(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アレーアンテナの各素子から出力される複数の到来波によるフェージング信号を模擬する模擬フェージング信号を発生するシミュレータにおいて、
複数の到来波の到来信号に対応する変調信号を入力する手段と、
前記アレーアンテナの素子と同数設置されそれぞれが前記アレーアンテナで受信するｍ番目のクラスタからの到来波に対するｋ番目のアンテナ素子の応答を発生させるＤＤＳ（ダイレクト・ディジタル・シンセサイザ）と、
これらＤＤＳのそれぞれに設定する前記ｍ番目のクラスタからの到来波について、Ｄk ’（θm ，Δθmn，ｆdm，Δｔi ）においてΔｔi ごとに計算し、前記アレーアンテナの各素子から出力される到来波の振幅ｂmk(i) と位相ｄmk(i) を所定の周期Δｔi で更新する更新手段と、
前記複数の到来波のそれぞれに対応する変調信号と前記ＤＤＳのうち対応のものの出力とを乗算して出力する乗算器と、
これら乗算器の出力を合成し、到来波の入射方向の角度広がりを持つ模擬フェージング信号として出力する合成手段とを備えたことを特徴とするアレーアンテナ用フェージング・シミュレータ。
【請求項２】
前記更新手段による所定の更新周期Δｔi は、最大ドップラー周波数ｆdmのナイキスト条件を満足する周期Δｔi （≦１／（２ｆdm））であることを特徴とする請求項２記載のアレーアンテナ用フェージング・シミュレータ。
【請求項３】
前記発生される模擬フェージング信号は、無線周波数領域又は中間周波数領域の信号であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載のアレーアンテナ用フェージング・シミュレータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、移動通信のマルチパス伝搬環境における受信装置の性能や特性の評価などに利用されるアレーアンテナに対応した模擬フェージング信号を発生するフェージング・シミュレータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、移動通信のマルチパス伝搬環境における受信装置の性能や特性を評価するために、フェージング・シミュレータを用いた試験が行われてきた。また、最近、アレーアンテナを用いた電波の到来方向の推定などを目的としたアレー信号処理が注目されている。そして、このアレー信号処理を行う受信装置を評価する場合には、アレーアンテナに対応したシミュレータが必要になる。従来、アンテナ信号処理装置単体の評価にはベースバンドにおけるシミュレータの利用が報告されてきた。また、アンテナ系を含めた装置全体の評価には屋外での試験が行われてきた。しかしながら、受信系と信号処理系とを含む受信装置のリアルタイム性能や特性を評価するために、アレーアンテナから出力される受信信号を模擬するための模擬受信信号を発生するシミュレータを使用した例は少ない。
【０００３】
一般に、信号の帯域幅がアレーアンテナの開口長よりも十分に狭帯域ならば、アレーアンテナのｋ番目のアンテナ素子で受信する信号は、このアレーアンテナの基準点における受信信号Ｅ0 (t) に対し、方位θからの到来波に対するアンテナ素子の応答を表す複素数Ａk （θ）を乗算したＥk (t) で次のように表すことができる。
Ｅk (t) ＝Ｅ0 (t) Ａk （θ）                        ・・・ (1)
次に、信号ｓ(t) を次のように表される変調信号とし、ｇk (t) を振幅ｂk と初期位相ｄk とを持つ信号とする。
ｓ(t) ＝２Ｃ(t)  cos（２πｆs t ＋φ(t) ）            ・・・(2)
ｇk (t）＝ｂk  cos（２πｆg t ＋ｄk ）                ・・・(3)
【０００４】
これら二つの信号を乗算し、フィルタリングすると以下のような信号が得られる。
0003719949.tif 000002
これを複素帯域信号として表せば、
0003719949.tif 000003
となる。ただし、
Ｅ(t) ＝ｕ(t) exp( j２πｆt ) 、Ａ’k ＝ｂk exp( jｄk ) である。
また、ｕ(t) は、変調成分を表し、ｆは搬送波の周波数である。
【０００５】
以上の説明により、(1) 式で表されるｋ番目のアンテナ素子の受信信号を模擬するためには、Ａk （θ）に応じた振幅ｂk と位相ｄk を持つ信号ｇk (t）を発生させ、この信号ｇk (t）と送信信号に対応する変調信号ｓ(t) とを乗算したのちフィルタリングすればよいことが判る。
【０００６】
フェージング生成の基本原理は、W.C.Jakes," Microwave Mobile Communicat-ions " IEEE Press, 1993.に示されているＷＳＳＵＳ（ Wide-Sense StationaryUncorrelated Scattering Channel ; 広義定常な無相関散乱波で構成される伝搬路) チャンネルを仮定したレイリーフェージング・モデルに基づいている。移動局から送信された信号は周囲の多数の散乱体により反射・回折され、それらの重ね合わせが基地局に到来すると考える。ここで、シンボル周期より十分に短い遅延時間差を持つＮ個の散乱波（素波）の集合をクラスタと考えると、時刻ｔにおける第ｍ番目のクラスタの等価低域系におけるインパルス応答ｈm （ｔ，τ）は次のように表すことができる。
ｈm （ｔ，τ）
＝δ (τ)( Am / √N) n=1ΣN r n exp[j( 2πｆd t cos αn ＋φn )]・・・ (6)
ここで、δ (τ) はデルタ関数、Am はクラスタの複素振幅、Ｎはクラスタ内の素波の総数、ｆd は最大ドップラー周波数、r n は各素波の複素振幅、αn は移動局の進行方向に対する各素波の角度、φn は各素波の初期位相である。
【０００７】
特開平１１−１７７３３０号公報は、アレーアンテナの各アンテナ素子に入力される干渉波と、雑音を伴った到来波のシミュレータについて開示している。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記特開平１１−１７７３３０号公報に開示されたシミュレータでは、到来波の到来角度の広がりについての考慮がなされていないため、実際のフェージングを模擬するための信号としては不十分であるという問題がある。また、この従来技術では、フェージング・シミュレータを到来波発生装置の前段に接続することによりフェージング信号とアレーレスポンス信号とを個別に発生させる構成となっている。このため、到来波の到来角度の広がりを考慮した信号を発生させようとしても、実現が困難である。さらに、フェージングを模擬する信号の発生に最適な具体的な回路構成を採用することも必要である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本発明のアレーアンテナ用フェージング・シミュレータは、アレーアンテナの各素子から出力される複数の到来波によるフェージング信号を模擬する模擬フェージング信号を発生する。そして、模擬フェージング信号として、到来波の入射方向の角度広がりを持つ模擬フェージング信号を発生することにより、より実際に近い条件のもとで受信系と信号処理系とを含む受信装置の特性や機能の評価を実現可能とするように構成されている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態によれば、角度広がりを持つ模擬フェージング信号を発生する手段は、アレーアンテナの素子と同数のＤＤＳ（ダイレクト・ディジタル・シンセサイザ）および、これらＤＤＳのそれぞれに設定する位相と振幅とを更新する更新手段を備えることにより、簡易・安価な構成によりより実際に近い模擬フェージング信号を発生できるように構成されている。
【００１１】
本発明の他の好適な実施の形態によれば、上記更新手段は各ＤＤＳに設定する位相と振幅とを信号の最大ドップラー周波数のナイキスト条件を満足する周期で更新することにより、現実的な模擬フェージング信号を発生するように構成されている。
【００１２】
本発明の更に他の好適な実施の形態によれば、各ＤＤＳの出力と変調信号とをアナログ乗算することにより前記模擬フェージング信号を発生する手段を備えることにより、広ダイナミックレンジの模擬フェージング信号を発生させるように構成されている。
【００１３】
本発明の他のフェージング・シミュレータによれば、複数の到来波の入射方向の角度広がりを持つ模擬フェージング信号を発生する手段を複数備え、かつそれぞれから出力されるアレーアンテナの素子数と同数の出力信号を合成して対応の素子ごとに出力する信号合成手段を備えることにより、より実際的な模擬フェージング信号を発生可能なように構成されている。
【００１４】
〔発明の原理〕
まず、本発明の原理について説明する。到来波は角度軸上において、到来角中心（平均値）θm 、角度広がり（標準偏差）σθm を持った正規分布に従うと近似する。このとき第ｍ番目のクラスタからの到来波に対する等価低域系におけるインパルス応答ｈm は次のように表される。ただし、アレーアンテナの次数をｋ、クラスタ内の素波の数をＮとした。
0003719949.tif 000004
すなわち、ａ（θ) は方位θから平面波が到来した場合のアレーアンテナの各素子の応答を表し、各素波は到来角中心θm からΔθn だけ角度変動を有しているものとする。
【００１５】
この等価低域系におけるインパルス応答ｈm （ｔ，τ）で表される伝搬路に信号を入力し、この信号の等価低域系における表現をｘm (t) とすると、ｋ番目の素子の出力の等価低域系における表現ｙmk(t) は、
ｙmk(t)
＝ｘm (t) (Am / √N)n=1 ΣN  rn  ak ( θm + Δθn )
・exp[j( 2πｆd t cos αn ＋φn )]
＝ｘm (t) Ｄmk(t)                                         ・・・(8)
となる。これを(5) 式の同様の複素帯域信号として表せば、
Z mk(t) ＝Ｅm (t) Ｄmk (t)
となる。
従って、Ｄmk (t)  に応じた振幅 bmk (t)と位相 dmk (t)を持つ信号、すなわち、後述する(10)式の信号ｇmk(t) を図４のアレー応答回路内のＤＤＳで発生させ、(2) 式に示した変調信号ｓ(t) （到来信号に対応し、図１，図２の信号発生器から出力される）と乗算することにより、空間的にはある到来方向からある角度広がりを持ち、かつ時間的にはレイリーフェージングに従うような模擬フェージング信号を生成することができる。
【００１６】
ｍ番目のクラスタの最大ドップラー周波数ｆdmのナイキスト条件を満足する周期Δｔ、すなわち、２ｆdm以上の周波数、つまり、１／（２ｆdm）以下の周期Δｔ、ごとに上記（８）式で示されるＤmk (t)を近似するものとする。ｍ番目のクラスタの角度広がりΔθmnは角度軸上において確率密度関数の面積が一定となる間隔とした。αn とφn は０から２πの範囲にわたって一様に分布するものとする。その結果、ｍ番目のクラスタからの到来波に対するｋ番目のアンテナ素子の応答Ｄmk (t)は次のようになる。
Ｄmk (t)
≒Ｄk ' ( θm , Δθmn ,ｆdm ,Δｔi ）
＝(Am / √N)  n=1 ΣN 〔ａk ( θm + Δθmn)
・exp[j( 2πｆdm  Δ ti cos αn ＋φn )]〕        ・・・(9)
【００１７】
(9) 式のＤk '(θm , Δθmn ,ｆdm ,Δｔi ）を周期Δt ごとに計算し、得られる複素数により、振幅ｂmk(i) と位相ｄmk(i) とを算定し、搬送周波数式ｆgmで発振する信号の、時刻Δｔi ごとの振幅と位相として設定すると、次式で示す、ｍ番目のクラスタによるｋ番目のアンテナ素子の応答に対応するフェージング信号となる。
ｇmk(t）＝ｂmk (i)cos[２πｆgmt ＋ｄmk(i)]        ・・・ (10)
(10)式は、(3) 式で表される信号と同じ形式の信号であるので、 (2)式で表されるｍ番目の送信信号ｓm (t) をｋ個に分配して、(10)式で表されるアンテナ素子ごとに生成される信号ｇmk(t）とそれぞれ乗算し、フィルタリングすることにより、アレーアンテナで受信するｍ番目のクラスタからの到来波に対するフェージング信号を発生することができる。乗算にはアナログ乗算器を用いる。
【００１８】
上記本発明の原理に基づいて構成されるフェージング・シミュレータの使用例を図１に示す。この使用例においては、４個の各パスからの到来信号に対応する変調信号を発生する信号発生器からこのフェージング・シミュレータに信号を入力し、このフェージング・シミュレータで各アンテナ素子から出力される受信信号を模擬するための模擬受信信号を生成する。そして、このフェージング・シミュレータから、８本のアンテナ素子数に対応する８チャンネルの模擬受信信号が出力され、被試験装置に供給される。
【００１９】
図２に本発明のフェージング・シミュレータの他の使用例を示す。この使用例においては、外部に遅延発生器を設け同一の発射源の信号が異なるパスから遅延を持ちアンテナに到来する場合を模擬するための使用例を示す。また、図１、図２の場合ともに雑音発生器により任意の雑音を入力することができる。
【００２０】
図３は、本発明の一実施例のアレーアンテナ用フェージング・シミュレータの全体の構成を示す機能ブロック図である。各アレー応答回路１〜４は、外部の信号発生器の出力信号を入力とし、各パスごとの到来信号によるアレーアンテナの出力信号を生成する。合成回路は４個の各アレー応答回路から出力される信号をアンテナ素子ごとに合成する。制御回路は合成回路からの出力信号のレベルを調整してこのフェージング・シミュレータからの出力とする。また、制御回路は、全体の制御と、外部との入出力を行う。さらに、拡張により８個のアレー応答回路を含む構成とすることが可能である。
【００２１】
図４にアレー応答回路の構成を示す。アレー応答回路は１個の到来信号に対するアレーアンテナの出力に対応する模擬受信信号を出力する。８個のＤＤＳ（ダイレクト・ディジタル・シンセサイザ）は、２００MHz の同一の基準信号により駆動され、各ＤＤＳは制御回路より制御バスを経由して周波数、位相および振幅が高速に設定される。また、ＤＤＳの出力信号はバンドパス・フィルタにより高周波成分が除去される。一方、外部より入力された信号が８分配される。この８分配された信号と８個のＤＤＳの出力信号がそれぞれアナログ乗算器で乗算され、さらに、バンドパスフィルタを通過させることにより不要周波数成分を除去し出力される。
【００２２】
ＤＤＳを利用することにより位相と振幅を高精度で設定することが可能になり、またフェージング信号における最大ドップラー周波数ナイキスト条件を満足する周期で位相と振幅とを更新することが可能になる。表１にシミュレータにおけるＤＤＳの諸元を示す。また、乗算にミキサーを用いずアナログ乗算器を用いることにより、フェージングと多様な指向性のアンテナに対応している。
0003719949.tif 000005
【００２３】
入出力信号の性能・仕様を表２に示す。
0003719949.tif 000006
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のアレーアンテナ用フェージング・シミュレータは、到来波の入射方向の角度広がりを持つフェージング信号を発生する手段を備える構成であるから、フェージングを模擬するための模擬信号としてより実際的な実験や評価を可能にするという効果が奏される。
【００２５】
また、本発明のフェージング・シミュレータは、フェージング信号とアレーレスポンス信号とを同時に発生させるように構成されているので、到来波の到来角度の広がりを考慮した信号を容易に発生させることができるという利点がある。
【００２６】
更に、本発明のフェージング・シミュレータの好適な実施例によれば、ＤＤＳ（ダイレクト・ディジタル・シンセサイザ）を用いてフェージング信号を発生させる構成であるから、簡易・安価な構成のもとでより実際的かつ多様な模擬信号を発生させることが可能になるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のフェージング・シミュレータＦＳの使用の一例を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明のフェージング・シミュレータＦＳの使用の他の一例を示す機能ブロック図である。
【図３】本発明の一実施例のフェージング・シミュレータＦＳの構成を示す機能ブロック図である。
【図４】図３のアレー応答回路の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【符号の説明】
FS    フェージング・シミュレータ
【図１】
0003719949.tif 000007
【図２】
0003719949.tif 000008
【図３】
0003719949.tif 000009
【図４】
0003719949.tif 000010