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航空宇宙／防衛アプリケーションでの RF干渉信号の
航空宇宙／防衛アプリケーションでの RF干渉信号のストリーミング、解析、再生 Application Note レシーバにbrick wallフィルタが使用され、増幅器やミキ サによる歪みの発生は皆無、さらに、コマンド・センタが スペクトラムの変化を常に調整する、そのような完璧な環 境が存在すれば、「ジャム」という言葉は朝食か音楽ライ ブのセッションでしか意味をなさないものになるはずです が、実際には、干渉信号がなくなることはありません。 意図的な干渉信号は間欠的、かつ、過渡的な現象である ため、信号を数秒、数分、または数時間、捕捉しなけれ ばならない場合があります。解析中に全容を把握するに は、捕捉データはギャップフリーでなければなりません。 こ れ は す べ て、AgilentとX-COM Systems社 の 市 販 （COTS）のハードウェアとソフトウェアを使って実現でき ます。このシステムを使用すれば、テラバイト（TB）のデー タから必要なデータを抽出して、詳細な解析を行うこと 干渉信号には、意図的ではないものと意図的なものがあり ます。意図的ではない干渉信号はRF環境に常に存在し、 ができます。また、元の信号忠実度がプロセス全体（捕捉、 解析、シミュレーション、再生）を通して保持されます。 携帯電話、無線リンク、コードレス電話、地上波テレビ放 送、医療電子機器など、さまざまなものが原因となります。 すべての構成品がCOTSであるため、ソリューションの性 能がトレーサブルで、従来のアプリケーションの再配備 意図的な干渉信号とは、ビクティム・レシーバ （被干渉受 も容易です。 信局）の動作を妨害する目的で作成された干渉信号です。 ここでは、意図的な干渉信号を中心に説明します。最終目 標は、不要な信号をなくすことです。提案するプロセスに は、以下の4つのステップがあります。 • • • • フィールドでの信号の捕捉 ラボでの解析 信号のシミュレーションと再生 干渉信号を除去する手法の開発 問題 ソリューション 一般的な問題として、例えば通信を 妨害したり、レーダ・システムをジャ ミングしたり、ビクティム・レシー バをだましたり妨害したりする目的 で、意図的な干渉信号が絶えず送信 されています。このような信号は、 単発の間欠的な過渡信号であるため、 原因を表示したり特定したりするこ とは通常、困難です。 上記の問題で特に難しいのは、障害 を引き起こす信号を含む全てのスペ クトラム・データを捕捉して、解析 することです。このためには、数秒、 数分、または数時間、スペクトラム・ データを収集しなければならない場 信号捕捉 RFダウン コンバート 波形の デジタイズ 合があり、ギガバイト（GB）またはテ ラバイト （TB）単位のディスク容量を 消費する可能性があります。 ほとんどの場合、記憶容量は、最も 簡単に解決できます。より難しいの は、忠実度の高いデータを連続して 収集することです。膨大なギャップ フリー・データの収集と保存に成功 した後は、1回以上の干渉イベントを 特定することが課題になります。タ イム・ドメイン、周波数ドメイン、 変調ドメインにて有意な信号情報を 各イベントから抽出することで、イ ベントを正確に理解することができ ます。 Agilentのソリューションは、「捕捉 された干渉信号は情報である」とい う考え方に基づいています。有意な 信号情報の抽出が、迅速で正確であ ればあるほど、ビクティム・システ ムへの影響をより正しく理解するこ とができ、解決策の作成と配備にか かる時間を短縮できます。 図1に、ソリューションのブロック図 を示します。前述のように、本シス テムは、プロセスの主要なステップ である捕捉、解析、シミュレーション、 再生に対応しています。 解析とシミュレーション データの フォーマット と保存 信号解析と 信号作成 図1. 捕捉された干渉信号を実用的な情報に変換するためのシステム・ブロック図のフロー 2 信号再生 波形発生 RFアップ コンバート 信号捕捉と解析 信号の捕捉／解析では、シグナル・ アナライザ、データ・レコーダ、外 部データパックの3つのハードウェア を使用します。これらを、図2の左端 と中央のセクションに掲載します。 Agilent Xシリーズ シグナル・アナラ イザ：この図には、Agilentの最高性 能 の シ グ ナ ル・ ア ナ ラ イ ザ で あ る PXAを掲載しています。必要な性能 に 応 じ て、MXAま た はEXAを 使 用 することもできます。Xシリーズ シ グナル・アナライザをフロントエン ド・ダウンコンバータおよびIFデジ タイザとして使用すれば、最初のプ ロセスである信号捕捉から、信号忠 実度を最大化することができます。 コンバート X-COM Spectro-X信号解析ソフトウェ 本レコーダに、シグナル・アナライザ からのデジタルI/Qサンプルのスト リームが入力されます。IQC-2110は、 I/Qデータをフォーマットし、外部 マーカ・イベントでタグ付けし、タイ ム・スタンプとGPSスタンプを追加 してからデータパックに送信します。 ア：主な機能の中に、大きなデータ・ セットのプリプロセッシングと、疑 わしい信号の位置特定があります。 Spectro-Xの検索エンジンで波形を 識別して「フィンガープリントを採 る」ことができ、「切り取りと保存」 機能を使って、89600ベクトル信号 解析（VSA）ソフトウェアで信号を再 生することができます。 X-COMデータパック：本ユニットは、 2、4、8、12、 ま た は16 TBの 容 量 信号捕捉 RFダウン X-COM IQC-2110デ ー タ・ レ コ ー ダ： で構成できます。 Agilent 89600 VSAソフトウェア：業 界最高のベクトル信号解析 （VSA）ソ ソリューションのソフトウェアを 使ってさまざまなポストプロセッシ ング動作が行えます。 フトウェアを使えば、非常に複雑な 信号を複数のビューで表示できます。 70種類を超す規格と信号タイプをサ ポートする機能が内蔵されていて、 ビット・レベルの変調解析が可能です。 解析とシミュレーション データの フォーマット と保存 波形の デジタイズ Agilent PXA Xシリーズ シグナル・アナライザ 信号解析と 信号作成 信号再生 波形発生 RFアップ コンバート X-COM IQC-2110および X-COM CPG-2110 データパック 連続出力ジェネレータ （ベースバンド）および Agilent MXG Xシリーズ 信号発生器 Spectro-X 89600 VSA RFエディタ 図2. COTSのハードウェアとソフトウェアの組み合わせにより、忠実度の高い、捕捉、解析、シミュレーション、再生を実現 3 信号のシミュレーションと 再生 システムには、シミュレーションと 再生用に、信号作成ソフトウェア、 ベースバンド・ジェネレータ、ベク トル信号発生器が含まれています。 これらを、図2の一番下と右端に掲載 します。 ます。機能として、波形のクリッピ ング、ステッチング、データ変換、フィ ルタリング、ルーピングがあります。 得られた波形をCPG-2110にダウン ロードして再生することができます。 Agilentベクトル信号発生器：具体的 なモデルとして、PSG、EXG、およ び新しいMXGがあります。ベクトル 信号発生器は、I/Q変調をアップコン バートし、無線信号の信号源として 機能します。 X-COM CPG-2110連続再生ジェネレー X-COM RFエディタ：本ソフトウェア は、記録されたファイルを含む信号 シナリオを作成するために使用でき タ：本ベースバンド・ジェネレータは、 ベクトル信号発生器のI/Q変調入力を ドライブするために使用します。 結果：信号捕捉と解析 図3. 捕捉したスペクトラム・データの観測。注目すべき4つの領域を抽出 実際の干渉信号シナリオに基づいた 簡単なケース・スタディを使って、ソ リューションの機能を説明します。 PXAシグナル・アナライザを使用し て初期の信号収集を行い、40 MHz帯 域幅の捕捉信号がIQC-2110レコーダ と2 TBデータ・パックにストリーム されます。ギャップフリーで10分間 捕捉し、120 GBのデータを作成しま した。 干渉信号からの情報 Spectro-Xを使用して捕捉データを 観測し、注目すべき干渉信号を確認 します。600秒間、フルに捕捉した信 号に対して振幅対時間のオーバ ビュー測定を実行した結果、注意が 必要になりそうなふるまいをしてい る4つの期間が抽出されました （図3） 。 約400秒 ∼ 500秒 の 領 域 を 解 析 す る と、この信号は802.11b Wi-Fi伝送で あることがわかりました。このセグ メントを除去するように設定するこ とで、Spectro-X内の検索ツールの焦 点を、動きの激しい残りの50 ∼ 140 秒、230 ∼ 350秒、510 ∼ 540秒 の 領域に絞り込むことができます。そ の結果、周波数ドメイン解析によっ て以下の情報が得られました。 4 • 領域1：約50 ∼ 140秒のスパンに は合計137,000個の搬送波信号が 含まれていました。 • 領 域2： 約230 ∼ 350秒 の ス パ ン では、IEEE 802.11gトランスミッ タが動作していましたが、未知の 信号も、オーバビューに鮮明に表 示されました。この未知の信号は、 約5秒間発生しています。 • 領 域3： 約510 ∼ 540秒 の ス パ ン では、任意の搬送波信号が20,000 回発生しました。 領域2に焦点を絞り込むことで、図4 に示すように、スペクトログラムお よびスペクトラム残光表示フォー マットで興味深い結果が得られまし た。スペクトログラム表示（トップ） で、2個の干渉バースト信号が規則的 な搬送波信号のスペクトラムを妨害 しています。 Spectro-Xの「Standard Search（規 格の検索）」機能を使用して、 802.11g信号と思われる規則的な搬 送波を識別しました。図5に示すよう に、検索パラメータには、 「Confidence Limit （信頼度リミッ ト）」（この場合、40 ％に設定）、 「Candidate Types （候補となる規格 の種類）」（ここでは802.11a/gに設 定）、 「Time Limits （キャプチャ・デー タ内の観測したい時間範囲）」（250 ∼ 300秒に設定）があります。 （信頼度リミッ 「Confidence Limit ト）」により、理想的な無線規格と類 似している信号を抽出することがで きます。このリミット値は、理想的 な無線規格信号を基準として、抽出 したい捕捉信号の基準信号に対する 相関性レベルを定義したものです。 図4. スペクトログラム （トップ）で、疑わしい干渉信号が規則的な搬送波信号の部分に侵入 100 ％未満の値を使用することで、 干渉信号がビクティム信号に与える 影響の深刻度を判断する手がかりが 得られます。 こ の 場 合、 検 索 で、802.11gの 基 準 信号と類似した92,000個を超える信 図5. 「Standard Search （規格の検索）」ダイアログ・ボックスを使用して、 候補となる無線規格、相関レベルなどのパラメータを選択 号のインスタンスが発見されました。 予想どおり、干渉信号が現れたとき に深刻な劣化が発生した領域があり ました。図6に示すように、相関が 80 ％以上から50 ％未満に低下して います。 図6. 検索結果のサマリで信頼度の高い領域と低い領域を抽出 5 相関性の低い領域ではそれぞれ、ス ペクトログラム表示を使用して結果 を解析しました（図7）。これにより、 干渉信号が動作している5秒のスパン が特定されました。 関連するI/Qデータを89600 VSAソ フトウェアにエクスポートし、さら に詳細に解析しました。干渉信号が 出現する前までは、図8に示すように、 変調品質の主要なインジケータはす べて良好でした。干渉信号がアクティ ブになると、最悪の影響が現れまし た。干渉信号が送信されるにつれ、 パイロット信号とペイロード搬送波 は完全に遮断されました（図9）。 シナリオの背景 図7. Spectro-Xの60 μ（ s トップからボトム）スペクトログラム表示で、802.11g信号の 基準シーケンス （3 ∼ 11 μs）とペイロード （11 μs以降）を妨害している干渉信号を 表示 このシナリオは、インターネット・ カフェでのものです。意図的でない ジャマーは電子レンジによるもので、 スタッフがペストリーやサンドイッ チを温めるたびにWi-Fi接続が遮断さ れました。 これは比較的無害な状況ですが、無 線機通信、テレメトリ・リンク、航 続距離演算、シグナル・インテリジェ ンス（SIGINT）、システムの相互運用 性などに影響を与える干渉信号が関 係するシナリオにもここで示した手 順が有効です。最も頻繁に使用され る以下の3つの一般的なシナリオ、戦 域で記録した信号をラボで再生、ラ ボで記録した信号をラボで再生、ラ ボで作成した信号の特定範囲の再生 にも対応しています。 図8. 干渉信号出現前：OFDMコンスタレーション表示（左上）、EVM（右上）、および スペクトラム （左下）は正常 図9. 干渉信号がアクティブ：OFDMコンスタレーション表示（左上）が不規則になり、 EVM（右上）は不安定、周波数スペクトラム（左下）に大きなスパイクが存在 6 まとめ 関連カタログ さまざまな種類の干渉信号がクリ ティカルな防衛システムに影響を与 える可能性があります。したがって、 デザイナには、電磁界スペクトラム で実際に何が起こっているかを解析 できる「RF鑑定ツール」が必要です。 有効な緩和戦略と解決策を開発する 最初のステップは、有益なRF鑑定情 報を抽出することです。 • Brochure：『Xシリーズ信号解析』、5990-7998JAJP こ こ で 示 し た よ う に、Agilentと X-COM社は連携して、広い周波数範 囲で高い信号忠実度を実現し、ギャッ プフリー・データを長時間連続して 捕捉できる測定／解析システムを提 供しています。これらの信号を捕捉 した後は、特定の種類の干渉信号を 検索し、詳細に解析することができ ます。信号は、ソフトウェアで処理 して、別の干渉信号シナリオをシミュ レートすることもできます。さらに、 記 録 し た デ ー タ は、 電 磁 界 環 境 （EME）シミュレーションや相互運用 性テストで使用するために、そのま ま、再ブロードキャストできます。 • Solution brochure：『RF Interference Analysis』、 publication 5990-9243EN • Brochure：『PXA Xシリーズ シグナル・アナライザ N9030A』、 5990-3951JAJP • Brochure：『Agilent 89600Bベクトル信号解析 ソフトウェア』、 5990-6553JAJP • Solution brochure：『RF Interference Troubleshooting』、 publication 5990-9511EN • Solution brochure：『Spectrum Management Solution』、 publication 5990-9089EN • Application note：『Capturing Events of Long Duration or High Data Volume』、publication 5990-7734EN • X-COM、Spectro-X、RFエディタの詳細については、 www.xcomsystems.com をご覧ください 7 www.agilent.co.jp www.agilent.co.jp/find/ad 契約販売店 www.agilent.co.jp/find/channelpartners アジレント契約販売店からもご購入頂けま す。お気軽にお問い合わせください。 このソリューションが特定のニー ズに対応するかについては、 Agilentのソリューション・パート ナーであるX-COM社にお問い合わ せください www.agilent.co.jp/find/xcom d/xcom アジレント・アドバンテージ・サービスは、 お客様の機器のライフタイム全体にわたって、 お客様の成功を支援します。また、サービス の品質向上、サービス内容の充実、納期の短 縮に継続的に取り組みます。こうした取り組 みは、機器の維持管理費の削減にも繋がると 信じております。このような修理・校正サー ビスに支えられたアジレント製品を購入後も 安心してお使いください。機器およびサービ スの管理の効率化に、Infoline Webサービスも ご活用いただけます。修理・校正サービスを 通じて、お客様のビジネスの成功に貢献でき るよう努め、エンジニアは専門知識を積極的 にお客様に提供します。 www.agilent.co.jp/find/advantageservices Agilent Electronic Measurement Group DEKRA Certified ISO 9001:2008 Quality Management System Sys www.agilent.co.jp/quality Agilentのソリューション・パートナー・ プログラム AgilentとAgilentのソリューション・パートナ ーは協力して、お客様がデザイン、製造、イ ンストール、サポートにおける固有の課題に 対処できるように支援します。プログラムの 詳細、Agilentのパートナーおよびソリューシ ョンについては、以下のWebサイトをご覧く ださい。 www.agilent.co.jp/find/solutionspartner X-COM Systemsは、 システム・デザイン、信号シミュレーション、 テスト・アプリケーション用のRF信号の記 録／解析／再生ソリューションをデザインし ます。 同社の製品は、日本では丸文株式会社が取り 扱っています。 アジレント・テクノロジー株式会社 本社〒 192-8510 東京都八王子市高倉町 9-1 計測お客様窓口 受付時間 9:00-18:00（土・日・祭日を除く） TEL ■■ 0120-421-345 (042-656-7832) FAX ■■ 0120-421-678 (042-656-7840) Email [email protected] 電子計測ホームページ www.agilent.co.jp www.xcomsystems.com ● Agilent Technologiesの製品、アプリケーション、 記載事項は変更になる場合があります。 ご発注の際はご確認ください。 サービスの詳細については、 www.agilent.co.jp をご覧ください © Agilent Technologies, Inc. 2012 Published in Japan, October 9, 2012 5991-0768JAJP 0000-00DEP