(57)【要約】【課題】  より適切なアレーアンテナの評価を実現するＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価方法及びＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラムを提供する。【解決手段】  送信端における各相関行列の和と、受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの和の大きさを乗算して対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値とする。【選択図】  図４
2005130016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する伝搬行列推定部と、
前記複数の測定点毎に、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する第１の相関行列算出部と、
前記第１の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記第１の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の和を算出する第２の相関行列算出部と、
前記第２の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の和の行列式と、前記第２の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の和の行列式を乗算して自乗根をとり、対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力する評価値算出部と
を具備することを特徴とするＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置。
【請求項２】
前記評価値算出部は、前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、
該評価値算出部が算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力するアレーアンテナ選択部をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置。
【請求項３】
前記評価値算出部は、前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、
該評価値算出部が算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力するアレーアンテナ選択部をさらに具備する
ことを特徴とする請求項１に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置。
【請求項４】
前記伝搬行列推定部は、前記送信端から入力する受信信号より前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を推定する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置。
【請求項５】
前記伝搬行列推定部は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの項に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置。
【請求項６】
前記伝搬行列推定部は、前記複数の測定点をＷＳＳ確立過程が成立する範囲において設定する
ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの項に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置。
【請求項７】
複数の測定点における送信アレーアンテナの伝搬行列及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出し、
前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出し、
前記算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の和を算出し、
前記算出した送信端における各相関行列の和と、前記算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの行列式を乗算して自乗根をとり、対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力する
ことを特徴とするＭＩＭＯアレーアンテナ評価方法。
【請求項８】
前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力する
ことを特徴とする請求項７に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価方法。
【請求項９】
前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力する
ことを特徴とする請求項７に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価方法。
【請求項１０】
前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列は、前記送信端からの受信信号より推定される
ことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかの項に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価方法。
【請求項１１】
前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって算出される
ことを特徴とする請求項７から請求項９のいずれかの項に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価方法。
【請求項１２】
前記複数の測定点は、ＷＳＳ確立過程が成立する範囲において設定される
ことを特徴とする請求項７から請求項１１のいずれかの項に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価方法。
【請求項１３】
複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理と、
前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する処理と、
前記算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の和を算出する処理と、
前記算出した送信端における各相関行列の和と、前記算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの行列式を乗算して自乗根をとり対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力する処理と
をコンピュータに実行させるためのＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラム。
【請求項１４】
前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する処理と、
該算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力する処理と
をさらにコンピュータに実行させるための請求項１３に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラム。
【請求項１５】
前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する処理と、
該算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力する処理と
をさらにコンピュータに実行させるための請求項３に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラム。
【請求項１６】
前記送信端から入力する受信信号より前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を推定する処理
をさらにコンピュータに実行させるための請求項１３から請求項１５のいずれかの項に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラム。
【請求項１７】
実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理
をさらにコンピュータに実行させるための請求項１３から請求項１５に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラム。
【請求項１８】
前記複数の測定点は、ＷＳＳ確立過程が成立する範囲において設定される
ことを特徴とする請求項１３から請求項１７に記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価方法及びＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＩＭＯ（多入力多出力）通信において、低いアンテナ相関を実現するアレーアンテナを構成することでより高いダイバーシティ、高い伝送容量を実現できることが知られている。このため、アレーアンテナの性能評価の指標としては、アレーアンテナを構成する各アンテナ間の相関値が採用され、アンテナ相関が低いほど、ＭＩＭＯ通信に有利であると考えられている。また、平均実効電力も重要な要因であると考えられて平均実効電力が大きいほどＭＩＭＯ通信に有利であると考えられてきた。なお、MIMO通信におけるアレーアンテナの評価に関しては、関連性の高い先行技術文献が発見されなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述したように、MIMO通信におけるアレーアンテナの評価については、アンテナ相関だけを評価パラメータとし、アンテナ相関が低いことがＭＩＭＯ通信には重要な要因であると考えられてきた。また、平均実効電力も重要な要因であると考えられてきた。しかし、アレーアンテナ構成を評価するには、アンテナ相関、平均実効電力の両方を考慮しなくてはならない。なぜなら、この２つの要因は独立して存在しないからである。例えば、指向性を有したアンテナでアレーを構成した場合などは、アンテナ相関が低いが伝搬の合成通信容量が低い状態となってしまうという問題があるためである。
具体的には、相関が低い平面アンテナタイプの２偏波アンテナを使用した場合、低いアンテナ相関を実現しているにもかかわらず、伝送容量も同様に低くなってしまう。これは、平面タイプアンテナは指向性を有するため、アレーを構成した場合、アンテナパターンが狭くなってしまい、結果として受信電力の低下を引き起こしてしまうためである。
【０００４】
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、より適切なアレーアンテナの評価を実現するＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価方法及びＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する伝搬行列推定部と、前記複数の測定点毎に、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する第１の相関行列算出部と、前記第１の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記第１の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の和を算出する第２の相関行列算出部と、前記第２の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の和と、前記第２の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの和の行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力する評価値算出部とを具備することを特徴とする。
【０００６】
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する伝搬行列推定部と、前記複数の測定点毎に、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する第１の相関行列算出部と、前記第１の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の平均を算出するとともに、前記第１の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の平均を算出する第２の相関行列算出部と、前記第２の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の平均と、前記第２の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の平均とについて、それぞれの平均の行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力する評価値算出部とを具備することを特徴とする。
【０００７】
また、本発明は、前記評価値算出部は、前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該評価値算出部が算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力するアレーアンテナ選択部をさらに具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明は、前記評価値算出部は、前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該評価値算出部が算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力するアレーアンテナ選択部をさらに具備することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明は、前記伝搬行列推定部は、前記送信端から入力する受信信号より前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を推定することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明は、前記伝搬行列推定部は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明は、前記伝搬行列推定部は、前記複数の測定点をＷＳＳ確立過程が成立する範囲において設定することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナの伝搬行列及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出し、前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出し、前記算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の和を算出し、前記算出した送信端における各相関行列の和と、前記算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力することを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナの伝搬行列及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出し、前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出し、前記算出した送信端における各相関行列の平均を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の平均を算出し、前記算出した送信端における各相関行列の平均と、前記算出した受信端における各相関行列の平均とについて、それぞれの行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力することを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明は、前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列は、前記送信端からの受信信号より推定されることを特徴とする。
【００１７】
また、本発明は、前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって算出されることを特徴とする。
【００１８】
また、本発明は、前記複数の測定点は、ＷＳＳ確立過程が成立する範囲において設定されることを特徴とする。
【００１９】
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理と、前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する処理と、前記算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の和を算出する処理と、前記算出した送信端における各相関行列の和と、前記算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力する処理とをコンピュータに実行させるためのＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラムである。
【００２０】
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理と、前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する処理と、前記算出した送信端における各相関行列の平均を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の平均を算出する処理と、前記算出した送信端における各相関行列の平均と、前記算出した受信端における各相関行列の平均とについて、それぞれの平均の行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力する処理とをコンピュータに実行させるためのＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラムである。
【００２１】
また、本発明は、前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する処理と、該算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力する処理とをさらにコンピュータに実行させるためのＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラムである。
【００２２】
また、本発明は、前記ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する処理と、該算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力する処理とをさらにコンピュータに実行させるためのＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラムである。
【００２３】
また、本発明は、前記送信端から入力する受信信号より前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を推定する処理をさらにコンピュータに実行させるための記載のＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラムである。
【００２４】
また、本発明は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理をさらにコンピュータに実行させるためのＭＩＭＯアレーアンテナ評価プログラムである。
【００２５】
また、本発明は、前記複数の測定点は、ＷＳＳ確立過程が成立する範囲において設定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、本発明によれば、送信端における各相関行列の和と、受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの和の大きさを乗算して対数をとった値をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として出力する。
ここで、出力されるＭＩＭＯアレーアンテナ評価値に対して、通信容量が決定される。
したがって、平均相関係数をＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として採用する場合に比べ、より高精度で実際の通信容量を知ることができ、より誤差を抑えたアレーアンテナの評価ができる効果が得られる。
【００２７】
また、本発明によれば、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力する。
したがって、複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組より、伝送容量が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を正確に知ることができる  効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず本発明の基本的な考え方について説明する。受信アレーアンテナ配置が送信アレーアンテナ配置に独立したＩＳＴ−ＭＥＴＲＡモデル環境を考える。このモデルは、送信端（ＴＸ）での相関行列と受信端での相関行列を独立して設定することができるものであり、この伝搬行列Ｈ（ｔ）を用いて受信信号、送信信号は、次のように表される。
【００２９】
【数１】
2005130016.tif 000003
【００３０】
ただし、Ｙ、ｓは、それぞれＹ：受信信号、ｓ：送信信号を示す。
MIMO通信において受信信号Yは伝搬行列Ｈと送信信号Sの関数となる。送信信号Sが既知で有れば、式（１）に示すように、受信信号Yに送信信号の逆行列S−１をかければ伝搬行列Ｈが求められる。
【００３１】
【数２】
2005130016.tif 000004
【００３２】
まずこのモデルにおいて、広義定常過程（ＷＳＳ）が成り立つ範囲における測定値又はシミュレーションによって伝搬行列Ｈを求める。
【００３３】
伝搬行列Ｈを算出する前提として、広義定常過程について説明する。今、ＷＳＳ（ｗｉｄｅ−ｓｅｎｓｅ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）確立過程に基づき不規則に変動する時系列データがあり、等間隔にサンプリングされているとする。この時系列において、任意の時間をスタートとしてサンプリングしたデータの統計的性質（確立密度関数や各種モーメントの期待値）が、スタート時間によらないとき、この確立過程は狭義に定常（ｎａｒｒｏｗ−ｓｅｎｓｅ ｓｔａｔｉｏｎａｒｙ）であるといわれる。これに対して、統計的性質のうち、平均値と自己相関特性（自乗平均、分散を含む）がスタート時間によらない確立過程が広義に定常（ＷＳＳ）であるといわれる。
この広義定常過程を前提として設定された複数の測定点１〜ｋ（ｋは１より大きい自然数）において求められた伝搬行列Ｈから受信端での各相関行列Ｒｒを算出する。具体的には、式（２）より相関行列Ｒｒを算出し、式（３）よりそれぞれの測定点１〜ｋにおける相関行列Ｒｒの和又は平均を算出する。
【００３４】
【数３】
2005130016.tif 000005
【００３５】
【数４】
2005130016.tif 000006
【００３６】
ただし、上付きのＨは、複素共役転置を示し、上付きの＊は、複素共役を示す。また、Ｅはアンサンブル平均を示し、ｋは測定点の数を示す。
【００３７】
同様にして、設定された複数の測定点において求められた伝搬行列Ｈから送信端での各相関行列Ｒｔを算出する。具体的には、式（４）より相関行列Ｒｔを算出し、式（５）よりそれぞれの測定点１〜ｋにおける相関行列Ｒｔの和又は平均を算出する。
【００３８】
【数５】
2005130016.tif 000007
【００３９】
【数６】
2005130016.tif 000008
【００４０】
このようにして求められた送信端での相関行列Ｒｔｘの行列式：ｄｅｔ（Ｒｔｘ）と、受信端での相関行列Ｒｒｘの行列式：ｄｅｔ（Ｒｒｘ）とを乗算して二乗根をとり、式（６）より、その対数を求める。
【００４１】
【数７】
2005130016.tif 000009
【００４２】
ここで算出されるＦがＭＩＭＯアレーアンテナ評価値となる。
一方、このときの伝送容量Ｃを広義定常過程が成り立つ範囲における測定値又はシミュレーションによって求められた伝搬行列Ｈから式（７）によって求める。
【００４３】
【数８】
2005130016.tif 000010
【００４４】
この伝送容量Ｃについて、平均伝送容量Ｃａｖｅは、式（８）より求められる。
【００４５】
【数９】
2005130016.tif 000011
【００４６】
ここで、６つのアレーアンテナ（dual-polarized(1)、dual-polarized(2)、ULA y-x closed、ULA y-y closed、ULA y-x open、ULA y-y open）について測定した平均伝送容量ＣａｖｅとＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆとの対応関係を、従来の評価法によるグラフと比較して説明する。
図５に示すように、従来法では、平均相関係数をＸ軸に取り、平均伝送容量ＣａｖｅをＹ軸に取って評価を行なっている。相関係数が大きくなると伝送容量も大きくなっており、近年の研究結果の低い相関が高い通信容量を達成することとは矛盾することになる。これは、相関係数のみを評価基準としたものとなっており、平均実効電力が表現されていないためである。これに対して、図４に示すように、本発明においては、上述したＭＩＭＯアレーアンテナ評価値ＦをＸ軸に取り、中間実効利得を除いた平均伝送容量ＣａｖｅをＹ軸に取って評価を行なっている。この場合、図５に示す従来例に比較し、６つの測定結果がすべてほぼ直線上に並び、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆに対して通信容量が決まることが分かる。
すなわち、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆを評価基準とすることで、Ｆに対する平均伝送容量Ｃａｖｅが決定され、受信電力の低下などによる伝送容量の低下について正しく評価することができる。
【実施例１】
【００４７】
以下、図面を参照して、本発明のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置の一実施形態について説明する。図１は、本実施形態のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置を利用した送受信系の基本的な構成図である。図１に示すように、送信端（ＴＸ）１から送信される信号を受信端（ＲＸ）２で測定し、この測定値からＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆを算出してアレーアンテナの評価を行う。なお、本実施形態においては、実際の測定値を用いる場合の例を示すが、本発明はこれに限られるものではなく、ある程度測定値が得られた段階でこれを学習させた環境で信号送受信シミュレーションを行い、これにより得られた計算値を用いることも可能である。この場合には、実際にアレーアンテナを利用した信号の送受信は省略される。
図２は送信端１の構成図である。送信端１は、送信信号生成部１０と、ＲＦ部１１と、アレーアンテナ１２とから構成され、送信信号生成部１０で生成された送信信号をＲＦ部１１で無線周波数にアップコンバートして、アレーアンテナ１２から放射する。
【００４８】
図３は受信端２の構成図である。受信端２は、アレーアンテナ部２０と、ＲＦ部２１と、伝搬行列推定部２２と、相関行列算出部２３と、評価値算出部２４と、アレーアンテナ選択部２５とから構成される。
アレーアンテナ部２０は、アレーアンテナ２０−１と、アレーアンテナ２０−１を複数の測定点１〜ｋへ移動させるアレーアンテナ可動部２０−２とから構成され、順次所定の測定点１〜ｋへ移動して、送信端１のアレーアンテナ１２から放射された送信信号を受信する。なお、複数の測定点１〜ｋは、上述したように、ＷＳＳ確立過程が成立する範囲において設定される。
ＲＦ部２１は、アレーアンテナ部２０が受信した信号をダウンコンバートして、伝搬行列推定部２２に出力する。
【００４９】
伝搬行列推定部２２は、アレーアンテナ部２０とＲＦ部２１とを介して送信端１から入力する受信信号より、アレーアンテナ１２（送信アレーアンテナ）及びアレーアンテナ２０−１（受信アレーアンテナ）の伝搬行列Ｈを推定する。具体的には、伝搬行列推定部２２は、受信信号から既知の送信信号を用いて、伝搬行列Ｈを推定する（式（１）を参照）。これにより、複数の測定点１〜ｋにおける送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの各伝搬行列を算出する
なお、上述したように、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって計算値を算出した場合、伝搬行列推定部２２は、この計算値を用いて既知の送信信号用いて、伝搬行列Ｈを推定する。
【００５０】
相関行列算出部２３は、以下の２ステップにより、相関行列Ｒｔｘ及び行列Ｒｒｘを算出する。すなわち、相関行列算出部２３は、複数の測定点１〜ｋ毎に、伝搬行列推定部２２が算出した伝搬行列Ｈに基づいて送信端での相関行列Ｒｔを算出するとともに、伝搬行列推定部２２が算出した伝搬行列Ｈに基づいて受信端での相関行列Ｒｒを算出する（式（２）、（４）を参照）。
次に相関行列算出部２３は、先のステップで算出した各測定点１〜ｋにおける送信端１の相関行列Ｒｔの和又は平均を示す相関行列Ｒｔｘを算出するとともに、受信端２の相関行列Ｒｒの和又は平均を示す相関行列Ｒｒｘを算出する（式（３）、（５）を参照）。
【００５１】
評価値算出部２４は、相関行列算出部２３が算出した相関行列Ｒｔｘと、相関行列の行列式Ｒｒｘとについて、それぞれの行列式ｄｅｔ（Ｒｔｘ）、ｄｅｔ（Ｒｒｘ）を乗算した自乗根の対数を取り、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆとしてアレーアンテナ選択部２５に出力する。
以上により、１つの送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組についてのＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆが算出される。
ここで、さらに、複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を比較してアレーアンテナを評価する場合、評価値算出部２４は、さらに、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を変更し、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆを複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する。
アレーアンテナ選択部２５は、評価値算出部２４が算出した複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆのうち、当該Ｆが最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として表示部（図示せず）等に出力する。
【００５２】
次に、図面を参照して、本実施形態のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置の動作について説明する。
今、アレーアンテナ可動部２０−２により、アレーアンテナ２０−１がＷＳＳ確立過程が成立する範囲において設定された所定の測定点へ移動し、送信端１において、送信信号生成部１０が送信信号を生成し、ＲＦ部１１で無線周波数にアップコンバートして、アレーアンテナ１２から放射すると、受信端２において、アレーアンテナ２０−１がこの送信信号を受信する。この測定を各測定点１〜ｋにアレーアンテナ２０−１を順次移動させながら実行する。
アレーアンテナ２０−１が受信した信号は、ＲＦ部２１でダウンコンバートされて、伝搬行列推定部２２に出力される。伝搬行列推定部２２は、入力するｋ個の受信信号それぞれについて、伝搬行列Ｈを算出し、相関行列算出部２３に出力する。
【００５３】
相関行列算出部２３は、入力するそれぞれの測定点１〜ｋにおける伝搬行列Ｈを用いて、相関行列Ｒｔｘ及び相関行列Ｒｒｘを算出し、評価値算出部２４に出力する。評価値算出部２４は、相関行列算出部２３から入力する相関行列の行列式det（Ｒｔｘ）及び相関行列の行列式det（Ｒｒｘ）よりＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆを算出し、アレーアンテナ選択部２５に出力する。
アレーアンテナ選択部２５は、複数のＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆを入力すると、当該Ｆが最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量Ｃａｖｅが最大の組として表示部（図示せず）等に出力する。
【００５４】
以上説明したように、本実施形態のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置によれば、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値として、式（６）で示される相関行列の行列式det(Ｒｔｘ)及び相関行列の行列式det(Ｒｒｘ)の乗算値の自乗根の対数値を算出する。
ここで、図４に示すように、上述したＭＩＭＯアレーアンテナ評価値ＦをＸ軸に取り、中間実効利得を除いた平均伝送容量ＣａｖｅをＹ軸に取って評価を行う場合、図５に示す従来例に比較し、６つの測定結果がすべてほぼ直線上に並び、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆに対して通信容量が決まることが分かる。
すなわち、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆを評価基準とすることで、Ｆに対する平均伝送容量Ｃａｖｅが決定され、受信電力の低下などによる伝送容量の低下について正しく評価することができる。
したがって、より適切なアレーアンテナの評価を実現することができる効果が得られる。
【００５５】
上述のＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置は、内部に、コンピュータシステムを有している。
そして、上述したＭＩＭＯアレーアンテナ評価処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
すなわち、ＭＩＭＯアレーアンテナ評価装置における、各処理手段、処理部は、ＣＰＵ等の中央演算処理装置がＲＯＭやＲＡＭ等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものである。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】送受信系の構成図。
【図２】送信端１の構成図。
【図３】送信端２の構成図。
【図４】ＭＩＭＯアレーアンテナ評価値Ｆと平均伝送容量Ｃａｖｅとの関係を示すグラフ図。
【図５】受信アンテナ相関係数と平均伝送容量Ｃａｖｅとの関係を示すグラフ図。
【符号の説明】
【００５７】
１…送信端（ＴＸ）
２…受信端（ＲＸ）
１０…送信信号生成部
１１、２１…ＲＦ部
１２、２０−１…アレーアンテナ
２０…アレーアンテナ部
２０−２…アレーアンテナ可動部
２２…伝搬行列推定部
２３…相関行列算出部
２４…評価値算出部
２５…アレーアンテナ選択部
【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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