(57)【要約】【課題】直接波が支配的な伝搬環境でＭＩＭＯの性能劣化を来さないアンテナ配置を実現する。【解決手段】直接波が支配的な近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置を提供する。このアンテナ配置では、送受信機間距離（ｒ）、送受信機間の伝搬係数（α、β、γ）、送受信機間オフセット（δ）、送信機側アンテナ間距離（ｄ）または受信機側アンテナ間距離（ｄ）をパラメータに含む。そこで、これらパラメータから少なくとも２つのパラメータを指定する。これにより、チャネル容量（ｃ）を増加しまたは減少させるアンテナ配置が決定される。【選択図】        図３
2014192865.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
直接波が支配的な近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置方法であって、
送受信機間距離、送受信機間の伝搬係数、送受信機間オフセット、送信機側アンテナ間距離または受信機側アンテナ間距離をパラメータに含み、
これらパラメータから少なくとも２つのパラメータを指定し、
チャネル容量を増加しまたは減少させるアンテナ配置を決定する
ことを特徴とする近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置方法。
【請求項２】
前記パラメータにアンテナ放射パターンを含むことを特徴とする請求項１に記載の近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置方法。
【請求項３】
前記送信機側アンテナ間距離および前記受信機側アンテナ間距離を個別に設定し、前記送信機側アンテナと前記受信機側アンテナの傾き差を設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置方法。
【請求項４】
直接波が支配的な近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置をコンピュータにより求めるアンテナ配置プログラムであって、
送受信機間距離、送受信機間の伝搬係数、送受信機間オフセット、送信機側アンテナ間距離または受信機側アンテナ間距離をパラメータに含み、
これらパラメータから少なくとも２つのパラメータを指定し、
チャネル容量を増加しまたは減少させるアンテナ配置を決定する
処理を前記コンピュータに実行させるための近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置プログラム。
【請求項５】
直接波が支配的な伝搬環境下で用いられる近距離ＭＩＭＯ伝送システムであって、
送信機および受信機に少なくとも２つのアンテナを含み、
前記送信機側または前記受信機側の前記アンテナのいずれか一方または双方が、送受信機間距離、送受信機間の伝搬係数、送受信機間オフセット、送信機側アンテナ間距離または受信機側アンテナ間距離のパラメータから少なくとも２つのパラメータの指定により、チャネル容量を増加しまたは減少させるアンテナ配置を備える
ことを特徴とする近距離ＭＩＭＯ伝送システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示の技術はたとえば、直接波が支配的な伝搬環境などに用いられる近距離ＭＩＭＯ（Multiple input multiple output）のアンテナ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話、無線ＬＡＮ（Local Area Network）などの無線通信システムでは、伝送技術の１つとしてＭＩＭＯ伝送が知られている。ＭＩＭＯ伝送は、送信機および受信機の双方に複数のアンテナを備え、周波数帯域幅の増加を来すことなく伝送速度を高める、信頼度の高い通信が可能になるなどの利点を有する。
【０００３】
このＭＩＭＯ伝送に関し、複数の送信アンテナと近い受信アンテナおよび交差した受信アンテナのパス位相差を（ｎ／２＋１／４）λに近づけ、伝搬係数の所望波を実数項、不要波を虚数項とし、ＭＩＭＯ処理量を削減することが知られている（たとえば、特許文献１）。ＭＩＭＯ方式と両偏波、互いに直交する偏波を用いた信号伝送により、伝送容量を拡大することが知られている（たとえば、特許文献２）。水平偏波で通信するアンテナと、垂直偏波で通信するアンテナを備えることにより伝搬係数間の電力差を大きくすることが知られている（たとえば、特許文献３）。アンテナビームを対向するアンテナに向け、他のアンテナ方向に指向性のヌルを向け、直交偏波を用いた振幅差を利用することが知られている（たとえば、特許文献４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−０７７５６８号公報
【特許文献２】国際公開第２００９／０６９７９８号公報
【特許文献３】特表２０１０−５１６１７０号公報
【特許文献４】特開２００５−２３６６８６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１のＡは、ＭＩＭＯ伝送システム２を示している。このＭＩＭＯ伝送システム２は、直接波が支配的な伝搬環境にある。送信機Ｔには一対のアンテナＴｘ１、Ｔｘ２が備えられ、受信機Ｒには一対のアンテナＲｘ１、Ｒｘ２が備えられる。
【０００６】
ここで、送信機Ｔと受信機Ｒとの距離（送受信機間距離）をｒ、アンテナｙ１とアンテナｙ２との距離（アンテナ間距離）をｄとする。
【０００７】
送受信機間距離ｒとアンテナ間距離ｄの関係がｒ≫ｄとする。つまり、アンテナ間距離ｄに比較し、送受信機間距離ｒが十分に大きい場合、アンテナＴｘ１からアンテナＲｘ１に至る伝搬路をｒ１と、アンテナＴｘ２からアンテナＲｘ２に至る伝搬路をｒ２とすれば、これら伝搬路ｒ１、ｒ２は並行伝送路となる。この場合、アンテナＴｘ１の送信信号ｘ１、アンテナＴｘ２の送信信号ｘ２をアンテナＲｘ１、Ｒｘ２のいずれで受信する場合、電波は並行伝搬路を通ることになる。
【０００８】
図１のＢは、各伝搬路ｒ１、ｒ２における電波の到来角θ（または電波の放射角）を示している。受信信号ｙ１、ｙ２の位相φが到来角θで決定される。送信信号ｘ１、ｘ２、受信信号ｙ１、ｙ２は、
【０００９】
【数１】
2014192865.tif 000003
【００１０】
【数２】
2014192865.tif 000004
となる。但し、位相φは、図１のＢから
【００１１】
【数３】
2014192865.tif 000005
となる。
【００１２】
このように、受信信号ｙ１、ｙ２の位相φは電波の到来角θで決定される。この場合、受信では、アンテナＲｘ２を用いると、アンテナＲｘ１より位相φが進み、送信では、アンテナＴｘ２を用いると、位相回転が小さくなる。
【００１３】
式(1)および(2)を伝搬行列を用いて表すと、
【００１４】
【数４】
2014192865.tif 000006
【００１５】
【数５】
2014192865.tif 000007
となる。式(5)において、αは伝搬路の係数（伝搬係数）である。
【００１６】
この場合、伝搬行列はｄｅｔ（Ｈ）＝０となる。このため、式(1)、(2)の連立方程式を解くことができない。
【００１７】
このようにｒ≫ｄとなる場合には並行伝送路が構成され、電波の放射角または到来角θで受信信号ｙ１、ｙ２の位相φが決定され、同時に送信された送信信号ｘ１、ｘ２が受信信号ｙ１、ｙ２から分離できない。つまり、復号ができない。斯かる理由から、ＭＩＭＯ伝送の性能が劣化する。ここで、ＭＩＭＯ伝送の性能劣化とは必要なチャネル容量が得られないことである。この場合、チャネルは伝搬路を表し、チャネル容量は該伝搬路で、単位時間当りに伝送できる最大の情報量（つまり、達成可能な伝送速度）を表す。
【００１８】
このＭＩＭＯ伝送において、図２は、送受信機間距離ｒが短い場合を示している。ｒ＞ｄであっても、既述のようなｒ≫ｄでなければ、アンテナＴｘ１からアンテナＲｘ１、Ｒｘ２に至る伝搬路ｒ１、ｒ２は並行伝送路にはならない。つまり、送受信機間距離ｒが短く、この送受信機間距離ｒがアンテナ間距離ｄに近づくと、アンテナＴｘ１からアンテナＲｘ１、Ｒｘ２の間の伝搬路ｒ１、ｒ２の距離が相違することとなる。斯かる場合には、ＭＩＭＯの性能が劣化するとはいえないし、近距離の直接波が支配的な伝搬環境にあって、ＭＩＭＯ伝送の性能を劣化させないアンテナ配置が存在し得る。
【００１９】
そこで、本開示の目的は上記課題に鑑み、直接波が支配的な伝搬環境でＭＩＭＯの性能劣化を来さないアンテナ配置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
上記目的を達成するため、本開示の技術の一側面によれば、直接波が支配的な近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置を提供する。このアンテナ配置では、送受信機間距離、送受信機間の伝搬係数、送受信機間オフセット、送信機側アンテナ間距離または受信機側アンテナ間距離をパラメータに含む。そこで、これらパラメータから少なくとも２つのパラメータを指定する。これにより、チャネル容量を増加しまたは減少させるアンテナ配置が決定される。
【発明の効果】
【００２１】
本開示の技術によれば、次のいずれかの効果が得られる。
【００２２】
(1) 直接波が支配的な近距離ＭＩＭＯ伝送に必要なアンテナ配置について、近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置を決定する際のチャネル容量を増加しまたはチャネル容量を減少させる配置情報を提供できる。
【００２３】
(2) 直接波が支配的な近距離ＭＩＭＯに適したアンテナ配置を実現でき、または直接波が支配的な近距離ＭＩＭＯに適さないアンテナ配置を回避することができる。
【００２４】
そして、本発明の他の目的、特徴および利点は、添付図面および各実施の形態を参照することにより、一層明確になるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】近距離ＭＩＭＯの伝送システムおよび送信電波の到来角の関係を示す図である。
【図２】送受信機間距離が短い近距離ＭＩＭＯの伝送システムを示す図である。
【図３】第１の実施の形態に係る近距離ＭＩＭＯの伝送システムを示す図である。
【図４】アンテナ放射パターンを示す図である。
【図５】アンテナ配置の座標を示す図である。
【図６】アンテナ放射パターンテーブルを示す図である。
【図７】アンテナ配置の演算処理要素を示す図である。
【図８】アンテナ配置プログラムを実行するコンピュータのハードウェアの一例を示す図である。
【図９】アンテナ放射パターンを考慮しない場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１０】アンテナ放射パターンを考慮した場合の処理手順の一例を示すフローチャートである。
【図１１】近距離ＭＩＭＯの伝搬係数条件テーブルを示す図である。
【図１２】近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置を示す図である。
【図１３】近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置におけるチャネル容量および固有値の演算結果を示す図である。
【図１４】近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置におけるチャネル容量および固有値の演算結果を示す図である。
【図１５】第２の実施の形態に係るアンテナ配置を示す図である。
【図１６】第３の実施の形態に係るアンテナ配置およびアンテナ放射パターンを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔第１の実施の形態〕
【００２７】
図３は、第１の実施の形態に係る近距離ＭＩＭＯの伝送システムを示している。図３において、図１と同一部分には同一符号を付してある。
【００２８】
このＭＩＭＯ伝送システム（以下単に「伝送システム」と称する）２は、送信機Ｔおよび受信機Ｒを備えている。送信機Ｔには一対のアンテナＴｘ１、Ｔｘ２が備えられ、受信機Ｒには一対のアンテナＲｘ１、Ｒｘ２が備えられる。つまり、送信機Ｔおよび受信機Ｒがそれぞれ２つずつのアンテナを備えているので、２×２ＭＩＭＯの構成を備えている。
【００２９】
また、この伝送システム２では、直接波が支配的であるとともに、アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｒｘ１、Ｒｘ２のいずれで送受信されても並行伝送路にはならない伝搬環境にある。つまり、アンテナ間距離に比較して送受信機間距離ｒが十分大きいとはいえない関係にある。
【００３０】
図３において、αは、アンテナＴｘ１とアンテナＲｘ１と間の伝搬係数、またはアンテナＴｘ２とアンテナＲｘ２と間の伝搬係数である。βは、アンテナＴｘ１とアンテナＲｘ２と間の伝搬係数である。γは、アンテナＴｘ２とアンテナＲｘ１と間の伝搬係数である。送信アンテナＴｘｉからの送信信号をｘｉ（この場合、ｘ１、ｘ２）、受信アンテナＲｘｉの受信信号をｙｉ（この場合、ｙ１、ｙ２）とする。
【００３１】
斯かる伝送システム２について、受信信号ｙｉおよび送信信号ｘｉの関係を数式で表現すると、
【００３２】
【数６】
2014192865.tif 000008
となる。
【００３３】
送信信号ｘｉの情報は、チャネル容量ｃ以下の伝送速度であれば、誤りなく受信信号ｙｉから復号することができる（Shannon の第２基本定理）。つまり、信号対雑音電力比ＳＮＲ（＝Ｓ／Ｎ）が十分大きい伝搬路では、チャネル容量ｃは、ＳＮＲの対数にほぼ比例する。そこで、このチャネル容量ｃは、
【００３４】
【数７】
2014192865.tif 000009
で表現することができる。
【００３５】
式(7) において、Ｂは帯域幅〔Ｈｚ〕である。この式(7) は、チャネル容量ｃが帯域幅Ｂ、信号対雑音電力比ＳＮＲ、伝搬係数α、βおよびγからなる数式（行列の固有値）で決定されることを表している。
【００３６】
＜アンテナ放射パターン＞
【００３７】
図４は、既述のアンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｒｘ１、Ｒｘ２の放射パターンを示している。この場合、受信機ＲのアンテナＲｘ１の位置を基準座標にとり、各アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｒｘ１、Ｒｘ２の位置および放射パターンを示している。δは送受信機間オフセットを示している。この送受信機間オフセットは対向するアンテナ間のずれ量である。ζｉ（ｉ＝１、２・・・６）はｉ方向を示している。この場合、各アンテナ放射パターンは対向方向の角度におけるパターンレベルを矢印の大きさで示している。
【００３８】
図５は、アンテナ放射パターンを考慮しない場合のアンテナ配置のｘ、ｙ座標位置を示している。つまり、基準位置にあるアンテナＲｘ１の座標（０，０）に対し、アンテナＲｘ２の位置は距離ｄだけ離れているので、その座標は（ｄ，０）である。これらアンテナＲｘ１、Ｒｘ２に対し、送受信機間距離ｒおよび送受信機間オフセットδを考慮し、アンテナＴｘ１、Ｔｘ２の座標位置は、アンテナＴｘ１では（δ，ｒ）、アンテナＴｘ２では（δ＋ｄ，ｒ）で表すことができる。
【００３９】
＜アンテナ放射パターンテーブル＞
【００４０】
図６のＡは、アンテナＴｘ１、Ｒｘ１のアンテナ放射パターンテーブル４−１を示している。このアンテナ放射パターンテーブル４−１では、項１、２・・・に対し、項方向の角度θ１、θ２・・・を取り、放射パターンζ1.1、ζ1.2・・・を示している。
【００４１】
図６のＢは、アンテナＴｘ２、Ｒｘ２のアンテナ放射パターンテーブル４−２を示している。このアンテナ放射パターンテーブル４−２では、項１、２・・・に対し、項方向の角度θ１、θ２・・・を取り、放射パターンζ2.1、ζ2.2・・・を示している。
【００４２】
＜アンテナ配置プログラムの演算要素＞
【００４３】
図７のＡおよびＢは、アンテナ配置プログラム６に含まれる要素を示している。
【００４４】
(1)アンテナ放射パターンを考慮しない場合
【００４５】
この場合、アンテナ配置プログラム６−１の演算要素には図７のＡに示すように、複数のパラメータとして送受信機間距離ｒ、送受信機間オフセットδ、チャネル容量ｃ、信号対雑音電力比ＳＮＲおよびアンテナ間距離ｄが含まれる。このアンテナ配置プログラム６−１では、一例としてｉ方向のアンテナ放射パターンを考慮することなく、チャネル容量ｃ、信号対雑音電力比ＳＮＲおよびアンテナ間距離ｄをパラメータに用いて最適なアンテナ配置または避けるべきアンテナ配置を求められる。たとえば、少なくとも２つのパラメータとして、送受信機間距離ｒおよび送受信機間オフセットδを想定すれば、信号対雑音電力比ＳＮＲを考慮し、アンテナ間距離ｄが求められる。
【００４６】
(2)アンテナ放射パターンを考慮した場合
【００４７】
この場合、アンテナ配置プログラム６−２の演算要素には図７のＢに示すように、複数のパラメータとして送受信機間距離ｒ、送受信機間オフセットδ、ｉ方向のアンテナ放射パターンζｉ、チャネル容量ｃ、信号対雑音電力比ＳＮＲおよびアンテナ間距離ｄが含まれる。このアンテナ配置プログラム６−２では、一例としてｉ方向のアンテナ放射パターンを考慮し、チャネル容量ｃ、信号対雑音電力比ＳＮＲおよびアンテナ間距離ｄをパラメータに用いて最適なアンテナ配置または避けるべきアンテナ配置を求められる。少なくとも２つのパラメータとして、送受信機間距離ｒおよび送受信機間オフセットδを想定すれば、信号対雑音電力比ＳＮＲを考慮し、アンテナ間距離ｄが求められる。
【００４８】
＜アンテナ配置プログラム６を実行するためのコンピュータ＞
【００４９】
図８は、アンテナ配置プログラム６を実行するためのコンピュータのハードウェアの一例を示している。このコンピュータ８には、プロセッサ１０、メモリ１２、ＲＡＭ（Random Access Memory）１４、入力部１６および表示部１８が含まれる。
【００５０】
プロセッサ８は、ＯＳ（Operating System）を実行し、既述のアンテナ配置プログラム６を実行する。
【００５１】
メモリ１２には、ＯＳ、アンテナ配置プログラム６および各種のデータが格納される。このメモリ１２にはたとえば、ハードディスク装置や半導体メモリなどの各種の記憶媒体を用いることができる。既述のアンテナ放射パターンテーブル４−１、４−２はメモリ１２に構築されるデータベースとして構成される。ＲＡＭ１４は演算処理のワークエリアとして用いられる。
【００５２】
入力部１６は既述のパラメータを入力する。表示部１８は演算結果を出力する出力部の一例である。この表示部１８にはＬＣＤ（Liquid Crystal Display）などの表示素子を用いてもよいし、表示出力として印刷情報を提示する印刷装置を用いてもよい。
【００５３】
＜アンテナ配置プログラム６の処理手順＞
【００５４】
(1)アンテナ放射パターンを考慮しない処理手順
【００５５】
図９は、アンテナ放射パターンを考慮しない処理手順の一例を示している。この処理手順は、本開示のアンテナ配置方法またはアンテナ配置プログラムの一例を示している。この処理手順では、パラメータとしてアンテナ間距離ｄおよび送受信機間距離ｒを入力する（Ｓ１０１）。この入力パラメータに対し、後述する伝搬係数αと
【００５６】
【数８】
2014192865.tif 000010
【００５７】
との位相差ηの式(15)および(16)から、η＝±（１／４）＋ｎ（但し、ｎ＝・・・−１，０，１，２・・・）となる送受信機間オフセットδを演算する（Ｓ１０２）。
【００５８】
この演算結果として複数の送受信機間オフセットδを出力する（Ｓ１０３）。
【００５９】
この場合、伝搬行列Ｈは、
【００６０】
【数９】
2014192865.tif 000011
である。この伝搬行列Ｈにおいて、α、βおよびγは、アンテナ間距離ｄ、送受信機間距離ｒおよび波長λにより
【００６１】
【数１０】
2014192865.tif 000012
【００６２】
【数１１】
2014192865.tif 000013
【００６３】
【数１２】
2014192865.tif 000014
と表すことができる。
【００６４】
また、|H|2の固有値μ１、μ２は、
【００６５】
【数１３】
2014192865.tif 000015
【００６６】
【数１４】
2014192865.tif 000016
である。
【００６７】
この固有値μ１、μ２を用いてチャネル容量cを表すと、
【００６８】
【数１５】
2014192865.tif 000017
となる。Ｓ／Ｎは信号対雑音電力比である。
【００６９】
そして、αと
【００７０】
【数１６】
2014192865.tif 000018
【００７１】
の位相差ηは、送受信機間オフセットδ、アンテナ間距離ｄ、送受信機間距離ｒを用いて、
【００７２】
【数１７】
2014192865.tif 000019
となる。
【００７３】
この位相差ηについて、最適値である位相差ηは、
【００７４】
【数１８】
2014192865.tif 000020
である。但し、式(16)において、ｎ＝・・・−１，０，１，２・・・である。
【００７５】
また、回避したい位相差ηは、
【００７６】
【数１９】
2014192865.tif 000021
【００７７】
【数２０】
2014192865.tif 000022
である。但し、式(17)および(18)において、ｎ＝・・・−１，０，１，２・・・である。
【００７８】
(2)アンテナ放射パターンを考慮した処理手順
【００７９】
図１０は、アンテナ放射パターンを考慮した処理手順を示している。この処理手順は本開示のアンテナ配置方法またはアンテナ配置プログラムの一例を示している。この処理手順では、パラメータとしてアンテナ間距離ｄおよび送受信機間距離ｒおよびアンテナ放射パターンζおよび信号対雑音電力比（Ｓ／Ｎ）を入力する（Ｓ２０１）。式(16)を用いてチャネル容量ｃが最大となる送受信機間オフセットδを求める（Ｓ２０２）。この演算結果として複数の送受信機間オフセットδを出力する（Ｓ２０３）。
【００８０】
この処理手順において、伝搬行列Ｈは、式(8)に記載の通りであり、この伝搬行列Ｈにおいて、α、β、γは、アンテナ間距離ｄ、送受信機間距離ｒ、アンテナ放射パターンζおよび波長λにより、
【００８１】
【数２１】
2014192865.tif 000023
【００８２】
【数２２】
2014192865.tif 000024
【００８３】
【数２３】
2014192865.tif 000025
となる。ここで、|H|2の固有値μ１、μ２は、既述の式(12)、(13)に記載の通りである。
【００８４】
そして、この場合のαと
【００８５】
【数２４】
2014192865.tif 000026
【００８６】
の位相差ηは、
【００８７】
【数２５】
2014192865.tif 000027
となる。式(22)において、ωは、
【００８８】
【数２６】
2014192865.tif 000028
である。
【００８９】
アンテナ放射パターンを考慮した場合、最適値である位相差ηは、
【００９０】
【数２７】
2014192865.tif 000029
となる。但し、式(24)において、ｎ＝・・・−１，０，１，２・・・である。
【００９１】
また、回避したい位相差ηは、
【００９２】
【数２８】
2014192865.tif 000030
【００９３】
【数２９】
2014192865.tif 000031
である。但し、式(25)および式(26)において、ｎ＝・・・−１，０，１，２・・・である。
【００９４】
＜近距離ＭＩＭＯの伝搬係数の条件＞
【００９５】
上記式(12)、(13)に示す固有値μ１、μ２は相対電力を示している。ここで、μ１＋μ２を一定であると仮定し、μ１、μ２の値の大小を検討する。
【００９６】
各固有値μ１、μ２の値の差が小さければ、式(14)に示すチャネル容量ｃが大きくなる。但し、帯域幅Ｂおよび信号対雑音電力比ＳＮＲを一定、すなわち、Ｂ＝１、ＳＮＲ＝１とする。
【００９７】
ここで、たとえば、μ１＝μ２＝３とすると、μ１およびμ２は同一値であり、差＝０であるから、式(14)にこれらの数値を代入すると、この場合のチャネル容量ｃ１は、
【００９８】
【数３０】
2014192865.tif 000032
となる。
【００９９】
μ１、μ２の差が大きい場合としてたとえば、μ１＝６、μ２＝０とする。この場合、μ１とμ２の差は６であるから、チャネル容量ｃ２は、
【０１００】
【数３１】
2014192865.tif 000033
となる。このような数値を想定して、チャネル容量ｃを求めると、図１１に示すように求められる。μ１＝６、５、４、３、μ２＝０、１、２、３で得られるチャネル容量ｃの値を示している。
【０１０１】
このように、近距離ＭＩＭＯの伝搬係数の条件としてμ１、μ２の差が小さければ、チャネル容量ｃが増大し、受信機Ｒ側での受信電力が大きくなる。
【０１０２】
＜近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置＞
【０１０３】
近距離ＭＩＭＯの伝搬において、μ１、μ２の差を大きくするには、μ１、μ２の式(12)、(13)に含まれている
【０１０４】
【数３２】
2014192865.tif 000034
【０１０５】
の位相差が小さく、且つ振幅差が小さければよい。
【０１０６】
たとえば、μ１、μ２の差が小であれば、
【０１０７】
【数３３】
2014192865.tif 000035
となる。
【０１０８】
これに対し、μ１、μ２の差が大であれば、
【０１０９】
【数３４】
2014192865.tif 000036
となる。つまり、振幅が同一であり、μ１、μ２の差が小であれば位相差が０となり、μ１、μ２の差が大であれば位相差が大きくなる。
【０１１０】
そして、伝搬係数αと異なる伝搬係数β、γで送受した場合、伝搬係数β、γの積β＊γの平方根の値に対するチャネル容量ｃを式(7) から求める。この場合、位相差は±２０度以内または１８０±２０度の範囲で且つ振幅差が２〔ｄＢ〕以内のチャネル容量ｃは次の通りである。但し、Ｂ＝１、ＳＮＲ＝１００（＝２０〔ｄＢ〕）と仮定する。
【０１１１】
(1)   振幅差＝０〔ｄＢ〕、位相差＝９０度の場合、チャネル容量ｃは、
【０１１２】
【数３５】
2014192865.tif 000037
となる。
【０１１３】
(2)   振幅差＝０〔ｄＢ〕、位相差＝２０度の場合、チャネル容量ｃは、
【０１１４】
【数３６】
2014192865.tif 000038
となる。
【０１１５】
(3)   振幅差＝２〔ｄＢ〕、位相差＝０度の場合、チャネル容量ｃは、
【０１１６】
【数３７】
2014192865.tif 000039
となる。但し、ａ＝１．１１である。
【０１１７】
(4)   振幅差＝０〔ｄＢ〕、位相差＝０度の場合、チャネル容量ｃは、
【０１１８】
【数３８】
2014192865.tif 000040
となる。
【０１１９】
この結果から明らかなように、チャネル容量ｃは、振幅差＝０〔ｄＢ〕、位相差＝９０度の場合に最大となり、振幅差＝０〔ｄＢ〕、位相差＝０度の場合に最小となる。チャネル容量ｃが最小であれば、受信信号から送信信号を分離できないため、通信品質が低下することになる。
【０１２０】
＜近距離ＭＩＭＯのアンテナ配置＞
【０１２１】
図１２は、送信機Ｔおよび受信機Ｒを正対させた状態を示している。送信機Ｔと受信機Ｒとが正対し、各アンテナＴｘ１、Ｔｘ２、Ｒｘ１、Ｒｘ２の指向性が一様である場合の条件は次の通りである。このように送信機Ｔおよび受信機Ｒが正対する場合には伝搬係数β、γはβ＝γの関係にある。
【０１２２】
【数３９】
2014192865.tif 000041
と、
【０１２３】
【数４０】
2014192865.tif 000042
との差が大きくなる条件は、送受信機間距離ｒとアンテナ間距離ｄの関係が
【０１２４】
【数４１】
2014192865.tif 000043
でなければよい。
【０１２５】
＜近距離ＭＩＭＯの演算結果＞
【０１２６】
図１３は、２×２、周波数２．４〔ＧＨｚ〕、送受信機間距離ｒ＝０．１５〔ｍ〕の場合の演算結果を示している。
【０１２７】
この演算結果では、アンテナ間距離ｄに対し、チャネル容量cおよび固有値μ１、μ２の値の変化を示している。図１３において、Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３の領域が回避したいアンテナ配置を示している。
【０１２８】
図１４は、他のアンテナ配置の演算結果を示している。この演算結果では、送受信機間オフセットを０．１ｍに設定している。Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３、Ｐ４、Ｐ５はチャネル容量ｃが大きい複数のアンテナ間距離を示している。Ｑ４、Ｑ５がチャネル容量ｃが小さくなる配置であり、回避したいアンテナ間距離を示している。
【０１２９】
＜第１の実施の形態の効果および変形例＞
【０１３０】
(1)  図３に示すアンテナ配置及び座標系とした場合、２×２ＭＩＭＯのアンテナ間距離ｄ、送受信機間距離γ、送受信機間のオフセットδをパラメータとして、ＭＩＭＯの性能であるチャネル容量ｃで表現できる。
【０１３１】
(2)  図４に示すアンテナ放射パターンを追加して入力し、チャネル容量ｃで表現できる。
【０１３２】
(3)  送受信機間距離ｒと送受信機のオフセットδを入力し、チャネル容量ｃを大きくするアンテナ間距離ｄを求めることができ、チャネル容量ｃを大きくする複数のアンテナ間距離ｄを出力することができる。
【０１３３】
(4)  チャネル容量ｃの代わりに固有値μ１、μ２を生成する成分の位相差が９０度となるアンテナ間距離ｄなどをパラメータとすることもできる。
【０１３４】
(5)  また、チャネル容量ｃが小さくなる避けたいアンテナ配置を導くことができ、この配置を避けたアンテナ配置でチャネル容量ｃの劣化を防ぐことが可能である。
【０１３５】
(6)  固有値μ１、μ２を生成する成分の位相差が０度または１８０度近辺となり、且つこれらの成分の振幅差が小さいアンテナ配置を避けることでＭＩＭＯの性能劣化を避けることができる。
【０１３６】
〔第２の実施の形態〕
【０１３７】
図１５は、第２の実施の形態に係るアンテナ配置を示している。図１５において、図３と同一部分には同一符号を付してある。
【０１３８】
第１の実施の形態には、アンテナＴｘ１、Ｔｘ２の配置がアンテナＲｘ１、Ｒｘ２の配置と並行であるのに対し、この実施形態では、非並行の場合である。しかも、受信機側のアンテナＲｘ１、Ｒｘ２の間隔に対し、送信側のアンテナＴｘ１、Ｔｘ２の間隔が大きい場合である。
【０１３９】
このアンテナ配置について、アンテナＲｘ１を基準にその座標が（０，０，０）であり、アンテナＲｘ２の座標が（ｄ１，０，０）である。この場合、アンテナＴｘ１、Ｒｘ１のオフセットをδとすると、アンテナＴｘ１の座標は（δ，γ，０）、アンテナＴｘ２の座標は、(δ+d2cos(θ)cos(φ）,r+d2cos(θ)sin(φ）, d2sin(θ))である。この場合、θおよびφは、基準座標からの変位角度である。
【０１４０】
この場合、伝搬行列Ｈは、
【０１４１】
【数４２】
2014192865.tif 000044
であり、ξはＺ軸方向の伝搬係数である。
【０１４２】
そこで、伝搬係数α、β、γおよびξは、
【０１４３】
【数４３】
2014192865.tif 000045
【０１４４】
【数４４】
2014192865.tif 000046
【０１４５】
【数４５】
2014192865.tif 000047
【０１４６】
【数４６】
2014192865.tif 000048
である。
【０１４７】
この場合、|H|2の固有値μ１、μ２は、
【０１４８】
【数４７】
2014192865.tif 000049
【０１４９】
【数４８】
2014192865.tif 000050
となる。
【０１５０】
そして、チャネル容量ｃは、
【０１５１】
【数４９】
2014192865.tif 000051
である。
【０１５２】
このように、固有値μ１、μ２やチャネル容量ｃが得られるので、アンテナ配置が既述のように変化しても、第１の実施形態と同様に、送受信機間オフセットδやアンテナ間距離ｄを求めることができる。つまり、送信アンテナ間距離と受信アンテナ間距離が異なり、送受信それぞれのアンテナが並行でない場合にもアンテナ配置の最適位置または避けるべき位置を求めることができる。
【０１５３】
〔第３の実施の形態〕
【０１５４】
図１６は、第３の実施の形態に係るアンテナ配置およびアンテナ放射パターンを示している。図１６において、Ａはアンテナ配置およびアンテナ放射パターンを示し、Ｂはアンテナ放射パターンを除いてアンテナ配置座標を示している。図１６において、図３と同一部分には同一符号を付してある。
【０１５５】
第１の実施形態では、アンテナ放射パターンの放射角度を密に想定したのに対し、この実施形態では、アンテナ放射パターンを４５度間隔に単純化している。
【０１５６】
(1) アンテナ放射パターンを考慮した場合
【０１５７】
この場合、伝送行列Ｈは
【０１５８】
【数５０】
2014192865.tif 000052
である。
【０１５９】
伝搬係数α、βは、
【０１６０】
【数５１】
2014192865.tif 000053
【０１６１】
【数５２】
2014192865.tif 000054
となる。
【０１６２】
この場合、|H|2の固有値μ１、μ２は、
【０１６３】
【数５３】
2014192865.tif 000055
【０１６４】
【数５４】
2014192865.tif 000056
である。
【０１６５】
そして、チャネル容量ｃは、
【０１６６】
【数５５】
2014192865.tif 000057
である。
【０１６７】
この場合、伝搬係数α、βの位相差ηは、
【０１６８】
【数５６】
2014192865.tif 000058
である。
【０１６９】
この位相差ηにおいて、最適値である位相差ηは、
【０１７０】
【数５７】
2014192865.tif 000059
である。
【０１７１】
これに対し回避したい位相差ηは、
【０１７２】
【数５８】
2014192865.tif 000060
【０１７３】
【数５９】
2014192865.tif 000061
である。
【０１７４】
(2) アンテナ放射パターンを考慮しない場合
【０１７５】
この場合も伝搬行列Ｈは、式(40)と同一であるが、アンテナ放射パターンを考慮していないので、伝搬係数α、βは、
【０１７６】
【数６０】
2014192865.tif 000062
【０１７７】
【数６１】
2014192865.tif 000063
となる。
【０１７８】
この場合、|H|2の固有値μ１、μ２は、
【０１７９】
【数６２】
2014192865.tif 000064
【０１８０】
【数６３】
2014192865.tif 000065
となり、
【０１８１】
チャネル容量ｃは、
【０１８２】
【数６４】
2014192865.tif 000066
である。
【０１８３】
この場合、αと
【０１８４】
【数６５】
2014192865.tif 000067
【０１８５】
の位相差ηは、
【０１８６】
【数６６】
2014192865.tif 000068
となる。
【０１８７】
この位相差ηにおいて、最適値である位相差ηは、
【０１８８】
【数６７】
2014192865.tif 000069
である。
【０１８９】
これに対し、回避したい位相差ηは
【０１９０】
【数６８】
2014192865.tif 000070
【０１９１】
【数６９】
2014192865.tif 000071
である。
【０１９２】
このように、固有値μ１、μ２やチャネル容量ｃが得られるので、第１の実施形態と同様に、送受信機間オフセットδやアンテナ間距離ｄを求めることができる。
【０１９３】
〔他の実施の形態〕
【０１９４】
(1)上記実施の形態では、送信機Ｔ側に２つのアンテナ、受信機Ｒ側に２つのアンテナを備える場合について説明したが、本発明は上記システムは３以上のアンテナを送信機側および受信機側に備える場合についても適用できる。
【０１９５】
(2)上記実施の形態では、図１５に示すように、送信機側アンテナＴｘ１、Ｔｘ２が変位する場合について説明したが、受信機側アンテナＲｘ１、Ｒｘ２が変位し、送信機Ｔ側および受信機Ｒ側が不並行である場合についても、本発明は適用できる。
【０１９６】
以上説明したように、アンテナ配置についての最も好ましい実施の形態等について説明した。本発明は、上記記載に限定されるものではない。特許請求の範囲に記載され、または発明を実施するための形態に開示された発明の要旨に基づき、当業者において様々な変形や変更が可能である。斯かる変形や変更が、本発明の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１９７】
２  ＭＩＭＯ伝送システム
Ｔ  送信機
Ｒ  受信機
Ｔｘ１、Ｔｘ２  送信機側アンテナ
Ｒｘ１、Ｒｘ２  受信機側アンテナ
α  アンテナＴｘ１・Ｒｘ１間の伝搬係数、アンテナＴｘ２・Ｒｘ２間の伝搬係数
β  アンテナＴｘ１・Ｒｘ２間の伝搬係数
γ  アンテナＴｘ２・Ｒｘ１間の伝搬係数
ｘｉ  送信信号
ｙｉ  受信信号
ｒ  送受信機間距離
ｄ  送信機側アンテナ間距離、受信機側アンテナ間距離
δ  送受信機間オフセット
ζｉ  ｉ方向のアンテナ放射パターン
ｃ  チャネル容量
４−１、４−２  アンテナ放射パターンテーブル
６、６−１、６−２  アンテナ配置プログラム
８  コンピュータ
１０  プロセッサ
１２  メモリ
１４  ＲＡＭ
１６  入力部
１８  表示部
【図１】
2014192865.tif 000072
【図２】
2014192865.tif 000073
【図３】
2014192865.tif 000074
【図４】
2014192865.tif 000075
【図５】
2014192865.tif 000076
【図６】
2014192865.tif 000077
【図７】
2014192865.tif 000078
【図８】
2014192865.tif 000079
【図９】
2014192865.tif 000080
【図１０】
2014192865.tif 000081
【図１１】
2014192865.tif 000082
【図１２】
2014192865.tif 000083
【図１３】
2014192865.tif 000084
【図１４】
2014192865.tif 000085
【図１５】
2014192865.tif 000086
【図１６】
2014192865.tif 000087