(57)【要約】【課題】本願の課題は、到来波の電力分布を従来よりも詳細に算出することの可能な到来波電力分布算出装置、方法及びアンテナシミュレーション装置を提供することである。【解決手段】本発明による到来波電力算出装置は、空間的な電力分布の計算に必要なパラメータを設定するパラメータ設定手段と、設定されたパラメータ及び複数の第１確率密度関数を利用して、Ｎ個（Ｎは自然数）の到来波の各々について、電力分布を算出する第１算出手段と、少なくとも前記第１算出手段により算出されたＮ個の電力分布に基づいて、１つの合成電力分布を作成する合成手段を有する。前記合成電力分布にて所定値を超える電力値を有する方向の内、任意の１つの方向における電力値は、前記Ｎ個の電力分布における前記任意の１つの方向に関連するＮ個の電力値の何れかに等しい。【選択図】  図１
2004251858.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
到来波の電力分布を算出する到来波電力算出装置であって、
空間的な電力分布の計算に必要なパラメータを設定するパラメータ設定手段と、
設定されたパラメータ及び複数の第１確率密度関数を利用して、Ｎ個（Ｎは自然数）の到来波の各々について、電力分布を算出する第１算出手段と、
少なくとも前記第１算出手段により算出されたＮ個の電力分布に基づいて、１つの合成電力分布を作成する合成手段
を有し、前記合成電力分布にて所定値を超える電力値を有する方向の内、任意の１つの方向における電力値は、前記Ｎ個の電力分布における前記任意の１つの方向に関連するＮ個の電力値の何れかに等しいことを特徴とする到来波電力算出装置。
【請求項２】
更に、設定されたパラメータ及び第２確率密度関数を利用して、前記Ｎ個の到来波以外の到来波について１つの電力分布を算出する第２算出手段を有し、
前記合成手段が、前記第１及び第２算出手段により算出されたＮ＋１個の電力分布に基づいて、１つの合成電力分布を作成し、
前記合成電力分布における任意の１つの方向の電力値は、前記Ｎ＋１個の電力分布における前記任意の１つの方向に関連するＮ＋１個の電力値の何れかに等しいことを特徴とする請求項１記載の到来波電力算出装置。
【請求項３】
第１及び第２の空間座標成分で指定される方向から到来する電波の電力分布を算出する到来波電力算出装置であって、
空間的な電力分布を算出するのに必要なパラメータを設定するパラメータ設定手段と、
前記第１の空間座標成分を確率変数とする複数の第１確率密度関数を利用して、Ｎ個（Ｎは自然数）の到来波の各々について、第１の空間座標成分を発生させる第１算出手段と、
前記第２の空間座標成分を確率変数とする複数の第２確率密度関数を利用して、Ｎ個の到来波の各々について、第２の空間座標成分を発生させる第２算出手段と、
電力値を確率変数とする複数の第３確率密度関数を利用して、Ｎ個の到来波の各々について、瞬時的な電力値を発生させる第３算出手段と、
発生させた前記第１，第２の空間座標成分及び前記瞬時的な電力値に基づいて、Ｎ個の到来波の各々について電力分布を算出する第１電力分布算出手段と、
前記第１電力分布算出手段にて算出されたＮ個の電力分布に基づいて、１つの合成電力分布を作成する合成手段
を有し、前記合成電力分布にて所定値を超える電力値を有する方向の内、任意の１つの方向における電力値は、前記Ｎ個の電力分布における前記任意の１つの方向に関するＮ個の電力値の何れかに等しいことを特徴とする到来波電力算出装置。
【請求項４】
更に、設定されたパラメータ及び第４確率密度関数を利用して、前記Ｎ個の到来波以外の到来波について１つの電力分布を算出する第２電力分布算出手段を有し、
前記合成手段が、前記第１及び第２算出手段により算出されたＮ＋１個の電力分布に基づいて、１つの合成電力分布を作成し、
前記合成電力分布における任意の１つの方向の電力値は、前記Ｎ＋１個の電力分布における前記任意の１つの方向に関連するＮ＋１個の電力値の何れかに等しいことを特徴とする請求項３記載の到来波電力算出装置。
【請求項５】
更に、所与の電力分布における電力値を、該電力値に関連する方向の複素振幅に変換する変換手段と、
前記合成電力分布における各電力値に対応する複素振幅に基づいて、複素振幅分布を作成する複素振幅分布算出手段
を有することを特徴とする請求項１，２，３又は４の何れか１項に記載の到来波電力算出装置。
【請求項６】
前記パラメータ設定手段が、
少なくとも第１確率密度関数を定義するのに必要な初期パラメータを設定する初期パラメータ設定手段と、
移動体の移動条件を設定するための移動条件設定手段と、
移動条件に合わせて初期パラメータを出力する出力手段
を有することを特徴とする請求項１，２，３又は４の何れか１項に記載の到来波電力算出装置。
【請求項７】
前記第１確率密度関数が、
【数１】
2004251858.tif 000009
により表現され、
Ｐ（ｎ）（θ，φ）は、ｎ番目（１≦ｎ≦Ｎ）の到来波についての空間的な電力分布であり、
θは、仰角であり、
φは、方位角であり、
Ａ（ｎ）は、電力分布におけるピーク電力値であり、
θ（ｎ）ｍは、到来波の平均仰角であり、
φ（ｎ）ｍは、到来波の平均方位角であり、
σ（ｎ）θは、仰角の標準偏差であり、
σ（ｎ）φは、方位角の標準偏差である
ことを特徴とする請求項１記載の到来波電力算出装置。
【請求項８】
請求項２における前記第２確率密度関数、又は請求項４における前記第４確率密度関数が、
【数２】
2004251858.tif 000010
により表現され、
Ｐ（ｎ）（θ，φ）は、前記Ｎ個以外の到来波全体についての空間的な電力分布であり、
θは、仰角であり、
φは、方位角であり、
Ａ（ｎ）は、電力分布におけるピーク電力値であり、
θ（ｎ）ｍは、到来波の平均仰角であり、
σ（ｎ）θは、仰角の標準偏差であり、
Ｂ（Ｎ＋１）は、一定の電力値である
ことを特徴とする請求項２又は４の何れか１項に記載の到来波電力算出装置。
【請求項９】
請求項３記載の前記第１確率密度関数が、
【数３】
2004251858.tif 000011
によって表現され、
θ（ｎ）は、第１の空間座標成分であり、
θ（ｎ）ｍは、第１の空間座標成分の平均値であり、
Ｃθは、所定の定数であり、
前記第２確率密度関数が、
【数４】
2004251858.tif 000012
によって表現され、
φ（ｎ）は、第２の空間座標成分であり、
φ（ｎ）ｍは、第２の空間座標成分の平均値であり、
Ｃφは、所定の定数であり、
前記第３確率密度関数が、
【数５】
2004251858.tif 000013
によって表現され、
Ａ（ｎ）は、到来波の瞬時的な電力値であり、
Ａ（ｎ）ｍは、平均電力値であり、
ＣＡは、所定の定数であり、
前記第１電力分布算出手段は、
Ｐ（ｎ）（θ，φ）＝Ａ（ｎ）・δ（θ−θ（ｎ））・δ（φ−φ（ｎ））
に基づいて、Ｎ個の電力分布であるＰ（ｎ）（θ，φ）を算出することを特徴とする請求項３記載の到来波電力算出装置。
【請求項１０】
到来波の電力分布を算出する到来波電力算出方法であって、
空間的な電力分布の計算に必要なパラメータを設定するステップと、
設定されたパラメータ及び複数の第１確率密度関数を利用して、Ｎ個（Ｎは自然数）の到来波の各々について、電力分布を算出する算出ステップと、
少なくとも前記算出ステップにより算出されたＮ個の電力分布に基づいて、１つの合成電力分布を作成する合成ステップ
を有し、前記合成電力分布にて所定値を超える電力値を有する方向の内、任意の１つの方向における電力値は、前記Ｎ個の電力分布における前記任意の１つの方向に関連するＮ個の電力値の何れかに等しいことを特徴とする到来波電力算出方法。
【請求項１１】
第１及び第２の空間座標成分で指定される方向から到来する電波の電力分布を算出する到来波電力算出方法であって、
空間的な電力分布を算出するのに必要なパラメータを設定するステップと、
第１，第２の空間座標成分及び瞬時的な電力値を発生させる瞬時値生成ステップと、
前記第１，第２の空間座標成分及び前記瞬時的な電力値に基づいて、Ｎ個の到来波の各々についての電力分布を算出するステップと、
電力分布を算出する前記ステップにて算出されたＮ個の電力分布に基づいて、１つの合成電力分布を作成するステップ
より成り、前記瞬時値生成ステップが、
前記第１の空間座標成分を確率変数とする複数の第１確率密度関数を利用して、Ｎ個（Ｎは自然数）の到来波の各々について、第１の空間座標成分を発生させ、
前記第２の空間座標成分を確率変数とする複数の第２確率密度関数を利用して、Ｎ個の到来波の各々について、第２の空間座標成分を発生させ、
電力値を確率変数とする複数の第３確率密度関数を利用して、Ｎ個の到来波の各々について、瞬時的な電力値を発生させるステップより成り、
前記合成電力分布にて所定値を超える電力値を有する方向の内、任意の１つの方向における電力値は、前記Ｎ個の電力分布における前記任意の１つの方向に関するＮ個の電力値の何れかに等しいことを特徴とする到来波電力算出方法。
【請求項１２】
請求項１，２，３又は４の何れか１項に記載の到来波電力算出装置を有するアンテナシミュレーション装置であって、
前記到来波電力算出装置からの合成電力分布と、所与の指向性パターンとを利用して、アンテナ出力のシミュレーションを行うよう形成されることを特徴とするアンテナシミュレーション装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般に移動通信の技術分野に関し、特に到来波電力分布算出装置、到来波電力分布算出方法及び到来波電力分布算出装置を有するアンテナシミュレーション装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、移動通信システムで使用されるアンテナに関する各種のパラメータは、シミュレーションを行うことで最適化される。このシミュレーションは、到来波の空間的な電力の分布（到来波電力分布）や、アンテナの指向性等を利用して行われる。
【０００３】
従来のシミュレーション手法では、電波の到来する方向について、方位角（φ）は一様な確率分布で与えられ、仰角（θ）はガウス分布で与えられるような確率密度関数が使用されていた。ここで、仰角（θ）とは、極座標（ｒ，θ，φ）における鉛直方向に対する到来波の入射角であり（−π／２≦θ≦π／２）、方位角（φ）とは水平面内のある軸に対する到来波の入射角である（０≦φ≦２π）。このような数学的モデル（確率密度関数）を利用して、例えば実環境下における移動局アンテナの実効利得が評価される。従来の移動局アンテナは、水平面内無指向性アンテナを基にした受動アンテナが用いられており、実環境（例えば、電波伝搬環境）が変化しても指向性は変化しない。従って、上記の仮定の下に行われるシミュレーションは、比較的高精度の評価結果を与える。このようなシミュレーション手法については、例えば非特許文献１に開示されている。
【０００４】
【非特許文献１】
Ｔ．Ｔａｇａ，“Ａｎａｌｙｓｉｓ  ｆｏｒ  Ｍｅａｎ  ＥｆｆｅｃｔｉｖｅＧａｉｎ  ｏｆ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ａｎｔｅｎｎａｓ  ｉｎ  Ｌａｎｄ  Ｍｏｂｉｌｅ  Ｒａｄｉｏ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｓ”，ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．ｏｎ  ＶＴ，Ｖｏｌ３９，Ｎｏ．２，Ｍａｙ１９９０
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
現在、通信品質の向上とシステムの容量を増大させるために、広帯域移動通信システムへの空間信号処理技術の適用が検討されている。このうち代表的なものは、適応アレーアンテナ（ＡＡＡ：Ａｄａｐｔｉｖｅ  Ａｒｒａｙ  Ａｎｔｅｎｎａ）を利用する技術であり、これは、ビームフォーミング又はヌルフォーミングを行うことで、希望波と干渉波を空間的に分離する適応制御技術である。適応アレーアンテナは、所定の方向（方位角及び仰角で特定される）で電波強度が強くなるように、指向性（指向性パターン）を調整することが可能である。指向性の強いビームを利用して無線信号を伝送することで、通信資源を節約しつつ干渉の少ない通信システムを実現することが可能になる。ただし、実環境の変化に応じて、その指向性が適応的に制御される必要がある。このような適応アレーアンテナの特性（例えば、実効利得）を正確に評価するには、到来波の空間的な電力分布を詳しく知る必要がある。
【０００６】
しかしながら、指向性が固定の受動アンテナを前提とする従来の手法では、適応アレーアンテナを十分に評価することは困難である。また、一定期間にわたる平均的な到来波の電力分布を利用する従来の手法では、刻一刻と変化する実環境化に応じて変化する適応アレーアンテナの指向性を評価することは困難である。
【０００７】
一方、移動通信システムで伝送される信号は、マルチパス伝搬環境に委ねられる。この場合に、あるマルチパス成分が伝送速度の低い場合には無視することが可能であったとしても、伝送速度が高くなるとそれを無視せずに先行波と区別して取り扱う必要性が生じる。従って、高速のデータ伝送を行う上記のような広帯域移動通信システムのシミュレーションでは、従来とは異なり、先行波に続いて到来する複数のパスを適切に取り扱うことが望まれる。
【０００８】
本願の課題は、到来波の電力分布を従来よりも詳細に算出することの可能な到来波電力分布算出装置、到来波電力分布算出方法及びアンテナシミュレーション装置を提供することである。
【０００９】
本願の別の課題は、到来波の電力分布を従来よりも詳細に算出することが可能であり、適応アレーアンテナの特性を評価するのに適した到来波電力分布算出装置、到来波電力分布算出方法及びアンテナシミュレーション装置を提供することである。
【００１０】
本願の別の課題は、複数のパス（到来波）の影響を適切に取り扱うことで、到来波の電力分布を従来よりも詳細に算出することが可能な到来波電力分布算出装置、到来波電力分布算出方法及びアンテナシミュレーション装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明による到来波電力推定装置は、設定されたパラメータ及び複数の第１確率密度関数を利用して、Ｎ個の到来波の各々について、電力分布を算出する第１算出手段と、少なくとも前記第１算出手段により算出されたＮ個の電力分布に基づいて、１つの合成電力分布を作成する合成手段を有する。合成電力分布にて所定値を超える電力値を有する方向の内、任意の１つの方向における電力値は、前記Ｎ個の電力分布における前記任意の１つの方向に関連するＮ個の電力値の何れかに等しい。従って、マルチパス伝搬環境の影響に配慮しつつ従来よりも詳細に電力分布を算出することが可能になる。
【００１２】
本発明による到来波電力算出装置は、設定されたパラメータ及び第２確率密度関数を利用して、前記Ｎ個の到来波以外の到来波について１つの電力分布を算出する第２算出手段を有する。前記合成手段は、前記第１及び第２算出手段により算出されたＮ＋１個の電力分布に基づいて、１つの合成電力分布を作成する。前記合成電力分布における任意の１つの方向の電力値は、前記Ｎ＋１個の電力分布における前記任意の１つの方向に関連するＮ＋１個の電力値の何れかに等しい。支配的なＮ個の到来波と、その他の到来波との影響を適切に考慮することで、高精度な電力分布を作成することが可能になる。
【００１３】
本発明による到来波電力算出装置は、所与の電力分布における電力値を、該電力値に関連する方向の複素振幅に変換する変換手段と、前記合成電力分布における各電力値に対応する複素振幅に基づいて、複素振幅分布を作成する複素振幅分布算出手段を有する。これにより、適応アレーアンテナのように、実環境の変化、すなわち電力分布の変化によって指向性パターンを変化させるアンテナの特性を高精度にシミュレーションすることが可能になる。
【００１４】
本発明の到来波電力算出装置におけるパラメータ設定手段は、少なくとも第１確率密度関数を定義するのに必要な初期パラメータを設定する初期パラメータ設定手段と、移動体の移動条件を設定するための移動条件設定手段と、移動条件に合わせて初期パラメータを出力する出力手段を有する。これにより、例えば、移動局の移動条件に関連付けられた初期パラメータを次々と設定又は出力してゆくことで、移動中の移動局アンテナの様子をシミュレーションすることが可能になる。
【００１５】
本発明によれば、極座標表示における仰角方向θ及び方位角方向φの両方向に対して、到来波がガウス分布となるような第１確率密度関数（数式１，９）が使用される。これにより、指向性の強いアンテナをシミュレーションすることが可能になる。
【００１６】
本発明によれば、総ての到来波の内、比較的電力の高いＮ個の到来波以外の到来波全体について、方位角方向に一様な分布を与える確率密度関数が使用される。これにより、Ｎ個のパスだけでなく総ての到来波の影響を考慮し、より高精度に電力分布を作成することが可能になる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
［第１実施例］
図１は、本願第１実施例によるアンテナシミュレーション装置の全体図を示す。アンテナシミュレーション装置は、概して、垂直偏波成分の平均到来波電力分布を算出する垂直偏波電力分布算出部１００Ｖと、水平偏波成分の平均到来波電力分布を算出する水平偏波電力分布算出部１００Ｈと、アンテナ出力部１０９とを有する。
【００１８】
垂直偏波電力分布算出部１００Ｖは、到来波パラメータ入力部１０１Ｖを有し、これにより、後述するようなＮ＋１個の確率密度関数を定義するのに必要な初期パラメータと、移動端末の移動条件を定めるための移動条件パラメータとが設定される。これらのパラメータの全部又は一部は、アンテナシミュレーション装置の外部から与えることも可能であるし、到来波パラメータ入力部１０１Ｖ内で算出することも可能である。初期パラメータには、例えば、
電力分布におけるピーク電力値ＡＶ（ｎ），
到来波の平均仰角θ（ｎ）ｍＶ，
到来波の平均方位角φ（ｎ）ｍＶ，
仰角の標準偏差σ（ｎ）θＶ，
方位角の標準偏差σ（ｎ）φＶ，及び
一定の電力値Ｂ（Ｎ＋１）Ｖ等が含まれる。
この場合において、ｎは、ある自然数Ｎ以下の自然数である。Ｎは、アンテナに向かって様々方向から伝搬して来るマルチパス成分（個々の到来波）の内、例えば電力レベルの高い順に選択されたパス（到来波）の数を示す。ｎの範囲は、電力及び仰角については１≦ｎ≦Ｎ＋１であり、方位角については１≦ｎ≦Ｎである。なお、例えば信号雑音比のような電力レベル以外の基準に基づいてＮ個のパスを選択することも可能である。また、下付の添え字「Ｖ」は、それらの値が垂直偏波成分に関する値であることを示す。水平偏波電力分布算出部１００Ｈにも同様なパラメータが与えられる。
【００１９】
到来波パラメータ入力部１０１Ｖの出力は、（Ｎ＋１）個の３次元的な平均到来波電力分布を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）算出部１０２Ｖ１−１０２Ｖ（Ｎ＋１）に接続される。第１乃至第（Ｎ＋１）算出部１０２Ｖ１−１０２Ｖ（Ｎ＋１）の出力は、３次元的な（Ｎ＋１）個の平均到来波電力分布を合成して、１つの合成電力分布を作成する合成部１０３Ｖに接続される。合成部１０３Ｖは、第１乃至第（Ｎ＋１）算出部１０２Ｖ１−１０２Ｖ（Ｎ＋１）の出力に接続された平均到来波電力比較部１０４Ｖを有する。平均到来波電力比較部１０４Ｖは平均到来波電力選択部１０５Ｖに接続される。
【００２０】
なお、「電力分布」とは、到来波の空間的な電力の分布であり、空間的な方向（θ，φ）と電力値とを対応付けるものである。従って、１つの電力分布は、シミュレーションの行われる総ての方向（−π／２≦θ≦π／２，０≦φ≦２π）の１つ１つと、それらの方向に関連する電力値との対応関係を与える。
【００２１】
水平偏波電力分布算出部１００Ｈは、垂直偏波電力分布算出部１００Ｖと同様の構成を有するが、取り扱う到来波の数はＭ（自然数）であり、これは上記のＮと同一であっても良いし異なっていても良い。簡単のため図示を省略するが、水平偏波電力成分算出部１００Ｈは、到来波パラメータ入力部１０１Ｈを有し、これにより、Ｍ＋１個の確率密度関数を定義するのに必要な初期パラメータと、移動端末の移動条件を定めるための移動条件パラメータとが設定される。到来波パラメータ入力部１０１Ｈの出力は、（Ｍ＋１）個の３次元的な平均到来波電力分布を算出する第１乃至第Ｍ＋１算出部１０２Ｈ１−１０２Ｈ（Ｍ＋１）に接続される。これらの出力は、３次元的なＭ＋１個の平均到来波電力分布を合成して、１つの合成電力分布を作成する合成部１０３Ｈに接続される。合成部１０３Ｈは、第１乃至第Ｍ＋１算出部１０２Ｈ１−１０２Ｈ（Ｍ＋１）の出力に接続された平均到来波電力比較部１０４Ｈを有する。平均到来波電力比較部１０４Ｈは平均到来波電力選択部１０５Ｈに接続される。
【００２２】
垂直偏波電力分布算出部１００Ｖの平均到来波電力選択部１０５Ｖ及び水平偏波電力分布算出部１００Ｈの不図示の平均到来波電力選択部１０５Ｈは、アンテナ出力部１０９のアンテナ出力算出部１０６に接続される。アンテナ出力算出部１０６には、評価対象とするアンテナパターンの仰角成分及び方位角成分を出力するアンテナパターン仰角成分入力部１０７及びアンテナパターン方位角成分入力部１０８が接続される。アンテナ出力算出部１０６は、これらの入力に基づいて、実効利得や電力値等のアンテナ出力を出力する。
【００２３】
動作を次に説明する。第１ないし第（Ｎ＋１）算出部１０２Ｖ１−１０２Ｖ（Ｎ＋１）は、到来波パラメータ設定部１０１Ｖから各種のパラメータを受け取り、（Ｎ＋１）個の３次元的な平均到来波電力分布を算出する。例えば、第ｎ算出部１０１Ｖｎ（ｎはＮ以下の自然数）は、Ｎ個の到来波（パス）の内のｎ番目のパスに対する空間的な平均電力分布を次式（数式６）に基づいて算出する。
【００２４】
【数６】
2004251858.tif 000003
ここで、Ｐ（ｎ）（θ，φ）は、ｎ番目の到来波についての空間的な電力分布であり、
θは、（ｒ，θ，φ）極座標における鉛直方向からの角度である仰角（−π／２≦θ≦π／２）であり、
φは、水平面内のある軸からの角度である方位角（０≦φ≦２π）であり、
Ａ（ｎ）は、電力分布におけるピーク電力値であり、
θ（ｎ）ｍは、到来波の平均仰角であり、
φ（ｎ）ｍは、到来波の平均方位角であり、
σ（ｎ）θは、仰角の標準偏差であり、
σ（ｎ）φは、方位角の標準偏差である。
また、「平均」とあるのは、ある期間内の時間平均又は複数のサンプルに対する平均値を意味し、後述する「瞬時値」の平均値を示す。
【００２５】
数式６によれば、到来波方向の仰角θだけでなく、方位角φについてもガウス分布であることが想定されている。この点、方位角φについては一様な分布であることを想定していた従来の手法と大きく異なる。Ｎ個のパスについては、数式６を用いてパス毎に電力分布が算出され、第１乃至第Ｎ算出部１０２Ｖ１−１０２ＶＮによりＮ個の電力分布が得られる。上述したように、各算出部の出力は、例えば（仰角、方位角、電力値）の総ての組み合わせを一覧表の形式で与える。
【００２６】
一方、アンテナに到来する到来波の数は理論上は無数にあり、上記Ｎ個の到来波はその内の主要なものに相当する。総ての到来波から上記Ｎ個の到来波を除いた残余の到来波については、電力は比較的小さく、方位角φについての依存性も一様であると近似することが可能である。第（Ｎ＋１）算出部では、この残余の到来波についての電力分布を、次式（数式７）に従って算出する。
【００２７】
【数７】
2004251858.tif 000004
により表現され、
Ｐ（Ｎ＋１）（θ，φ）は、上記のＮ個以外の到来波全体についての空間的な電力分布であり、
θは、仰角であり、
φは、方位角であり、
Ａ（Ｎ＋１）は、電力分布におけるピーク電力値であり、
θ（Ｎ＋１）ｍは、到来波の平均仰角であり、
σ（Ｎ＋１）θは、仰角の標準偏差であり、
Ｂ（Ｎ＋１）は、一定の電力値である。
数式７に示されるように、仰角θについてはガウス分布であるが、方位角φについては一様な分布であることが想定されている。
【００２８】
第１乃至第Ｎ算出部１０２Ｖ１−１０２ＶＮ及び第（Ｎ＋１）算出部１０２Ｖ（Ｎ＋１）により算出された（Ｎ＋１）個の電力分布は、合成部１０３Ｖに与えられる。平均到来波電力比較部１０４Ｖは、（Ｎ＋１）個の電力分布に対して同一角度条件（θ、φ）における電力値（平均到来波電力）を比較する。上述したように、各電力分布は、ある方向（仰角θ、方位角φ）とその方向に対応する電力値の総ての組み合わせ（例えば、一覧表）として与えられる。平均到来波電力比較部１０４Ｖには、（Ｎ＋１）個の電力分布が与えられているので、ある１つの方向（仰角θ、方位角φ）を指定すると、その方向に関する（Ｎ＋１）個の電力値を指定することができる。
【００２９】
これら（Ｎ＋１）個の電力値の内、最も大きな電力値を有するものが、平均到来波電力選択部１０５Ｖにより選択される。例えば、ある１つの方向（仰角θｉ、方位角φｊ）に対して、（Ｎ＋１）個の電力値ｐｉｊ（１），ｐｉｊ（２），．．．，ｐｉｊ（Ｎ），ｐｉｊ（Ｎ＋１）が指定され、これら（Ｎ＋１）個の電力値のうちの最大値ｐｉｊ（ｋ）が選択されたとする。平均到来波電力選択部１０５Ｖは、その方向（仰角θｊ、方位角φｊ）に対して電力値ｐｉｊ（ｋ）を関連付ける。このような電力値の比較及び選択が総ての方向について行われることで、１つの新たな合成電力分布が作成され、垂直偏波に関する最終的な平均電力分布として、出力される。言い換えれば、合成電力分布における任意の１つの方向の電力値は、算出された（Ｎ＋１）個の電力分布における上記任意の１つの方向に関連する（Ｎ＋１）個の電力値の何れかに等しい、と言える。更に、Ｎ個の到来波に関するＮ個の電力分布に関して言えば、合成電力分布にて所定値を超える電力値を有する方向の内、任意の１つの方向の電力値は、該任意の１つの方向に関するＮ個の電力値の何れかに等しい、と言える。なお、このようにして出力される合成電力分布も、総ての方向についての電力値として、例えば一覧表の形式で出力される。
【００３０】
なお、１つの方向における（Ｎ＋１）個の電力値を加算して、その方向における１つの電力値を形成することも理論的には可能であるが、電力値の誤差を小さくする観点からは、本実施例のように最大値を選択することが望ましい。ガウス分布のようなすそ野の広い分布関数を利用する場合には、分布の中心から比較的遠く離れていても０でない電力値が得られる。（Ｎ＋１）個の電力値を加算してしまうと、そのようなすそ野の部分を重ね合わせることに起因して、実際には低電力の方向であるにもかかわらず、シミュレーションでは無視できない電力レベルになることが懸念される。
【００３１】
このような垂直偏波電力分布算出部１００Ｖにおける動作と同様の動作が、水平偏波電力分布算出部１００Ｈでも行われる。垂直偏波電力分布算出部１００Ｖ及び水平偏波電力分布算出部１００Ｈからの合成電力分布は、アンテナ出力部１０９のアンテナ出力算出部１０６に入力される。アンテナ出力算出部１０６では、垂直偏波及び水平偏波に関する２つの合成電力分布と、アンテナパターンの仰角成分及び方位角成分とに基づいて、アンテナ出力を算出し、シミュレーション結果として出力する。
【００３２】
本実施例では、（Ｎ＋１）個の到来波についての電力分布を作成し、これを１つに合成することで合成電力分布を作成している。しかしながら、主要なＮ個の到来波についての電力分布のみに基づいて、１つの合成電力分布を作成することも可能である。ただし、（Ｎ＋１）番目の電力分布は、Ｎ個の到来波以外の総ての到来波の影響を表現しているので、Ｎ個だけでなく（Ｎ＋１）個の電力分布を考慮すれば、（少なくとも近似的には）総ての到来波を考慮することが可能になる。従って、高精度化の観点からは、（Ｎ＋１）個総ての電力分布を考慮して合成電力分布を作成することが望ましい。例えば、ある方向では、Ｎ個の主要な到来波による電力値よりも、（Ｎ＋１）番目の電力分布（Ｎ個の到来波以外の到来波の電力分布）による電力値の方が大きい場合もあり得る。
【００３３】
［第２実施例］
図２は、本願第２実施例によるアンテナシミュレーション装置の全体図を示す。本実施例では、複数の（ｐ個の）アンテナ素子を有する適応アレーアンテナのシミュレーションを行うことを想定している。アンテナシミュレーション装置は、概して、垂直偏波成分の平均到来波電力分布を算出する垂直偏波複素振幅分布算出部２００Ｖと、水平偏波成分の平均到来波電力分布を算出する水平偏波複素振幅分布算出部２００Ｈと、振幅位相調整部２１３と、アンテナ出力部２１５とを有する。
【００３４】
垂直偏波複素振幅分布算出部２００Ｖは、第１実施例と同様に、到来波パラメータ入力部２０１Ｖを有し、（Ｎ＋１）個の確率密度関数を定義するのに必要な初期パラメータと、移動端末の移動条件を定めるための移動条件パラメータとが設定される。到来波パラメータ入力部２０１Ｖの出力は、（Ｎ＋１）個の３次元的な平均到来波電力分布を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）算出部２０２Ｖ１−２０２Ｖ（Ｎ＋１）に接続される。第１乃至第（Ｎ＋１）算出部２０２Ｖ１−２０２Ｖ（Ｎ＋１）の出力は、３次元的な（Ｎ＋１）個の平均到来波電力分布を合成して、１つの合成電力分布を作成する合成部２１４Ｖに接続される。合成部２１４Ｖは、第１乃至第（Ｎ＋１）算出部１０２Ｖ１−２０２Ｖ（Ｎ＋１）の出力に接続された平均到来波電力比較部２０４Ｖを有する。平均到来波電力比較部２０４Ｖは平均到来波電力選択部２０５Ｖに接続される。
【００３５】
更に、垂直偏波複素振幅分布算出部２００Ｖは、第１乃至第（Ｎ＋１）算出部２０２Ｖ１−２０２Ｖ（Ｎ＋１）の出力にそれぞれ接続される第１乃至第（Ｎ＋１）複素振幅変換部２０３Ｖ１−２０３Ｖ（Ｎ＋１）を有する。垂直偏波複素振幅分布算出部２００Ｖは、第１乃至第（Ｎ＋１）複素振幅変換部２０３Ｖ１−２０３Ｖ（Ｎ＋１）の出力に接続され、平均到来波電力選択部２０５Ｖの出力にも接続される複素振幅選択部２０６Ｖを有する。
【００３６】
水平偏波複素振幅分布算出部２００Ｈの構成は、垂直偏波複素振幅分布算出部２００Ｖと同様であるため、説明を省略する。ただし、水平偏波複素振幅分布算出部で取り扱う到来波の数Ｍ（自然数）、及び使用するパラメータの値は、垂直偏波複素振幅分布算出部のものと同一であっても良いし異なっていても良い。
【００３７】
垂直偏波複素振幅分布算出部２００Ｖの平均到来波電力選択部２０５Ｖ及び水平偏波複素振幅分布算出部２００Ｈの不図示の平均到来波電力選択部２０５Ｈは、振幅位相調整部２１３に接続される。振幅位相調整部２１３は、垂直偏波複素振幅分布算出部２００Ｖからの信号をｐ個に分配する分配器２０７Ｖを有する。振幅位相調整部２１３は、分配部２０７Ｖの出力に接続される振幅部２０８Ｖ１及び移相部２０９Ｖ１、ないし振幅部２０８Ｖｐ及び移相部２０９Ｖｐを有する。同様に、振幅位相調整部２１３は、水平偏波複素振幅分布算出部２００Ｈからの合成振幅分布を示す信号をｐ個に分配する分配器２０７Ｈを有する。振幅位相調整部２１３は、分配部２０７Ｈの出力に接続された振幅部２０８Ｈ１及び移相部２０９Ｈ１、ないし振幅部２０８Ｈｐ及び移相部２０９Ｈｐを有する。
【００３８】
第１乃至第ｐアンテナ出力算出部２１０１−２１０ｐは、振幅位相調整部２１３からの２×ｐ個の出力に接続される。各アンテナ出力算出部２１０１−２１０ｐには、評価対象とするアンテナパターンの仰角成分及び方位角成分を出力するアンテナパターン仰角成分入力部２１１１−２１１ｐ及びアンテナパターン方位角成分入力部２１２１−２１２ｐが、それぞれ接続される。
【００３９】
動作を次に説明する。垂直偏波複素振幅分布算出部２００Ｖの第１ないし第（Ｎ＋１）算出部２０２Ｖ１から２０２Ｖ（Ｎ＋１）は、第１実施例と同様に、パラメータ設定部２０１Ｖから各種のパラメータを受け取り、（Ｎ＋１）個の３次元的な平均到来波電力分布を算出する。第１乃至第Ｎ算出部２０２Ｖ１−２０２ＶＮは、上記の数式６を利用して、Ｎ個の電力分布を算出する。第（Ｎ＋１）算出部２０２Ｖ（Ｎ＋１）は、上記の数式７を利用して、１つの電力分布を算出する。
【００４０】
第１乃至第Ｎ算出部２０２Ｖ１−２０２ＶＮ及び第（Ｎ＋１）算出部２０２Ｖ（Ｎ＋１）により算出された（Ｎ＋１）個の電力分布は、合成部２１４Ｖに与えられる。平均到来波電力比較部２０４Ｖは、（Ｎ＋１）個の電力分布に対して同一角度条件（θ、φ）における電力値（平均到来波電力）を比較する。例えば、平均到来波電力選択部２０５Ｖは、ある１つの方向（仰角θｉ、方位角φｊ）に対して、（Ｎ＋１）個の電力値ｐｉｊ（ｎ）の中から最大値ｐｉｊ（ｋ）を特定する。
【００４１】
一方、第１乃至第（Ｎ＋１）複素振幅変換部２０３Ｖ１−２０３Ｖ（Ｎ＋１）は、電力分布における電力値を、次式（数式８）に従って、その方向の電力に関する複素振幅に変換する。
【００４２】
【数８】
2004251858.tif 000005
ここで、Ｅは、平均複素振幅であり、
Ｐは、平均電力であり、
αは、信号の位相成分である。位相αは、（Ｎ＋１）個の複素振幅変換の際に個別の異なる値であってもよいし、同一の値であってもよい。
【００４３】
平均到来波電力選択部２０５Ｖは、１つの方向に対して、（Ｎ＋１）個の電力値の中から選択された、最も大きい電力値を与える平均到来波電力分布（最大電力値の選択元）を特定する番号ｑ（１≦ｑ≦Ｎ＋１）を出力する。例えば、ある１つの方向（仰角θｉ、方位角φｊ）に対して、（Ｎ＋１）個の電力値ｐｉｊ（１），ｐｉｊ（２），．．．，ｐｉｊ（Ｎ），ｐｉｊ（Ｎ＋１）の中から最大値ｐｉｊ（ｋ）が選択されたとする。この場合に、特定される番号ｑは、ｋである（ｑ＝ｋ）。複素振幅選択部２０６Ｖは、（Ｎ＋１）個の電力分布の中から、その番号ｑに対応する電力分布を特定し、その方向における平均複素振幅Ｅを選択する。これにより、１つの方向（仰角θ、方位角φ）に対して、最大電力値に対応する１つの複素振幅Ｅが対応付けられる。このような電力値の比較、選択、電力分布の指定、及び複素振幅の選択が、総ての方向について行われることで、１つの新たな複素振幅分布が作成され、垂直偏波に関する複素振幅分布として、出力される。出力される複素振幅分布も、総ての方向についての複素振幅値として、例えば一覧表の形式で出力される。
【００４４】
このような垂直偏波複素振幅分布算出部２００Ｖにおける動作と同様の動作が、水平偏波複素振幅分布算出部２００Ｈでも行われ、垂直及び水平偏波成分のそれぞれについての複素振幅分布が、分配器２０７Ｖ，２０７Ｈに入力される。分配器２０７Ｖにて分配された信号の各々は、振幅部２０８Ｖ１及び移相部２０９Ｖ１、ないし振幅部２０８Ｖｐ及び移相部２０９Ｖｐにより、各アンテナ素子に対する適切な値に調整され、各自のアンテナ出力算出部２１０１−２１０ｐに入力される。振幅及び位相の調整量は、評価対象となる適応アレーアンテナをどのように構築するかに依存して、適宜設定され得る。同様に、分配器２０７Ｈにより分配された信号の各々は、振幅部２０８Ｈ１及び移相部２０９Ｈ１、ないし振幅部２０８Ｈｐ及び移相部２０９Ｈｐにより、各アンテナ素子に対する適切な値に調整され、各自のアンテナ出力算出部２１０１−２１０ｐに入力される。
【００４５】
各アンテナ出力算出部２１０１−２１０ｐには、評価対象とするアンテナパターンの仰角成分及び方位角成分を出力するアンテナパターン仰角成分入力部２１１１−２１１ｐ及びアンテナパターン方位角成分入力部２１２１−２１２ｐが、それぞれ接続される。各アンテナ出力算出部２１０１−２１０ｐは、これらの入力に基づいて、アンテナ素子毎の実効利得や電力値等のアンテナ出力を、シミュレーション結果として出力する。
【００４６】
［第３実施例］
図３は、本願第３実施例によるアンテナシミュレーション装置の全体図を示す。アンテナシミュレーション装置は、垂直偏波成分の瞬時的な到来波電力分布を算出する垂直偏波電力分布算出部３００Ｖと、水平偏波成分の瞬時的な到来波電力分布を算出する水平偏波電力分布算出部３００Ｈと、アンテナ出力部３１１とを有する。本実施例では、平均的な電力分布ではなく、例えばサンプリングデータ毎の瞬時的な電力分布を算出する。
【００４７】
垂直偏波電力分布算出部３００Ｖは、第１実施例と同様に、到来波パラメータ入力部３０１Ｖを有し、これにより、後述するような（Ｎ＋１）個の確率密度関数を定義するのに必要な初期パラメータと、移動端末の移動条件を定めるための移動条件パラメータとが設定される。
【００４８】
到来波パラメータ入力部３０１Ｖの出力は、電力分布の仰角成分を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）仰角成分算出部３０２Ｖ１−３０２Ｖ（Ｎ＋１）、電力分布の方位角成分を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）方位角成分算出部３０３Ｖ１−３０３Ｖ（Ｎ＋１）及び電力分布の電力成分を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）電力成分算出部３０４Ｖ１−３０４Ｖ（Ｎ＋１）に接続される。垂直偏波電力分布算出部３００Ｖは、（Ｎ＋１）組の（仰角成分、方位角成分及び電力成分）に基づいて、（Ｎ＋１）個の３次元的な電力分布を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）電力分布算出部３０５Ｖ１−３０５Ｖ（Ｎ＋１）を有する。これら各算出部からの出力は、３次元的な（Ｎ＋１）個の瞬時電力分布を合成して、１つの合成電力分布を作成する合成部３１３Ｖに接続される。合成部３１３Ｖは、第１乃至第（Ｎ＋１）算出部１０２Ｖ１から１０２Ｖ（Ｎ＋１）の出力に接続された瞬時到来波電力比較部３０４Ｖを有する。瞬時到来波電力比較部３０４Ｖは瞬時到来波電力選択部３０７Ｖに接続される。
【００４９】
水平偏波電力分布算出部３００Ｈの構成は、垂直偏波電力分布算出部３００Ｖと同様であるため、説明を省略する。ただし、水平偏波電力分布算出部３００Ｈで取り扱う到来波の数Ｍ（自然数）、及び使用されるパラメータは、垂直偏波電力成分算出部３００のものと同一であっても良いし異なっていても良い。
【００５０】
垂直偏波電力分布算出部３００Ｖの瞬時到来波電力選択部３０７Ｖ及び水平偏波電力分布算出部３００Ｈの不図示の瞬時到来波電力選択部３０７Ｈは、アンテナ出力部３１１のアンテナ出力算出部３０８に接続される。アンテナ出力算出部３０８には、評価対象とするアンテナパターンの仰角成分及び方位角成分を出力するアンテナパターン仰角成分入力部３０９及びアンテナパターン方位角成分入力部３１０が接続される。アンテナ出力算出部１０６は、これら各種の入力に基づいて、実効利得や電力値等のアンテナ出力を出力する。
【００５１】
動作を次に説明する。本実施例では、第１乃至第（Ｎ＋１）電力分布算出部３０５Ｖ１−３０５Ｖ（Ｎ＋１）にて、サンプリングデータ毎に、瞬時的な（Ｎ＋１）個の電力分布が算出され、合成部３１３で１つの合成された瞬時電力分布が作成される。第１ないし第Ｎ仰角成分算出部３０２Ｖ１−３０２ＶＮは、パラメータ設定部３０１Ｖから各種のパラメータを受け取り、次式のような仰角を確率変数とする確率密度関数（数式９）に基づいて、Ｎ個のパスについての仰角を発生させる。
【００５２】
【数９】
2004251858.tif 000006
ここで、θ（ｎ）は、ｎ番目の到来波についての、極座標表示における鉛直方向からの角度である仰角であり（−π／２≦θ≦π／２）、
θ（ｎ）ｍは、到来波の平均仰角であり、
σ（ｎ）θは、仰角の標準偏差であり、
Ｃθは、確率密度関数の規格化定数である。
【００５３】
例えば、第１仰角成分算出部３０２Ｖ１は、第１のパスについての仰角が、ｎ＝１の場合の数式９に示されるような仰角θを確率変数とする確率密度関数に従って出現するように、ある仰角θ（１）Ｖを発生させる。他のパス（ｎ＝２，．．．，Ｎ）についても同様に仰角θ（ｎ）Ｖが発生させられる。これらの瞬時的な仰角は、第１乃至第Ｎ電力分布算出部３０５Ｖ１−３０５ＶＮに入力される。
同様に、第１ないし第Ｎ方位角成分算出部３０３Ｖ１−３０３ＶＮは、パラメータ設定部３０１Ｖから各種のパラメータを受け取り、次式のような方位角を確率変数とする確率密度関数（数式１０）に基づいて、Ｎ個のパスについての方位角を発生させる。
【００５４】
【数１０】
2004251858.tif 000007
ここで、φ（ｎ）は、ｎ番目の到来波についての、極座標表示における水平面内のある軸からの角度であり（０≦φ≦２π）、
φ（ｎ）ｍは、到来波の平均方位角であり、
σ（ｎ）φは、方位角の標準偏差であり、
Ｃφは、確率密度関数の規格化定数である。
【００５５】
例えば、第１方位角成分算出部３０３Ｖ１は、第１のパスについての方位角が、ｎ＝１の場合の数式１０に示されるような方位角φを確率変数とする確率密度関数に従って出現するように、ある方位角φ（１）Ｖを発生させる。他のパス（ｎ＝２，．．．，Ｎ）についても同様に方位角φ（ｎ）Ｖが発生させられる。これらの瞬時的な方位角も、第１乃至第Ｎ電力分布算出部３０５Ｖ１−３０５ＶＮに入力される。
【００５６】
更に、第１ないし第Ｎ成分算出部３０４Ｖ１−３０４ＶＮは、パラメータ設定部３０１Ｖから各種のパラメータを受け取り、次式のような電力値を確率変数とする確率密度関数（数式１１）に基づいて、Ｎ個のパスについての電力を発生させる。
【００５７】
【数１１】
2004251858.tif 000008
ここで、Ａ（ｎ）は、ｎ番目の到来波についての電力値であり、
Ａ（ｎ）ｍは、到来波の平均電力値であり、
σ（ｎ）Ａは、電力値の標準偏差であり、
ＣＡは、確率密度関数の規格化定数である。
【００５８】
例えば、第１電力成分算出部３０２Ｖ１は、第１のパスについての電力が、ｎ＝１の場合の数式１１に示されるような電力Ａを確率変数とする確率密度関数に従って出現するように、ある電力値Ａ（１）Ｖを発生させる。他のパス（ｎ＝２，．．．，Ｎ）についても同様に電力値Ａ（ｎ）Ｖが発生させられる。これらの瞬時的な電力も、第１乃至第Ｎ電力分布算出部３０５Ｖ１−３０５ＶＮに入力される。なお、数式８における各変数は、理論的には真値を採用することも対数を採用することも可能である。しかし、例えば対数を採用した方が実測値に適合する、というような経験的な事情が存在する場合もある。このような場合は対数を採用することが望ましい。本実施例では、対数が使用されている。
【００５９】
第１乃至第Ｎ電力分布算出部３０５Ｖ１−３０５ＶＮでは、以下の数式（Ａ）を利用して、Ｎ個の３次元的な瞬時的な電力分布を算出する。
【００６０】
Ｐ（ｎ）（θ，φ）＝Ａ（ｎ）・δ（θ−θ（ｎ））・δ（φ−φ（ｎ））・・・（Ａ）
ここで、Ｐ（ｎ）（θ，φ）は、ｎ番目（１≦ｎ≦Ｎ）の到来波についての空間的な電力分布である。
【００６１】
第１及び第２実施例とは異なり、本実施例では、瞬時的な仰角、方位角、及び電力値に基づいて、瞬時的な電力分布が作成される。ただし、この電力分布も、シミュレーションの行われる総ての方向（−π／２≦θ≦π／２，０≦φ≦２π）の１つ１つと、それらの方向に関連する電力値との対応関係を与える。従って、各算出部の出力は、例えば（仰角、方位角、電力値）の総ての組み合わせを一覧表の形式で与えられる。
【００６２】
一方、アンテナに到来する到来波の数は理論上は無数にあり、上記Ｎ個の到来波はその内の主要なものに相当する。総ての到来波から上記のＮ個の到来波を除いた残余の到来波については、電力は比較的小さく、方向依存性も一様であると近似することが可能である。瞬時値を取り扱う本実施例でも、微弱な到来波が瞬時的にも様々な方位角から一様に到来しているものと近似することが可能である。第（Ｎ＋１）算出部では、この残余の到来波についての電力分布を、第１及び第２実施例と同様に、上記の数式４に従って算出する。
【００６３】
第１乃至第Ｎ算出部３０５Ｖ１−３０５ＶＮ及び第（Ｎ＋１）算出部３０５Ｖ（Ｎ＋１）により算出された（Ｎ＋１）個の電力分布は、合成部１０３Ｖに与えられる。瞬時到来波電力比較部３０６Ｖは、（Ｎ＋１）個の電力分布に対して同一角度条件（θ、φ）における電力値（瞬時到来波電力）を比較する。第１実施例にて説明したのと同様に、（Ｎ＋１）個の電力分布を利用して、同一方向における（Ｎ＋１）個の電力値の比較及び最大値の選択を、全方位について行うことで、垂直偏波に関する新たな１つの瞬時電力分布（合成電力分布）が作成される。この瞬時電力分布も、総ての方向についての電力値として、例えば一覧表の形式で出力される。
【００６４】
このような垂直偏波電力分布算出部３００Ｖにおける動作と同様の動作が、水平偏波電力分布算出部３００Ｈでも行われる。垂直偏波電力分布算出部３００Ｖ及び水平偏波電力分布算出部３００Ｈからの合成電力分布は、アンテナ出力部３１１のアンテナ出力算出部３０８に入力される。アンテナ出力算出部３０８では、垂直偏波及び水平偏波に関する２つの合成電力分布と、アンテナパターンの仰角成分及び方位角成分とに基づいて、アンテナ出力を算出し、シミュレーション結果として出力する。
【００６５】
本実施例によれば、ｎ番目の主到来波の電力、仰角及び方位角に関するパラメータが、上記の数式９から１１の確率密度関数に従う乱数として与えられる。このような乱数を用いて作成された瞬時的な電力分布を平均化すれば、第１及び第２実施例のような平均電力分布が得られる。本実施例では、瞬時的な電力分布を算出することで、刻々と変化する実環境に的確に追従することが可能になり、例えば適応アレーアンテナの特性を詳細に評価するような動的モデルへの拡張を図ることが可能になる。
【００６６】
［第４実施例］
図４は、本願第４実施例によるアンテナシミュレーション装置の全体図を示す。アンテナシミュレーション装置は、垂直偏波成分の瞬時的な到来波電力分布を算出する垂直偏波電力分布算出部４００Ｖと、水平偏波成分の瞬時的な到来波電力分布を算出する水平偏波電力分布算出部４００Ｈと、振幅調整部４１６と、アンテナ出力部４１７とを有する。本実施例では、複数の（ｐ個の）アンテナ素子を有する適応アレーアンテナのシミュレーションを行うことを想定している。また、本実施例では、平均的な電力分布ではなく、例えばサンプリングデータ毎の瞬時的な電力分布を算出する。
【００６７】
垂直偏波電力分布算出部４００Ｖは、第１実施例と同様に、到来波パラメータ入力部４０１Ｖを有し、これにより、後述するような（Ｎ＋１）個の確率密度関数を定義するのに必要な初期パラメータと、移動端末の移動条件を定めるための移動条件パラメータとが設定される。
【００６８】
到来波パラメータ入力部４０１Ｖの出力は、電力分布の仰角成分を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）仰角成分算出部４０２Ｖ１−４０２Ｖ（Ｎ＋１）、電力分布の方位角成分を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）方位角成分算出部４０３Ｖ１−４０３Ｖ（Ｎ＋１）及び電力分布の電力成分を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）電力成分算出部４０４Ｖ１−４０４Ｖ（Ｎ＋１）に接続される。垂直偏波電力分布算出部４００Ｈは、（Ｎ＋１）組の（仰角成分、方位角成分及び電力成分）に基づいて、（Ｎ＋１）個の３次元的な電力分布を算出する第１乃至第（Ｎ＋１）電力分布算出部４０５Ｖ１−４０５Ｖ（Ｎ＋１）を有する。これら各算出部からの出力は、３次元的な（Ｎ＋１）個の瞬時電力分布を合成して、１つの合成電力分布を作成する合成部４１８Ｖに接続される。合成部４１８Ｖは、第１乃至第（Ｎ＋１）算出部１０２Ｖ１から１０２Ｖ（Ｎ＋１）の出力に接続された瞬時到来波電力比較部４０７Ｖを有する。瞬時到来波電力比較部４０７Ｖは瞬時到来波電力選択部４０８Ｖに接続される。
【００６９】
更に、垂直偏波電力分布算出部４００Ｖは、第１乃至第（Ｎ＋１）算出部４０５Ｖ１−４０５Ｖ（Ｎ＋１）の出力にそれぞれ接続される第１乃至第（Ｎ＋１）複素振幅変換部４０６Ｖ１−４０６Ｖ（Ｎ＋１）を有する。垂直偏波電力分布算出部４００Ｖは、第１乃至第（Ｎ＋１）複素振幅変換部４０６Ｖ１−４０６Ｖ（Ｎ＋１）の出力に接続され、瞬時到来波電力選択部４０８Ｖの出力にも接続される複素振幅選択部４０９Ｖを有する。
【００７０】
水平偏波電力分布算出部４００Ｈの構成は、垂直偏波電力分布算出部４００Ｖと同様であるため、説明を省略する。ただし、水平偏波電力分布算出部４００Ｈで取り扱う到来波の数Ｍ（自然数）、及び使用されるパラメータは、垂直偏波電力成分算出部４００Ｖと同一であっても良いし異なっていても良い。
【００７１】
垂直偏波電力分布算出部４００Ｖの複素振幅選択部４０９Ｖ及び水平偏波電力分布算出部４００Ｈの不図示の複素振幅選択部４０９Ｈは、振幅位相調整部４１６に接続される。振幅位相調整部４１６は、垂直偏波電力分布算出部４００Ｖからの信号をｐ個に分配する分配器２１０Ｖを有する。振幅位相調整部４１６は、分配部４１０Ｖの出力に接続される振幅部４１１Ｖ１及び移相部４１２Ｖ１、ないし振幅部４１１Ｖｐ及び移相部４１２Ｖｐを有する。同様に、振幅位相調整部４１６は、水平偏波電力分布算出部４００Ｈからの合成振幅分布を示す信号をｐ個に分配する分配器４１０Ｈを有する。振幅位相調整部４１６は、分配部４１０Ｈの出力に接続された振幅部４１１Ｈ１及び移相部４１２Ｈ１、ないし振幅部４１１Ｈｐ及び移相部４１２Ｈｐを有する。
【００７２】
第１乃至第ｐアンテナ出力算出部４１３１−４１３ｐは、振幅位相調整部４１６からの２×ｐ個の出力に接続される。各アンテナ出力算出部４１３１−４１３ｐには、評価対象とするアンテナパターンの仰角成分及び方位角成分を出力するアンテナパターン仰角成分入力部４１４１−４１４ｐ及びアンテナパターン方位角成分入力部４１５１−４１５ｐが、それぞれ接続される。
【００７３】
動作を次に説明する。本実施例では、第１乃至第（Ｎ＋１）電力分布算出部４０５Ｖ１−４０５Ｖ（Ｎ＋１）にて、サンプリングデータ毎に、瞬時的な（Ｎ＋１）個の電力分布が算出され、合成部４１８で１つの合成された瞬時電力分布が作成される。第１ないし第Ｎ仰角成分算出部４０２Ｖ１−４０２ＶＮは、パラメータ設定部４０１Ｖから各種のパラメータを受け取り、上記の数式９に基づいて、Ｎ個のパスについての仰角を発生させる。発生させたこれらの瞬時的な仰角は、第１乃至第（Ｎ＋１）電力分布算出部４０５Ｖ１−４０５ＶＮに入力される。
同様に、第１ないし第Ｎ方位角成分算出部４０３Ｖ１−４０３ＶＮは、パラメータ設定部４０１Ｖから各種のパラメータを受け取り、上記の数式１０に基づいて、Ｎ個のパスについての方位角を発生させる。発生させたこれらの瞬時的な方位角も、第１乃至第Ｎ電力分布算出部４０５Ｖ１−４０５ＶＮに入力される。
【００７４】
更に、第１ないし第Ｎ成分算出部４０４Ｖ１−４０４ＶＮは、パラメータ設定部４０１Ｖから各種のパラメータを受け取り、上記の数式１１に基づいて、Ｎ個のパスについての電力を発生させる。発生させたこれらの瞬時的な電力も、第１乃至第Ｎ電力分布算出部４０５Ｖ１−４０５ＶＮに入力される。
【００７５】
第１乃至第Ｎ電力分布算出部４０５Ｖ１−４０５ＶＮでは、上記の数式（Ａ）を利用して、Ｎ個の３次元的な瞬時的な電力分布を算出する。また、第（Ｎ＋１）算出部４０５Ｖ（Ｎ＋１）では、Ｎ個の到来波以外の残余の到来波についての電力分布を、第１及び第２実施例と同様に、上記の数式４に従って算出する。
【００７６】
また、第１乃至第（Ｎ＋１）複素振幅変換部４０６Ｖ１−４０６Ｖ（Ｎ＋１）は、電力分布における電力値を、上記の数式５に従って、その方向の電力に関する複素振幅に変換する。
【００７７】
第１乃至第Ｎ算出部４０５Ｖ１−４０５ＶＮ及び第（Ｎ＋１）算出部４０５Ｖ（Ｎ＋１）により算出された（Ｎ＋１）個の電力分布は、合成部４１８Ｖに与えられる。瞬時到来波電力比較部４０７Ｖは、（Ｎ＋１）個の電力分布に対して同一角度条件（θ、φ）における電力値（平均到来波電力）を比較する。瞬時到来波電力選択部４０８Ｖは、１つの方向ｊ（仰角θｊ、方位角φｊ）に対して、（Ｎ＋１）個の値の中で最大の電力値ｐｋを関連付ける。
【００７８】
瞬時到来波電力選択部４０８Ｖは、１つの方向に対して、選択された最も大きい電力値を与える平均到来波電力分布（最大電力値の選択元）を特定する番号ｑ（１≦ｑ≦Ｎ＋１）を出力する。複素振幅選択部４０９Ｖは、第２実施例の場合と同様に、電力値の比較、最大電力値の選択、選択元の電力分布の指定、及び複素振幅の選択を、総ての方向について行うことで、１つの新たな複素振幅分布が作成される。垂直偏波に関する複素振幅分布として出力される複素振幅分布も、総ての方向についての複素振幅値として、例えば一覧表の形式で出力される。
【００７９】
このような垂直偏波電力分布算出部４００Ｖにおける動作と同様の動作が、水平偏波電力分布算出部４００Ｈでも行われ、垂直及び水平偏波成分のそれぞれについての複素振幅分布が、分配器４１０Ｖ，４１０Ｈに入力される。分配器４１０Ｖにて分配された信号の各々は、振幅部４１１Ｖ１及び移相部４１２Ｖ１、ないし振幅部４１１Ｖｐ及び移相部４１２Ｖｐにより、各アンテナ素子に対する適切な値に調整され、各自のアンテナ出力算出部４１３１−４１３ｐに入力される。振幅及び位相の調整量は、評価対象となる適応アレーアンテナをどのように構築するかに依存して、適宜設定され得る。同様に、分配器４１０Ｈにより分配された信号の各々も、振幅部４１１Ｈ１及び移相部４１２Ｈ１、ないし振幅部４１１Ｈｐ及び移相部４１２Ｈｐにより、各アンテナ素子に対する適切な値に調整され、各自のアンテナ出力算出部４１３１−４１３ｐに入力される。
【００８０】
各アンテナ出力算出部４１３１−４１３ｐには、評価対象とするアンテナパターンの仰角成分及び方位角成分を出力するアンテナパターン仰角成分入力部４１４１−４１４ｐ及びアンテナパターン方位角成分入力部４１５１−４１５ｐが、それぞれ接続される。各アンテナ出力算出部４１３１−４１３ｐは、これらの入力に基づいて、アンテナ素子毎の実効利得や電力値等のアンテナ出力を、シミュレーション結果として出力する。
【００８１】
［第５実施例］
図５は、到来波パラメータ設定部１０１，２０１，３０１，４０１の一例を示す。図示されている到来波パラメータ設定部５０１は、既知のｓ組（ｓは自然数）の到来波初期パラメータが入力される到来波初期パラメータ入力部５０２を有する。この到来波初期パラメータは、数式３，４及び数式６乃至９に示されるような確率密度関数を定義するのに使用される。到来波パラメータ設定部５０１は、ｓ組の道路角が入力される道路角入力部５０３を有する。道路角とは、移動局の進行する道路の方向と、移動局及び基地局を結ぶ直線方向との間のなす角度である。従って、道路角は、移動局の移動と供に変化する量である。到来波パラメータ設定部５０１はデータベース記憶部５０４を有し、このデータベース記憶部５０４には、到来波初期パラメータ入力部５０２より入力されたｓ組の到来波初期パラメータと、道路角入力部５０３より入力されたｓ組の道路角とが、例えば図６の図表に示すような形式で記憶される。
【００８２】
データベース記憶部５０４は近似関数算出部５０５に接続されており、近似関数算出部５０５では、データベース記憶部５０４に記憶されたｓ組の到来波初期パラメータとｓ組の道路角の中からｔ組（ｔはｓ以下の自然数）が選択される。これらの到来波初期パラメータに対応する道路角、及び道路角と到来波パラメータとの関係を表す近似関数を利用して、シミュレーションの対象とする道路角に対する各到来波パラメータを算出する。最も簡単な近似の方法は、複数の道路角に対する到来波パラメータの各々を道路角に対して線形近似することである。ただし、本発明は線形近似に限定されず、それらの間の対応関係を与える任意の近似関数を利用することが可能である。近似関数算出部５０５は到来波パラメータ選択部５０６に接続されている。到来波パラメータ選択部５０６は、近似関数算出部５０５により算出された各到来波パラメータ、又はデータベース部５０３に記憶されたｓ組の到来波初期パラメータのうちシミュレーションの対象とする道路角に関連するものを選択する。到来波パラメータ選択部５０６は切替部５０７に接続されており、切替部５０７には到来波初期パラメータ入力部５０２も接続されている。
【００８３】
このように構成することで、切替部５０７は、（１）到来波初期パラメータ入力部５０２からの直接的に与えられるパラメータ、（２）データベース記憶部５０４に格納されている一覧表にて指定されるパラメータ、及び（３）所定の近似計算を行うことで得られるパラメータのうち、適切なものを選択して出力することが可能である。例えば、移動局が移動するにつれて道路角が変化し、それに応じてパラメータの値も変化する場合を想定する。（１）の場合は、変化するパラメータを直接的に入力し、切替部５０７を通じてそれらを以後の処理要素（電力分布算出部等）に与えることを要する。（２）の場合は、道路角とパラメータとの間の対応関係が図６の図表のようにして対応付けられていることを利用するので、ユーザ又はオペレータは道路角を設定することで、必要なパラメータを切替部から適宜出力させることが可能である。（３）の場合は、道路角とパラメータとの既知の関係を利用して、未知のパラメータを近似計算しながらそれを切替部から出力させる。（１）ないし（３）の何れの動作を行わせるにせよ、本実施例によれば、切替部から適切なパラメータを適切に出力し続けることで、移動局が移動している間の様子をシミュレーションすることが可能になる。
【００８４】
なお、本実施例では、移動局の移動条件を定める要素として道路角を設定していたが、本発明はこれに限定されず、移動局の移動条件、すなわち移動局及び基地局等との間の位置関係を特定することの可能な任意のパラメータを使用することが可能である。
【００８５】
図７ないし図１０は、本願実施例によるシミュレーション結果を説明するための図を示す。図７は、電力分布の算出に使用される到来波初期パラメータを示す。図７（Ａ），（Ｂ）は垂直偏波成分用の到来波初期パラメータであり、図７（Ｃ），（Ｄ）は水平偏波成分用の到来波初期パラメータである。図示されているように、垂直及び水平偏波成分の何れに対しても、想定する個別のパスは８である（Ｎ＝Ｍ＝８）。従って、垂直偏波成分に対して、Ｎ＋１＝９個の確率密度関数を利用して９個の電力分布が算出される。図７（Ａ）の各値は、Ｎ＝８個の確率密度関数（数式３）を定義するのに使用され、図７（Ｂ）の各値は１個の確率密度関数（数式４）を定義するのに使用される。水平偏波成分に対しも、（Ｎ＋１）＝９個の確率密度関数を利用して９個の電力分布が算出され、図７（Ｃ）の各値は、Ｎ＝８個の確率密度関数（数式３）を定義するのに使用され、図７（Ｄ）の各値は１個の確率密度関数（数式４）を定義するのに使用される。
【００８６】
図８は、図７に示される値を利用して行ったシミュレーション結果、従来方式によるシミュレーション結果、及び測定値を示す。図８（Ａ）は垂直偏波成分に関するものであり、左側は仰角が８０度の場合を示し（θ＝８０°）、右側は仰角が７０度の場合を示す（θ＝７０°）。図８（Ｂ）は水平偏波成分に関するものであり、左側は仰角が８０度の場合を示し（θ＝８０°）、右側は仰角が７０度の場合を示す（θ＝７０°）。図示されているように、従来の技術では、ある仰角面における方位角に対する平均到来波電力分布は一定値となり、実環境と大きく異なるが、本願実施例により算出された移動局平均到来波電力分布は、実測値とほぼ一致していることが分かる。また、Ｎ個，Ｍ個の比較的大きな電力の到来波が、平均到来波電力分布上でも大きくなっており、本願実施例による手法は、支配的な到来波の到来角条件や到来波電力に適切に追従することが可能である。したがって、算出された移動局平均到来波電力分布と評価対象のアンテナ素子に対するアンテナパターンを入力することにより、アダプティブ・アレー・アンテナのように伝搬環境の変化に従って指向性パターンを制御するアンテナの評価が可能となる。
【００８７】
図９，図１０も、電力分布の算出に使用される到来波初期パラメータ及びシミュレーション結果を示す。この例における到来波パラメータは、近似関数算出部５０５で線形近似を行うことによって算出される。この例でも、本願実施例により算出された移動局平均到来波電力分布は、実測値とほぼ一致していることが分かる。
【００８８】
図１１は、測定データの解析より得られた最大到来波電力の方位角分布である。図１２は、本願実施例における数式（Ａ）を用いて発生した到来波分布より求めた到来波の最大電力方位角分布である。サンプル数は１０００である。この場合において、最大電力の到来波を理想的に追跡する狭ビームのＶ偏波適応アレーアンテナを利用することを想定している。なお、電力成分の標準偏差σＡ（ｎ）については、図１３に示されるような値を使用している。図１２に示されるように、本願実施例により求めた最大到来波電力の方位角頻度分布は、測定値とほぼ同様の傾向を示している。本願実施例によれば、瞬時的な到来波電力分布を適切に発生させることができるため、適応アレーアンテナの精度良い性能評価を行うことが可能となる。
【００８９】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、到来波の電力分布を従来よりも詳細に算出することが可能になる。
【００９０】
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願第１実施例によるアンテナシミュレーション装置のブロック図を示す。
【図２】図２は、本願第２実施例によるアンテナシミュレーション装置のブロック図を示す。
【図３】図３は、本願第３実施例によるアンテナシミュレーション装置のブロック図を示す。
【図４】図４は、本願第４実施例によるアンテナシミュレーション装置のブロック図を示す。
【図５】図５は、パラメータ設定部の一例を示すブロック図を示す。
【図６】図６は、到来波初期パラメータと道路角との対応関係例を示す図表である。
【図７】図７は、本願実施例によるシミュレーションにて採用された各種のパラメータを示す図表である。
【図８】図８は、本願実施例によるシミュレーション結果を示す図である。
【図９】図９は、本願実施例によるシミュレーションにて採用された各種のパラメータを示す図表である。
【図１０】図１０は、本願実施例によるシミュレーション結果を示す図である。
【図１１】図１１は、測定された最大到来波電力の方位角分布を示す図である。
【図１２】図１２は、本願実施例により推定された最大到来波電力の方位角分布を示す図である。
【図１３】図１３は、図１２のシミュレーションで使用された電力の標準偏差を示す図表である。
【符号の説明】
１００Ｖ，３００Ｖ  垂直偏波電力分布算出部
１００Ｈ，３００Ｈ  水平偏波電力分布算出部
２００Ｖ，４００Ｖ  垂直偏波複素振幅分布算出部
２００Ｈ，４００Ｈ  水平偏波複素振幅分布算出部
１０１Ｖ，２０１Ｖ，３０１Ｖ，４０１Ｖ  到来波パラメータ入力部
１０２Ｖｎ，２０２Ｖｎ，３０２Ｖｎ，４０２Ｖｎ  電力分布算出部
１０３Ｖ，２１４Ｖ，３１３Ｖ，４１８Ｖ  合成部
１０４Ｖ，２０４Ｖ，３０６Ｖ，４０７Ｖ  到来波電力比較部
１０５Ｖ，２０５Ｖ，３０７Ｖ，４０８Ｖ  到来波電力選択部
１０９Ｖ，２１５Ｖ，３１１Ｖ，４１７Ｖ  アンテナ出力部
１０６Ｖ，２１０Ｖ，３１１Ｖ，４１３Ｖ  アンテナ出力算出部
１０７Ｖ，２１１Ｖ，３０９Ｖ，４１４Ｖ  アンテナパターン仰角成分入力部
１０８Ｖ，２１２Ｖ，３１０Ｖ，４１５Ｖ  アンテナパターン方位角成分入力部
２１３Ｖ，４１６Ｖ  振幅位相調整部
２０７Ｖ，４１０Ｖ  分配器
２０８Ｖ，４１１Ｖ  振幅部
２０９Ｖ，４１２Ｖ  位相部
２０３Ｖｎ，４０６Ｖｎ  複素振幅変換部
２０６Ｖ，４０９Ｖ  複素振幅選択部
５０１  到来波パラメータ入力部
５０２  到来波初期パラメータ入力部
５０３  道路角入力部
５０４  データベース記憶部
５０５  近似関数算出部
５０６  到来波パラメータ選択部
５０７  切替部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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