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Analog Discovery Pro入門 3Dスペクトラム測定


Scope-Spectrogram 3D測定モードでBPSK変調信号


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広帯域ディジタル変調信号の観測も

図1　USBソフトウェア測定器 Analog Discovery Proが備えるOscilloscopeモードやScope-Spectrogramモードを利用すれば，広帯域なソフトウェア無線機の評価も可能．画像クリックで動画を見る．または記事を読む．［提供・著］加藤 隆志（ラジアン）

広帯域信号測定への応用

Analog Discovery Proは，Analog Discovery 2よりも広帯域な信号を観測する能力をもちます．入力のアナログ帯域幅が55MHz以上あり，GPS衛星が送信するような広帯域ディジタル変調信号を正確に観測できす．

測定モードのいろいろ

Analog Discovery Proは複数の測定モードを備えます．Oscilloscopeモードでは，BPSK変調信号の波形を可視化できます．Scope-Spectrogramモードでは，ウォータフォール形式で信号の時間変化を観測することが可能です．横軸が時間，縦軸が周波数，色が信号レベルを示し，ディジタル信号の動的な変化を視覚的に把握できます．また，Scope-Spectrogram 3Dモードでは，周波数軸，時間軸，レベル軸の3次元表示が可能です．

FFT解析とスペクトラム解析は測定条件の設定が重要

FFT解析モードでは，信号のスペクトラムを精密に解析できます．FFT（Fast Fourier Transform）処理によるスペクトラム表示は，分解能（Resolution）とBIN数が測定の精度に影響を及ぼします．たとえばBIN数を16389，分解能を3.05176kHzに設定すると，ダイナミック・レンジ100dBの精度を達成できます．

広帯域ディジタル変調信号測定の要点

BPSK変調方式の特徴と測定の意義

BPSKは，ディジタル変調方式の中でも基本的な技術であり，GPSや通信システムで広く利用されています．この方式では，キャリア信号の位相が180°の間で切り替わることで情報を伝達します．中心周波数25MHz，帯域6MHzの信号を測定する際，アナログ帯域幅55MHzの利点が活かされます．

ウォータフォール表示と3次元スペクトラムの活用

ディジタル信号処理において，ウォータフォール表示は重要なツールです．この形式では，時間軸に沿ったスペクトラムの変化を視覚的に確認でき，信号の動的挙動を把握するのに役立ちます．3次元スペクトラム表示は，周波数，時間，信号レベルを同時に示すため，直感的に広帯域信号の構造を理解できます．バースト信号や非連続的な変調波形の観測には有効です．

高精度測定を実現するためのポイント

FFT解析で高精度な測定を行うためには，分解能やBIN数の設定を適切に選ぶことが重要です．Analog Discovery ProのFFTモードでは，分解能を数kHz単位で設定することで，ノイズ・フロアの影響を抑えつつ高いS/N比を実現できます．測定レベルの補正や窓関数の選択による誤差低減も欠かせません．〈著：ZEPマガジン〉

動画を見る，または記事を読む

著者紹介

  • 1990年　無線通信機器メーカで設計開発．その後，計測器メーカでRF測定機器，半導体試験装置の設計開発
  • 2017年　フリーランスエンジニアとして独立，無線通信機器やSDR機器の受託開発
  • 2019年　株式会社ラジアンとして法人化，現在に至る

著書

  1. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.1　分散型マルチビーム無線機のハードウェア］，ZEPエンジニアリング．
  2. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.2　1エレメント1モジュール独立分散型の理由］，ZEPエンジニアリング．
  3. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.3　ソフトウェアによるマルチビーム制御の実験］，ZEPエンジニアリング．
  4. ソフトウェア制御フェーズドアレイ・ミリ波モジュール“mmCon3”誕生［Vol.4　非接触共振カプラによるアレイ・チャネル拡張］，ZEPエンジニアリング．
  5. ［Webinar/KIT/data］Arm M4/M7/DSP×500MHz！STM32H7ハイスペック計測通信Module開発，ZEPエンジニアリング．
  6. 高感度受信！ソフトウェア無線機の心臓部“Root-Raised Cosine Filter”の設計，ZEPエンジニアリング．
  7. 超長距離無線LoRaからローカル5Gまで！GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機，ZEPエンジニアリング．
  8. 自宅で設計・開発！USBミクスト・シグナル・アナライザ Analog Discovery Pro 3000 誕生，ZEPエンジニアリング．
  9. 高精度基準搭載＆1GSPS広帯域！
  10. プロ用USBマルチ測定器 ADP5250誕生，ZEPエンジニアリング．
  11. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.1]，ZEPエンジニアリング．
  12. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.2]，ZEPエンジニアリング．
  13. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.3]，ZEPエンジニアリング．
  14. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.4]，ZEPエンジニアリング．
  15. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.5]，ZEPエンジニアリング．
  16. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.6]，ZEPエンジニアリング．
  17. ，ZEPエンジニアリング．
  18. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.8]，ZEPエンジニアリング．
  19. 5G時代の先進ミリ波ディジタル無線実験室[Vol.9]，ZEPエンジニアリング．
  20. GNU Radio×USRPで作るソフトウェア無線機，ZEPエンジニアリング．
  21. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ MkⅡ【z-mmcon2】（mz-mmcon1後継機），ZEPエンジニアリング．
  22. ［KIT］ミリ波5G対応アップ・ダウン・コンバータ【mz-mmcon1】（生産終了，後継機 z-mmcon2），ZEPエンジニアリング．
  23. ［KIT］実験用28GHzミリ波パッチ・アンテナ【mz-mmant1】，ZEPエンジニアリング．
  24. ［KIT］実験用800M～6GHz 広帯域90°ハイブリッド【mz-qhybrid】，ZEPエンジニアリング．
  25. ［KIT］実験用27.5G-29.5GHzバンド・パス・フィルタ【mz-mmbpf1】，ZEPエンジニアリング．
  26. ［VOD/KIT］GPSクロック・ジッタ・クリーナ【z-pptgen-on1】，ZEPエンジニアリング．

参考文献

  1. ［VOD］MATLAB/Simulink×FPGAで作るUSBスペクトラム・アナライザ，ZEPエンジニアリング．
  2. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！RF回路シミュレーション＆設計・測定入門，ZEPエンジニアリング．
  3. ［VOD/KIT］3GHzネットアナ付き！初めてのIoT向け基板アンテナ設計，ZEPエンジニアリング．
  4. ［VOD/KIT］初めてのソフトウェア無線＆信号処理プログラミング 基礎編/応用編，ZEPエンジニアリング．
  5. ［VOD］Pythonで学ぶ マクスウェル方程式 【電場編】＋【磁場編】，ZEPエンジニアリング．