(57)【要約】【課題】簡易な構成で複雑な時空間を構築することができるフェージング信号形成装置、チャネル信号送信装置及びフェージング信号形成方法を提供すること。【解決手段】フェージング信号形成装置２００では、信号形成基本ユニット２２０−１〜４のそれぞれがチャネル信号を入力し、チャネル信号を複製するとともに、複製信号のそれぞれに対して調整を施すことにより、複数のフェージング信号を形成する。具体的には、信号形成基本ユニット２２０に設けられた位相調整部２３１−１，２が複製信号をメインアンテナとサブアンテナの相対的な位置関係に応じた異なる回転量で位相回転することにより、空間フェージング信号を形成する。【選択図】図３
2011071754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
メインアンテナから送信されるチャネル信号をフェージングシミュレータから入力し、それぞれ異なるサブアンテナから送信される複数のフェージング信号を前記チャネル信号に基づいて形成するフェージング信号形成手段と、
前記フェージング形成手段に設けられ、前記メインアンテナと前記サブアンテナの相対的な位置関係に応じた位相を付加して前記フェージング信号として出力する位相回転手段と、
を具備するフェージング信号形成装置。
【請求項２】
前記チャネル信号及び前記フェージング信号の振幅を調整する振幅調整手段、をさらに具備する請求項１に記載のフェージング信号形成装置。
【請求項３】
前記チャネル信号及び前記フェージング信号の出力タイミングを調整する遅延手段、をさらに具備する請求項１に記載のフェージング信号形成装置。
【請求項４】
請求項１に記載のフェージング信号形成装置と、前記メインアンテナと、前記サブアンテナと、を具備し、
前記メインアンテナ及び前記サブアンテナのそれぞれは、垂直偏波アンテナ、又は、水平偏波アンテナ及び垂直偏波アンテナを具備する、
チャネル信号送信装置。
【請求項５】
前記複数のアンテナの位置を調整するアンテナ位置調整手段、をさらに具備する、
請求項４に記載のチャネル信号送信装置。
【請求項６】
メインアンテナから送信されるチャネル信号を入力し、それぞれ異なるサブアンテナから送信される複数のフェージング信号を前記チャネル信号に基づいて形成するフェージング信号形成方法であって、
前記チャネル信号を複製する複製信号を形成するステップと、
前記複製信号を前記メインアンテナと前記サブアンテナの相対的な位置関係に応じた位相を付加して前記フェージング信号として出力するフェージング信号形成ステップと、
を具備するフェージング信号形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フェージング信号形成装置、チャネル信号送信装置及びフェージング信号形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話機等に代表される無線セルラシステムにおいては、サービス形態が多様化し、音声データのみならず、静止画像、動画像等の大容量データを高速伝送することが要求されている。高速・大容量伝送を実現する技術の１つとして、空間分割多重方式であるＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）が注目され、様々な研究開発や実証実験等が行われている。
【０００３】
次世代セルラシステムであるＬＴＥ（Long Term Evolution）においては、下り１００Ｍｂｐｓのピークレートを有するサービスが想定されており、これを実現する技術としてＭＩＭＯの採用が決定している。
【０００４】
ＭＩＭＯ伝送には、基地局及び端末の双方に複数のアンテナ（マルチアンテナ）を備える必要がある。このＭＩＭＯによる伝送性能は、端末に搭載されるマルチアンテナ特性だけでなく、マルチアンテナ特性とそれを取り巻く伝搬環境との相対的な環境にも依存する。そのため、ＭＩＭＯ伝送に対する品質要求等を満足させるためには、伝搬環境を含めたマルチアンテナに対する性能評価方法、並びに要求性能を規定することが必要となる。
【０００５】
この端末に搭載されたマルチアンテナの性能を評価するためには、多重波環境を模擬した空間チャネルエミュレータを用いたＯＴＡ（Over The Air）評価が必要となり、現在、３ＧＰＰ（３rd Generation Partnership Project）において、このＭＩＭＯ  ＯＴＡに関する検討が開始されている。
【０００６】
現在までに提案されているＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システムとして、非特許文献１に開示されているものがある。非特許文献１に開示されているＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システムは、フェージングシミュレータ（ＦＳ）と周辺散乱体を模擬するアンテナで構成され、非特許文献１では８つの出力端子を有し且つ出力端子から任意の多重波伝搬路を模擬するための信号処理がなされるＭＩＭＯ対応フェージングシミュレータと、フェージングシミュレータの出力端子のそれぞれに接続された周辺散乱体を模擬する８つのアンテナとを有している。従って、非特許文献１のＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システムでは、フェージングシミュレータが、８つの独立したチャネルを有することで８つの空間的に配置されたアンテナにより重み付けられた８つの独立したフェージング波を生成することができる。こうして、ＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システムは、様々な時空間を模擬的に構築することができる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】3GPP TSG-RAN WG4 #50-BIS Seoul, South Korea, 23-27 March, 2009, R4-091104, Elektrobit, "MIMO OTA Testing"
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
フェージングシミュレータと周辺散乱体を模擬するアンテナで構成されるＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システムにおいて、より複雑な模擬的な時空間を再現（生成）するためには、周辺散乱体のアンテナの数を増やし、且つ各アンテナから異なるフェージング波を出力することが必要となる。
【０００９】
しかしながら、非特許文献１のようなＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システムでは、周辺散乱体のアンテナ数分、フェージングシミュレータのチャネル数を揃える必要があるため、アンテナ数が増えるとこれに比例してチャネル数が増える。従って、上記のようなＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システムでは、より厳密な時空間を構築するためにアンテナ間隔を狭め、アンテナ数を増やし密に配設すると、フェージングシミュレータは、その構成が非常に複雑化してしまい、高コストな評価システムになると懸念される。一方で、低コスト化させるためにアンテナ間隔を広げ、アンテナ数を減らして配設すると、時空間の生成が疎になり、ＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システム自体の評価分解能が低下してしまう。
【００１０】
本発明の目的は、簡易な構成で複雑な時空間を構築することができるフェージング信号形成装置、チャネル信号送信装置及びフェージング信号形成方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のフェージング信号形成装置は、メインアンテナから送信されるチャネル信号をフェージングシミュレータから入力し、それぞれ異なるサブアンテナから送信される複数のフェージング信号を前記チャネル信号に基づいて形成するフェージング信号形成手段と、前記フェージング形成手段に設けられ、前記メインアンテナと前記サブアンテナの相対的な位置関係に応じた位相を付加して前記フェージング信号として出力する位相回転手段と、を具備する。
【００１２】
本発明のチャネル信号送信装置は、上記したフェージング信号形成装置と、前記メインアンテナと、前記サブアンテナと、を具備し、前記メインアンテナ及び前記サブアンテナのそれぞれは垂直偏波アンテナ、又は、水平偏波アンテナ及び垂直偏波アンテナを具備する。
【００１３】
本発明のフェージング信号形成方法は、メインアンテナから送信されるチャネル信号を入力し、それぞれ異なるサブアンテナから送信される複数のフェージング信号を前記チャネル信号に基づいて形成するフェージング信号形成方法であって、前記チャネル信号を複製する複製信号を形成するステップと、前記複製信号を前記メインアンテナと前記サブアンテナの相対的な位置関係に応じた位相を付加して前記フェージング信号として出力するフェージング信号形成ステップと、を具備する。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡易な構成で厳密な時空間を構築することができるフェージング信号形成装置、チャネル信号送信装置及びフェージング信号形成方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１に係るＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システムの構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係るフェージング信号形成装置の構成を示すブロック図
【図３】信号形成基本ユニットの構成を示すブロック図
【図４】アンテナ装置の配置を示す図
【図５】本発明の実施の形態２に係る信号調整部の構成を示すブロック図
【図６】本発明の実施の形態３に係る信号形成基本ユニットの構成を示すブロック図
【図７】本発明の実施の形態４に係るチャネル信号送信装置の構成を示すブロック図
【図８】本発明の実施の形態４に係るアンテナ装置の説明に供する図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態において、同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は重複するので省略する。
【００１７】
（実施の形態１）
[ＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システム１０]
図１は、実施の形態１に係るＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システム１０の構成を示すブロック図である。図１において、ＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システム１０は、フェージングシミュレータ（ＦＳ）１００と、フェージング信号形成装置２００と、アンテナ装置３００とを有する。なお、この例で示したフェージングシミュレータ１００は４入力４出力を持ち最大４×４のＭＩＭＯ構成を持つフェージングシミュレータであるが、例えば８×８など他の構成をもつフェージングシミュレータでも良い。
【００１８】
フェージングシミュレータ１００は、所定のＭＩＭＯ伝送信号を入力として時空間チャネル信号を生成し、フェージング信号形成装置２００へ出力する。時空間チャネル信号は、入力信号に任意の遅延波を発生させ、発生させた遅延波ごとに例えば４×４の要素で構成されるＭＩＭＯチャネル行列を乗じることにより、生成される。チャネル信号は、ＭＩＭＯ対応フェージングシミュレータ内でこのような信号処理を行われた後に複数の出力端子から出力される。
【００１９】
フェージング信号形成装置２００は、チャネル信号群を入力とする。そして、フェージング信号形成装置２００は、チャネル信号を複製するとともに、複数の複製信号のそれぞれに対して調整を施すことにより、空間的な広がりを表現する複数のフェージング信号を形成する。チャネル信号及び複数のフェージング信号は、それぞれ異なるアンテナポートから出力される。具体的には、チャネル信号は、メインアンテナと接続されるメインアンテナポートから出力され、前記チャネル信号を異なる回転量で位相回転して調整を施したフェージング信号は、サブアンテナと接続されるサブアンテナポートから出力される。
【００２０】
アンテナ装置３００は、フェージング信号形成装置２００の各アンテナポートと接続され、実際に空間的に配置されたアンテナ群を有する。そして、アンテナ装置３００は、フェージング信号形成装置２００から受け取るチャネル信号及びフェージング信号を、空間を形成するアンテナから送信する。
【００２１】
[フェージング信号形成装置２００の構成]
図２は、実施の形態１に係るフェージング信号形成装置２００の構成を示すブロック図である。図２において、フェージング信号形成装置２００は、制御部２１０と、信号形成基本ユニット２２０−１〜４とを有する。
【００２２】
制御部２１０は、信号調整制御信号を生成し、信号形成基本ユニット２２０へ出力する。
【００２３】
信号形成基本ユニット２２０は、チャネル信号を入力とし、チャネル信号を複製するとともに、複製信号のそれぞれに対して調整を施すことにより、空間的な広がりを持ったフェージング信号を形成する。信号形成基本ユニット２２０−１〜４は、フェージングシミュレータ１００から出力された４つのチャネル信号とそれぞれ従属する。
【００２４】
信号形成基本ユニット２２０は、図３に示すように、分配部２２１と、信号調整部２２２とを有する。
【００２５】
分配部２２１は、入力したチャネル信号から複数の複製信号を形成し、チャネル信号及び複数の複製信号を信号調整部２２２へ出力する。
【００２６】
信号調整部２２２は、実施の形態１では、位相調整部２３１−１，２を有する。信号調整部２２２は、分配部２２１から受け取る複製信号を、制御部２１０から受け取る信号調整制御信号に基づいて調整することにより、空間的なフェージング信号を形成する。具体的には、位相調整部２３１−１，２に接続されるアンテナは、位相調整部を通らない信号が入力される基準アンテナの空間的に左右に配置されている。そして、信号調整部２２２は、位相調整部２３１−１，２にて所定量の位相回転を与えることにより、互いにドップラーシフト量の異なる２つのフェージング信号を形成する。位相調整部２３１−１，２にて与えられる位相回転量は、アンテナの配置に応じたドップラーシフト量のもとの信号との差分に相当する。
【００２７】
例えば、位相調整部２３１−１は、ej(w+Δw)tだけ位相回転を与え、位相調整部２３１−２は、ej(w-Δw)tだけ位相回転を与える。こうすることで、チャネル信号の位相を基準に前後に等しく位相回転された２つのフェージング信号が形成される。
【００２８】
信号調整部２２２で形成されたフェージング信号はサブアンテナと接続されるサブアンテナポートからアンテナ装置３００へ出力され、チャネル信号はメインアンテナと接続されるメインアンテナポートからアンテナ装置３００へ出力される。なお、ここでは位相調整部２２２及びサブアンテナポートが２つある場合で説明しているが、アンテナ数が奇数である必要がある以外は制約が無く、３つ以上ある場合も同様な手段で構成されるものとする。
【００２９】
[アンテナ装置３００の構成]
図４は、アンテナ装置３００の構成を示す図である。アンテナ装置３００は、信号形成基本ユニット２２０と同数のアンテナグループ３１０を有する。ここでは、フェージングシミュレータ１００から出力された４つのチャネル信号に従属する４つの信号形成基本ユニット２２０を前提としているので、アンテナグループ３１０−１〜４が設けられている。アンテナグループ３１０−１〜４は、信号形成基本ユニット２２０−１〜４にそれぞれ対応する。
【００３０】
各アンテナグループ３１０は、アンテナ３１１−１〜３を有する。アンテナ３１１−１，３は、アンテナポートを介して位相調整部２３１−１，２とそれぞれ接続されている。すなわち、アンテナ３１１−２は、チャネル信号を送信するメインアンテナでありグループの中央に配置され、アンテナ３１１−１，３は、フェージング信号を送信するサブアンテナである。
【００３１】
アンテナ装置３００に備えられている全てのアンテナ３１１は、同一の円周上に配設されている。また、各アンテナグループ３１０では、アンテナ３１１−１〜３が、アンテナ３１１−１，２，３の順番で一方向に（時計回り又は反時計回り）に配置されている。
【００３２】
なお、評価対象である端末マルチアンテナ（受信アンテナ）は、上記アンテナ３１１が配設される円の中心に設置される。
【００３３】
[フェージング信号形成装置２００の動作]
上記構成を有するフェージング信号形成装置２００の動作について説明する。
【００３４】
フェージングシミュレータ１００で生成された、任意の多重波伝搬路を模擬したチャネル信号は、フェージング信号形成装置２００に入力される。
【００３５】
フェージング信号形成装置２００では、信号形成基本ユニット２２０−１〜４のそれぞれがチャネル信号を入力し、チャネル信号を複製するとともに、複製信号のそれぞれに対して調整を施すことにより、複数のフェージング信号を形成する。
【００３６】
具体的には、信号形成基本ユニット２２０に設けられた位相調整部２３１−１，２が複製信号を異なる回転量で位相回転することにより、２つのフェージング信号を形成する。
【００３７】
こうして形成されたフェージング信号及びチャネル信号は、それぞれ異なるアンテナポートから出力される。
【００３８】
各アンテナにフェージングシミュレータを接続した場合、Σ(i:アンテナ数)Σ(n:遅延数)Ainejwint+Δtinのように、アンテナ本数×遅延数分の減衰器、遅延線、及び位相器が必要になるが、このような構成をとることにより、Σ(i:サブアンテナ数) [(Σ(n:遅延数)Ainejwnt+Δtn)ewcosθit]のように、遅延数分の減衰器、遅延線及び位相器と、サブアンテナ数分の位相器とによる構成で済む。この結果として、比較的簡易な回路構成で厳密な時空間を構築することができる。
【００３９】
（実施の形態２）
図５は、実施の形態２に係る信号調整部２２２の構成を示すブロック図である。図５において、信号調整部２２２は、振幅調整部２３２−１〜３を有する。
【００４０】
振幅調整部２３２−１〜３は、それぞれのフェージング信号及びチャネル信号の振幅を調整する。こうすることにより、例えばガウス分布又はラプラス分布等のある群を形成する到来波分布を有する時空間の重心を変更することができる。
【００４１】
（実施の形態３）
図６は、実施の形態３に係る信号形成基本ユニット２２０の構成を示すブロック図である。図６の信号形成基本ユニット２２０の信号調整部２２２では、位相調整部２３１、振幅調整部２３２のそれぞれが、垂直偏波アンテナポートへと繋がる系統と水平偏波アンテナポートへと繋がる系統とのそれぞれに属する２つの処理部を有している。
【００４２】
そして、本実施の形態のフェージング信号形成装置２００及びアンテナ装置３００からなるチャネル信号送信装置では、各アンテナ３１１が水平偏波アンテナと垂直偏波アンテナとから構成されている。
【００４３】
こうすることにより、セルラー環境下で発生するＸＰＲ（交差偏波比）を加味した時空間を生成することができ、より実際の環境に近いＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システム１０を実現することができる。
【００４４】
（実施の形態４）
図７は、実施の形態４に係るチャネル信号送信装置４００の構成を示すブロック図である。図７においてチャネル信号送信装置４００は、フェージング信号形成装置２００と、アンテナ装置３００と、アンテナ位置調整装置４１０とを有する。
【００４５】
アンテナ位置調整装置４１０は、アンテナ３１１の設置姿勢（つまり、設置された状態のアンテナ３１１内の基準点を原点とする３次元座標系）を変化させることなく、アンテナ３１１の設置位置（つまり、空間座標）を調整する。
【００４６】
具体的には、図８に示すように、アンテナグループ３１０は、円形フレームに装着されている。例えば、円形フレームの中心軸上にメインアンテナであるアンテナ３１１−２が装着され、円形フレームの周縁部で且つ中心軸を挟んで対向する位置に、アンテナ３１１−１，３が装着されている。また、アンテナ３１１−１〜３は、それぞれ円形フレームに軸着されている。
【００４７】
そして、アンテナ位置調整装置４１０がモータ（図示せず）の回転量を調節し、モータの動力が円形フレームの中心軸に伝達することにより、円形フレームが回転する。これにより、アンテナ３１１−２に対するアンテナ３１１−１，３の位置が変化する。すなわち、アンテナ位置調整装置４１０が円形フレームの回転を制御することにより、複数のアンテナ配置パターンを実現することができる。
【００４８】
また、アンテナ３１１−１〜３はそれぞれ円形フレームに軸着されているので、観覧車のゴンドラが常に垂直方向を向いているのと同じ原理により、アンテナ３１１−１〜３の姿勢を常に一定に保つことができる。図８には、アンテナ３１１−１〜３が真横に並んでいるアンテナ配置パターンと上下に並んでいるアンテナ配置パターンとを示しているが、いずれのアンテナ配置パターンでも、アンテナ３１１−１〜３の姿勢は垂直方向に保たれている。
【００４９】
こうすることにより、アンテナ３１１を増やすことなく、複数のアンテナ配置パターンでＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
本発明のフェージング信号形成装置、チャネル信号送信装置及びフェージング信号形成方法は、簡易な構成で複雑な時空間を構築することができるものとして有用である。
【符号の説明】
【００５１】
１０  ＭＩＭＯ  ＯＴＡ評価システム
１００  フェージングシミュレータ
２００  フェージング信号形成装置
２１０  制御部
２２０  信号形成基本ユニット
２２１  分配部
２２２  信号調整部
２３１  位相調整部
２３２  振幅調整部
３００  アンテナ装置
３１０  アンテナグループ
３１１  アンテナ
４００  チャネル信号送信装置
４１０  アンテナ位置調整装置
【図１】
2011071754.tif 000003
【図２】
2011071754.tif 000004
【図３】
2011071754.tif 000005
【図４】
2011071754.tif 000006
【図５】
2011071754.tif 000007
【図６】
2011071754.tif 000008
【図７】
2011071754.tif 000009
【図８】
2011071754.tif 000010