JPH02134577A - ノイズを受けた信号の定常レベルの測定方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （本発明の分野） 本発明は、ノイズを受けた信号の定常レベルの測定方法
及びこの方法を実現した測定装置に関係している。

（従来の技術） ノイズを受けた信号の定常レベルを測定しなければなら
ないことがよくある。たとえば、時間の関数として可変
的な電圧によって生成される信号で定常レベルを測定す
るか、もしくは時間の関数として可変的なスペクトルで
ラインの振幅を測定しなければならない。従来の方法は
、ＣＲＴ画面に信号及びそのノイズのグラフを表示させ
、現実には、（有効な信号に相当するトレース部分の両
側の輝度が低い、ぼけた領域で表わされる）ノイズを考
慮に入れないようにしてそのグラフを視覚により解釈す
ることから成っている。この視覚による解釈では、画面
上に表示される拡散されたトレース部分の中央部のみを
考慮に入れる一種のフィルタリングが行なわれる。

この視覚的解釈の方法は自動測定装置に適用できないこ
とは明白である。この場合、ＣＲＴの垂直偏差（ｄｅｖ
ｉａｔｉｏｎ）を制御する信号の基本周波数よりもかな
り高い周波数を除去する低域フィルタを使用するのが普
通である。この方法の欠点は、精度に欠けるという点で
ある。なぜなら、その測定は、有効な信号に加わる濾過
ノイズの残りの部分によって不正確なものとなるからで
あり、また有効な信号の無視できない歪みによって不正
確なものとなる場合もあるからである。本発明の目的は
従来の技術の上記の欠点を克服することにある。

（本発明の要約） 本発明が対象とするのは、（特にノイズがガウス・ノイ
ズの場合）ノイズ信号のサンプルの統計学的分布はゼロ
値のあたりでかなり濃いという事実を採用するディジタ
ル方法である。

本発明の場合、ノイズを受けた信号の定常レベルの振幅
を測定する方法は以下のステップから構成されているニ ー測定対象の定常レベルの継続時間に相当する時間の間
、信号のサンプルを取る。

−予め定めた多くのディジタル値に従って、信号のサン
プルを定量化する。

−それぞれが予め定められたディジタル値を持つサンプ
ルの数をかぞえる。

一固定値の範囲内で、サンプルの最大数に対応する値、
定常レベルの振幅の測定値を設定する値を決める。

（実施例） 図１は、スペクトル・アナライザの画面の写真であり、
ノイズを受けた信号の定常レベルの振幅を測定するのが
難しいことを示している。測定の目的は、増幅器または
エミッタ（イメージと音の共通のチャネルを持つ）を通
過してきたＴＶ信号のクロミナンス搬送波（ｃａｒｒｉ
ｅｒ）とイメージ搬送波の相互変調がつくりだしたライ
ンの振幅を測定することにある。この図では、相互変調
ラインは、写真の左端に示されているイメージ搬送波の
周波数Ｆｉｍからそれほどかけはなれていない周波数ｆ
２の箇所に位置している。相互変調ラインは、トレース
部分が拡散されているピーク（ｐｅａｋ　）のように、
なかんずく複数のライン周波数により上にいろいろなラ
インがあるピークのように見える。これらのさまざまな
ラインは、測定対象の相互変調ラインの振幅よりも大き
い振幅を持つノイズとして示されている。

画面に表示されているものを視覚的に解釈すると、相互
変調ラインの識別が、重畳ノイズの光度よりも多少強い
が、それにもかかわらずまったく拡散しているそのライ
ンの光度によって可能となる。自動測定をこのラインの
振幅について行なわなければならないときには、ディジ
タル・スペクトル・アナライザを使用するのが普通であ
る。このアナライザは、ＩＥＥＥバスφコントローラに
よって制御される。このコントローラは、バスを介して
アナライザに接続されている。このバスは、手動調整に
入れ替える制御信号をアナライザに送ったり、アナライ
ザが記録するデータをコントローラに送ったりするのに
使用される。

ノイズが重畳されているため、図１のイメージに対応す
る記録データに直接基づいて、周波数ｆ２で相互変調ラ
インの振幅の正確な自動測定を得ることができない。デ
ータの各項目は、一連のサンプルのディジタル値によっ
て形成される（この場合、各スペクトル・サンプルは画
面上のライト・ドツトに対応する）。たとえば、画面の
幅は１０００個のサンプルに相当する。各サンプルに対
応するデータの項目は画面の横座標と縦座標で表わされ
る。縦座標の値はＯ〜２５５の整数値である。画面上で
光度の高い領域は、サンプルがお互いにもっとも近接し
ている領域である。

従来のディジタル・スペクトル・アナライザは、ＣＲＴ
の垂直偏向を制御する信号に基づいて動作する１つまた
は複数の切替えフィルタを備えている。これらのフィル
タにより、画面上のスペクトルの観察を邪魔するノイズ
の少なくとも一部を除去することができる０図１の写真
と同じスペクトルを示しているが、垂直偏差を制御する
信号の包絡線のみを受容するフィルタの最初のタイプを
使用しているアナライザの画面の写真が図２である０画
面に表示されているスペクトルは、実際は、複数のライ
ン周波数のためにラインを形成するクララデイ（ｃｌｏ
ｕｄｙ）　　・ゾーンの包絡線である０周波数ｆ２での
相互変調ラインは完全に消えている。したがって、最初
のタイプのフィルタを使って、視覚的にあるいは自動的
に当該の相互変調ラインの測定を行なうことができない
。

さらに、従来のスペクトル・アナライザは、垂直偏向を
制御する信号に基づいて低域フィルタリングを行なう切
替えフィルタも備えている。

図３は、図１のスペクトルと同じスペクトルの場合に画
面で得られる表示の写真である（この場合、アナライザ
の設定は同じであるが、平均化（ａｖｅｒａｇｉｎｇ）
フィルタが使用されている）、このフィルタリングによ
り、複数のライン周波数によるクララデイ・ゾーンが除
去されたようにみえる。予想される相互変調ラインが位
置する周波数ｆ２の辺りの水平定常レベルの視覚的なあ
るいは自動的な測定を行なうことができる。しかし、測
定値は図１の写真に基づいて測定された値に関して間違
った値であるようにみえる。この場合の誤差は約１０ｄ
Ｂで、ノイズ・レベルが測定対象の定常レベルよりも高
ければそれたけ大きくなる。この誤差は、平均化フィル
タが表示の制御で使用される信号の平均値の計算の際ひ
どくノイズを受けたサンプルを含んでいるという事実に
よるものである。したがって、このタイプのフィルタリ
ングは、高精度で（すなわち、誤差が約０．５〜０．２
ｄＢで）自動測定を行なうときには用いることはできな
い。

本発明に従った測定方法は、一定の時間の間の当該信号
の定常レベルの有無に関する先験的（ａ　ｐｒｉｏｒｉ
）な知識を利用する。またこの方法は、信号に影響を与
えるノイズがだいたいガウス・ノイズで、少なくとも、
値の統計学的な分布がゼロ値の辺りに集中しているノイ
ズであるという事実を前提とする。したがって、ノイズ
のないときの定常レベルの実数の値（ｒｅａｌ　ｖａｌ
ｕｅ）に等しいかあるいはそれに近い値を持つサンプル
が、その定常レベルの値とは著しく異なる値を持つサン
プルよりも多くなる。この分布の相違により定常レベル
を突きとめる（　１ｏｃａｔｅ）ことができる。このた
め、値が定常レベルの実数の値に近くない値を持つサン
プルは異常にノイズを受けているものとみなされ、考慮
の対象外となる。このようなわけで、当該の方法は、定
常レベルに近いとみなされるサンプルが係数が１である
ような重みを持ち、近いとなみなされないサンプルが係
数がゼロであるような重みを持つフィルタリングを実現
する。ところが、標準的な低域フィルタリングは、すべ
てのサンプルがまったく異常なものであってもそれらの
サンプルは等しい重みを持つような手段を実現している
。

図４は、本発明に従った方法の具体例を示すグラフであ
る０図中の各ブラック・ドツトは、ノイズを受けた信号
のサンプルで、この信号はスペクトル・アナライザのデ
イスプレィ装置に印加される信号である。この例では、
信号は台形の形をしており、水平の定常レベルは画面の
中央に表示されている。暗いトレース部分に描かれてい
る曲線はラインを表わしている（ノイズがない場合に見
られる）、ところが、実際に観察されるスペクトルは、
画面上に表示されるスポットの明るいトレース部分とつ
ながっているブラック・ドツトで形成される。サンプル
をつなぐこのトレース部分はそれほどはっきりとは表示
されない。この例では、サンプルの値はＯ〜２５５であ
る。サンプル目盛は図の左側に示されている。定常レベ
ルの値の測定は以下の手順で行なわれる：　（１）目盛
０〜２５５をいくつかのセクション（各セクションは２
単位）に分ける、（２）各セクションに含まれている値
を持つサンプルの数をかぞえる。たとえば、２０９また
は２１０に等しい値を持つサンプルの数は４である。各
セクションに属するサンプルの数は図の右側に示される
。

次いで、どのセクションが一番多くのサンプルを持って
いるかを調べる。この例では、値２１７または２１８の
セクションで、サンプルの数は１５である。２つの隣接
するセクションはそれぞれ６０９個のサンプルを含んで
いる。定常レベルは値２１７と２１８のセクションにあ
るものとみなされる０次いで、基準値と関係しているそ
の値（ｄＢ）はアナライザの設定パラメータから計算さ
れる。

図５は、本発明に従った測定方法を実現する際の、イメ
ージと音の共通のチャネルを持つＴＶ送信機の相互変調
測定を行なうための自動測定スタンドの実施例の構成図
を示している。この自動測定スタンドは以下のものを備
えている：音声信号ジェネレータ１、イメージ信号ジェ
ネレータ２、（クロミナンス搬送波を生成する）ウォー
プレート（ｗｏｂｂｕｌａｔｅｄ）　・ジェネレータ３
、バス番コントローラ、　ＩＥＥＥ４、（テストの対象
となっている）　ＴＶ送信機５、測定プローブ６、（送
信機５の出力を変えるための）アンテナ７、スペクトル
・ディジタル・アナライザ８、及び（イメージ搬送波と
音声搬送波間のビデオ帯域の全範囲でつオープレートさ
れる、クロミナンス搬送波の周波数の関数として測定相
互変調ラインの振幅のグラフを自動的にプロットするた
めの）グラフィック・プロッタ９゜ 送信機５は以下のものを備えている：　（可聴信号で変
調した搬送波を与える、音声信号ジェネレータ１の出力
部に接続されている）最初の入力部、（クロミナンス搬
送波がウォープレートされているクロミナンス信号で変
調したイメージ搬送波を与える、イメージ信号のジェネ
レータ２の出力部に接続されている）二番目の入力部、
及び（測定プローブ６によりアンテナ７に接続されてい
る）出力部、ジェネレータ２は、ウォープレートされた
クロミナンス搬送波を与えるウォープレートされたジェ
ネレータ３の出力部に接続されている入力部を備えてい
る。

ジェネレータ３、コントローラ４、アナライザ８及びグ
ラフィック・プロッタ９は、それぞれ、ＩＥＥＥバスに
接続している入力部／出力部を備えている。コントロー
ラ４は、ジェネレータ３を制御してクロミナンス周波数
を変え、アナライザ８を制御して送信機５の出力部から
送出される信号のスペクトルの相互変調ラインの振幅を
測定し、グラフィック・プロッタ９を制御して測定結果
をグラフの形で出力する。ジェネレータ３、コントロー
ラ４、アナライザ８及びグラフィック・プロッタ９は、
ＩＥＥＥバスを介して制御可能な標準測定装置である。

コントローラ４は、コントローラに予めロードされてい
るプログラム内の測定スタンドの制御手順、次いで計算
手順を実行する標準マイクロプロセッサである。コント
ローラ４は、アナライザ８の画面メモリに読み込まれた
サンプルの値に本発明に従った方法を適用する。

コントローラ４は測定スタンドを制御して、クロミナン
ス周波数の一連の値Ｆｃｈに対応する一連の測定を行な
う。ジェネレータ１が搬送波周波数Ｆｓｏｎの音声信号
を送出し、ジェネレータ２が搬送波周波数Ｆｉｍのイメ
ージ信号ならびに搬送波周波数Ｆｃｈのクロミナンス信
号を送出すると、テストの対象となっている送信機は、
２本の主要な相互変調ラインが以下の周波数を持つ信号
を再メモリする： ｆｌ　＝　ＦｉＩｌ−Ｆｓｏｎ　＋　Ｆｃｈｆ２　＝　
Ｆｉｎ　＋　Ｆｓｏｎ　−Ｆｃｈ２本のラインの振幅は
同じである。たとえば、周波数ｆ２ラインだけが測定さ
れる。コントローラ４は、上記の式に従って値Ｆｃｈご
とにｆ２を計算し、この周波数ｆ２での測定を行なうの
に必要な一連の操作を制御する。

図６は、スペクトル・アナライザの画面が送信機５の出
力部から送出される信号の全スペクトルを表示するよう
に設定されているときにその画面に表示されたスペクト
ルの写真である。この例では、ＴＶ信号はドイツＢ／Ｇ
規格内の信号である。

周波数がＦｓｏｎの音声信号の搬送波の周波数は、イメ
ージ搬送波の周波数Ｆｉｎの５．５ＭＨｚである０例か
られかるように、クロミナンス搬送波の周波数Ｆｃｈは
イメージ搬送波の周波数Ｆｉｇの５ＭＨｚで置かれ、音
声信号の搬送波周波数と同じ側にある。

上記の式から、相互変調により、周波数が０．５ＭＨｚ
で、イメージ搬送波周波数Ｆｉｎのいずれか一方の側に
ある（ｏｎ　ｅｉｔｈｅｒ　５ｉｄｅ）　２本のライン
が生成される。

測定の基準（ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ）はイメージ搬送波の
振幅で決められる。標準的な場合、音声信号の搬送波の
振幅は一１０ｄＢで、クロミナンス搬送波の振幅は一１
６ｄＢである。このため、２本の相互変調ラインの振幅
は、通常、−４８〜−７５ｄＢの範囲内の値である。こ
の値は、複数のライン周波数が生成する星雲状スペクト
ルの振幅よりもはるかに小さい。

このため、相互変調ラインの振幅を画面上であるいは写
真で識別するのは難しい、それらのラインをもっと効率
的に識別するためには、それらのラインのうち１本があ
るスペクトルのゾーンをアナライザの画面の中央で拡大
する必要がある。

ＴＶ送信機の相互変調の測定は、相互変調ラインがＦｓ
ｏｎと２１１１間の間隔全体でシフトするような形で、
クロミナンス信号の周波数Ｆｃｈの値すべてに対して行
なわれる。予め定められた周波数ｆ２での相互変調ライ
ンの測定ごとに以下に述べる一連の操作に対する立ち上
がりを示す、これらの操作はコントローラ４にプログラ
ムされており、自動的に実行される０次いで、コントロ
ーラ４は増分（固定値）たけクロミナンスの搬送波周波
数を修正し、次の測定に移る。

本発明に従った方法の最初のステップは、もっとも有効
な時間間隔、すなわち測定対象の定常レベルの継続の間
、ノイズを受けた信号のサンプルを取ることである。実
際には、このことは、一定のクロミナンス周波数に対し
て相互変調ラインが予想される周波数ｆ２の中央に観察
のウィンドウが正確にくるようにアナライザを設定する
ことを意味する。原則として、この周波数は既知の周波
数であるが、残念なことに、それに対する直接のセンタ
リングの精度は不適切であることが多い。

正確に観察ウィンドウのセンタリングを行なうための方
法としては、既定の観察ウィンドウ内の最大振幅ライン
の自動サーチをアナライザに行なわせ、次いで検出され
たラインの中央に観察ウィンドウをもってくる方法が上
げられる。残念なことに、この自動操作は、スペクトル
の包絡線だけを考慮に入れており、そのため、相互変調
ラインの振幅が複数のライン周波数のスペクトルによっ
て生成したノイズより下回ったときに、相互変調ライン
のピークを検出することができない。１つの解決策とし
て、ノイズの振幅よりも大きな振幅を持つ搬送波を周波
数ｆ２で与えることによって相互変調ラインをシミュレ
ートする方法がある。これは、単に、振幅を一１６ｄＢ
のままにしながらクロミナンス搬送波の周波数に値ｆ２
を与えるだけでよい、このセンタリングを行なう前に、
クロミナンス搬送波の周波数が測定一般に必要な値Ｆｃ
ｈとして使われる。

図７は、クロミナンス搬送波が相互変調ラインのシミュ
レートのための周波数ｆ２を有しているときにアナライ
ザの画面に表示されたスペクトルの写真である。このス
ペクトルには２本のラインがある、それらのラインは、
振幅がノイズの振幅よりも大きく、イメージ搬送波周波
数の両側の周波数ｆ１及びｆ２にそれぞれ置かれる。こ
こで注意しなければならないのは、相互変調により音声
信号の搬送波周波数のいずれかの側にある２本のライン
が現われるという点である０次いで、正確なセンタリン
グが周波数ｆ２に関して行なわれる。なぜなら、ｆ２の
ラインの振幅がノイズの振幅よりも大きいからである。

周波数ｆ２で既存のラインのピークに観察ウィンドウの
センタリングを行なうためにアナライザが調整される。

図８は、上記のセンタリングの後で観察されるスペクト
ルの写真である。観察されたスペクトルには３本のライ
ンがある。一番長いラインである中央のラインは周波数
ｆ２の箇所にある。その他の２本のラインは、複数のラ
イン周波数で生成したラインである。

振幅の測定を正確に行なうためには、ラインのピークを
形成する定常レベルを、観察されたスペクトルをできる
たけ大きく拡大して掻く広く見えるようにしなければな
らない。この拡大によりセンタリングの誤差も拡大され
る。したがって、この誤差は、相互変調ラインの実際の
振幅を測定するステップに進む前にセンタリングを新た
に行なつて取り除く必要がある。その方法は以下の手順
で実施する：　（１）水平方向の目盛の最初の変化を調
整する、（２）観察ウィンドウ内の最大振幅ラインの最
初のサーチを指示する、（３）このラインの最初のセン
タリングを観察ウィンドウの中央で行なう。次に、水平
方向画面の第２の変更を示し、次いで最大振幅ラインの
第２のサーチ、そしてこのラインの第２のセンタリング
を指示する。これらの操作は、使用しているアナライザ
上で水平目盛が最大限拡大されるまで繰り返す。この後
、アナライザは、掻く効率的に相互変調ラインの振幅を
実際に測定できるようになる。

次いで、ジェネレータ３に指示をだして、今しがたセン
タリングを行なった周波数ｆ２に対応する周波数Ｆｃｈ
を持つクロミナンス搬送波を送出するようにする。測定
値の範囲は、イメージ信号の搬送波の振幅に関して一４
８ｄＢ〜−７５ｄＢである。アナライザは、垂直方向の
目盛がその値の範囲の中央にくるように調整される。

本発明に従った測定方法の２番目のステップは、図４に
関して例を用いて述べた方法と類似している。振幅の計
算結果がｆ２の値と共にグラフィック◆プロッタに送ら
れ、測定グラフのポイントが記録される。次いで、ｆ２
の新しい値に対して前述の操作が繰り返される。

図９は、上記のセンタリングの間、類似の方法で画面に
直接表示される、周波数ｆ２での相互変調ラインの写真
である。ラインは観察ウィンドウの真ん中に位置してい
る。図１０は、水平目盛を最大限拡大した後の同じ方法
の同じラインを示している写真である。図１１は、図９
のスペクトルと同じスペクトルを示しているが、アナラ
イザのディジタル処理がほどこされている。アナライザ
の設定は同じである。したがって、このイメージは、定
常レベルを自動的に決める際使用されるデータに相当す
る。

この典型的なアプリケーションには、測定の信頼性を高
めるのに用いられる操作がさらに２つ加わる。最初の操
作では、各サンプルの値と上限値（この例では２５５）
を比較して、大きすぎて定常レベルに属さない値がすべ
て排除される。この操作では、特に、垂直目盛の拡大後
２５５の値を持つ多くのサンプルが排除される。これは
値を２５５で横ばい状態にするためである。

２番目の操作では、定常レベルの測定が有効化されるの
は、そのレベルの存在が、上記の最初の操作の後で考慮
されるサンプルの平均値を計算し、その平均値を２つの
限界値（固定）、たとえば−４８ｄＢ〜−７５ｄＢに比
較することで確認した後の場合だけである。平均値がそ
れらの限界値内であれば、それらの２個の限界値内で定
常レベルが存在することが確認される。限界値外であれ
ば、測定値に関係なく測定可能なレベルの存在が疑わし
いものとなる。

上記のケースは、ラインがイメージ信号の搬送波周波数
に近い、したが９て複数のライン周波数が生成したノイ
ズ・レベルが特に高いゾーン内にあるため、相互変調ラ
インの測定がもっとも難しいケースである。もちろん、
本発明に従った方法は、クロミナンス周波数が修正され
、相互変調ラインが音声信号の搬送波周波数の近くある
ときに、相互変調ラインを測定できるようにすることが
できる。それはノイズ・スペクトルのレベルに匹敵する
レベルを持っているので、そのラインの振幅の測定はず
っと容易になる。

本発明に従った方法は、−時的な（ｔｅｍｐｏｒａｌ　
）位置が原則として知られているレベルを測定する際、
視覚的な解釈を自動測定方法に代えなければならないと
きに、スペクトルのディジタル・アナライザにたけでな
く他のディジタル測定装置にも適用できる。

注目すべきことは、ディジタＪし・スペクトル・アナラ
イザの代わりにディジタル・オシロスコープを有する自
動測定スタンドにこの測定方法を使用されることである
。

【図面の簡単な説明】

図１と図２と図３は、従来の測定方法を示す、スペクト
ル舎アナライザの画面の写真である。 図４は、本発明に従った方法を示すグラフである。 図５は、本発明に従った方法を実現した自動測定装置の
実施例の構成図である。 図６と図７と図８と図９と図１０と図１１は、本実施例
で使用されているスペクトル・アナライザの画面の写真
であり、スペクトルのラインの自動測定に関する本発明
に従った方法の適用結果を表わす。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）以下のステップから成る、ノイズを受けた信号の
   定常レベルの振幅を測定するための方法：−測定対象の
   定常レベルの継続時間に相当する時間の間、信号のサン
   プルを取る； −予め定められている複数のディジタル値に従って、信
   号のサンプルを定量化する。 −それぞれが予め定められたディジタル値を持つサンプ
   ルの数をかぞえる； −固定値の範囲内で、サンプルの最大数に対応する値、
   定常レベルの振幅の測定値を決める当該値を決める。
2. （２）さらに、一定の最大限界値よりも大きい値を持つ
   サンプルの数がかぞえられないことを特徴とする請求項
   １記載の方法。
3. （３）サンプル採取時、ノイズを受けた信号の定常レベ
   ルの有無をチェックするために、当該方法はさらに、最
   大限界値よりも小さい値を持つサンプルの平均値を計算
   し、この平均値は定常レベルの値の範囲内にあるかどう
   かをチェックすることを特徴とする請求項２記載の方法
   。
4. （４）以下から成る、ノイズを受けた信号の定常レベル
   の振幅を測定するための装置： −測定対象の定常レベルの継続時間に相当する一定の時
   間の間、信号のサンプルを取るための装置。 −予め定められている複数のディジタル値に従って、信
   号のサンプルを定量化するための装置。 −それぞれが予め定められているディジタル値を持つサ
   ンプルの数をかぞえ、サンプルの最大数に対応する値、
   ノイズを受けた信号の定常レベルの振幅の測定を決める
   値を決定するための装置。
5. （５）それぞれが予め定められている値を持つサンプル
   の数をかぞえ、サンプルの最大数に対応する値を決定す
   るための装置は、一定の限界値よりも大きい値を持っサ
   ンプルを考慮に入れないことを特徴とする請求項４記載
   の装置。
6. （６）考慮に入れたすべてのサンプルの平均値を計算し
   、その平均値を２つの限界値と比較し、その平均値が２
   つの限界値の範囲内の値である場合にのみ定常レベルの
   測定を有効化するための装置を具備する請求項５記載の
   装置。