JP5771641B2

JP5771641B2 - 信号解析装置及び信号解析方法

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Publication number: JP5771641B2
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Inventors: 暢大谷; 典洋秋山
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Description

本発明は、例えば移動通信システムで用いられる高周波信号を解析する信号解析装置及び信号解析方法に関する。

従来、測定対象の高周波信号に含まれる周波数成分の分布（スペクトラム）を表示し、被測定信号を解析する測定器としてスペクトラムアナライザが知られている。このスペクトラムアナライザには、掃引方式とＦＦＴ（高速フーリエ変換）方式が存在する。

掃引方式のスペクトラムアナライザとしては、例えば、特許文献１に開示された信号解析装置が知られている。特許文献１記載のものは、掃引信号発生部、ＲＢＷ（分解能帯域幅）フィルタ、対数変換器、ビデオフィルタ等を備えている。

ＦＦＴ方式のスペクトラムアナライザとしては、例えば、図７に示す構成のものが知られている。図７に示したスペクトラムアナライザは、周波数変換部１１０、Ｖ−ＡＴＴ（可変減衰器）１０１、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）１０３、ｆ特（周波数特性）補正フィルタ１０４、信号解析部１０５、表示部１０６を備えている。周波数変換部１１０は、Ｓ−ＡＴＴ（ステップ減衰器）１１１、ミキサ１１２、ＢＰＦ１１３、ＩＦ（中間周波数）増幅器１１４を備えている。

この構成において、Ｓ−ＡＴＴ１１１は、解析対象として入力する高周波信号が最適なレベルでミキサ１１２に入力されるよう高周波信号をステップ可変により減衰させるようになっている。また、Ｖ−ＡＴＴ１０１は、ＡＤＣ１０３がオーバーフローしないよう、予め定められた基準レベル（リファレンスレベル）に応じた所定のゲインが設定されて入力信号を減衰させるようになっている。

特開２００５−００３６２３号公報

しかしながら、従来のスペクトラムアナライザでは、ミキサ１１２の入力レベルを上昇させるに従ってダイナミックレンジが狭くなってしまうという課題があった。これは、従来のスペクトラムアナライザでは、ミキサ１１２の入力レベルを上昇させると、ＡＤＣ１０３への入力レベルを調整しているＶ−ＡＴＴ１０１の減衰量が大きくなり、アナログ構成の周波数変換部１１０のノイズレベルよりもＡＤＣ１０３のノイズレベルの方が支配的となってノイズフロアレベルが上昇してしまうことが原因である。また、この原因により、従来のスペクトラムアナライザでは、ｆ特補正フィルタ１０４の周波数特性の影響によりノイズフロアレベルの持ち上がりが発生してダイナミックレンジが狭くなってしまう。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、従来のものよりもダイナミックレンジを拡大することができる信号解析装置及び信号解析方法を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係る信号解析装置は、アナログの入力信号の信号レベルを調整する第１の減衰器（１１）を含み、前記入力信号を所定の中間周波数の信号に周波数変換する周波数変換手段（１０）と、前記周波数変換手段の出力信号の信号レベルを調整する第２の減衰手段（２１）と、前記第２の減衰手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段（２３）と、前記アナログデジタル変換手段の出力信号の周波数特性を補正する周波数特性補正手段（２４）と、を備えた信号解析装置（１）であって、所定の周波数帯域において前記第１の減衰器から前記周波数特性補正手段までの全体のノイズレベルを示すノイズフロアレベルから前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するノイズフロアレベル減算手段（２５）を備え、前記ノイズフロアレベル減算手段は、前記所定の周波数帯域において前記第２の減衰手段のゲインが第１のゲインであるときのノイズフロアレベルを第１のノイズフロアレベルとして測定するとともに前記第２の減衰手段のゲインが第２のゲインであるときのノイズフロアレベルを第２のノイズフロアレベルとして測定するノイズフロアレベル測定部（２５ａ）と、前記第１及び前記第２のノイズフロアレベルと前記第２の減衰手段及び前記周波数特性補正手段のゲインとに基づいて前記所定の周波数帯域における前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを算出するノイズレベル算出部（２５ｂ）と、前記ノイズフロアレベルから前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するノイズレベル減算部（２５ｃ）と、を備えた構成を有している。

この構成により、本発明の請求項１に係る信号解析装置は、ノイズフロアレベル減算手段がノイズフロアレベルからアナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するので、アナログデジタル変換手段のノイズレベルに起因するノイズフロアレベルの上昇を抑制することができる。したがって、本発明の請求項１に係る信号解析装置は、従来のものよりもダイナミックレンジを拡大することができる。

また、この構成により、本発明の請求項１に係る信号解析装置は、アナログデジタル変換手段のノイズレベルに起因するノイズフロアレベルの上昇を抑制することにより、従来のものよりもダイナミックレンジを拡大することができる。

本発明の請求項２に係る信号解析方法は、アナログの入力信号の信号レベルを調整する第１の減衰器（１１）を含み、前記入力信号を所定の中間周波数の信号に周波数変換する周波数変換手段（１０）と、前記周波数変換手段の出力信号の信号レベルを調整する第２の減衰手段（２１）と、前記第２の減衰手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段（２３）と、前記アナログデジタル変換手段の出力信号の周波数特性を補正する周波数特性補正手段（２４）と、を備えた信号解析装置（１）を用いて前記入力信号を解析する信号解析方法であって、所定の周波数帯域において前記第１の減衰器から前記周波数特性補正手段までの全体のノイズレベルを示すノイズフロアレベルから前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するノイズフロアレベル減算ステップ（Ｓ１１〜Ｓ１７）を含み、前記ノイズフロアレベル減算ステップは、前記所定の周波数帯域において前記第２の減衰手段のゲインが第１のゲインであるときのノイズフロアレベルを第１のノイズフロアレベルとして測定するとともに前記第２の減衰手段のゲインが第２のゲインであるときのノイズフロアレベルを第２のノイズフロアレベルとして測定するノイズフロアレベル測定ステップ（Ｓ１３、Ｓ１５）と、前記第１及び前記第２のノイズフロアレベルと前記第２の減衰手段及び前記周波数特性補正手段のゲインとに基づいて前記所定の周波数帯域における前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを算出するノイズレベル算出ステップ（Ｓ１６）と、前記ノイズフロアレベルから前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するノイズレベル減算ステップ（Ｓ１７）と、を含む構成を有している。

この構成により、本発明の請求項２に係る信号解析方法は、ノイズフロアレベル減算ステップにおいてノイズフロアレベルからアナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するので、アナログデジタル変換手段のノイズレベルに起因するノイズフロアレベルの上昇を抑制することができる。したがって、本発明の請求項２に係る信号解析方法は、従来のものよりもダイナミックレンジを拡大することができる。

また、この構成により、本発明の請求項２に係る信号解析方法は、アナログデジタル変換手段のノイズレベルに起因するノイズフロアレベルの上昇を抑制することにより、従来のものよりもダイナミックレンジを拡大することができる。

本発明は、従来のものよりもダイナミックレンジを拡大することができるという効果を有する信号解析装置及び信号解析方法を提供することができるものである。

本発明の一実施形態におけるスペクトラムアナライザのブロック構成図である。本発明の一実施形態におけるＳ−ＡＴＴからｆ特補正フィルタまでの信号経路を示すブロック図である。本発明の一実施形態において、オフセット周波数に対する各要素のノイズレベルを示す図である。本発明の一実施形態において、ノイズフロアレベルからＮａｄｃ（ｆ）を減算した場合の周波数特性を示す図である。本発明の一実施形態において、Ｎ０（ｆ）及びＮ１０（ｆ）の場合におけるノイズフロアレベルの周波数特性を示す図である。本発明の一実施形態におけるノイズフロアレベル減算部の動作を示すフローチャートである。従来のスペクトラムアナライザのブロック構成図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明の信号解析装置をスペクトラムアナライザに適用した例を挙げて説明する。

まず、本実施形態におけるスペクトラムアナライザの構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１は、周波数変換部１０、Ｖ−ＡＴＴ（可変減衰器）２１、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）２３、ｆ特（周波数特性）補正フィルタフィルタ２４、ノイズフロアレベル減算部２５、信号解析部２６、表示部２７、掃引部２８、操作部２９、設定部３０を備えている。周波数変換部１０は、Ｓ−ＡＴＴ（ステップ減衰器）１１、局部発振器１２、ミキサ１３、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）１４、ＩＦ（中間周波数）増幅器１５を備えている。この周波数変換部１０は、本発明に係る周波数変換手段を構成する。

Ｓ−ＡＴＴ１１は、解析対象として入力するアナログの高周波信号が最適なレベルでミキサ１３に入力されるよう設定部３０により定められたゲインが設定され、高周波信号をステップ可変により減衰させるようになっている。また、Ｓ−ＡＴＴ１１は、設定部３０の制御により、後述するノイズフロアレベルの測定時に、高周波信号を入力する入力端子（図示省略）が接地されるようになっている。このＳ−ＡＴＴ１１は、本発明に係る第１の減衰器を構成する。

局部発振器１２は、所定周波数の局部発振信号を生成してミキサ１３に出力するようになっている。

ミキサ１３は、Ｓ−ＡＴＴ１１によって減衰された高周波信号と局部発振器１２からの局部発振信号とを混合して中間周波数の信号に変換し、ＢＰＦ１４に出力するようになっている。

ＢＰＦ１４は、ミキサ１３の出力信号に対してフィルタリングを行って所定周波数領域の信号を取り出し、ＩＦ増幅器１５に出力するようになっている。

ＩＦ増幅器１５は、ＢＰＦ１４が出力する中間周波数の信号を所定の増幅率で増幅し、Ｖ−ＡＴＴ２１に出力するようになっている。

Ｖ−ＡＴＴ２１は、ＡＤＣ２３がオーバーフローしないよう設定部３０により定められたゲインが設定されて入力信号を減衰させるようになっている。例えば、Ｖ−ＡＴＴ２１は、試験者が操作部２９を操作して設定した基準レベル（リファレンスレベル）に応じて、そのゲインが定められるようになっている。周波数に対するＶ−ＡＴＴ２１のゲインの補正値のデータは、設定部３０が有するメモリ（図示省略）に記憶されている。このＶ−ＡＴＴ２１は、本発明に係る第２の減衰手段を構成する。

ＡＤＣ２３は、Ｖ−ＡＴＴ２１から入力したアナログ信号をサンプリングして量子化し、デジタルデータに変換してｆ特補正フィルタ２４に出力するようになっている。このＡＤＣ２３は、本発明に係るアナログデジタル変換手段を構成する。

ｆ特補正フィルタ２４は、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response）型のフィルタで構成されている。このｆ特補正フィルタ２４は、ＡＤＣ２３が出力する信号の信号レベルの周波数特性を平坦にするために予め定められたゲインの補正値に基づいて、そのフィルタ定数が決定されるようになっている。ゲインの補正値のデータは、設定部３０が有するメモリ（図示省略）に記憶されている。なお、ｆ特補正フィルタ２４は、本発明に係る周波数特性補正手段を構成する。

ノイズフロアレベル減算部２５は、ノイズフロアレベル測定部２５ａ、ノイズレベル算出部２５ｂ、ノイズレベル減算部２５ｃを備え、周波数変換部１０及びＶ−ＡＴＴ２１からｆ特補正フィルタ２４までの全体のノイズレベルを示すノイズフロアレベルからＡＤＣ２３のノイズレベルを減算するようになっている。検討結果によれば、周波数変換部１０及びＶ−ＡＴＴ２１からｆ特補正フィルタ２４までのノイズフロアレベルは、スペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルと同等とみなせるので、ノイズフロアレベル減算部２５は、スペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルからＡＤＣ２３のノイズレベルを減算するものと言える。なお、ノイズフロアレベル減算部２５は、本発明に係るノイズフロアレベル減算手段を構成する。

ノイズフロアレベル測定部２５ａは、所定の周波数においてＶ−ＡＴＴ２１のゲインが第１のゲインである場合にスペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルを第１のノイズフロアレベルとして測定するとともにＶ−ＡＴＴ２１のゲインが第２のゲインである場合にスペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルを第２のノイズフロアレベルとして測定するようになっている。

ノイズレベル算出部２５ｂは、ノイズフロアレベル測定部２５ａが測定により求めた第１及び第２のノイズフロアレベルとＶ−ＡＴＴ２１及びｆ特補正フィルタ２４のゲインとに基づいて所定の周波数におけるＡＤＣ２３のノイズレベルを算出するようになっている。

ノイズレベル減算部２５ｃは、第１及び第２のノイズフロアレベルからＡＤＣ２３のノイズレベルを減算するようになっている。

信号解析部２６は、設定部３０からの制御信号に基づいて、解析対象の高周波信号を解析する際に、ノイズフロアレベル減算部２５から入力する信号をフーリエ変換解析（ＦＦＴ解析）して解析結果を示す解析結果信号を生成して表示部２７に出力するようになっている。

表示部２７は、設定部３０からの制御信号に基づいて、信号解析部２６が解析した解析結果のデータを画面に表示するようになっている。

掃引部２８は、設定部３０からの制御信号に基づいて、局部発振器１２が出力する局部発振信号を所定の周波数掃引幅で掃引するようになっている。

操作部２９は、試験者が操作するものであり、例えば、観測対象の周波数帯域、基準レベルの設定等の試験条件やカーソル操作に関する設定等を行うための設定画面を表示するディスプレイ、キーボード、ダイヤル又はマウスのような入力デバイス、これらを制御する制御回路等で構成される。

設定部３０は、試験者が操作部２９を操作して入力した各試験条件等を各部に設定するための制御信号を生成して出力するようになっている。この設定部３０は、例えば、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラムが記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、各種インタフェースが接続される入出力回路等を備えたマイクロコンピュータで構成されている。

次に、スペクトラムアナライザ１のノイズレベルの計算式について図２を用いて説明する。図２は、図１に示した構成のうち、Ｓ−ＡＴＴ１１からｆ特補正フィルタ２４までの信号経路を示すブロック図である。

図２において、Ｎａｎａ（ｆ）は、Ｓ−ＡＴＴ１１からＩＦ増幅器１５までのノイズレベル、すなわちアナログ段のノイズレベルを示している。ＧＶ（Ｌ）は、Ｖ−ＡＴＴ２１のゲインを示し、信号レベルの関数である。Ｎａｄｃ（ｆ）は、ＡＤＣ２３のノイズレベルを示している。Ｇ（ｆ）は、ｆ特補正フィルタ２４のゲインを示し、周波数の関数である。

ここで、Ｎａｎａ（ｆ）及びＮａｄｃ（ｆ）の周波数特性について説明する。まず、Ｎａｎａ（ｆ）は、Ｓ−ＡＴＴ１１からミキサ１３までの無線周波数（ＲＦ）の周波数特性（ｆ＿ＲＦ）と、ＢＰＦ１４からＩＦ増幅器１５までの中間周波数（ＩＦ）の帯域内周波数特性（ｆ＿ＢＷ）とを有している。よって、Ｎａｎａ（ｆ）は、より正確にはＮａｎａ（ｆ＿ＲＦ、ｆ＿ＢＷ）と表記でき、２次元関数で表される。ただし、ＡＤＣ２３のノイズレベルを求めることを目的とすると、無線周波数は任意の１点のみで議論しても問題ない。したがって、Ｎａｎａ（ｆ＿ＲＦ、ｆ＿ＢＷ）＝Ｎａｎａ（ｆ）（ただし、ｆは帯域内周波数特性を表す。）と定義しても問題ない。

一方、Ｎａｄｃ（ｆ）は、ミキサ１３によって中間周波数に変換された後のノイズレベルを示しているので、無線周波数の周波数特性は有しておらず、中間周波数の帯域内周波数特性のみを有している。すなわち、Ｎａｄｃ（ｆ）は、無線周波数の設定とは無関係な周波数特性となる。

前述のように各変数を定義すると、スペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルの周波数特性Ｎｓａ（ｆ）は、［数１］で表すことができる。

［数１］
Ｎｓａ（ｆ）＝（Ｎａｎａ（ｆ）×ＧＶ（Ｌ）＋Ｎａｄｃ（ｆ））×Ｇ（ｆ）

この式において、ＧＶ（Ｌ）及びＧ（ｆ）は予め取得している補正値により算出可能である。また、Ｖ−ＡＴＴ２１のゲインであるＧＶ（Ｌ）は、設定部３０によって基準レベルを変更することにより設定できる。したがって、ＧＶ（Ｌ）を変更して２種類のＮｓａ（ｆ）を実測することにより、Ｎａｎａ（ｆ）及びＮａｄｃ（ｆ）を［数１］に基づいて算出することができる。

ここで、ノイズフロアレベル減算部２５との関連について説明する。ノイズフロアレベル減算部２５は、所定の周波数において、設定部３０からの制御信号に基づいて次のように動作するようになっている。すなわち、ノイズフロアレベル測定部２５ａは、Ｖ−ＡＴＴ２１のゲインＧＶ（Ｌ）を変更して２種類のＮｓａ（ｆ）を実測するようになっている。ノイズレベル算出部２５ｂは、［数１］及び２種類のＮｓａ（ｆ）に基づいて、Ｎａｎａ（ｆ）及びＮａｄｃ（ｆ）を算出するようになっている。ノイズレベル減算部２５ｃは、ノイズフロアレベルからＮａｄｃ（ｆ）を減算するようになっている。この構成により、ノイズフロアレベル減算部２５は、スペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルの周波数特性Ｎｓａ（ｆ）からＮａｄｃ（ｆ）の影響を排除することができる。

次に、Ｎａｄｃ（ｆ）の理論式の導出について説明する。

（１）基準レベル＝０ｄＢｍ、Ｓ−ＡＴＴ１１のゲイン設定値＝１０ｄＢの場合のスペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルの周波数特性をＮ０（ｆ）で示す。この場合、ミキサ１３の入力レベルは、−１０ｄＢｍである。

（２）基準レベル＝１０ｄＢｍ、Ｓ−ＡＴＴ１１のゲイン設定値＝１０ｄＢの場合のスペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルの周波数特性をＮ１０（ｆ）で示す。この場合、ミキサ１３の入力レベルは、０ｄＢｍである。

スペクトラムアナライザ１のノイズレベルの周波数特性Ｎ０（ｆ）及びＮ１０（ｆ）は、それぞれ、［数２］及び［数３］で表すことができる。

［数２］
Ｎ０（ｆ）＝（Ｎａｎａ（ｆ）＋Ｎａｄｃ（ｆ））×Ｇ（ｆ）

［数３］
Ｎ１０（ｆ）＝（Ｎａｎａ（ｆ）×ΔＧＶ＋Ｎａｄｃ（ｆ））×Ｇ（ｆ）

ここで、ΔＧＶは、Ｎ０（ｆ）及びＮ１０（ｆ）の各データ取得時のＶ−ＡＴＴ２１のゲイン設定値のゲイン差を示す。Ｎ０（ｆ）のデータ取得時のＶ−ＡＴＴ２１のゲイン設定値をＶａｔｔ_Ｎ０で表し、Ｎ１０（ｆ）のデータ取得時のＶ−ＡＴＴ２１のゲイン設定値をＶａｔｔ_Ｎ１０で表すと、ΔＧＶは［数４］で示される。

［数４］
ΔＧＶ＝ＧＶ（Ｖａｔｔ_Ｎ１０）／ＧＶ（Ｖａｔｔ_Ｎ０）

実用上は、Ｎａｎａ（ｆ）及びＮａｄｃ（ｆ）がＶ−ＡＴＴ２１のゲイン設定値によらず一定とみなせるので、前述の［数２］及び［数３］よりＮａｄｃ（ｆ）を求めることができる。

まず、［数５］及び［数６］を定義する。

［数５］
Ｎ０（ｆ）'＝Ｎ０（ｆ）／Ｇ（ｆ）

［数６］
Ｎ１０（ｆ）'＝Ｎ１０（ｆ）／Ｇ（ｆ）

次に、［数２］及び［数５］から［数７］が得られる。

［数７］
Ｎａｎａ（ｆ）＝Ｎ０（ｆ）'−Ｎａｄｃ（ｆ）

次に、［数６］及び［数７］から［数８］が得られる。

［数８］
Ｎ１０（ｆ）'＝（１−ΔＧＶ）×Ｎａｄｃ（ｆ）＋ΔＧＶ×Ｎ０（ｆ）'

よって、［数８］から［数９］が得られるので、ＡＤＣ２３のノイズレベルＮａｄｃ（ｆ）を算出することができる。

［数９］
Ｎａｄｃ（ｆ）＝（Ｎ１０（ｆ）'−ΔＧＶ×Ｎ０（ｆ）'）／（１−ΔＧＶ）

次に、［発明が解決しようとする課題］欄で述べた、ノイズフロアレベルの持ち上がりの原理について図３を用いて説明する。図３は、オフセット周波数に対する各要素のノイズレベル（左軸）を示している。ただし、オフセット周波数に対するｆ特補正フィルタ２４の補正ゲインＧ（ｆ）は右軸で示している。

まず、基準レベル＝０ｄＢｍ、Ｓ−ＡＴＴ１１のゲイン設定値＝１０ｄＢの場合（Ｎ０（ｆ））は、アナログ段のノイズレベル（Ｎａｎａ（ｆ））に対して、ＡＤＣ２３のノイズレベル（Ｎａｄｃ（ｆ））は十分に小さいので、スペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルＮｓａ（ｆ）は、ほぼＮａｎａ（ｆ）にＧ（ｆ）を乗算した値になる。この場合、Ｎａｎａ（ｆ）とＧ（ｆ）には相関がある（アナログ段のノイズフロアレベルの周波数特性とＧ（ｆ）の周波数特性はおおむね一致する）ため、両者はある程度相殺されるので、Ｇ（ｆ）の周波数特性がそのまま現れることはない。

一方、基準レベル＝１０ｄＢｍ、Ｓ−ＡＴＴ１１のゲイン設定値＝１０ｄＢの場合（Ｎ１０（ｆ））は、Ｎａｎａ（ｆ）はＶ−ＡＴＴ２１のゲインＧＶ（Ｌ）によって減衰され、Ｎａｎａ（ｆ）のレベルはＮａｄｃ（ｆ）より小さくなる。図に示すように、Ｎａｄｃ（ｆ）は一般的にはほぼ平坦でＧ（ｆ）とは相関が無いため、結果として、スペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルの周波数特性Ｎｓａ（ｆ）には、Ｇ（ｆ）の周波数特性がほとんどそのまま現れてしまうこととなる。

図４は、実際に測定した結果に基づいて、ノイズフロアレベルからＮａｄｃ（ｆ）を減算した場合の周波数特性を示したものである。仮に、Ｎａｄｃ（ｆ）を完全に減算することができれば、Ｎ１０（ｆ）の場合においても、Ｎａｄｃ（ｆ）の影響は無くなり、ノイズフロアレベルの周波数特性をＮ０（ｆ）の場合と同じにすることができる。加えて、基準レベルを上昇させていった場合においても、Ｎａｄｃ（ｆ）の影響を受けなくなるので、基準レベルによらずノイズフロアレベルを一定値にすることもできる。

ここで、図３及び図４を参照してＮ０（ｆ）とＮ１０（ｆ）とを比較する。まず、図３において、例えばオフセット周波数が±５ＭＨｚでは、Ｎ０（ｆ）とＮ１０（ｆ）との差は、ミキサ１３に対する入力レベル差が１０ｄＢであるにもかかわらず、７ｄＢ程度になっている。これは、アナログ構成の周波数変換部１０のノイズレベルよりもＡＤＣ２３のノイズレベルＮａｄｃ（ｆ）の方が支配的となっているからである。

これに対し、図４では、オフセット周波数が±５ＭＨｚにおいて、Ｎ０（ｆ）とＮ１０（ｆ）との差は、ミキサ１３に対する入力レベル差と同じ１０ｄＢが得られている。この結果は、基準レベルを上昇させていった場合においても、スペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルは、Ｎａｄｃ（ｆ）の影響を受けなくなることを示している。

なお、図４においては、Ｎ１０（ｆ）でのノイズフロアレベルはＮ０（ｆ）と比べて１０ｄＢ低いが、実際はＶ−ＡＴＴ２１のゲインに応じて基準レベルは上がるので（ＡＤＣ２３のフルスケールレベルに対する表示部２７の表示レベルが変わる）、Ｎ１０（ｆ）とＮ０（ｆ）の表示レベルは同じになる。

（実験結果）
次に、ノイズフロアレベルからＮａｄｃ（ｆ）を減算した場合の効果を確認するために行った実験の結果について図５を用いて説明する。なお、実験では、ＲＢＷ（分解能帯域幅）＝１ＭＨｚで測定し、その結果をＲＢＷ＝１Ｈｚに換算した。

図５（ａ）は、Ｎ０（ｆ）の場合（ミキサ１３の入力レベル＝−１０ｄＢｍ）におけるオフセット周波数±１５ＭＨｚでのノイズフロアレベルの周波数特性を示している。図５（ａ）において、実線は初期値のノイズフロアレベルの周波数特性、破線は初期値からＮａｄｃ（ｆ）を減算した後のノイズフロアレベルの周波数特性を示している。図示の周波数帯域において、初期値及びＮａｄｃ（ｆ）減算後のノイズフロアレベルの変動はともに１ｄＢ程度であるが、Ｎａｄｃ（ｆ）を減算することによりノイズフロアレベルは初期値よりも０．５〜１ｄＢ程度低下している。したがって、Ｎ０（ｆ）の場合は、ダイナミックレンジが０．５〜１ｄＢ程度改善されることになる。

図５（ｂ）は、Ｎ１０（ｆ）の場合（ミキサ１３の入力レベル＝０ｄＢｍ）におけるオフセット周波数±１５ＭＨｚでのノイズフロアレベルの周波数特性を示している。図５（ｂ）において、実線は初期値のノイズフロアレベルの周波数特性、破線は初期値からＮａｄｃ（ｆ）を減算した後のノイズフロアレベルの周波数特性を示している。図示の周波数帯域において、初期値のノイズフロアレベルは１．５ｄＢ程度の範囲内で変動しているが、Ｎａｄｃ（ｆ）減算後のノイズフロアレベルは１ｄＢ程度の範囲内の変動である。したがって、Ｎａｄｃ（ｆ）減算によるノイズフロアレベルの周波数特性の平坦化が図られている。また、Ｎ１０（ｆ）の場合は、Ｎａｄｃ（ｆ）を減算することによりノイズフロアレベルは初期値よりも４．５〜５．８ｄＢ程度も低下している。したがって、Ｎ１０（ｆ）の場合は、前述のノイズフロアレベルの変動幅の減少に加えてダイナミックレンジが４．５〜５．８ｄＢ程度も拡大されることになる。

なお、Ｖ−ＡＴＴ２１のゲインに応じて基準レベルが上がるので（ＡＤＣ２３のフルスケールレベルに対する表示部２７の表示レベルが変わる）、図５（ｂ）に示したノイズフロアレベルは１０ｄＢ上昇する。

次に、スペクトラムアナライザ１におけるノイズフロアレベル減算部２５の動作について図６を用いて説明する。なお、ノイズフロアレベル減算部２５が、基準レベル＝０ｄＢｍ、Ｓ−ＡＴＴ１１のゲイン設定値＝１０ｄＢの場合のスペクトラムアナライザ１のノイズレベルであるＮ０（ｆ）と、基準レベル＝１０ｄＢｍ、Ｓ−ＡＴＴ１１のゲイン設定値＝１０ｄＢの場合のスペクトラムアナライザ１のノイズレベルであるＮ１０（ｆ）とを用いてノイズフロアレベルの周波数特性を平滑化する例を説明する。

設定部３０は、Ｓ−ＡＴＴ１１の入力端子を接地し、Ｓ−ＡＴＴ１１のゲインを１０ｄＢに設定する（ステップＳ１１）。

設定部３０は、基準レベル＝０ｄＢｍとなるＶ−ＡＴＴ２１のゲイン（第１のゲイン）をＶ−ＡＴＴ２１に設定する（ステップＳ１２）。

ノイズフロアレベル測定部２５ａは、ｆ特補正フィルタ２４の出力レベルを測定することにより、Ｎ０（ｆ）でのノイズフロアレベル（第１のノイズフロアレベル）を測定する（ステップＳ１３）。

設定部３０は、基準レベル＝１０ｄＢｍとなるＶ−ＡＴＴ２１のゲイン（第２のゲイン）をＶ−ＡＴＴ２１に設定する（ステップＳ１４）。

ノイズフロアレベル測定部２５ａは、ｆ特補正フィルタ２４の出力レベルを測定することにより、Ｎ１０（ｆ）でのノイズフロアレベル（第２のノイズフロアレベル）を測定する（ステップＳ１５）。

ノイズレベル算出部２５ｂは、ＧＶ（Ｌ）及びＧ（ｆ）のゲインの補正値データを設定部３０から受け取り、この補正値データと、Ｎ０（ｆ）及びＮ１０（ｆ）のデータとから［数１］に基づいてＮａｄｃ（ｆ）を算出する（ステップＳ１６）。

ノイズレベル減算部２５ｃは、被測定信号の測定時において、ノイズフロアレベルＮ０（ｆ）及びＮ１０（ｆ）からＮａｄｃ（ｆ）を減算する（ステップＳ１７）。その結果、Ｎ０（ｆ）及びＮ１０（ｆ）の場合においてスペクトラムアナライザ１のノイズフロアレベルの周波数特性からＮａｄｃ（ｆ）の影響が排除される。

以上のように、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１は、ノイズフロアレベル減算部２５がノイズフロアレベルからＡＤＣ２３のノイズレベルを減算するので、ＡＤＣ２３のノイズレベルに起因するノイズフロアレベルの上昇を抑制することができる。したがって、本実施形態におけるスペクトラムアナライザ１は、従来のものよりもダイナミックレンジを拡大することができる。

なお、前述の実施形態において、基準レベルを０ｄＢｍと１０ｄＢｍ（ミキサ１３の入力レベルが−１０ｄＢｍと０ｄＢｍ）で説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、基準レベルを１ｄＢｍ、２ｄＢｍ、・・・１１ｄＢｍ等としてＡＤＣ２３のノイズレベルを求めて減算する構成としてもよい。

また、前述の実施形態において、本発明の信号解析装置をＦＦＴ方式のスペクトラムアナライザに適用した例を挙げて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、アナログ回路の後段にＡＤＣを備えたシグナルアナライザ等の信号解析装置や、一般的な掃引型のスペクトラムアナライザに適用することができ同様の効果が得られる。

以上のように、本発明に係る信号解析装置及び信号解析方法は、従来のものよりもダイナミックレンジを拡大することができるという効果を有し、移動通信システムで用いられる高周波信号を解析する信号解析装置及び信号解析方法として有用である。

１スペクトラムアナライザ（信号解析装置）
１０周波数変換部（周波数変換手段）
１１Ｓ−ＡＴＴ（第１の減衰器）
１２局部発振器
１３ミキサ
１４ＢＰＦ
１５ＩＦ増幅器
２１Ｖ−ＡＴＴ（第２の減衰手段）
２２ＢＰＦ
２３ＡＤＣ（アナログデジタル変換手段）
２４ｆ特補正フィルタ（周波数特性補正手段）
２５ノイズフロアレベル減算部（ノイズフロアレベル減算手段）
２５ａノイズフロアレベル測定部
２５ｂノイズレベル算出部
２５ｃノイズレベル減算部
２６信号解析部
２７表示部
２８掃引部
２９操作部
３０設定部

Claims

アナログの入力信号の信号レベルを調整する第１の減衰器（１１）を含み、前記入力信号を所定の中間周波数の信号に周波数変換する周波数変換手段（１０）と、
前記周波数変換手段の出力信号の信号レベルを調整する第２の減衰手段（２１）と、
前記第２の減衰手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段（２３）と、
前記アナログデジタル変換手段の出力信号の周波数特性を補正する周波数特性補正手段（２４）と、を備えた信号解析装置（１）であって、
所定の周波数帯域において前記第１の減衰器から前記周波数特性補正手段までの全体のノイズレベルを示すノイズフロアレベルから前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するノイズフロアレベル減算手段（２５）を備え、
前記ノイズフロアレベル減算手段は、
前記所定の周波数帯域において前記第２の減衰手段のゲインが第１のゲインであるときのノイズフロアレベルを第１のノイズフロアレベルとして測定するとともに前記第２の減衰手段のゲインが第２のゲインであるときのノイズフロアレベルを第２のノイズフロアレベルとして測定するノイズフロアレベル測定部（２５ａ）と、
前記第１及び前記第２のノイズフロアレベルと前記第２の減衰手段及び前記周波数特性補正手段のゲインとに基づいて前記所定の周波数帯域における前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを算出するノイズレベル算出部（２５ｂ）と、
前記ノイズフロアレベルから前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するノイズレベル減算部（２５ｃ）と、
を備えたことを特徴とする信号解析装置。
アナログの入力信号の信号レベルを調整する第１の減衰器（１１）を含み、前記入力信号を所定の中間周波数の信号に周波数変換する周波数変換手段（１０）と、
前記周波数変換手段の出力信号の信号レベルを調整する第２の減衰手段（２１）と、
前記第２の減衰手段の出力信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換手段（２３）と、
前記アナログデジタル変換手段の出力信号の周波数特性を補正する周波数特性補正手段（２４）と、を備えた信号解析装置（１）を用いて前記入力信号を解析する信号解析方法であって、
所定の周波数帯域において前記第１の減衰器から前記周波数特性補正手段までの全体のノイズレベルを示すノイズフロアレベルから前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するノイズフロアレベル減算ステップ（Ｓ１１〜Ｓ１７）を含み、
前記ノイズフロアレベル減算ステップは、
前記所定の周波数帯域において前記第２の減衰手段のゲインが第１のゲインであるときのノイズフロアレベルを第１のノイズフロアレベルとして測定するとともに前記第２の減衰手段のゲインが第２のゲインであるときのノイズフロアレベルを第２のノイズフロアレベルとして測定するノイズフロアレベル測定ステップ（Ｓ１３、Ｓ１５）と、
前記第１及び前記第２のノイズフロアレベルと前記第２の減衰手段及び前記周波数特性補正手段のゲインとに基づいて前記所定の周波数帯域における前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを算出するノイズレベル算出ステップ（Ｓ１６）と、
前記ノイズフロアレベルから前記アナログデジタル変換手段のノイズレベルを減算するノイズレベル減算ステップ（Ｓ１７）と、
を含むことを特徴とする信号解析方法。