(57)【要約】    【課題】      少ない通信トラフィックで３次元モデルによる伝搬環境のシミュレーションを行うこと。    【解決手段】  位相算出部２０２は、伝搬モデル生成装置１００から出力された基準位相、水平方向到来角度、垂直方向到来角度の各パラメータと位相情報記憶部２０１に記憶されたアンテナ素子の空間位置から各アンテナ素子の位相を算出する。フェージング回路２０３は、伝搬モデル生成装置１００から出力された受信電力、遅延時間の各パラメータと、位相算出部２０２にて算出された各アンテナ素子の位相パラメータに基づいて、伝搬チャネルのフェージング状態を生成する。  【選択図】      図３
2005303472.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝搬モデル生成装置によって生成された３次元モデルのパラメータを用いて伝搬環境のシミュレーションを行うフェージングシミュレータであって、
基地局のアンテナ素子の空間位置を記憶する位置情報記憶手段と、
前記伝搬モデル生成装置から出力された基準位相、水平方向到来角度、垂直方向到来角度の各パラメータと前記アンテナ素子の空間位置から各アンテナ素子の位相を算出する位相算出手段と、
前記伝搬モデル生成装置から出力された受信電力、遅延時間のパラメータと前記各アンテナ素子の位相に基づいて伝搬チャネルのフェージング状態を生成するフェージング生成手段と、を具備することを特徴とするフェージングシミュレータ。
【請求項２】
３次元モデルを生成する伝搬モデル生成装置であって、
３次元地図データを用いて時空間プロファイルを生成する時空間プロファイル生成手段と、請求項１記載のフェージングシミュレータにて使用される伝搬チャネルを表すパラメータを前記時空間プロファイルを用いて算出するパラメータ算出手段と、を具備することを特徴とする伝搬モデル生成装置。
【請求項３】
３次元地図データを用いて伝搬チャネルを決定し、伝搬チャネルを表す受信電力、遅延時間、基準位相、水平方向到来角度、垂直方向到来角度の各パラメータを算出する伝搬モデル生成装置と、
前記基準位相、水平方向到来角度、垂直方向到来角度の各パラメータとアンテナ素子の空間位置から各アンテナ素子の位相を算出し、前記受信電力、遅延時間のパラメータと前記各アンテナ素子の位相に基づいて伝搬チャネルのフェージング状態を生成するフェージングシミュレータと、を具備することを特徴とするフェージングシミュレーションシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３次元モデルを用いて伝搬環境を模擬するフェージングシミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
フェージングシミュレータは、送信機と受信機との間にケーブルを接続して使用し、実際の通信環境の時空間特性を模擬的に作り出す装置である。このフェージングシミュレータにおいて、実際の通信環境をシミュレーションするときに重要になるのが伝搬モデルである。従来のフェージングシミュレータでは、一般化した伝搬モデル式を用いて距離に対する時間変動により受信レベル変動を生成し、統計的なモデルを使用してマルチパスの発生確率、各パスのレベルを決定している。そして、フェージングシミュレータ内で確率論的に伝搬チャネルを変化させることにより、時間の進行に伴ってフェージング状態を変化させている。なお、伝搬チャネルとは、電波が通る経路（パス）のことであり、複数の伝搬チャネルが互いにうち消し合ったり、足し合わさったりすることによりフェージング現象が起こる。
【０００３】
ところで、移動体通信の分野では、第三世代携帯電話サービスが始まり、収容数や加入者数に対するデータ伝送速度が大幅に改善された。これは、周波数拡散技術を用いたアクセス技術の導入により広帯域伝送時の時間軸を有効に利用できるようになったためである。
【０００４】
現在、次の段階として多重電波伝搬の空間軸を有効に利用するアレーアンテナやＭＩＭＯ（Multi-Input Multi-Output）等の複数のアンテナ素子を使用する技術を用いたシステム開発が盛んである。このようなシステムに対応するためには、時間に対する受信電力の変動だけではなく、各経路を正確に再現するために空間を表現する必要があるため、従来の時間ドメイン、受信電力ドメインの２つのドメインで表現するモデルでは機能的に不十分である。
【０００５】
そこで、電波の往来を立体的に表現することができ、実際の３次元地図から絶対的に伝搬チャネルを決定することができる３次元モデルを用いたフェージングシミュレータの開発が期待されている。
【特許文献１】特開２００２−３３３４５９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、２次元モデルを用いたシミュレーションの考え方をそのまま３次元モデルに転用すると、伝搬モデル生成装置からフェージングシミュレータに各アンテナ素子のパラメータを全て転送することになるため、装置間で転送されるデータ量（通信トラフィック）が膨大になり、高速逐次転送に支障をきたしてしまう。
【０００７】
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、少ない通信トラフィックで３次元モデルによる伝搬環境のシミュレーションを行うことができるフェージングシミュレータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
かかる課題を解決するため、本発明は、伝搬モデル生成装置によって生成された３次元モデルのパラメータを用いて伝搬環境のシミュレーションを行うフェージングシミュレータであって、基地局のアンテナ素子の空間位置を記憶する位相情報記憶手段と、前記伝搬モデル生成装置から出力された基準位相、水平方向到来角度、垂直方向到来角度の各パラメータと前記アンテナ素子の空間位置から各アンテナ素子の位相を算出する位相算出手段と、前記伝搬モデル生成装置から出力された受信電力、遅延時間のパラメータと前記各アンテナ素子の位相に基づいて伝搬チャネルのフェージング状態を生成するフェージング生成手段と、を具備する構成を採る。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、空間モデルのパラメータを全アンテナ素子共通とし、各アンテナ素子の空間位置と電波の水平／垂直方向到来角度から各アンテナ素子の位相を算出することができるので、アンテナ素子の数に拠らず、少ない通信トラフィックで３次元モデルを用いたシミュレーションを行うことができる。また、プログラムの変更無しに、ハードウェアを追加するだけで、アンテナ素子数の拡張を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本願発明者は、３次元モデル（空間モデル）のパラメータのうち、受信電力、遅延時間、電波の水平／垂直方向到来角度は、各アンテナ素子で共通とすることができ、位相のみが各アンテナ素子で異なること、及び、各アンテナ素子の位相は電波の水平／垂直方向到来角度と各アンテナ素子固有の位置により決定付けられることに着目し、本発明をするに至った。
【００１１】
すなわち、本発明の骨子は、空間モデルのパラメータ（受信電力、基準位相、遅延時間、水平方向到来角度、垂直方向到来角度）を全アンテナ素子共通とし、各アンテナ素子の空間位置と電波の水平／垂直方向到来角度から各アンテナ素子の位相を算出することである。なお、基準位相とは、所定の１本のアンテナ素子の位相である。
【００１２】
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。
【００１３】
（実施の形態）
図１は、本発明の一実施の形態に係るフェージングシミュレータを含むシステム構成図である。
【００１４】
伝搬モデル生成装置１００は、空間モデルを生成し、空間モデルのパラメータをフェージングシミュレータ２００に出力する。フェージングシミュレータ２００は、空間モデルのパラメータを使用して実際の通信環境の時空間特性を模擬的に作り出し、移動機３００から出力された信号に空間マルチパスを付加してアレーアンテナを有する基地局４００に出力する。
【００１５】
次に、伝搬モデル生成装置１００の構成について、図２のブロック図を用いて説明する。伝搬モデル生成装置１００は、３次元地図データ生成部１０１と、伝搬環境構築部１０２と、チャネルインパルスレスポンス取得部１０３と、時空間プロファイル生成部１０４と、パラメータ算出部１０５とから主に構成される。
【００１６】
３次元地図データ生成部１０１は、実際のフィールドの地図・建物情報等の２次元の住宅地図データと標高メッシュデータとを用いて３次元の地図データを生成する。伝搬環境構築部１０２は、３次元の地図データと基地局データとを用いて基地局における伝搬環境を構築する。
【００１７】
チャネルインパルスレスポンス取得部１０３は、移動機の走行ルートのデータを入力し、伝搬環境構築部１０２にて構築された伝搬環境から、受信電界強度、遅延プロファイル等の推定パラメータと到来角度（Angle Of Arrival）、送信角度（Angle Of Departure）の推定を行い、当該基地局受信機のチャネルインパルスレスポンスを取得する。
【００１８】
時空間プロファイル生成部１０４は、移動機のスピードのデータを入力し、チャネルインパルスレスポンスと到来角度との合成により移動機の走行ルート上の基地局における時空間遅延プロファイルを生成する。
【００１９】
パラメータ算出部１０５は、時空間遅延プロファイルを用いて、基地局受信機に到達した素波（レイ）の各種パラメータ（受信電力、遅延時間、水平方向到来角度、垂直方向到来角度）を取得し、フェージングシミュレータ２００に出力する。
【００２０】
次に、伝搬モデル生成装置１００における処理手順について説明する。
【００２１】
まず、伝搬モデル生成装置１００は、実際のフィールドの地図・建物情報を用いて、環境データ（３次元の都市データ）を作成する。なお、この環境データには、各障害物の材質毎に複素誘電率が設定される。
【００２２】
次に、伝搬モデル生成装置１００は、レイトレーシング法により、環境データを使って、受信電界強度、遅延プロファイル等の推定パラメータと到来角度、送信角度の推定を行い、当該基地局受信機のチャネルインパルスレスポンスを取得する。
【００２３】
なお、レイトレーシング法の代表的なものに、ラウンチング法（launching-method）とイメージ法（Imaging-method）がある。ラウンチング法は、電波の経路を探索するために送信機からΔθで素波（レイ）を離散的に放射し、障害物で反射、透過、回折を繰り返しながら受信機をトレースする方法である。イメージ法は、全ての送信機の虚像を作って電波の経路を探索する方法である。イメージ法は、厳密な探索ができる反面、障害物が増えると指数関数的に探索する経路の組み合わせが増えてしまうため、室内などの比較的狭いエリアを評価するモデルとして使われる。ラウンチング法は、離散角度の広がりによる障害物探索（トレース）の不確かさは増えるが、高速化の工夫がし易い。
【００２４】
レイトレーシング法では、受信電力が受信機の近傍に到着した全てのレイの総和で導出され、到着したレイの経路が明確なため遅延時間が経路長から導出される。これらの結果として、当該受信機のチャネルインパルスレスポンスを取得することができる。なお、電波の振る舞いの推定精度を決める最大のポイントは３次元地図データである。一般に３次元地図データを広範囲に作ることは困難であるが、発明者は、住宅地図から自動的に任意の地域を３次元化することができるソフトウェアを開発した。
【００２５】
次に、伝搬モデル生成装置１００は、チャネルインパルスレスポンスと到来角度との合成により移動機の走行ルート上の基地局における時空間遅延プロファイルを生成する。なお、時空間遅延プロファイルの集合がフェージングシミュレータの空間モデルとなる。
【００２６】
次に、伝搬モデル生成装置１００は、時空間遅延プロファイルを用いて、基地局受信機に到達した素波（レイ）の各種パラメータ（受信電力、遅延時間、水平方向到来角度、垂直方向到来角度）を取得し、フェージングシミュレータ２００に出力する。
【００２７】
以上が、伝搬モデル生成装置１００における処理手順の説明である。
【００２８】
次に、フェージングシミュレータ２００の構成について、図３のブロック図を用いて説明する。フェージングシミュレータ２００は、位置情報記憶部２０１と、アンテナ素子数分の位相算出部２０２と、アンテナ素子数分のフェージング回路２０３とから主に構成される。
【００２９】
位置情報記憶部２０１には、基地局のアンテナ素子の空間位置がユーザによって予め設定／記憶される。なお、位置情報記憶部２０１に記憶される各アンテナ素子の空間位置は、各アンテナ素子回路の位相のばらつきが補正されたものである。
【００３０】
位相算出部２０２は、伝搬モデル生成装置１００から出力された基準位相、水平方向到来角度、垂直方向到来角度の各パラメータと位置情報記憶部２０１に記憶されたアンテナ素子の空間位置から各アンテナ素子の位相を算出する。
【００３１】
フェージング回路２０３は、伝搬モデル生成装置１００から出力された受信電力、遅延時間の各パラメータと、位相算出部２０２にて算出された各アンテナ素子の位相パラメータに基づいて、伝搬チャネルのフェージング状態を生成する。具体的には、フェージング回路２０３は、伝搬モデル生成装置１００から出力された遅延時間に応じて入力信号を遅延させる。また、フェージング回路２０３は、受信電力、位相のパラメータを用いて複素係数を設定し、遅延後の入力信号に複素係数を乗算する。これにより、移動機等からの入力信号をマルチパス化し、それぞれのパスに対して位相回転とレベル制御を行うことができ、実際の通信環境の時空間特性を模擬的に作り出すことができる。
【００３２】
このように、本実施の形態によれば、空間モデルのパラメータを全アンテナ素子共通とし、各アンテナ素子の空間位置と電波の水平／垂直方向到来角度から各アンテナ素子の位相を算出することにより、アンテナ素子の数に拠らず、少ない通信トラフィックで３次元モデルを用いたシミュレーションを行うことができる。また、プログラムの変更無しに、ハードウェアを追加するだけで、アンテナ素子数の拡張を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００３３】
本発明は、空間再現能力により複数のアンテナ素子を使用する装置を用いて無線通信を行う移動体通信システムの開発に用いるに好適である。また、本発明は、地域特性の再現、任意の走行速度による伝搬環境の再現が可能であり、新しい移動体通信の開発に用いるに好適である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態に係るフェージングシミュレータを含むシステム構成を示す図
【図２】上記実施の形態に係る伝搬モデル生成装置の構成を示すブロック図
【図３】上記実施の形態に係るフェージングシミュレータの構成を示すブロック図
【符号の説明】
【００３５】
１００  伝搬モデル生成装置
１０１  ３次元地図データ生成部
１０２  伝搬環境構築部
１０３  チャネルインパルスレスポンス取得部
１０４  時空間プロファイル生成部
１０５  パラメータ算出部
２００  フェージングシミュレータ
２０１  位置情報記憶部
２０２  位相算出部
２０３  フェージング回路
【図１】
2005303472.tif 000003
【図２】
2005303472.tif 000004
【図３】
2005303472.tif 000005