マイクロニクス

リアルタイム方式の基礎知識

リアルタイム方式とは

MSA500シリーズは、掃引方式とリアルタイム方式の2方式を搭載しています。
掃引方式は従来のスペクトラムアナライザの方式です。

掃引方式

グラフ:掃引方式

1個のRBWフィルタが指定された掃引範囲を移動して、スペクトルを表示。

周波数スペクトルが掃引中に変化していて、RBWフィルタがある位置に来たと時そのスペクトルが無ければ、上図の赤い点線のようにスペクトルは観測されません。

従って、基本的には掃引方式が扱う信号は、スペクトルが時間で変化しない信号 これを「定常信号」と言います。時間と共に変化する信号は「非定常信号」です。 代表例は変調信号です。

リアルタイム方式

グラフ:リアルタイム方式

沢山のフィルタ(MSA500では1024個)が並列に置かれています。
従って時間内の信号は同時にスペクトル波形に変換されます。

リアルタイムと言われる所以

周波数分解能(FFTビン)に等しいフィルタが並列に並べられているため、ある時間内の信号は同時処理 スペクトルが時間的に変化しても取りこぼしが出ません。 変調信号等の「非定常信号」でも扱うことができます。

高速フーリエ変化FFTとは

リアルタイム方式では、フーリエ変換(Fourier Transform)を用いて時間軸信号から周波数軸信号へ変換yします。

時間軸信号f(t) → 周波数軸信号F(ω)

変換式

$$ F(ω)\int_{-∞}^∞ f(t)ε^{-jωt}dt $$

$ω=2πf$ ($f$:周波数)

高速フーリエ変換FFT (Fast Fourier Transform)とは上式の演算のアルゴリズムを工夫することにより、高速化したものを言います。

窓関数

上式では、-∞から∞までの積分となっていますが、現実にはある時間で切り取られた信号を扱います。

イメージグラフ:フーリエ変換

フーリエ変換では、このT秒間切り取った信号が繰り替えられるものとして演算されます。
すると、上図のように不連続点が出てきます。

この不連続点により、下図のようにスプリアスが発生します。

これをサイドローブといいます。

グラフ:サイドローブ

勿論、このサイドローブは邪魔です。
このサイドローブを除去するために窓関数(Window function)を使います。

不連続点をなくすには切り取った波形の前後で下図のようにゼロになっていればよい訳です。

グラフ:窓関数

窓関数は使用目的に応じ、いろいろな種類のものがあります。

MSA500では、4項ブラックマン・ハリスを使用しています。

スペクトルの形状

■掃引方式では、スペクトルの形状を下図のように定義します。

スペクトルの形状

■リアルタイム方式では、RBW設定は行いません。

4項ブラックマン・ハリス窓関数のスペクトル図に示したように、どのスパンでもスペクトル形状は同じで下図のようになります。

ビンとは周波数分解能を表しており、どのスパンでも602ピン(1024ビンの一部)で構成されています。

  • ∴3dB幅=(2/602)×(スパン)
  • また、シェープファクタ=1:4(2ビン:8ビン)

上の画面写真に示したように、画面上ではどのスパンでも同一形状となります。

スパン Δf(1ビン) 3dB幅(2ビン)
20MHz 33.22kHz 66.2kHz
10MHz 16.61kHz 33.2kHz
5MHz 8.31kHz 16.6kHz
2MHz 3.32kHz 6.6kHz
1MHz 1.66kHz 3.3kHz
500kHz 831Hz 1.66kHz
200kHz 332Hz 662Hz
100kHz 166Hz 332Hz
50kHz 83.1Hz 166Hz
20kHz 33.2Hz 66Hz

リアルタイム方式と掃引方式の特長

リアルタイム方式

掃引方式

最大スパン 20MHz

掃引方式の最大スパンは3.3GHz@MSA538/538TG/538E、8.5GHz@MSA558/558Eと非常に広いですが、リアルタイム方式での最大スパンは20MHzです。これは3RDIF周波数とAD変換器のサンプリングレートで決まります。但し、無線通信系、特に変調解析ではほとんどのシステムで許容帯域幅が20MHz以下ですので問題ないと思います。

最大スパン 20MHz

I、Qとは何ですか

全体ブロック図を参照して下さい。下図は、その中の3RD IFからIQ変換までを示しています。

図:3RD IFからIQ変換まで

利点

  1. 信号処理で掛け算をしますが、その時イメージが発生しません。
    • 実数での掛け算$(f_A×f_B)$ 結果:$fA+fB$と$fA-fB$(イメージ)
    • 複素数での掛け算$(f_A×f_B)$ 結果:$f_A+f_B$
  2. 簡単な計算で時間解析ができます。
    ≪パワー対時間≫、≪周波数対時間≫、≪位相対時間≫、≪I,Q対時間≫、≪Q対I≫
  3. 入力信号が変調波であれば、IとQデータからEVMやコンスタレーションを求められる。

豆知識

リアルタイム方式はこんな事も得意

1.時間解析

リアルタイムモードでは、アナログ信号である3RD IFがAD変換機でデジタル化され、その後I、Q分離されていますのでいろいろな時間解析ができます。

サンプリング周波数fs=34MHz×(指定スパン/20MHz)

図:時間解析
  1. パワー対時間解析
    • パワー=(Vi2+Vq2)/50

      バースト的に現れ、デジタル的に変調されたASK変調波などを測定できます。

    • ETCのASK変調波

      ETCのASK変調波
  2. 周波数対時間
    • 周波数=(φnn-1)/360Ts

      FM変調された信号を観測できます。

      • φn:現時点での位相
      • φn-1:1つ前のサンプルの位相
      • Ts:サンプリーングレート(1/fs)
    • FM変調波

      FM変調波
  3. 位相対時間
    • 位相=tan-1(Vq/Vi)

      QPSK変調波の位相が、時間的にどのように変化しているか観測できます。

    • QPSK位相波形

      QPSK位相波形
  4. I、Q対時間
    • 縦軸:Vi及び Vq 、横軸:時間

      QPSK など位相変調のIとQの時間波形を直接観測できます。 ViとVqの2波形表示です。

    • QPSKのI,Q波形

      QPSKのI,Q波形
  5. Q 対 I
    • 縦軸:Vq 、横軸:Vi

      ジタル位相変調の初期位相補正なし、かつ周波数補正なしの生のコンスタレーション波形を観測できます。

    • BPSKのコンスタレーション

      BPSKのコンスタレーション

2.スペクトラム解析

応用

3.オーバーライト解析

応用

4.変調解析

MSA500シリーズは、I、Q分離されたデータを使って変調解析を行うことができます。

トリガという概念

掃引方式では、基本的にトリガという概念がありません。定常信号を扱うことが根底にあるからです。
しかし、リアルタイム方式では時間軸で捉えた信号に対してFFT処理を行っています。つまり、捉えたい所でトリガをかけることができます。バースト的に発生する変調波などの非定常信号の測定には最適です。

トリガという概念1

波形の捕捉範囲はトリガ、プリトリガ、スパンで決まる。

トリガという概念2

1.トリガ

  1. チャネルパワートリガ
  2. チャネルパワートリガスパン内を5チャネルに分割(CH1~CH5)し、その中の指定されたチャネルの全パワーの瞬時値がトリガ設定値を横切る時、トリガが発生します。
    立上り/立下りのスロープ設定もできます。バースト信号を捉える時に便利です。

  3. パワートリガ
  4. IFレベルトリガ表示画面内の全パワーの瞬時値がトリガ設定値を横切る時、トリガが発生します。
    立上がり/立下がりのスロープ設定もできます。

  5. IFレベルトリガ
  6. IFレベルトリガIF信号(17MHzで変調されている)のレベルがトリガ設定値を横切る時、トリガが発生します。
    立上り/立下りのスロープ設定はできません。

  7. 外部トリガ
  8. EXT TRIGコネクタに入力された外部信号でトリガが発生します。入力電圧範囲は1~10Vp-p、周波数範囲はDC~5MHzです。立上り/立下りのスロープ設定もできます。

2.プリトリガ

プリトリガの設定により、トリガ点以前の信号を解析することができます。プリトリガが0%のときはトリガ点以後の信号、50%のときはトリガ点以前が半分、以後が半分の信号、100%のときはすべてトリガ点以前の信号が解析されます。25%ステップでポジションを設定することができます。

プリトリガ

3.スパン

フレーム時間は、スパンで決まります。

スパン サンプリングレート フレーム時間
20MHz 34MHz 30.12μs
10MHz 17MHz 60.24μs
5MHz 8.5MHz 120.5μs
2MHz 3.4MHz 301.2μs
1MHz 1.7MHz 602.4μs
500kHz 850kHz 1.205ms
200kHz 340kHz 3.012ms
100kHz 170kHz 6.024ms
50kHz 85kHz 12.05ms
20kHz 34kHz 30.12ms

製品ピックアップ

問い合わせメニュー
お気軽にお問い合わせください
カタログダウンロード
Topに戻る
カタログダウンロード
問い合わせはこちら


MENU

カタログダウンロード


MENU

カタログダウンロード
メニュー|マイクロニクス