世界にある無線送信機の数は、ここ十年間で劇的に増えました。
IoTの普及により、無線接続のためのローコストで実装が容易な
チップセットの要求が高まりました。今日、エンジニアは
Bluetooth、ZigBee、さまざまなWi-Fi（802.11）など、さまざま
な無線ソリューションを選択することができます。これらのチッ
プセットは免許不要の無線スペクトラムを利用し、リファレンス
設計を利用した認証済みのソリューションが数多くあるため、非
常に魅力的です。
IoT
（Internet of Things、 モノのインターネット）
が
IoT
（Interference of Things、 モノの干渉）
に
低コストで免許不要のアプリケーションでは、間違いなく 2.4GHz周波数帯が人気のある動作エリアであり、この周波数 帯では数百万の無線が動作しています。これらの機器はスペ クトラムを共有するため、無線規格は以下のような最新のハー ドウェア、ソフトウェアを使用する必要があります。 > 時間領域多重アクセス（TDMA） （一つのチャンネルの時間共有など） > クリア・チャンネル・アセスメント
（CCA：Clear Channel Assessment） （送信前のリスンなど） > 適用型周波数制御 （周波数ホッピングなど） “認証” ソリューションを使用しても、無線リンクを確立し、通 信を維持するにはまだ問題が残っています。それは、“どうやっ て無線リンクをトラブルシュートするのか” という問題です。 入門書
無線接続をトラブルシュートするには、使用する無
線の種類に関する基礎知識が必要になります。
無線リンクの特性評価
スペクトラム・ アナライザ （SA） スイープ・ ジェネレータ無線リンクの表示、RF環境の特性評価には、スペク
トラム・アナライザを使用します。
スペクトラム・アナライザは、無線スペクトラムの測
定に欠かせないツールです。図1に、従来からある掃
引型スペクトラム・アナライザの簡易ブロック図を示
します。
動作周波数または
チャンネル
スペクトラムのどこを観測
すべきか
無線の種類
（Bluetooth、Wi-Fi、
ZigBee、NFC）
どのような種類のスペクト
ラム形状か
TDMA、ホッピング、FDMA
などの特殊モード
送信パワー・レベル
送信機からどの程度のパ
ワーが出ているか
最小受信感度
干渉信号に対してどの程度
耐性があるか
掃引同調 ローカル・ オシレータ YIG プリセレクタ 周波数 時 間スーパーヘテロダイン・タイプのスペクトラム・アナライザ（SA）は、長 い間使用されてきました。このタイプの計測器の使用には、掃引という動 作に起因する問題があります。スペクトラム表示で測定されるものは時 間的にバラバラであり、スペクトラム情報（特にTDMA信号）を正確に再 現したものではありません。掃引が最も速いSAであっても、周波数ホッ ピングを採用したトランスミッタのごく一部しか観測できません。基本的 な周波数対振幅の表示の他に、計測器メーカによってはスペクトログラ ムを表示するものもあります。掃引型のSAでは、この情報は複数回の掃 引から得られたものであるため、パルスまたは周波数が激しく変化するト ランスミッタではおおよその動作を推定することしかできません。 リアルタイム・スペクトラム・アナライザ（RTSA）は、従来のSAと同じ 基本機能を持ちながら、数多くの利点も備えています。図2に、リアルタ イム・スペクトラム・アナライザの基本的なブロック図を示します。
“お使いのIoTデバイスは、何十億という他のデバイスと
共有している同じチャンネルで接続されます。”
図2. リアルタイム・スペクトラム・アナライザの 基本的なブロック図 リアルタイム・ スペクトラム・ アナライザ （RTSA） 入力 アッテネータ ローパス・ フィルタ バンドパス・ フィルタ IFフィルタ メモリ DSP ADC プロセッサマイクロ リアルタイム FFT デジタル・ フィルタ リアルタイム帯域幅 局部発振器 RFダウン・コンバータ 表示 トリガ 周波数 RTSA リアルタイム IQ出力 表示処理 時 間 入門書RTSAと基本的なシグナル・アナライザの大きな違い の一つが、RTSAの帯域幅の仕様にあります。RTSAは、 最高リアルタイム・スパンまで掃引することはなく、 スペクトラム情報を連続的に取込みます。また、 RTSAは一度に表示できる数に制限がありません。ス ペクトラム、スペクトログラム、変調情報は同時に解 析でき、このデータは連続的な取込みから得られるた め、この情報は時間的に相関がとれています。 RTSAは、TDMAプロトコル（Wi-Fi、Bluetooth、ASK/ FSKなど）を採用しているシステムの解析に特に優れ ています。免許不要の周波数帯を利用するデバイス で最も問題になるのが、同じスペクトラムを共有する 複数のトランシーバによる影響の管理です。規制要件 では、免許不要の周波数帯で動作するデバイスは、 他の通信への干渉を抑えるとともに、存在する干渉を 受け入れることが求められます。リアルタイム・スペ クトラム・アナライザはスペクトラム情報を連続的に 取込めるため、干渉による影響を定量化できる、理想 的なツールです。 図3は、リアルタイム・スペクトラム・アナライザに よるデジタル・フォスファ・スペクトラム表示の例を 示しています。
RTSAには、以下のような特
長があります。
> 高速なスペクトラム処理レート： 10,000回～3,000,000回／秒 > スペクトラム・データの 連続記録 > 時間に伴う RF環境のシームレスな記録 > 時間、周波数、振幅による トリガ > 時間、周波数、変調測定の 相関性従来のスペクトラム・アナライザ同様、ディスプレイには周波
数対振幅の情報が表示されます。また、表示されるピクセルに
は色情報が追加され、そのピクセルでどの程度の頻度でRFエネ
ルギーが測定されているかがわかります（ピクセル占有度）。デ
ジタル・フォスファによるスペクトラム測定では、濃淡表示によ
りCRT表示のオシロスコープのような表示が可能になります。ま
た、表示の繰返し性もわかるため、特定のスパンで測定される
信号の実際の頻度もわかります。
このリアルタイム・スペクトラム表示により、レシーバが 受け取っている信号がそのまま観測でき、特定のスパン で発生している様子を詳細に観測できます。しかし、干 渉信号の存在的な影響まで知るには十分ではありません。 本来、スペクトラム表示は時分割で多重している信号を 表示することはできません。ゼロスパン測定はパルスの 振幅、期間の詳細を知ることはできますが、周波数情報 が得られません。 この問題を解決するために考えられたのがスペクトログ ラム測定です。スペクトラム表示のように、低い周波数 は左側に、高い周波数は右側に表示されます。通常のス ペクトラム・アナライザと違い、色情報によって振幅が 表わされ、この情報は縦軸上の時間とともにプロットさ れます。スペクトログラムは、チャート・レコーダのよう に、時間変化に伴ったスペクトラムの動きを表示します。 掃引同調タイプのスペクトラム・アナライザは掃引するた め、このスペクトログラムは時間的にバラバラになります。 SAは周波数を掃引します。つまり、スパンの左側の波形 ポイントは、右側の波形ポイントよりも時間的に早く発生 します。掃引タイプのアナライザで取込まれたスペクトロ グラムには、時間的な関係性がありません。RTSAで生成 されるスペクトログラムは、掃引なしに連続的に記録さ れたスペクトラム・データです。RTSAにはドメイン相関 性という利点があるため、スペクトログラムの情報は他“スペクトラム・アナライザは、
無線スペクトラムで発生していることを
観測するための窓を提供します。”
入門書優れた表示能力
図4. RTSAにはドメイン相関性があるため、 左側に表示されるスペクトログラムの情報は、 他の測定と直接相関をとることができる図4には、デジタル・フォスファ
による表示とスペクトログラムの
例を示しています。デジタル・フォ
スファ表示は、現在の信号の詳細
を表示しています。画面中央には、
クレスト・ファクタの大きな、低
レベルのワイドバンド信号が表
示されています。明るく、赤みが
かった信号は、高いチャンネル占
有度（ほぼ連続）であることを示
しています。Wi-Fi信号も表示さ
れており、2.437GHz（Wi-Fi Ch6）
で動作しています。 さらに10以
上の信号も確認でき、 周波数 、
パワー・レベルが変化しています。スペクトラム形状と使用されてい
る周波数から、この信号はBluetoothデバイスのものであると思われ
ます。
数多くの異なったサービスが、先に示した測定スペクトラムのよ
うにアクティブな帯域共有技術によって時分割で多重されてい
るため、リンク品質が保たれています。このような信号の解析
のために、日々のスペクトラム解析において、ますますリアルタ
イム・スペクトラム・アナライザの技術が必要になっています。
従来、RTSAはニッチなアプリケーションであると認識されてき
ましたが、最新の無線設定ではシステム・レベルの問題のトラ
ブルシュートや、動作モードの特性評価など、リアルタイム・ス
ペクトラム・アナライザの解析能力と柔軟性が欠かせなくなっ
てきています。
日々のスペクトラム解析に貢献するRTSA技術
著者のプロフィール
ロビン・ジャックマン（Robin Jackman）は、カナダのトロン トを拠点にするフィールド・アプリケーション・エンジニ アリング・チームのシニア・メンバーです。テクトロニク スに15年以上勤務しており、北米地域で顧客対応にあたっ ています。RFアプリケーションにフォーカスしたアナログ 設計、デジタル設計の両方に対応しています。テクトロ ニクス以前は、カナダ政府でスペクトラム・マネージメン ト・オフィサとして、電磁適合性、無線の規制と干渉に 関する経験を積んできました。 入門書お問い合わせ先： ASEAN／オーストラリア・ニュージーランドと付近の諸島 (65) 6356 3900 オーストリア 00800 2255 4835 バルカン諸国、イスラエル、南アフリカ、その他ISE諸国 +41 52 675 3777 ベルギー 00800 2255 4835 ブラジル +55 (11) 3759 7627 カナダ 1 800 833 9200 中央／東ヨーロッパ、バルト海諸国 +41 52 675 3777 中央ヨーロッパ／ギリシャ +41 52 675 3777 デンマーク +45 80 88 1401 フィンランド +41 52 675 3777 フランス 00800 2255 4835 ドイツ 00800 2255 4835 香港 400 820 5835 インド 000 800 650 1835 イタリア 00800 2255 4835 日本 81 (3) 6714 3010 ルクセンブルク +41 52 675 3777 メキシコ、中央／南アメリカ、カリブ海諸国 52 (55) 56 04 50 90 中東、アジア、北アフリカ +41 52 675 3777 オランダ 00800 2255 4835 ノルウェー 800 16098 中国 400 820 5835 ポーランド +41 52 675 3777 ポルトガル 80 08 12370 韓国 001 800 8255 2835 ロシア +7 (495) 6647564 南アフリカ +41 52 675 3777 スペイン 00800 2255 4835 スウェーデン 00800 2255 4835 スイス 00800 2255 4835 台湾 886 (2) 2656 6688 イギリス、アイルランド 00800 2255 4835 アメリカ 1 800 833 9200 2015年4月現在
