JP4241353B2 - 任意波形発生器 - Google Patents

Description

本発明は任意波形発生器に関するものであり、詳しくは、デジタル通信用デバイスをテストするためのＩＱベースバンド信号などの複数信号を発生するのに適した任意波形発生器に関するものである。

非特許文献１には、実用化されたディジタルＩＱ信号発生器の一例が開示されている。

すなわち、非特許文献１には、W-CDMA(Wideband-Code Devision Multiple Access；広帯域符号分割多重アクセス)方式に対応したベースバンド信号発生器の特長、ハードウェア構成、使用例などが記載されている。
しかし、本発明が目的とするレベルや周波数変更の自由度が確保できるテスト信号発生装置を実現するための具体的な構成に関する言及はない。

ディジタルIQ信号発生器 VB2000 7 横河技報 Vol.44 No.1 (2000) http://www.yokogawa.co.jp/TR/pdf/Japanese/2000-01/20000102.pdf

特許文献１は、多チャンネルデジタル放送擬似信号発生装置に関するものであり、地上デジタル放送開始後の電波発射状況をシミュレートした多チャンネルのデジタル放送擬似信号を発生する技術が開示されている。

この特許文献１の段落番号００２４には、ＯＦＤＭ信号を発生する任意波形発生部を構成する波形バンク部13に、デジタル放送擬似信号波形データを予め登録することが記載されている。段落番号００２６には、波形バンク部13の各EPROMに登録するＯＦＤＭ信号の生成方法が記載され、デジタル放送擬似信号のキャリアとして複素数のデータが出力されることが示されている。段落番号００３０には、波形バンク部13に記憶するこれら複素数のデータに基づく最終的なＯＦＤＭの時間波形信号について記載されている。

すなわち、特許文献１に開示されているＯＦＤＭ信号を発生する任意波形発生部を構成する波形バンク部13は、複素数のデータに基づく最終的なＯＦＤＭの時間波形信号が記憶されるものであり、本発明の任意波形発生部を構成する任意波形メモリとは異なる。

特開２００３−６９５２４

図５は、従来のテスト信号発生装置の一例を示すブロック図である。図５において、任意波形発生部10はＩＱベースバンド信号を発生し、高周波信号発生部20はＩＱ変調機能を備えたものであって、任意波形発生部10が発生するＩＱベースバンド信号により変調された高周波信号を発生する。なお、ＩＱにおけるＩはInphaseの頭文字で同相成分を表し、ＱはQuadratureの頭文字で直交成分を表す。

ここで、任意波形発生部10は、大きく分けて、Ｉ信号系統とＱ信号系統の2系統を備えている。

Ｉ信号系統は、Ｉ信号用に発生すべき任意波形を格納する任意波形メモリ11、任意波形メモリ11の出力をアナログ波形に変換するD／A変換器12、D／A変換器12の変換出力にゲイン・オフセット調整、フィルタ処理などを施す波形整形部13とで構成されている。

Ｑ信号系統は、Ｑ信号用に発生すべき任意波形を格納する任意波形メモリ14、任意波形メモリ14の出力をアナログ波形に変換するD／A変換器15、D／A変換器15の変換出力にゲイン・オフセット調整、フィルタ処理などを施す波形整形部16とで構成されている。

このような構成において、テスト信号を発生させるのにあたっては、各任意波形メモリ11，14に変調波とすべきＩ，Ｑ信号を各々書き込むようにする。

ところで、このようなテスト信号発生装置の用途として、妨害波と希望波を同時に含むようなテスト信号を発生させたい場合がある。そこで、図５に示した従来の構成で妨害波と希望波を同時に含むようなテスト信号を発生させるのにあたり、
1)妨害波と希望波を予め合成したＩＱ信号を各任意波形メモリ11，14に書き込む
2)妨害波、希望波用に任意波形発生部10を複数用意し、それらの出力を加算合成した上で高周波信号発生部20に入力する
3)妨害波、希望波用にそれぞれ任意波形発生部10と高周波信号発生部20を用意し、各高周波信号発生部20の出力を加算合成する
といった方法が取られていた。

しかし、前者２つの方法では、妨害波と希望波のレベルや周波数の関係を変更しようとした場合には、各任意波形メモリ11，14に書き込まれている波形自体の変更を行わなければならず、変更の自由度に欠けている。
これらに対し、３番目の方法によれば変更の自由度は確保できるが、高価で規模の大きい高周波信号発生部20を複数用意しなければならず、コスト面で問題があった。

本発明は、これらの従来の問題点を解決するものであり、その目的は、比較的安価な構成で、複数信号相互間のレベルや周波数の関係を変更する自由度が確保できる任意波形発生器を提供することにある。

このような課題を達成する本発明のうち、請求項１の発明は、
第１の波形データと第２の波形データを格納する第１，第２の任意波形メモリと、
余弦波出力端子と正弦波出力端子を有し、直交する２系統の正弦波を出力する複素正弦波発生部と、
虚数端子と実数端子よりなる第１，第２の入力端子と出力端子を有し、前記第１の任意波形メモリの出力端子は前記第１の入力端子の実数端子に接続されて前記第２の任意波形メモリの出力端子は前記第１の入力端子の虚数端子に接続され、前記第２の入力端子の実数端子には前記複素正弦波発生部の余弦波出力端子が接続されて前記第２の入力端子の虚数端子には前記複素正弦波発生部の出力の正弦波出力端子が接続され、これら任意波形メモリの出力と複素正弦波発生部の出力を複素乗算する複素乗算器と、
複素乗算器の実数側出力データと虚数側出力データを個別にアナログ波形に変換し整形出力するアナログ波形処理手段とで構成され、
直交する２系統の信号を生成することを特徴とする任意波形発生器である。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の任意波形発生器において、
前記複素乗算器の一方の入力端子の実数端子は第１の乗算器の一方の入力端子および第２の乗算器の一方の入力端子に接続され、
前記複素乗算器の一方の入力端子の虚数端子は第３の乗算器の一方の入力端子および第４の乗算器の一方の入力端子に接続され、
前記複素乗算器の他方の入力端子の実数端子は第１の乗算器の他方の入力端子および第４の乗算器の他方の入力端子に接続され、
前記複素乗算器の他方の入力端子の虚数端子は第２の乗算器の他方の入力端子および第３の乗算器の他方の入力端子に接続され、
第１の乗算器の出力端子は減算器の加算端子に接続され、第２の乗算器の出力端子は加算器の一方の入力端子に接続され、第３の乗算器の出力端子は減算器の減算端子に接続され、第４の乗算器の出力端子は加算器の他方の入力端子に接続され、
減算器の出力端子は複素乗算器の出力端子の実数端子に接続され、加算器の出力端子は複素乗算器の出力端子の虚数端子に接続されていることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の任意波形発生器において、
前記複素正弦波発生部は、フェーズアキュムレータと正弦波テーブルを使用した数値演算オシレータであることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の任意波形発生器において、
ＩＱベースバンド信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、比較的安価な構成で、複数信号相互間のレベルや周波数の関係を変更する自由度が確保できる任意波形発生器を実現できる。

以下、本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図５と共通する部分には同一の符号を付けている。
図１において、任意波形メモリ11の出力端子は複素乗算器30の一方の入力端子IN1の実数端子Re.に接続され、任意波形メモリ14の出力端子は複素乗算器30の一方の入力端子IN1の虚数端子Im.に接続されている。複素乗算器30の他方の入力端子IN2の実数端子Re.には複素正弦波発生部40の余弦波出力端子cosωtが接続され、複素乗算器30の他方の入力端子IN2の虚数端子Im.には複素正弦波発生部40の出力の正弦波出力端子sinωtが接続されている。そして、複素乗算器30の出力端子OUTの実数端子Re.はD／A変換器12の入力端子に接続され、複素乗算器30の出力端子OUTの虚数端子Im.はD／A変換器15の入力端子に接続されている。

図２は複素乗算器30の具体例を示すブロック図である。複素乗算器30は、例えば４つの乗算器31〜34と減算器35と加算器36とで構成されている。

複素乗算器30の一方の入力端子IN1の実数端子Re.は乗算器31の一方の入力端子および乗算器32の一方の入力端子に接続され、複素乗算器30の一方の入力端子IN1の虚数端子Im.は乗算器33の一方の入力端子および乗算器34の一方の入力端子に接続されている。

複素乗算器30の他方の入力端子IN2の実数端子Re.は乗算器31の他方の入力端子および乗算器34の他方の入力端子に接続され、複素乗算器30の他方の入力端子IN2の虚数端子Im.は乗算器32の他方の入力端子および乗算器33の他方の入力端子に接続されている。

乗算器31の出力端子は減算器35の加算端子に接続され、乗算器32の出力端子は加算器36の一方の入力端子に接続され、乗算器33の出力端子は減算器35の減算端子に接続され、乗算器34の出力端子は加算器36の他方の入力端子に接続されている。

そして、減算器35の出力端子は複素乗算器30の出力端子OUTの実数端子Re.に接続され、加算器36の出力端子は複素乗算器30の出力端子OUTの虚数端子Im.に接続されている。

複素正弦波発生部40としては、例えばフェーズアキュムレータと正弦波テーブルを使用した数値演算オシレータ（ＮＣＯ）を用いる。この複素正弦波発生部40は、直交する２つの正弦波信号cosωtとsinωtを発生する。

図１および図２の動作を説明する。任意波形メモリ11の出力信号をＩ'、任意波形メモリ14の出力信号をＱ'、複素正弦波発生部40の出力をexp(jωt)とすると、複素乗算器30の出力（Ｉ＋ｊＱ）は次式で示される。
Ｉ＋ｊＱ＝（Ｉ'＋ｊＱ'）・exp(jωt)
これは、（Ｉ'＋ｊＱ'）で示される複素信号の周波数スペクトルを、周波数ωだけ平行移動する操作を表している。すなわち複素乗算器30のωの値によって、任意にメモリ波形のスペクトルを移動できることになる。ちなみにω＝０であれば、スペクトルの移動は行われない。

このような任意波形発生部10の構成によれば、任波波形メモリ11，14に書き込まれている波形を書き換えることなく、出力されるＩＱ信号の中心周波数を変更することが可能となる。

したがって、このようなＩＱ信号をＩＱ変調機能を備えた高周波信号発生部20の入力として用いることにより、高周波信号発生部20側の設定周波数を固定していても、任意波形発生部10を構成する複素正弦波発生器40の周波数を変更することで、高周波信号発生部20の出力周波数を任意に変更することができる。

図３は、本発明に基づき、妨害波と希望波を同時に含むテスト信号を発生させるように構成したテスト信号発生装置の一例を示すブロック図である。図３において、任意波形発生部50，60はそれぞれ図１のように構成されている。任意波形発生部50のＩ信号出力端子は加算器71の一方の入力端子に接続され、任意波形発生部50のＱ信号出力端子は加算器72の一方の入力端子に接続されている。任意波形発生部60のＩ信号出力端子は加算器71の他方の入力端子に接続され、任意波形発生部60のＱ信号出力端子は加算器72の他方の入力端子に接続されている。そして、加算器71の出力端子は高周波信号発生部20のＩ信号入力端子に接続され、加算器72の出力端子は高周波信号発生部20のＱ信号入力端子に接続されている。

ここで、任意波形発生部50の任意波形メモリには希望波のベースバンド波形が書き込まれ、任意波形発生部60の任意波形メモリには妨害波のベースバンド波形が書き込まれているものとする。そして、任意波形発生部50の複素正弦波発生器の設定周波数をω１、任意波形発生部60の複素正弦波発生器の周波数をω２、高周波信号発生部20の設定周波数をωｃとすると、高周波信号発生部20の出力として図４のような希望波、妨害波の合成波形が得られることになる。

図４において、希望波と妨害波の周波数関係は、ω１、ω２の設定により任意に変更可能である。また、希望波と妨害波のレベル関係は、任意波形発生部50と任意波形発生部60のそれぞれのゲイン調整機能で調整できる。
これにより、低コストで、自由度の高い希望波、妨害波を含んだテスト信号の発生が可能となる。

なお上記実施例ではＩＱベースバンド信号を出力する装置について説明したが、本発明は、携帯電話やデジタル放送などのデジタル通信用デバイスをテストするための各種の信号発生器としても有効である。

本発明の一実施例を示すブロック図である。 図１の複素乗算器30の具体例を示すブロック図である。 妨害波と希望波を同時に含むテスト信号を発生させるテスト信号発生装置の一例を示すブロック図である。 図３の装置から出力される希望波と妨害波の合成波形説明図である。 従来のテスト信号発生装置の一例を示すブロック図である。

符号の説明

１１,１４ 任意波形メモリ
１２,１５ Ｄ／Ａ変換器
１３,１６ 波形整形部
２０ 高周波信号発生部
３０ 複素演算器
３１〜３４ 乗算器
３５ 減算器
３６，７１，７２ 加算器
４０ 複素正弦波発生器
５０，６０ 任意波形発生器

Claims (4)

1. 第１の波形データと第２の波形データを格納する第１，第２の任意波形メモリと、
   余弦波出力端子と正弦波出力端子を有し、直交する２系統の正弦波を出力する複素正弦波発生部と、
   虚数端子と実数端子よりなる第１，第２の入力端子と出力端子を有し、前記第１の任意波形メモリの出力端子は前記第１の入力端子の実数端子に接続されて前記第２の任意波形メモリの出力端子は前記第１の入力端子の虚数端子に接続され、前記第２の入力端子の実数端子には前記複素正弦波発生部の余弦波出力端子が接続されて前記第２の入力端子の虚数端子には前記複素正弦波発生部の出力の正弦波出力端子が接続され、これら任意波形メモリの出力と複素正弦波発生部の出力を複素乗算する複素乗算器と、
   複素乗算器の実数側出力データと虚数側出力データを個別にアナログ波形に変換し整形出力するアナログ波形処理手段とで構成され、
   直交する２系統の信号を生成することを特徴とする任意波形発生器。
2. 前記複素乗算器の一方の入力端子の実数端子は第１の乗算器の一方の入力端子および第２の乗算器の一方の入力端子に接続され、
   前記複素乗算器の一方の入力端子の虚数端子は第３の乗算器の一方の入力端子および第４の乗算器の一方の入力端子に接続され、
   前記複素乗算器の他方の入力端子の実数端子は第１の乗算器の他方の入力端子および第４の乗算器の他方の入力端子に接続され、
   前記複素乗算器の他方の入力端子の虚数端子は第２の乗算器の他方の入力端子および第３の乗算器の他方の入力端子に接続され、
   第１の乗算器の出力端子は減算器の加算端子に接続され、第２の乗算器の出力端子は加算器の一方の入力端子に接続され、第３の乗算器の出力端子は減算器の減算端子に接続され、第４の乗算器の出力端子は加算器の他方の入力端子に接続され、
   減算器の出力端子は複素乗算器の出力端子の実数端子に接続され、加算器の出力端子は複素乗算器の出力端子の虚数端子に接続されていることを特徴とする請求項１記載の任意波形発生器。
3. 前記複素正弦波発生部は、フェーズアキュムレータと正弦波テーブルを使用した数値演算オシレータであることを特徴とする請求項１記載の任意波形発生器。
4. ＩＱベースバンド信号を出力することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の任意波形発生器。

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