JP2006292710A - Broadband real-time digital spectrum equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】演算量を少なくし、広帯域なリアルタイム・デジタル・スペクトラム装置の提供。
【解決手段】広帯域な被測定信号を複数のバンドパスフィルタ110により周波数軸で分割し、各バンドパスフィルタ110を通過した信号をそれぞれに対応した個別のアナログデジタル変換器120でサンプリングしデジタル信号化する。アナログデジタル変換器120は必要に応じてアンダーサンプリングを行い、各アナログデジタル変換器120の出力が複数のデジタルダウンコンバータ130に接続され、さらに周波数軸上で分割され、また、デジタルダウンコンバータ130の出力は一旦メモリ140に格納されるが、直接FFT(高速フーリエ変換)演算回路150に入力され、各FFT演算回路150の出力スペクトラムが、周波数軸上で連結整理され表示装置やデータ収録装置に格納される。
【選択図】 図1To provide a broadband real-time digital spectrum apparatus with a reduced amount of calculation.
A wide-band signal under measurement is divided on the frequency axis by a plurality of band-pass filters, and a signal that has passed through each band-pass filter is sampled by a corresponding analog-to-digital converter and converted into a digital signal. To do. The analog-to-digital converter 120 performs undersampling as necessary, and the output of each analog-to-digital converter 120 is connected to a plurality of digital down converters 130 and further divided on the frequency axis, and the output of the digital down converter 130 Is temporarily stored in the memory 140, but directly input to the FFT (Fast Fourier Transform) arithmetic circuit 150, and the output spectrum of each FFT arithmetic circuit 150 is concatenated on the frequency axis and stored in the display device or data recording device. The
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置に関する。 The present invention relates to a broadband real-time digital spectrum apparatus.
従来、周波数に関し一定の帯域を測定する装置としては、スペクトラムアナラザがある。スペクトラムアナライザは、比較的広帯域を測定する掃引式およびヘテロダイン方式と特定の狭帯域を測定するFFT(高速フーリエ変換)方式がある。 Conventionally, there is a spectrum analyzer as an apparatus for measuring a certain band with respect to frequency. The spectrum analyzer includes a sweep type and a heterodyne type for measuring a relatively wide band, and an FFT (Fast Fourier Transform) type for measuring a specific narrow band.
また、無線技術の進歩、社会の要請により、利用電波帯の広域(高周波)化、過密化、利用技術の多様化がある。この傾向は今後も深層拡大志向と考えられる。 In addition, with the advancement of wireless technology and social demands, there are wide (high frequency) radio wave bands, overcrowding, and diversification of use technologies. This trend will continue to be deeply expanded.
現在、FFT方式(IFサンプリング・デジタル直交検波方式のFFTアナライザ)のスペクトラムアナライザには以下の製品があり(非特許文献1参照。)、次の特徴を有する。
1.RFダウンコンバータは、高周波信号を帯域制限されたIF周波数の信号(IF信号)に変換する。
2.IF信号は高速のA/D変換器でデジタル信号に変換される。
3.デジタル化されたIF信号は、直交検波処理される場合もある。
これは、デジタルダウンコンバータと呼ばれる専用チップで実現される場合もあるし、DSPなどの高速演算器によりメモリ上の演算処理によって行われる場合もある。その信号は、実数部と虚数部の複素信号となる。
4.3で処理された信号をFFT演算によりスペクトラムに変換される。
5.3の処理をへずして、2のデジタル化されたIF信号(実数信号である)を直接FFT演算をほどこしスペクトラムを求めることもありうる。Currently, there are the following products in the spectrum analyzer of the FFT method (IF sampling / digital quadrature detection method FFT analyzer) (see Non-Patent Document 1), and has the following features.
1. The RF down-converter converts a high-frequency signal into an IF frequency signal (IF signal) whose band is limited.
2. The IF signal is converted into a digital signal by a high-speed A / D converter.
3. The digitized IF signal may be subjected to quadrature detection processing.
This may be realized by a dedicated chip called a digital down converter, or may be performed by a calculation process on a memory by a high-speed arithmetic unit such as a DSP. The signal is a complex signal having a real part and an imaginary part.
The signal processed in 4.3 is converted into a spectrum by FFT calculation.
Without performing the processing in 5.3, it is possible to obtain a spectrum by directly performing an FFT operation on the digitized IF signal (which is a real signal).
また、現在、FFT方式(アナログ直交検波方式のFFTアナライザ)のスペクトラムアナライザには以下の製品があり(非特許文献2参照。)、次の特徴を有する。
1.RFダウンコンバータは、高周波信号を帯域制限されたIF周波数の信号(IF信号)に変換する。
2.アナログ回路により直交検波を行う。
IF周波数と同じ周波数のCW信号で位相が90度ずれたものをミキシングし、それぞれの差の周波数成分を実数部と虚数部とした複素信号とする。
3.アナログの実数部と虚数部の信号にそれぞれA/D変換器に入力させデジタル化する。
4.デジタル化した複素信号に対してFFT演算を行いスペクトラムを求める。Currently, there are the following products in the spectrum analyzer of the FFT method (analog quadrature detection method FFT analyzer) (see Non-Patent Document 2), and has the following features.
1. The RF down-converter converts a high-frequency signal into an IF frequency signal (IF signal) whose band is limited.
2. Perform quadrature detection with an analog circuit.
A CW signal having the same frequency as the IF frequency and having a phase shift of 90 degrees is mixed to obtain a complex signal having a frequency component of each difference as a real part and an imaginary part.
3. The analog real part and imaginary part signals are respectively input to the A / D converter and digitized.
4). An FFT operation is performed on the digitized complex signal to obtain a spectrum.
また、アナログ信号においては、複数個のフィルタにより構成されるフィルタバンクという手段が知られている(非特許文献3参照。)。 For analog signals, a means called a filter bank composed of a plurality of filters is known (see Non-Patent Document 3).
しかしながら、上述した従来のIFサンプリング・デジタル直交検波方式で得られるスペクトラムの最大帯域幅は、原理的にA/Dのサンプリング周波数の1/2以上はとれない。実際にはIF BPFの過渡特性により、1/4から1/3程度が普通である。 However, the maximum bandwidth of the spectrum obtained by the conventional IF sampling / digital quadrature detection method described above cannot theoretically be more than ½ of the A / D sampling frequency. Actually, about 1/4 to 1/3 is normal due to the transient characteristic of IF BPF.
同じく、アナログ直交検波方式では、A/D変換器を2個使うことによりサンプリング周波数が2倍であることと等価であり、扱える帯域幅は2倍になる。 Similarly, in the analog quadrature detection method, using two A / D converters is equivalent to doubling the sampling frequency, and the handleable bandwidth is doubled.
上述のいづれの方式にしても、扱える帯域幅は、
1) 扱い可能帯域幅 ≦ A/D変換のサンプリング周波数/2
または、
2) 扱い可能帯域幅 ≦ A/D変換のサンプリング周波数
である。Regardless of which method is used, the bandwidth that can be handled is
1) Handleable bandwidth ≤ A / D conversion sampling frequency / 2
Or
2) Handleable bandwidth ≤ A / D conversion sampling frequency.
また、より高速なA/D変換器をもちいれば扱い可能帯域幅を大きく取れるが、高速になるほどA/Dは高価になる。
また、その時々でA/Dの速度は入手可能なデバイスにより限界がある。Further, if a higher-speed A / D converter is used, the handleable bandwidth can be increased, but the higher the speed, the more expensive the A / D.
In addition, the A / D speed is limited by available devices from time to time.
また、FFT等の離散フーリエ変換で得られるスペクトラムの帯域幅(スパン)はA/D変換機のサンプリング周波数で決まってしまう。
これ以上広い帯域の信号を扱おうとすると、IFサンプリング・デジタル直交検波方式、アナログ直交検波方式のシステムを複数同時に動作させるしかない。
しかしその場合、ダウンコンバータの周波数の一致、位相の同期−信号の同時性の確保が困難である。Also, the spectrum bandwidth (span) obtained by discrete Fourier transform such as FFT is determined by the sampling frequency of the A / D converter.
In order to handle signals of a wider band than this, there is no choice but to simultaneously operate a plurality of IF sampling / digital quadrature detection system and analog quadrature detection system.
However, in that case, it is difficult to ensure the frequency matching of the down converter and the synchronization of the phase and the synchronization of the signals.
また、IFサンプリング・デジタル直交検波方式、アナログ直交検波方式を複数同時に動作させるシステムは、RFダウンコンバータ部のような高周波アナログ回路部分が高価である。Further, in a system that simultaneously operates a plurality of IF sampling / digital quadrature detection methods and analog quadrature detection methods, a high-frequency analog circuit portion such as an RF down-converter unit is expensive.
また、サンプリング周波数が高速になると、データサイズが膨大になってしまう。HDDにリアルタイムで記録すれば、記憶コストは各段に下げられるが、記録のための記憶素子の応答時間や書き込み時間がネックになり、信号の連続的記録ができなくなってしまう。 Further, when the sampling frequency becomes high, the data size becomes enormous. When recording in real time on the HDD, the storage cost is reduced to each stage, but the response time and write time of the storage element for recording become a bottleneck, and continuous recording of signals becomes impossible.
また、「リアルタイム・FFT・帯域幅」といって、入力する信号のスペクトラムを切れ目無く連続的に取得するには、演算器の演算速度がこれを決定する。一般にFFTの演算量は
演算量∝(log2N)×N
という関係にある。NはFFTのサイズである。(Bringham 高速フーリエ変換)サンプリング周波数が同じであれば、Nが大きいほど、周波数軸で多数のスペクトラムデータを得ることができる(周波数分解能が向上する)。しかしサンプリング周波数が高いときは、Nはある値以下でないと計算が間に合わない。
結局、リアルタイム・FFT・帯域幅は演算器の速度に比例する。但しこれはA/D変換機のサンプリング周波数とは無関係である。(金と物量をかければいくらでも速くなる)In addition, in order to continuously obtain the spectrum of the input signal as “real time / FFT / bandwidth” continuously without interruption, the calculation speed of the calculator determines this. In general, the amount of computation of FFT is
Complexity 演算 (log 2 N) × N
There is a relationship. N is the size of the FFT. (Bringham Fast Fourier Transform) If the sampling frequency is the same, the larger N is, the more spectrum data can be obtained on the frequency axis (frequency resolution is improved). However, when the sampling frequency is high, the calculation is not in time unless N is less than a certain value.
After all, real-time, FFT, and bandwidth are proportional to the speed of the calculator. However, this is independent of the sampling frequency of the A / D converter. (If you spend money and quantity, it will be as fast as you want)
帯域幅と演算量の関係について考察すると、広い帯域幅のFFTを得ようとすればサンプリング周波数を上げなければならないことがわかる。周波数軸で同じ分解能を得ようとすると、単位時間あたりに多数のデータをサンプリングすることになる。
リアルタイム・FFT・帯域幅 ∝ 演算速度/演算量
FFT演算量=((log2N)×N)
である、これを、何段階かのサイズで比較したのが下の表である。Considering the relationship between the bandwidth and the amount of calculation, it can be seen that the sampling frequency must be increased in order to obtain a wide bandwidth FFT. To obtain the same resolution on the frequency axis, a large number of data are sampled per unit time.
Real-time / FFT / Bandwidth ∝ Calculation speed / Computation amount FFT computation amount = ((log 2 N) × N)
The table below compares this in several levels of size.
表1のように、小さいサイズのほうが計算効率がよい。
また、FFTサイズは小さければ小さいほど計算効率が良い。
また、DSPや高速プロセッサは内部キャッシュのヒット率が演算速度に大きく寄与するので、上記の表の数値以上に、小さなFFTサイズは有利である。As shown in Table 1, the smaller size has better calculation efficiency.
Also, the smaller the FFT size, the better the calculation efficiency.
In DSPs and high-speed processors, the hit rate of the internal cache greatly contributes to the calculation speed. Therefore, a smaller FFT size than the numerical values in the above table is advantageous.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、
広帯域な被測定信号を複数のバンドパスフィルタにより周波数軸で分割し、各バンドパスフィルタを通過した信号をそれぞれに対応した個別のアナログデジタル変換器でサンプリングしデジタル信号化することと、バンドパスフィルタの出力信号がそのナイキスト周波数を越える場合は、アナログデジタル変換器が必要に応じてアンダーサンプリングを行うことと、各アナログデジタル変換器の出力が複数のデジタルダウンコンバータに接続され、さらに周波数軸上で分割されることと、デジタルダウンコンバータの出力は一旦メモリに格納されるか、直接FFT(高速フーリエ変換)演算回路に入力され、各FFT演算回路の出力スペクトラムが、周波数軸上で連結整理され表示装置やデータ収録装置に格納されることを特徴とする広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of such problems,
A wideband signal to be measured is divided by a plurality of bandpass filters on the frequency axis, and the signals that have passed through each bandpass filter are sampled by individual analog-to-digital converters corresponding to each, and converted into digital signals. If the output signal exceeds the Nyquist frequency, the analog-to-digital converter performs undersampling as necessary, and the output of each analog-to-digital converter is connected to multiple digital downconverters. The output of the digital down converter is temporarily stored in a memory or directly input to an FFT (Fast Fourier Transform) arithmetic circuit, and the output spectrum of each FFT arithmetic circuit is connected and arranged on the frequency axis. Broadband characterized by being stored in device or data recording device An object of the present invention is to provide a real-time digital spectrum apparatus.
また、本発明は、複数のアナログデジタル変換器と複数のデジタルダウンコバータの接続が、切り替え可能なことを特徴とする広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置を提供することを目的とする。 It is another object of the present invention to provide a broadband real-time digital spectrum apparatus characterized in that the connection between a plurality of analog-digital converters and a plurality of digital down-converters can be switched.
本発明の広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置は、広帯域な被測定信号を複数のバンドパスフィルタにより周波数軸で分割し、各バンドパスフィルタを通過した信号をそれぞれに対応した個別のアナログデジタル変換器でサンプリングしデジタル信号化し、また、バンドパスフィルタの出力信号がそのナイキスト周波数を越える場合は、アナログデジタル変換器が必要に応じてアンダーサンプリングを行うものである。 The wideband real-time digital spectrum apparatus of the present invention divides a wideband signal under measurement by a plurality of bandpass filters on the frequency axis, and the individual analog-to-digital converters corresponding to the signals passing through each bandpass filter respectively. Sampling into a digital signal, and if the output signal of the bandpass filter exceeds its Nyquist frequency, the analog-to-digital converter performs undersampling as necessary.
本発明の広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置によれば、広帯域な被測定信号を複数のバンドパスフィルタにより周波数軸で分割し、各バンドパスフィルタを通過した信号をそれぞれに対応した個別のアナログデジタル変換器でサンプリングしデジタル信号化し、また、バンドパスフィルタの出力信号がそのナイキスト周波数を越える場合は、アナログデジタル変換器が必要に応じてアンダーサンプリングを行うことにより、アナログデジタル変換器のナイキスト周波数に制限されず、局部発振器を掃引発振することなしに広帯域なスペクトラムを観測することができる。 According to the wide-band real-time digital spectrum apparatus of the present invention, a wide-band signal under measurement is divided on the frequency axis by a plurality of band-pass filters, and individual analog-to-digital conversions corresponding to the signals passing through the respective band-pass filters If the output signal of the bandpass filter exceeds the Nyquist frequency, the analog-to-digital converter performs undersampling as necessary to limit the analog-to-digital converter to the Nyquist frequency. In addition, a broadband spectrum can be observed without sweeping the local oscillator.
また、本発明の広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置は、各アナログデジタル変換器の出力が複数のデジタルダウンコンバータに接続され、さらに周波数軸上で分割され、また、デジタルダウンコンバータの出力は一旦メモリに格納されるか、直接FFT(高速フーリエ変換)演算回路に入力され、各FFT演算回路の出力スペクトラムが、周波数軸上で連結整理され表示装置やデータ収録装置に格納されるものである。 In the broadband real-time digital spectrum device of the present invention, the output of each analog-digital converter is connected to a plurality of digital down converters and further divided on the frequency axis, and the output of the digital down converter is temporarily stored in a memory. It is stored or directly input to an FFT (Fast Fourier Transform) arithmetic circuit, and the output spectrum of each FFT arithmetic circuit is connected and arranged on the frequency axis and stored in a display device or data recording device.
本発明の広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置によれば、広帯域な被測定信号を複数のバンドパスフィルタにより周波数軸で分割し、各アナログデジタル変換器の出力が複数のデジタルダウンコンバータに接続され、さらに周波数軸上で分割され、また、デジタルダウンコンバータの出力は一旦メモリに格納されるか、直接FFT(高速フーリエ変換)演算回路に入力され、各FFT演算回路の出力スペクトラムが、周波数軸上で連結整理され表示装置やデータ収録装置に格納されることにより、アナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号を連結整理し、広帯域なスペクトラムとして観測することができる。 According to the wideband real-time digital spectrum apparatus of the present invention, a wideband signal under measurement is divided by a plurality of bandpass filters on the frequency axis, and the output of each analog-digital converter is connected to a plurality of digital downconverters. Divided on the frequency axis, the output of the digital down converter is temporarily stored in the memory or directly input to the FFT (Fast Fourier Transform) arithmetic circuit, and the output spectrum of each FFT arithmetic circuit is linked on the frequency axis By organizing and storing in a display device or data recording device, digital signals converted by the analog-digital converter can be connected and organized and observed as a broadband spectrum.
本発明の広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置によれば、一部の狭帯域を観測する場合は、複数のアナログデジタル変換器と複数のデジタルダウンコバータの接続が、切り替え可能なものである。 According to the broadband real-time digital spectrum apparatus of the present invention, when observing a part of a narrow band, the connection between a plurality of analog-digital converters and a plurality of digital down-converters can be switched.
複数のアナログデジタル変換器と複数のデジタルダウンコバータの接続が、切り替え可能なものにすることにより、広帯域のみならず一部の狭帯域を観測することができる。 By making the connection of a plurality of analog-digital converters and a plurality of digital down-converters switchable, not only a wide band but also a part of a narrow band can be observed.
本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
請求項1記載の発明広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置によれば、アナログデジタル変換器のサンプリング周波数に依存することなく、広帯域の信号を同時性を維持しながら、サンプリングすることができる。これは、アナログの中間周波数さえ広帯域にできれば、複数のアナログデジタル変換器を用いれば無制限に帯域幅をとれることができる。
また、周波数分割するにも、アナログのダウンコンバータ(ミキサと局部発信機とバンドパスフィルタの組み合わせ)を最小限にし(ここでコストがかかる)、デジタルダウンコンバータを活用することにより、アナログに比べれば総合コストは安価、無調整、チップ化、量産によるコストダウンなどができる。
また、取得した信号を周波数軸上で分割することにより、時系列で扱い易い比較的低いサンプリングレートの信号に分割でき、記憶や計算のハードウェアを簡単に構成できる(高速レートの信号系を時分割するのは大規模、超高速ロジック回路になってしまう)。また、取得した信号は、末端では複数のチャンネルの狭帯域で低速レートの信号に分割される。そのためリアルタイムに安価で大容量なHDD等への記録が可能となる。The present invention has the following effects.
According to the wideband real-time digital spectrum apparatus of the first aspect, it is possible to sample a wideband signal while maintaining simultaneity without depending on the sampling frequency of the analog-digital converter. As long as even an analog intermediate frequency can be widened, an unlimited bandwidth can be obtained by using a plurality of analog-digital converters.
Also, for frequency division, the analog down converter (combination of mixer, local oscillator and bandpass filter) is minimized (this is costly) and by using a digital down converter, compared to analog The total cost is low, no adjustment, chip making, and cost reduction by mass production.
In addition, by dividing the acquired signal on the frequency axis, it can be divided into signals with a relatively low sampling rate that are easy to handle in time series, and the hardware for storage and calculation can be easily configured (a high-speed signal system can be The division will be a large-scale, ultra-high-speed logic circuit). Further, the acquired signal is divided into a low-rate signal in a narrow band of a plurality of channels at the end. For this reason, it is possible to record on an inexpensive, large-capacity HDD or the like in real time.
また、請求項2記載の発明の広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置によれば、取得した信号が末端では複数のチャンネルの狭帯域で低速レートの信号に分割が、それらは同時性と位相の連続性が保たれているため、各チャンネルの複素スペクトラムを逆フーリエして入力の広帯域信号の時間軸に復元することが可能である。 According to the broadband real-time digital spectrum apparatus of the present invention as claimed in
以下、本発明の広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置を実施するための最良の形態について説明する。
まず、広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置にかかる第1の発明実施するための最良の形態について説明するThe best mode for carrying out the broadband real-time digital spectrum apparatus of the present invention will be described below.
First, the best mode for carrying out the first invention according to the broadband real-time digital spectrum apparatus will be described.
図1の10のアナログモジュールは、60のアンプと100のRFダウンコンバータと70のスイッチとで構成され、50の入力信号からの信号は、105のワイドバンドIFシグナルと100のRFダウンコンバータを介して70のスイッチにより切り替えられる構成を有する装置である。 The 10 analog modules in FIG. 1 are composed of 60 amplifiers, 100 RF downconverters, and 70 switches, and signals from 50 input signals are routed through 105 wideband IF signals and 100 RF downconverters. This is a device having a configuration that can be switched by 70 switches.
図1の20の信号処理モジュールは、10のアナログモジュールから出力された信号を受信し、以下の構成よりなる装置である。 The
110のバンドパスフィルタは複数個から構成される。
110のバンドパスフィルタは1個につき120のアナログデジタルデバイス1個と接続する。従って、120のアナログデジタルデバイスは110のバンドパスフィルタの個数と同数となる。
120のアナログデジタルデバイス1個には、複数個の130のデジタルダウンコンバータが190のクロスバースイッチを介して接続する。図1では、120のアナログデジタルデバイス1個につき、4個の130のデジタルダウンコンバータが190のクロスバースイッチを介して接続している。
140のメモリは、130のデジタルダウンコンバータで獲得したデータを一旦格納する。
150のFFT演算装置は、FFT演算を行うデバイスである。150のFFT演算装置はDSPでも良いが、FPGAで高速かつリアルタイム(入力信号をもれなく連続的に演算する)に演算可能な回路を組むとよい。本発明においては、DSPあるいはFPGAなどの専用回路のどちらでも良い。
尚、FFT演算回路のIPは既存のものが多数存在する。
130のデジタルダウンコンバータと140のメモリと150のFFT演算装置は、各1個づつ対応し接続される。
160は連結演算装置である。
以上が20の信号処理モジュールの構成である。110 band pass filters are composed of a plurality.
One 110 band-pass filter is connected to one 120 analog-digital device. Therefore, the number of 120 analog-digital devices is the same as the number of 110 band-pass filters.
A plurality of 130 digital down converters are connected to one 120 analog-digital devices via 190 crossbar switches. In FIG. 1, four 130 digital down converters are connected via 190 crossbar switches per 120 analog-digital devices.
The 140 memory temporarily stores data acquired by the 130 digital down converter.
150 FFT operation devices are devices that perform FFT operations. The 150 FFT arithmetic unit may be a DSP, but it is preferable to construct a circuit that can perform high-speed and real-time (input signals are continuously calculated without exception) using an FPGA. In the present invention, either a dedicated circuit such as a DSP or an FPGA may be used.
There are many existing IPs for FFT operation circuits.
130 digital down converters, 140 memories, and 150 FFT arithmetic units are connected and connected one by one.
The above is the configuration of the 20 signal processing modules.
また、図1の30のデータ処理モジュールは、170の表示部と180のデータ収録装置から構成される。
170の表示部は、パンコン画面あるいはメモリをもった画像表示装置などで良い。
また、180のデータ収録装置は、市販のHDDなどで良い。Further, the 30 data processing modules in FIG. 1 are composed of 170 display units and 180 data recording devices.
The
The 180 data recording device may be a commercially available HDD.
次に、図1の動作を説明する。
図1の100のRFダウンコンバータは、一定の範囲内で任意の周波数をアナログデジタル変換可能な中間周波数信号(以下IF信号という)に変換するものである。
詳細は図の2と3で説明する。
100のRFダウンコンバータの出力には、一般の場合、バンドパスフィルタ(BPF)が装備されており、出力信号は帯域制限されている。
100のRFダウンコンバータは広い帯域に応答するものとする。例えば200MHzなど従来のIFサンプリング方式では対応できないような広い帯域でもよい。
本発明では110のバンドパスフィルタを複数設ける。それぞれの通過帯域は図5に示す。
各々の110のバンドパスフィルタの通過帯域は図5で説明するように、連結すれば100のRFダウンコンバータの帯域をカバーするようにする。Next, the operation of FIG. 1 will be described.
The RF down
Details will be described with reference to FIGS.
The output of 100 RF down converters is generally equipped with a band pass filter (BPF), and the output signal is band limited.
100 RF downconverters shall respond to a wide band. For example, a wide band such as 200 MHz that cannot be handled by the conventional IF sampling method may be used.
In the present invention, a plurality of 110 band pass filters are provided. Each passband is shown in FIG.
As shown in FIG. 5, the pass band of each 110 band pass filter covers the band of 100 RF down converters when connected.
120のアナログデジタルデバイス群は、それぞれの入力は個々の110のバンドパスフィルタに対応する。
120のアナログデジタルデバイスは、一部の例外をのぞいてアンダーサンプリング法により、ナイキスト周波数以上の高いIF周波数をサンプリングするものとする。
120のアナログデジタルデバイスのサンプリング周波数は一つではなく、二つ以上の複数が想定される。詳細は図5で説明する。The 120 analog-digital device groups each correspond to an individual 110 bandpass filter.
The 120 analog / digital devices sample the IF frequency higher than the Nyquist frequency by the undersampling method with some exceptions.
The sampling frequency of 120 analog-digital devices is not one, but two or more are assumed. Details will be described with reference to FIG.
130のデジタルダウンコンバータは、複数個であり、詳細は図4に示す。
130のデジタルダウンコンバータの場合、多くは1チップで4チャンネルあるいはさらに多数のチャンネルを実装している。関係各図では4チャンネルで説明する。
120のアナログデジタルデバイスに複数の130のデジタルダウンコンバータを対応させることにより、120のアナログデジタルデバイスの検出した信号を複数の帯域に分割して、FFT処理することができる。これにより、個々のFFTサイズを小さくすることが可能になり、演算効率があがる
また、ハードウェアによる演算回路の構成が容易になる。There are a plurality of 130 digital down converters, and details are shown in FIG.
In the case of 130 digital down converters, many have four channels or even more channels implemented on a single chip. Each figure will be described with 4 channels.
By making a plurality of 130 digital down converters correspond to the 120 analog digital devices, the signals detected by the 120 analog digital devices can be divided into a plurality of bands and subjected to FFT processing. As a result, it becomes possible to reduce the individual FFT size and increase the calculation efficiency. Also, the configuration of the calculation circuit by hardware becomes easy.
個々の150のFFT演算装置で得たスペクトラムは、120のアナログデジタルデバイス及び130のデジタルダウンコンバータの帯域に対応している。これを周波数軸上につなぎ合わせれば、広帯域のスペクトラムを得ることができる。
160は連結演算装置は、上述の周波数軸上につなぎ合わす演算を行う。
こうして得た広帯域スペクトラムを170の表示部(PC画面、あるいは、メモリを持った画像表示装置など)に広帯域スペクトラムとして表示する。
また、上述の広帯域スペクトラムのデータは必要があれば、180のデータ収録装置に記録する。The spectrum obtained by each of 150 FFT arithmetic units corresponds to the band of 120 analog-digital devices and 130 digital down converters. If this is connected on the frequency axis, a broadband spectrum can be obtained.
The broadband spectrum thus obtained is displayed as a broadband spectrum on 170 display units (PC screen or image display device having a memory).
If necessary, the above-mentioned broadband spectrum data is recorded in 180 data recording devices.
190のクロスバースイッチは、120のアナログデジタルデバイスの出力と130のデジタルダウンコンバータの接続を随意に切り替える装置である。既存の論理回路技術で容易に実現できる。詳細は図8、図9とその説明による。 190 crossbar switches are devices that arbitrarily switch the output of 120 analog digital devices and the connection of 130 digital down converters. It can be easily realized with existing logic circuit technology. Details are shown in FIGS. 8 and 9 and the description thereof.
次に図2を説明する。図2は図1の100のRFダウンコンバータから110のバンドパスフィルタに渡される信号を周波数ドメインの変化として描いたものである。
210の100のRFダウンコンバータの入力信号は、100のRFダウンコンバータへの入力信号である。このうちから図2の装置が設定できる範囲で任意の220の中心周波数f0を中心として、一定の帯域幅の部分、すなわち215の100のRFダウンコンバータのバンドパスフィルタの特性により決定される部分、を適当に設定された中間周波数fdの周波数軸上で平行に移動させる。(215の100のRFダウンコンバータのバンドパスフィルタの特性により決定され、240の帯域制限された、A/D可能な中間信号周波数に平行移動)。
110のバンドパスフィルタは、100のRFダウンコンバータのバンドパスフィルタ信号で示す細い実線と破線の台形のように、240の帯域制限された、A/D可能な中間信号周波数を細かく分割する。110のバンドパスフィルタの通過帯域はいくらかのオーバーレイを取るとよい。Next, FIG. 2 will be described. FIG. 2 depicts the signal passed from the
The input signal of the 210 RF down converter 210 is an input signal to the 100 RF down converter. Among these, within a range that can be set by the apparatus of FIG. 2, centering on an arbitrary 220 center frequency f 0 , a portion of a certain bandwidth, that is, a portion determined by the characteristics of the band pass filter of 215 of 100 RF down converters It is moved in parallel on the frequency axis of the appropriately configured intermediate frequency f d a. (Translated to 240 band-limited, A / D capable intermediate signal frequencies determined by the characteristics of the band pass filter of 215 100 RF downconverters).
The 110 bandpass filters finely divide the 240 band-limited A / D-capable intermediate signal frequencies, as shown by the thin solid and dashed trapezoids shown by the 100 RF downconverter bandpass filter signals. The passband of the 110 bandpass filter may take some overlay.
次に、図3を説明する。図3は100のRFダウンコンバータの詳細を説明したものであり、既存の技術である。
fIN:入力周波数(50の入力信号の周波数)
fLo:局部発信器周波数(320の局部発信器の発する周波数)
fIF:中間周波数(310のミキサを介し、100のRFダウンコンバータのバンドパスフィルタを介して、帯域制限された中間周波数信号)
fIF=fIN±fLo (1)
50の入力信号の周波数は、(1)式により中間周波数に変換する。
100のRFダウンコンバータは、330の100のRFダウンコンバータのバンドパスフィルタ有しており、中間信号は帯域制限される。Next, FIG. 3 will be described. FIG. 3 illustrates the details of 100 RF downconverters and is an existing technology.
f IN : Input frequency (frequency of 50 input signals)
f Lo : Local oscillator frequency (frequency emitted by 320 local oscillators)
f IF : intermediate frequency (intermediate frequency signal band-limited via a bandpass filter of 100 RF downconverters via 310 mixers)
f IF = f IN ± f Lo (1)
The frequency of the 50 input signals is converted to an intermediate frequency according to equation (1).
The 100 RF downconverter has a bandpass filter of 330 100 RF downconverter, and the intermediate signal is band limited.
次に、図4を説明する。図4は130のデジタルダウンコンバータの詳細を説明したものであり、既存の技術である。
410の120のアナログデジタル変換デバイスにより変換されたデジタル信号のデータストリームで、入力は該変換されたデジタル信号のデータストリームである。
420のデジタル信号発生デバイスは、デジタル信号を発生させる。
421の420のデジタル信号発生デバイスから出力された信号は、cos(2πfIFt)のデジタル信号を発生する。
422の420のデジタル信号発生デバイスから出力された信号は、sin(2πfIFt)のデジタル信号を発生する。
430のミキサおよび440のミキサは、410の120のアナログデジタル変換デバイスにより変換されたデジタル信号のデータストリームにより入力される信号と421の420のデジタル信号発生デバイスから出力されたcos(2πfIFt)のデジタル信号と、422の420のデジタル信号発生デバイスから出力されたsin(2πfIFt)のデジタル信号とを、それぞれ乗算を行う。乗算結果、すなわち450のローパスフィルタと460のローパスフィルタとへの出力は、図3と同様に、fIFとcos(2πfIFt)とsin(2πfIFt)の周波数の和と差の二つの成分となる。差のほうは、周波数が0の所謂ベースバンド信号となる。
450のローパスフィルタと460のローパスフィルタとは、ローパスフィルタで、上記信号のうち和の成分を除去し差のベースバンド信号だけを通過させる。
この結果の周波数のうち、入力とcos(2πfIFt)の乗算を経たほうを「I成分」(470の450のローパスフィルタより出力された信号)、同様にsin(2πfIFt)に対応するほうを「Q成分」(480の450のローパスフィルタより出力された信号)と呼ぶのが一般的である。
以下、I成分、Q成分と記す場合は、上述による。Next, FIG. 4 will be described. FIG. 4 illustrates the details of 130 digital down converters and is an existing technology.
410 is a digital signal data stream converted by 120 analog-digital conversion devices, and the input is the converted digital signal data stream.
The digital signal generation device 420 generates a digital signal.
The signal output from the digital signal generation device 420 of 421 generates a digital signal of cos (2πf IF t).
The signal output from the digital signal generating device 420 of 422 generates a digital signal of sin (2πf IF t).
The 430 mixer and the 440 mixer are the signals input by the digital signal data stream converted by the 410 analog / digital conversion device 410 and cos (2πf IF t) output from the 420 digital signal generation device 421. And the digital signal of sin (2πf IF t) output from the digital signal generating device 420 of 422 are respectively multiplied. As in FIG. 3, the multiplication result, that is, the output to the 450 low pass filter and the 460 low pass filter, is the two sums and differences of the frequencies of f IF , cos (2πf IF t) and sin (2πf IF t). Become an ingredient. The difference is a so-called baseband signal with a frequency of zero.
The 450 low-pass filter and the 460 low-pass filter are low-pass filters that remove the sum component from the above signals and pass only the difference baseband signal.
Of the resulting frequencies, the product of input multiplied by cos (2πf IF t) corresponds to the “I component” (signal output from the low-pass filter of 470 450), and similarly to sin (2πf IF t). Is generally called a “Q component” (a signal output from a 450 low-pass filter of 480).
Hereinafter, the I component and the Q component are as described above.
次に、図6を説明する。図6は、バンドパスフィルタ(以下BPFという)を通過した信号の処理を図解したものである。
また、併せて図5の説明をする。図5は、120のアナログデジタルデバイスのサンプリング周波数と信号処理可能な帯域の対応を示した例図である。
図6の信号は、110のバンドパスフィルタ群を通過し120のアナログデジタルデバイス群で観測される信号は、どの帯域をサンプリングした信号であっても、図6の(a)のように、OHzからナイキスト周波数(fs/2)の間の帯域の信号として観測される。
また、図5の500の80MHz帯域における0MHzから50MHzのローパスフィルタを経てサンプリングした信号、550の120MHz帯域における0MHzから70MHzのローパスフィルタを経てサンプリングした信号のように0Hzよりのローパスフィルタ(以下LPFという)を経てサンプリングした信号は、ナイキスト周波数近くに、アリアジング帯域が存在する。
この信号をサンプリング周波数がfsのまま、FFT演算を施せば、上記の帯域のスペクトラムを得ることができるが、表1のように演算効率が悪い。また、fsが高速であればあるほど、電気回路の設計と製造の困難が大きくなってしまう。ことに最先端の高速なアナログデジタル変換器を使う場合はなおさらである。Next, FIG. 6 will be described. FIG. 6 illustrates processing of a signal that has passed through a band-pass filter (hereinafter referred to as BPF).
In addition, FIG. 5 will be described together. FIG. 5 is an example showing the correspondence between sampling frequencies of 120 analog-digital devices and bands in which signal processing is possible.
The signal shown in FIG. 6 passes through the 110 band-pass filter group and the signal observed in the 120 analog-digital device group is a signal obtained by sampling any band, as shown in FIG. To the Nyquist frequency (fs / 2).
Further, a low-pass filter (hereinafter referred to as LPF) from 0 Hz such as a signal sampled through a low-pass filter from 0 MHz to 50 MHz in the 80 MHz band of 500 in FIG. 5 and a signal sampled through a low-pass filter from 0 MHz to 70 MHz in the 120 MHz band of 550 in FIG. ) Has an aliasing band near the Nyquist frequency.
If this signal is subjected to FFT calculation with the sampling frequency kept at fs, the spectrum of the above band can be obtained, but the calculation efficiency is poor as shown in Table 1. Also, the higher the fs, the greater the difficulty in designing and manufacturing the electrical circuit. This is especially true when using the latest high-speed analog-to-digital converters.
また、図6の610の信号処理帯域を、図6の(b)の状態のように、複数の帯域に分割すれば、
1) サンプリング周波数を分周して回路的困難さを軽減できる。
2) 同じ分解能を得るためのFFTサンプル数を減らすこ七になり、演算効率がよい。
などの利点がある。
また、信号の帯域を分割するには、デジタルダウンコンバータ(DDC)というLSIがすでに市販されている。また、FPGAのIPソースとても存在している。これらのDDCは、1チップで複数のチャンネルを実装したものもあるので便利である。
また、帯域の分割と、サンプリング周波数のデシメーションは対応する。
分割数=デシメーション数
つまり、4つに分割するならサンプリング周波数は1/4に出来る。
また、図5のように、異なるサンプリング周波数によってえられた信号を、その公約数のサンプリング周波数までデシメーションすれば、サンプリング周波数が相互に同じになり非常に扱い易くなる。
例えば、図5では、80MHz、120MHzの2つのサンプリング周波数があるが、これらの最大公約数は40MHzである。
また、例えば、110のバンドパスフィルタを4つ装備し、それぞれの通過帯域を周波数の低いほうから図5の560の120MHz帯域における50MHzから130MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号、570の120MHz帯域における90MHzから190MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号に対応させる。図5の560の120MHz帯域における50MHzから130MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号、570の120MHz帯域における90MHzから190MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号は各々1/3にデシメーションすれば出力サンプリング周波数は40MHzになる。
このようにして分割した帯域の信号から得られるスペクトラムを合成すると、帯域幅140MHzのスペクトラムを得ることが可能となる。Further, if the signal processing band 610 in FIG. 6 is divided into a plurality of bands as in the state of FIG. 6B,
1) Dividing the sampling frequency can reduce circuit difficulties.
2) The number of FFT samples for obtaining the same resolution is reduced, and the calculation efficiency is good.
There are advantages such as.
In order to divide the signal band, an LSI called a digital down converter (DDC) has already been marketed. There is also an FPGA IP source. These DDCs are convenient because some DDCs have a plurality of channels mounted thereon.
Band division and sampling frequency decimation correspond.
Dividing number = decimating number In other words, if dividing into four, the sampling frequency can be reduced to ¼.
Further, as shown in FIG. 5, if signals obtained at different sampling frequencies are decimated to the common divisor sampling frequency, the sampling frequencies become the same as each other, which makes it very easy to handle.
For example, in FIG. 5, there are two sampling frequencies of 80 MHz and 120 MHz, and their greatest common divisor is 40 MHz.
Also, for example, four 110 band pass filters are provided, and each pass band is sampled from a lower frequency through a band pass filter of 50 MHz to 130 MHz in the 120 MHz band of 560 in FIG. The signal sampled through a bandpass filter of 90 MHz to 190 MHz in FIG. The signal sampled through the band pass filter from 50 MHz to 130 MHz in the 120 MHz band of 560 in FIG. 5 and the signal sampled through the band pass filter from 90 MHz to 190 MHz in the 120 MHz band of 570 is output sampling frequency if each decimated to 1/3 Becomes 40 MHz.
By synthesizing the spectrum obtained from the divided band signals in this way, a spectrum with a bandwidth of 140 MHz can be obtained.
次に、図7を説明する。図7は、スペクトラムの合成に関する帯域分割の具体例であって、図6をさらに詳しくしたものである。
700の10のアナログモジュールの出力バンドパスフィルタの帯域であって、50MHz〜130MHZまでの80MHzに渡り、平坦な出力を持つものとする。
710のバンドパスフィルタの通過帯域と、720のバンドパスフィルタの通過帯域と、730のバンドパスフィルタの通過帯域の3つのバンドパスフィルタの通過帯域とする。
710のバンドパスフィルタの通過帯域は、サンプリング周波数80MHzの120のアナログデジタル変換デバイスに接続し、720のバンドパスフィルタの通過帯域は、サンプリング周波数は100MHzの120のアナログデジタル変換デバイスに接続し、730のバンドパスフィルタの通過帯域は、サンプリング周波数は120MHzの120のアナログデジタル変換デバイスに接続する。
710のバンドパスフィルタの通過帯域と、720のバンドパスフィルタの通過帯域と、730のバンドパスフィルタの通過帯域に対応する120のアナログデジタル変換デバイスの出力はそれぞれ別個の130のデジタルダウンコンバータに入力される。Next, FIG. 7 will be described. FIG. 7 is a specific example of band division related to spectrum synthesis, and is a more detailed view of FIG.
The band of the output bandpass filter of 10 analog modules of 700 is assumed to have a flat output over 80 MHz from 50 MHz to 130 MHZ.
A pass band of three band pass filters, a pass band of 710 band pass filter, a pass band of 720 band pass filter, and a pass band of 730 band pass filter.
The passband of the 710 bandpass filter is connected to 120 analog-to-digital conversion devices with a sampling frequency of 80 MHz, the passband of 720 bandpass filter is connected to 120 analog-to-digital conversion devices with a sampling frequency of 100 MHz, and 730 The pass band of the band-pass filter is connected to 120 analog-digital conversion devices having a sampling frequency of 120 MHz.
The output of 120 analog-to-digital conversion devices corresponding to the pass band of 710 band-pass filter, the pass band of 720 band-pass filter, and the pass band of 730 band-pass filter are respectively input to 130 digital down converters. Is done.
710のバンドパスフィルタの通過帯域に対応した130のデジタルダウンコンバータは、Decimation=8で、出力レートは10MHz、出力は4チャンネル(以下CHという)で、1CHの出力帯域幅は5MHz強とする。各出力CHの帯域は若干の重複を持たせる。
また、4CH繋ぎ合わせの帯域幅は20MHzとし、50MHzから70MHzをカバーする。
また、720のバンドパスフィルタの通過帯域に対応した130のデジタルダウンコンバータは、Decimation=10で、出力レートは10MHz、出力は8CHで、各出力CHの帯域幅は5MHzで、70MHzから110MHzの40MHzをカバーする。
また、730のバンドパスフィルタの通過帯域に対応した130のデジタルダウンコンバータは、Decimation=12で、出力レートは10MHz、出力は4CHで、各出力CHの帯域幅は5MHzで、70MHzから110MHzの40MHzをカバーする
また、730のバンドパスフィルタの通過帯域に対応した130のデジタルダウンコンバータでは、734の730に対応した出力レートの帯域より上も処理できるが、700の10のアナログモジュールの出力バンドパスフィルタの帯域を越えてしまうので、それ以上の周波数を扱う意味がない。
また、各130のデジタルダウンコンバータの出力レートは3つの120のアナログデジタル変換デバイスのサンプリング周波数の公約数にすると、各130のデジタルダウンコンバータの出力レートを同じにすることができる。
また、各110のバンドパスフィルタと各120のアナログデジタル変換デバイスには、各130のデジタルダウンコンバータが対応し、各130のデジタルダウンコンバータは複数の出力CHを持つものとする。
また、各130のデジタルダウンコンバータの各出力は多少のクロスオーバーを持ちながらすきまなく連続するようにする。
結果、700の10のアナログモジュールの出力バンドパスフィルタの帯域は、平坦な通過帯域幅50MHz−130MHz=80MHzを周波数軸で分割したスペクトラムを得ることが可能になる。
さらに多数の各110のバンドパスフィルタと、120のアナログデジタル変換デバイスと、130のデジタルダウンコンバータを繋ぎ合わせれば無制限に広帯域なスペクトラムを得ることができる。The 130 digital down converters corresponding to the pass band of the 710 band pass filter have Decimation = 8, an output rate of 10 MHz, an output of 4 channels (hereinafter referred to as CH), and an output bandwidth of 1 CH of slightly over 5 MHz. The band of each output CH has a slight overlap.
The bandwidth of 4CH connection is 20 MHz, and covers 50 MHz to 70 MHz.
In addition, 130 digital down converters corresponding to the pass band of the 720 band pass filter have Decimation = 10, the output rate is 10 MHz, the output is 8 CH, the bandwidth of each output CH is 5 MHz, and 40 MHz from 70 MHz to 110 MHz. Cover.
In addition, 130 digital down converters corresponding to the pass band of the 730 band pass filter have Decimation = 12, the output rate is 10 MHz, the output is 4 CH, the bandwidth of each output CH is 5 MHz, and 40 MHz from 70 MHz to 110 MHz. In addition, the 130 digital down converter corresponding to the pass band of the 730 band-pass filter can perform processing higher than the band of the output rate corresponding to 730 of 734, but the output band pass of the 10 analog modules of 700 Since it exceeds the filter bandwidth, there is no point in handling higher frequencies.
Further, if the output rate of each of the 130 digital down converters is a common divisor of the sampling frequencies of the three 120 analog to digital conversion devices, the output rate of each of the 130 digital down converters can be made the same.
Each of the 110 band-pass filters and each of the 120 analog-digital conversion devices corresponds to each of the 130 digital down converters, and each of the 130 digital down converters has a plurality of output CHs.
In addition, each output of each of the 130 digital down converters is continuous with no gaps while having a slight crossover.
As a result, it is possible to obtain a spectrum obtained by dividing the flat band-
Furthermore, if a large number of 110 band-pass filters, 120 analog-digital conversion devices, and 130 digital down converters are connected, an unlimited wide-band spectrum can be obtained.
次に、図1の150のFFT演算装置における計算速度について述べる。
150のFFT演算装置における計算最高速度は、FPGAでは回路設計で決まる。DSPにおいてもコーディングの巧拙はあるが、一定以上の速度はでない。
そこで、リアルタイムFFTを得るために必要とされる演算速度は、
所要時間: FFT窓関数
FFT窓関数: 分解能に逆比例 ; k/Rbw ,kは比例定数2〜3
FFTサイズ:窓関数時間×サンプリング周波数
測定周波数スパン: サンプリング周波数に比例 ; 実数Fs/2、複素数Fs
とすると、
演算量: FFTサイズ×log(FFTサイズ)
となり、
演算速度: 演算量/所要時間
=FFT1回の演算量/窓関数時間長
つまり、演算速度は周波数スパンに大きく依存する。分解能にも若干依存する。
したがって、演算は間に合わないが大容量メモリに格納したあとに、演算すれば擬似的リアルタイムにはなる。
そのために必要なメモリサイズは、
データ取得時間×DDC出力チャンネル数×DDC出力周波数
となり、表2の結果が得られる。Next, the calculation speed in the FFT
The maximum calculation speed in 150 FFT arithmetic units is determined by circuit design in FPGA. Although DSP is skillful in coding, it is not faster than a certain speed.
Therefore, the calculation speed required to obtain the real-time FFT is
Time required: FFT window function FFT window function: inversely proportional to resolution; k / Rbw, k is a proportional constant 2-3
FFT size: window function time x sampling frequency Measurement frequency span: proportional to sampling frequency; real number Fs / 2, complex number Fs
Then,
Complexity: FFT size x log (FFT size)
And
Calculation speed: Calculation amount / Time required
= FFT calculation amount / window function time length
In other words, the calculation speed greatly depends on the frequency span. It also depends somewhat on the resolution.
Therefore, the calculation is not in time, but if it is calculated after being stored in the large-capacity memory, it becomes pseudo real time.
The memory size required for that is
Data acquisition time x number of DDC output channels x DDC output frequency, and the results in Table 2 are obtained.
以上のことから、本発明を実施するための第1の最良の形態によれば、広帯域な被測定信号を複数のバンドパスフィルタにより周波数軸で分割し、各バンドパスフィルタを通過した信号をそれぞれに対応した個別のアナログデジタル変換器でサンプリングしデジタル信号化し、また、バンドパスフィルタの出力信号がそのナイキスト周波数を越える場合は、アナログデジタル変換器が必要に応じてアンダーサンプリングを行うため、アナログデジタル変換器のナイキスト周波数に制限されず、局部発振器を掃引発振することなしに広帯域なスペクトラムを観測することができる。
また、各アナログデジタル変換器の出力が複数のデジタルダウンコンバータに接続され、さらに周波数軸上で分割され、また、デジタルダウンコンバータの出力は一旦メモリに格納されるか、直接FFT(高速フーリエ変換)演算回路に入力され、各FFT演算回路の出力スペクトラムが、周波数軸上で連結整理され表示装置やデータ収録装置に格納されるため、アナログデジタル変換器により変換されたデジタル信号を連結整理し、広帯域なスペクトラムとして観測することができる。From the above, according to the first best mode for carrying out the present invention, a wide-band signal under measurement is divided by a plurality of bandpass filters on the frequency axis, and the signals that have passed through each bandpass filter are respectively If the output signal of the bandpass filter exceeds the Nyquist frequency, the analog-to-digital converter performs undersampling as necessary. It is not limited to the Nyquist frequency of the converter, and a wide spectrum can be observed without sweeping the local oscillator.
The output of each analog-digital converter is connected to a plurality of digital down converters and further divided on the frequency axis, and the output of the digital down converter is temporarily stored in a memory or directly FFT (Fast Fourier Transform) Since the output spectrum of each FFT arithmetic circuit is input to the arithmetic circuit and connected and arranged on the frequency axis and stored in the display device or data recording device, the digital signal converted by the analog-to-digital converter is connected and arranged. It can be observed as a simple spectrum.
なお、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。 The present invention is not limited to the best mode for carrying out the above-described invention, and various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
つぎに、広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置にかかる第2の発明を実施するための最良の形態について説明する。 Next, the best mode for carrying out the second invention according to the broadband real-time digital spectrum apparatus will be described.
図8、図9を説明する。図8、図9は、アナログデジタル変換デバイスとデジタルダウンコンバータの切替例図である。
スペクトラム測定をする場合、より狭い帯域を周波数分解能を高くして測定することも必要になる。そのような場合は、図1の190のクロスバースイッチを設け、アナログデジタル変換デバイスとデジタルダウンコンバータの接続の組み合わせを切りかえると便利である。
以下、図8、図9で用いている符号と簡略表記は次の通りである。
120のアナログデジタル変換デバイスはA/D1と表記する。
121のアナログデジタル変換デバイスはA/D2と表記する。
122のアナログデジタル変換デバイスはA/D3と表記する。
123のアナログデジタル変換デバイスはA/D4と表記する。
120のアナログデジタル変換デバイス及び121のアナログデジタル変換デバ イス及び122のアナログデジタル変換デバイス及び123のアナログデジタル 変換デバイスを総称してA/Dと表記する。
130のデジタルダウンコンバータはDDC1と表記する。
131のデジタルダウンコンバータはDDC2と表記する。
132のデジタルダウンコンバータはDDC3と表記する。
133のデジタルダウンコンバータはDDC4と表記する。
130のデジタルダウンコンバータ及び131のデジタルダウンコンバータ及び 132のデジタルダウンコンバータ及び133のデジタルダウンコンバータを総 称してA/Dと表記する。
尚、図8、図9はアナログデジタル変換デバイス4個と、デジタルダウンコンバータ4個と、デジタルダウンコンバータは、4チャンネル(CHと表記)の例である。
図8は、A/DとDDCが1対1対応している。最も広帯域ナスペクトラムを得るための接続である。図8の例では各DDCは4CHのダウンコンバータを有しているとすると、全帯域を最大16個の部分の帯域まで分割することが出来る。
図9は、A/D2とA/D3をそれぞれDDC1、DDC2と、DDC3、DDC4に接続している。A/D1とA/D2の周波数範囲は当然ながら処理できないが、A/D2とA/D3の帯域を16個まで分割でき、また、A/D1とA/D2に対応した帯域の処理が可能である。
同様にA/DとDDCの切替の組み合わせにより、FFT処理毎に切り替えれば広い帯域の高分解能スペクトラムを得ることができる。また、DDCのチャンネル数は必要に応じて増減させればよい。ただし、完全なリアルタイム性はなくなる。8 and 9 will be described. 8 and 9 are switching examples of the analog-digital conversion device and the digital down converter.
When performing spectrum measurement, it is also necessary to measure a narrower band with higher frequency resolution. In such a case, it is convenient to provide the
Hereinafter, symbols and simplified notations used in FIGS. 8 and 9 are as follows.
The 120 analog-digital conversion devices are denoted as A / D1.
The analog-digital conversion device 121 is denoted as A / D2.
The analog-digital conversion device 122 is denoted as A / D3.
The analog / digital conversion device 123 is denoted as A / D4.
The 120 analog-digital conversion devices, 121 analog-digital conversion devices, 122 analog-digital conversion devices, and 123 analog-digital conversion devices are collectively referred to as A / D.
The 130 digital down converter is denoted as DDC1.
The digital down converter 131 is denoted as DDC2.
The digital down converter 132 is denoted as DDC3.
The digital down converter 133 is denoted as DDC4.
The 130 digital down converters, 131 digital down converters, 132 digital down converters, and 133 digital down converters are collectively referred to as A / D.
FIGS. 8 and 9 are examples of four analog-digital conversion devices, four digital down converters, and four channels of digital down converters (denoted as CH).
In FIG. 8, there is a one-to-one correspondence between A / D and DDC. This is the connection to obtain the widest band spectrum. In the example of FIG. 8, if each DDC has a 4CH down converter, the entire band can be divided into a maximum of 16 partial bands.
In FIG. 9, A / D2 and A / D3 are connected to DDC1, DDC2, DDC3, and DDC4, respectively. The frequency range of A / D1 and A / D2 cannot be processed naturally, but the A / D2 and A / D3 bands can be divided up to 16, and the band corresponding to A / D1 and A / D2 can be processed. It is.
Similarly, a high resolution spectrum of a wide band can be obtained by switching each FFT process by a combination of A / D and DDC switching. The number of DDC channels may be increased or decreased as necessary. However, complete real-time characteristics are lost.
以上のことから、本発明を実施するための第2の最良の形態によれば、一部の狭帯域を観測する場合は、複数のアナログデジタル変換器と複数のデジタルダウンコバータの接続が、切り替え可能なものであるため、広帯域のみならず一部の狭帯域を観測することができる。 From the above, according to the second best mode for carrying out the present invention, when observing some narrow bands, the connection between a plurality of analog-digital converters and a plurality of digital down-converters is switched. Since it is possible, not only a wide band but also a part of a narrow band can be observed.
なお、本発明は上述の発明を実施するための最良の形態に限らず本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。 The present invention is not limited to the best mode for carrying out the above-described invention, and various other configurations can be adopted without departing from the gist of the present invention.
広帯域リアルタイム・デジタル・スペクトラム装置産業に関する。It relates to the broadband real-time digital spectrum equipment industry.
10 アナログモジュール
20 信号処理モジュール
30 データ処理モジュール
50 入力信号
60 アンプ
70 スイッチ
100 RFダウンコンバータ
105 ワイドバンドIFシグナル
110 バンドパスフィルタ
120 アナログデジタル変換デバイス
121 アナログデジタル変換デバイス
122 アナログデジタル変換デバイス
123 アナログデジタル変換デバイス
130 デジタルダウンコンバータ
131 デジタルダウンコンバータ
132 デジタルダウンコンバータ
133 デジタルダウンコンバータ
140 メモリ
150 FFT演算装置
160 連結演算装置
170 表示部
180 データ収録装置
190 クロスバースイッチ
210 100のRFダウンコンバータの入力信号
215 100のRFダウンコンバータのバンドパスフィルタの特性
220 任意の周波数
230 100のRFダウンコンバータのバンドパスフィルタ信号
240 帯域制限されたA/D変換可能な中間周波数
310 ミキサー
320 局部発信器
330 100のRFダウンコンバータのバンドパスフィルタ
410 120のアナログデジタル変換デバイスにより変換されたデジタル信号のデータストリーム
420 デジタル信号発生デバイス
421 420のデジタル信号発生デバイスから出力された信号
422 420のデジタル信号発生デバイスから出力された信号
430 ミキサ
440 ミキサ
450 ローパスフィルタ
460 ローパスフィルタ
470 450のローパスフィルタより出力された信号
480 450のローパスフィルタより出力された信号
500 80MHz帯域における0MHzから50MHzのローパスフィルタを経てサンプリングした信号
510 80MHz帯域における30MHzから90MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号
520 80MHz帯域における70MHzから130MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号
530 80MHz帯域における110MHzから170MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号
540 80MHz帯域における150MHzから210MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号
550 120MHz帯域における0MHzから70MHzのローパスフィルタを経てサンプリングした信号
560 120MHz帯域における50MHzから130MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号
570 120MHz帯域における90MHzから190MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号
580 120MHz帯域における170MHzから250MHzのバンドパスフィルタを経てサンプリングした信号
610 信号処理帯域
700 10のアナログモジュールの出力バンドパスフィルタ出力
710 バンドパスフィルタの通過帯域
711 710に対応した出力レート
712 710に対応した出力レート
713 710に対応した出力レート
714 710に対応した出力レート
720 バンドパスフィルタの通過帯域
721 720に対応した出力レート
722 720に対応した出力レート
723 720に対応した出力レート
724 720に対応した出力レート
725 720に対応した出力レート
726 720に対応した出力レート
727 720に対応した出力レート
728 720に対応した出力レート
730 バンドパスフィルタの通過帯域
731 730に対応した出力レート
732 730に対応した出力レート
733 730に対応した出力レート
734 730に対応した出力レートDESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Analog module 20 Signal processing module 30 Data processing module 50 Input signal 60 Amplifier 70 Switch 100 RF down converter 105 Wideband IF signal 110 Band pass filter 120 Analog digital conversion device 121 Analog digital conversion device 122 Analog digital conversion device 123 Analog digital conversion Device 130 Digital downconverter 131 Digital downconverter 132 Digital downconverter 133 Digital downconverter 140 Memory 150 FFT processing unit 160 Connection processing unit 170 Display unit 180 Data recording unit 190 Crossbar switch 210 100 RF downconverter input signal 215 100 Special characteristics of RF downconverter band-pass filter 220 RF downconverter bandpass filter signal 240 at arbitrary frequency 230 100 Bandlimited A / D convertible intermediate frequency 310 Mixer 320 Local oscillator 330 100 RF downconverter bandpass filter 410 120 Analog to digital conversion Data stream 420 of digital signal converted by the device 420 Signal output from the digital signal generation device 421 420 Digital signal generation device 421 420 Signal output from the digital signal generation device 440 Mixer 450 Mixer 450 Low pass filter 460 Low pass filter 470 Signal 480 output from 450 low-pass filter Signal output from 450 low-pass filter 500 Signal output from 0 MHz to 50 MHz in 80 MHz band A signal sampled through a pass-pass filter 510 A signal sampled through a band-pass filter from 30 MHz to 90 MHz in the 80 MHz band 520 A signal sampled through a band-pass filter from 70 MHz to 130 MHz in the 80 MHz band 530 A band-pass filter from 110 MHz to 170 MHz in the 80 MHz band Signal 540 sampled through 150 MHz to 210 MHz bandpass filter in 80 MHz band Signal 550 Sampled through low pass filter from 0 MHz to 70 MHz in 120 MHz band 560 Sampled through bandpass filter from 50 MHz to 130 MHz in 120 MHz band Signal 570 120MHz band Signal 580 sampled through a bandpass filter from 90 MHz to 190 MHz 580 Signal sampled through a bandpass filter from 170 MHz to 250 MHz in the 120 MHz band 610 Output bandpass filter output 710 of the analog module in the signal processing band 700 10 Passed through the bandpass filter An output rate corresponding to the band 711 710 An output rate corresponding to the output rate 712 710 corresponding to the output rate 712 710 corresponding to the output rate 720 corresponding to the band 711 710 An output rate corresponding to the pass band 721 710 710 An output rate corresponding to the passband 721 720 Output rate corresponding to 723 720 output rate corresponding to 724 720 output rate corresponding to 720 720 output rate corresponding to 726 720 output rate 727 7 Output rate 730 corresponding to 20, output rate 730 corresponding to the passband 731 730 corresponding to the pass band 731 730 output rate corresponding to the output rate 733 corresponding to the output rate 733 corresponding to the output rate 733 corresponding to the output rate 734 corresponding to the output rate 734
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