

図１は、本発明の実施形態に係る測定装置１０の構成を電子デバイス１００とともに示す。 図２は、図１に示すＡＤ変換部２２、間引き部２４および周波数変換部２６の構成を示す。 図３は、横軸が周波数、縦軸が電力のグラフ上に表された変調信号の一例を示す。 図４は、横軸が周波数、縦軸が電力のグラフ上に表された変調信号の他の一例を示す。 図５は、周波数スパンおよび分解能に対する、ＦＦＴのサンプル数および間引き率の一例を示す。 図６は、本発明の実施形態に係る測定装置１０に伝達される各信号の一例を示す。 図７は、本発明の実施形態に係るコンピュータ１９００のハードウェア構成の一例を示す。

符号の説明

１０・・・測定装置、１２・・・入力端、２０・・・受信部、２２・・・ＡＤ変換部、２４・・・間引き部、２６・・・周波数変換部、２８・・・係数記憶部、３０・・・補正係数出力部、３２・・・補正部、３４・・・スペクトラム記憶部、３６・・・電力算出部、３８・・・設定部、４２・・・ＡＤ変換器、４４・・・直交復調部、４６・・・信号値記憶部、４８・・・ＦＦＴ変換部、１００・・・電子デバイス、１９００・・・コンピュータ、２０００・・・ＣＰＵ、２０１０・・・ＲＯＭ、２０２０・・・ＲＡＭ、２０３０・・・通信インターフェイス、２０４０・・・ハードディスクドライブ、２０５０・・・フレキシブルディスク・ドライブ、２０６０・・・ＣＤ−ＲＯＭドライブ、２０７０・・・入出力チップ、２０７５・・・グラフィック・コントローラ、２０８０・・・表示装置、２０８２・・・ホスト・コントローラ、２０８４・・・入出力コントローラ、２０９０・・・フレキシブルディスク、２０９５・・・ＣＤ−ＲＯＭ

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は請求の範囲にかかる発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。

図１は、本実施形態に係る測定装置１０の構成を電子デバイス１００とともに示す。図２は、図１に示すＡＤ変換部２２、間引き部２４および周波数変換部２６の構成を示す。測定装置１０は、所定周波数のキャリア信号により変調された変調信号の電力を測定する。測定装置１０は、一例として、電子デバイス１００から出力された変調信号を入力端１２を介して入力し、入力した変調信号におけるユーザにより設定された測定周波数範囲の電力を測定する。

測定装置１０は、受信部２０と、ＡＤ変換部２２と、間引き部２４と、周波数変換部２６と、係数記憶部２８と、補正係数出力部３０と、補正部３２と、スペクトラム記憶部３４と、電力算出部３６と、設定部３８とを備える。

受信部２０は、入力端１２を介して入力した変調信号を増幅、周波数シフトおよびフィルタリング等する。そして、受信部２０は、変調信号を周波数シフトした中間周波数信号を出力する。

ＡＤ変換部２２は、受信部２０から出力された中間周波数信号をＡＤ変換したデジタル変調信号を出力する。本実施形態においては、ＡＤ変換部２２は、デジタル変調信号を直交復調したベースバンド信号（Ｉ信号およびＱ信号）を出力する。

ＡＤ変換部２２は、一例として、図２に示すように、ＡＤ変換器４２と、直交復調部４４とを有してよい。ＡＤ変換器４２は、中間周波数信号を所定のサンプリング周波数によりＡＤ変換する。直交復調部４４は、ＡＤ変換した信号をデジタル直交復調し、直交復調した結果として得られるベースバンド信号（Ｉ信号およびＱ信号）を出力する。なお、ＡＤ変換部２２は、図２に示した構成に代えて、中間周波数信号を直交復調してＩ信号およびＱ信号を出力する直交復調器と、直交復調器から出力されたＩ信号をデジタル化するＩ側ＡＤ変換器と、直交復調器から出力されたＱ信号をデジタル化するＱ側ＡＤ変換器とを有してもよい。

間引き部２４は、ＡＤ変換部２２から出力されたデジタル変調信号（本実施形態においては、ベースバンド信号）の信号値を、指定された間引き率に応じて間引きする。間引き部２４は、一例として、ＣＩＣフィルタおよびＦＩＲフィルタ等により、ベースバンド信号の信号値の系列から指定された間引き率で信号値を間引きしてよい。これにより、間引き部２４によれば、ＡＤ変換器４２のサンプリング周波数より低いサンプリング周波数のベースバンド信号を出力することができる。

周波数変換部２６は、間引き部２４から出力されたベースバンド信号を、周波数毎の信号成分を表す周波数成分信号に変換する。周波数変換部２６は、一例として、ベースバンド信号をフーリエ変換して周波数成分信号を生成してよい。

周波数変換部２６は、一例として、図２に示すように、信号値記憶部４６と、ＦＦＴ変換部４８とを有してよい。信号値記憶部４６は、間引き部２４から出力された間引き後のベースバンド信号の信号値を記憶する。信号値記憶部４６は、指定されたサンプル数の信号値を記憶する。信号値記憶部４６は、一例として、取り込み開始タイミングを示すトリガが与えられ、当該トリガから指定されたサンプル数分の信号値を取り込んで記憶してよい。

ＦＦＴ変換部４８は、信号値記憶部４６により記憶されたベースバンド信号、すなわち、指定されたサンプル数分の信号値をＦＦＴ（高速フーリエ変換）する。この結果、ＦＦＴ変換部４８は、時刻毎の信号値を表すベースバンド信号を、周波数毎の信号成分を表す周波数成分信号に変換することができる。ＦＦＴ変換部４８は、一例として、指定されたサンプル数（周波数数）の信号成分を表す周波数成分信号を生成してよい。本実施形態において、ＦＦＴ変換部４８は、周波数毎に、Ｉ成分およびＱ成分を表す周波数成分信号を生成してよい。

係数記憶部２８は、変調信号を伝送する伝送経路の周波数特性に応じた周波数毎の補正係数を記憶する。本実施形態において、係数記憶部２８は、Ｉ成分およびＱ成分により表された周波数毎の補正係数を記憶する。係数記憶部２８は、一例として、当該測定装置１０の入力端１２からＡＤ変換されるまでの経路（アナログ入力経路）の周波数特性に応じた、周波数毎の補正係数を記憶してよい。アナログ入力経路は、一例として、ＡＤ変換部２２内のアナログ信号の伝送路（例えば、入力段の演算増幅器等）を含んでよい。また、係数記憶部２８は、変調信号を伝送する伝送経路の周波数特性の逆特性を表す、周波数毎の補正係数を記憶してよい。

補正係数出力部３０は、係数記憶部２８に記憶された周波数毎の補正係数を読み出して、補正部３２に出力する。補正係数出力部３０は、周波数変換部２６により出力される周波数成分信号に含まれる複数の信号成分のそれぞれに対応した周波数の補正係数を出力してよい。

補正部３２は、周波数成分信号に含まれる周波数毎の信号成分のそれぞれを、対応する周波数の補正係数により補正する。補正部３２は、一例として、周波数成分信号の少なくとも測定周波数範囲に対応する範囲に含まれる周波数の信号成分のそれぞれを、対応する周波数の補正係数により補正してよい。本実施形態においては、補正部３２は、周波数成分信号の各周波数の信号成分（Ｉ成分およびＱ成分）と、対応する周波数の補正係数（Ｉ成分およびＱ成分）とを複素乗算することにより補正する。

スペクトラム記憶部３４は、補正部３２により補正済みの周波数成分信号を記憶する。これにより、スペクトラム記憶部３４は、変調信号のスペクトラムを記憶することができる。

電力算出部３６は、補正部３２により補正済みの周波数成分信号の周波数毎の信号成分に基づき、変調信号の電力を算出する。本実施形態においては、下記式（１）に基づき、変調信号の電力値Ｐを算出する。
Ｐ＝Σ（Ｉ^２＋Ｑ^２） …（１）

すなわち、電力算出部３６は、補正済みの周波数成分信号におけるＩ成分の２乗およびＱ成分の２乗を加算した値（２乗加算値（Ｉ^２＋Ｑ^２））を周波数毎に算出する。そして、電力算出部３６は、測定周波数範囲に含まれる周波数に対応する２乗加算値（Ｉ^２＋Ｑ^２）を全て加算した値を、電力値Ｐとして算出する。

設定部３８は、与えられた周波数成分信号の周波数スパンおよび分解能に応じて、周波数変換部２６がフーリエ変換するデジタル変調信号のサンプル数を設定する。更に、設定部３８は、与えられた周波数成分信号の周波数スパンおよび分解能に応じて、間引き部２４による間引き率を設定する。設定部３８は、一例として、ユーザにより設定された周波数スパンおよび分解能に応じて、周波数変換部２６がフーリエ変換するデジタル変調信号のサンプル数および間引き部２４による間引き率を設定してよい。

以上のような測定装置１０によれば、変調信号を伝送する伝送経路において生じる変調信号の信号劣化を補正した電力を算出することができる。例えば、測定装置１０によれば、入力端１２からＡＤ変換されるまでの経路において生じる変調信号の信号劣化を補正した電力を算出することができる。これにより、測定装置１０によれば、精度良く電力を測定することができる。

図３および図４は、横軸が周波数、縦軸が電力のグラフ上に表された変調信号の一例を示す。設定部３８に対して与えられる周波数スパンは、ＦＦＴ変換部４８から出力される周波数成分信号に含むべき信号成分の最低周波数（一例として０Ｈｚ）から、最高周波数までの周波数帯域を表す。設定部３８に対して与えられる分解能は、ＦＦＴ変換部４８から出力される周波数成分信号における隣接する信号成分間の周波数間隔を表す。

また、測定周波数範囲は、変調信号の電力を算出する周波数範囲を表す。測定周波数範囲は、少なくとも周波数スパンに含まれる範囲であってよく、また、周波数スパンと同じ範囲であってもよい。

図５は、周波数スパンおよび分解能に対する、ＦＦＴのサンプル数および間引き率の一例を示す。分解能をｄ、周波数スパンをＳとした場合、設定部３８は、ＦＦＴのサンプル数ｍを、下記式（２）により算出することができる。
ｍ＝Ｓ／ｄ …（２）

すなわち、設定部３８は、周波数スパンＳを分解能ｄで除算することにより、ＦＦＴのサンプル数ｍを算出することができる。

更に、ＡＤ変換部２２により出力されたデジタル変調信号（本実施形態においてはベースバンド信号）のサンプリング周波数をｆｓとした場合、設定部３８は、間引き率Ｘを、下記式（３）により算出することができる。
Ｘ＝ｆｓ／（ｍ×ｄ） …（３）

すなわち、設定部３８は、サンプリング周波数ｆｓを、ＦＦＴのサンプル数ｍと分解能ｄとの乗算値（ｍ×ｄ）により除算することにより、間引き率Ｘを算出することができる。

なお、本例において、間引き率Ｘは、１サンプル分の出力に対する、入力サンプル数を表す。すなわち、本例において、間引き部２４は、Ｘ個の信号値の入力に対して、１個の信号値を出力する割合で、間引きを実行する。

このように設定部３８によれば、周波数スパンＳおよび分解能ｄに応じて、間引き率ＸおよびＦＦＴのサンプル数ｍを変更することができる。これにより、測定装置１０によれば、測定周波数範囲および測定精度を変更することができる。

図６は、本実施形態に係る測定装置１０内において伝達される各信号の一例を示す。測定装置１０のアナログ入力経路は、入力された変調信号を歪ませて補正部３２に伝達する。従って、当該測定装置１０が周波数特性がフラットの変調信号（図６のＡ参照）を入力した場合であれば、補正部３２は、アナログ入力経路の周波数特性に応じて歪んだ周波数成分信号が供給される（図６のＢ参照。）。

補正係数出力部３０は、一例として、アナログ入力経路の周波数特性の逆特性に応じた補正係数を補正部３２に対して出力する（図６のＣ参照）。補正部３２は、アナログ入力経路の周波数特性に応じて歪んだ周波数成分信号（図６のＢ）を、補正係数（図６のＣ）により補正する。この結果、補正部３２は、周波数特性がフラットの周波数成分信号（図６のＤ参照）を出力することができる。

補正部３２から出力された補正済みの周波数成分信号（図６のＤ）は、当該測定装置１０に入力された変調信号（図６のＡ）と同様な周波数特性となっている。このように補正部３２によれば、アナログ入力経路の周波数特性に応じた歪みを除去することができる。

補正係数出力部３０は、一例として、ユーザにより設定された測定周波数範囲に応じて出力する補正係数を変更してよい。補正係数出力部３０は、一例として、周波数成分信号の測定周波数範囲に対応する補正係数を選択して補正部３２に出力してよい。これにより、補正部３２によれば、少なくとも測定周波数範囲の周波数の信号成分の、アナログ入力経路において生じる歪を補正することができる。

また、補正係数出力部３０は、一例として、キャリア信号の周波数に応じて、出力する補正係数を変更してよい。補正係数出力部３０は、一例として、キャリア信号の近傍の周波数範囲に対応する補正係数を選択して補正部３２に出力してよい。これにより、補正部３２によれば、キャリア信号の信号電力を測定する場合において、少なくとも当該キャリア信号のアナログ入力経路において生じる歪を補正することができる。

また、補正係数出力部３０は、一例として、周波数成分信号の分解能に応じて、出力する補正係数を変更してよい。補正係数出力部３０は、一例として、周波数成分信号の信号成分のそれぞれに対応する周波数の補正係数を出力してよい。補正係数出力部３０は、一例として、周波数成分信号の分解能が１０Ｈｚであれば、周波数成分信号の信号成分のそれぞれの周波数に一致した１０Ｈｚ毎の周波数の補正係数を出力してよい。

補正係数出力部３０は、一例として、係数記憶部２８に記憶された補正係数群のうち、周波数成分信号の信号成分の周波数のそれぞれに対応する周波数の補正係数を選択し、選択した補正係数を出力してよい。また、係数記憶部２８に記憶された補正係数群に、周波数成分信号の信号成分の周波数のそれぞれに一致する周波数の補正係数が含まれていない場合等、補正係数出力部３０は、一例として、係数記憶部２８に記憶された補正係数群から、周波数成分信号の信号成分の周波数のそれぞれに一致する周波数の補正係数を補間して生成してもよい。これにより、補正部３２によれば、周波数成分信号における周波数毎のレベルのそれぞれを、対応する周波数の補正係数により精度良く補正することができる。

図７は、本実施形態に係るコンピュータ１９００のハードウェア構成の一例を示す。本実施形態に係るコンピュータ１９００は、ホスト・コントローラ２０８２により相互に接続されるＣＰＵ２０００、ＲＡＭ２０２０、グラフィック・コントローラ２０７５、及び表示装置２０８０を有するＣＰＵ周辺部と、入出力コントローラ２０８４によりホスト・コントローラ２０８２に接続される通信インターフェイス２０３０、ハードディスクドライブ２０４０、及びＣＤ−ＲＯＭドライブ２０６０を有する入出力部と、入出力コントローラ２０８４に接続されるＲＯＭ２０１０、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０、及び入出力チップ２０７０を有するレガシー入出力部とを備える。

ホスト・コントローラ２０８２は、ＲＡＭ２０２０と、高い転送レートでＲＡＭ２０２０をアクセスするＣＰＵ２０００及びグラフィック・コントローラ２０７５とを接続する。ＣＰＵ２０００は、ＲＯＭ２０１０及びＲＡＭ２０２０に格納されたプログラムに基づいて動作し、各部の制御を行う。グラフィック・コントローラ２０７５は、ＣＰＵ２０００等がＲＡＭ２０２０内に設けたフレーム・バッファ上に生成する画像データを取得し、表示装置２０８０上に表示させる。これに代えて、グラフィック・コントローラ２０７５は、ＣＰＵ２０００等が生成する画像データを格納するフレーム・バッファを、内部に含んでもよい。

入出力コントローラ２０８４は、ホスト・コントローラ２０８２と、比較的高速な入出力装置である通信インターフェイス２０３０、ハードディスクドライブ２０４０、ＣＤ−ＲＯＭドライブ２０６０を接続する。通信インターフェイス２０３０は、ネットワークを介して他の装置と通信する。ハードディスクドライブ２０４０は、コンピュータ１９００内のＣＰＵ２０００が使用するプログラム及びデータを格納する。ＣＤ−ＲＯＭドライブ２０６０は、ＣＤ−ＲＯＭ２０９５からプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供する。

また、入出力コントローラ２０８４には、ＲＯＭ２０１０と、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０、及び入出力チップ２０７０の比較的低速な入出力装置とが接続される。ＲＯＭ２０１０は、コンピュータ１９００が起動時に実行するブート・プログラム、コンピュータ１９００のハードウェアに依存するプログラム等を格納する。フレキシブルディスク・ドライブ２０５０は、フレキシブルディスク２０９０からプログラム又はデータを読み取り、ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供する。入出力チップ２０７０は、フレキシブルディスク・ドライブ２０５０或いは、例えばパラレル・ポート、シリアル・ポート、キーボード・ポート、マウス・ポート等を介して各種の入出力装置を接続する。

ＲＡＭ２０２０を介してハードディスクドライブ２０４０に提供されるプログラムは、フレキシブルディスク２０９０、ＣＤ−ＲＯＭ２０９５、又はＩＣカード等の記録媒体に格納されて利用者によって提供される。プログラムは、記録媒体から読み出され、ＲＡＭ２０２０を介してコンピュータ１９００内のハードディスクドライブ２０４０にインストールされ、ＣＰＵ２０００において実行される。

コンピュータ１９００にインストールされ、コンピュータ１９００を測定装置１０として機能させるプログラムは、受信モジュールと、ＡＤ変換モジュールと、間引きモジュールと、周波数変換モジュールと、係数記憶モジュールと、補正係数出力モジュールと、補正モジュールと、スペクトラム記憶モジュールと、電力算出モジュールと、設定モジュールとを備える。これらのプログラム又はモジュールは、ＣＰＵ２０００等に働きかけて、コンピュータ１９００を、ＡＤ変換部２２、間引き部２４、周波数変換部２６、係数記憶部２８、補正係数出力部３０、補正部３２、スペクトラム記憶部３４、電力算出部３６、設定部３８としてそれぞれ機能させる。

以上に示したプログラム又はモジュールは、外部の記憶媒体に格納されてもよい。記憶媒体としては、フレキシブルディスク２０９０、ＣＤ−ＲＯＭ２０９５の他に、ＤＶＤ、ＣＤ等の光学記録媒体、ＭＯ等の光磁気記録媒体、テープ媒体、ＩＣカード等の半導体メモリ等を用いることができる。また、専用通信ネットワーク、インターネット等に接続されたサーバシステムに設けたハードディスク又はＲＡＭ等の記憶装置を記録媒体として使用し、ネットワークを介してプログラムをコンピュータ１９００に提供してもよい。

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、請求の範囲の記載から明らかである。

Claims (3)

1. 所定周波数のキャリア信号により変調された変調信号の電力を測定する測定装置であって、
   前記変調信号をＡＤ変換したデジタル変調信号を出力するＡＤ変換部と、
   前記デジタル変調信号を周波数毎の信号成分を表す周波数成分信号に変換する周波数変換部と、
   前記変調信号を伝送する伝送経路の周波数特性に応じた周波数毎の補正係数を出力する補正係数出力部と、
   前記周波数成分信号に含まれる周波数の信号成分のそれぞれを、対応する周波数の前記補正係数により補正する補正部と、
   補正済みの前記周波数成分信号に含まれる周波数毎の信号成分に基づき、前記変調信号の電力を算出する電力算出部と
   を備え、
   前記周波数変換部は、前記デジタル変調信号をフーリエ変換して周波数成分信号を生成し、
   前記周波数成分信号の周波数スパンおよび分解能に応じて、前記周波数変換部がフーリエ変換する前記デジタル変調信号のサンプル数を設定する設定部と、
   前記デジタル変調信号の信号値を間引く間引き部と、
   前記周波数成分信号の周波数スパンおよび分解能に応じて、前記間引き部による間引き率を設定する設定部とを更に備える
   測定装置。
2. 前記補正係数出力部は、前記周波数成分信号の分解能に応じて、出力する前記補正係数を変更する
   請求項１に記載の測定装置。
3. 前記補正係数出力部は、前記キャリア信号の周波数に応じて、出力する前記補正係数を変更する
   請求項１または２に記載の測定装置。

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