(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数Ｎの端末アンテナ（１ａ、１ｂ）を有するＭＩＭＯ端末（１）に送信するための複数Ｍ系列の基地局信号を生成する段階と、
前記複数Ｍ系列の基地局信号から、前記ＭＩＭＯ端末測定のために定義された複数Ｐの仮想的伝搬路を経た複数Ｐ系列のフェージング信号を生成する段階と、
前記ＭＩＭＯ端末の複数Ｎの端末アンテナに対して前記複数Ｐの仮想散乱体（１４）が特定位置に配置された配置モデルについて、前記端末アンテナそれぞれに対する前記各仮想散乱体の距離の差によって生じる位相差の情報を求める段階と、
前記複数Ｐ系列のフェージング信号を、それぞれ前記複数Ｎに分岐し、該Ｎ分岐した信号に前記配置モデルについて定義された位相差をそれぞれ付与する段階と、
前記位相差が付与された複数（Ｐ×Ｎ）系列の信号に対して、前記Ｎ個の端末アンテナへの到来波毎に合波して複数Ｎ系列の合波信号を生成する段階と、
電波を反射させる金属壁で覆われた楕円球状の空間内の前記楕円球の長軸上の一方の焦点の近傍位置に前記複数Ｎの端末アンテナが位置するように前記ＭＩＭＯ端末（１）を保持するとともに、前記複数Ｎ系列の合波信号がそれぞれ供給される複数Ｎの測定用アンテナ（３１１、３１２）を、前記長軸上の他方の焦点の近傍位置で、且つ、前記長軸中心に対して前記各端末アンテナとそれぞれほぼ点対称な位置に保持して、前記空間内で前記各測定用アンテナと前記各端末アンテナとをそれぞれ１対１で選択的に結合させて、前記配置モデルにおける前記複数Ｐの仮想散乱体と前記複数Ｎの端末アンテナとの空間結合と等価状態を形成する段階とを含むＭＩＭＯ端末測定方法。
【請求項２】
複数Ｎの端末アンテナを有するＭＩＭＯ端末に送信するための複数Ｍ系列の基地局信号を出力するＭＩＭＯ方式の基地局装置（１１）と、
前記複数Ｍ系列の基地局信号を受け、前記ＭＩＭＯ端末測定のために定義された複数Ｐの仮想的伝搬路を経た複数Ｐ系列のフェージング信号を生成出力するフェージングエミュレータ（１２）と、
前記ＭＩＭＯ端末の複数Ｎの端末アンテナに対して前記複数Ｐの仮想散乱体（１４）が特定位置に配置された配置モデルについて、前記端末アンテナそれぞれに対する前記各仮想散乱体の距離の差によって生じる位相差の情報が設定され、前記フェージングエミュレータから前記複数Ｐ系列で出力されるフェージング信号を受けて、フェージング信号毎に前記複数Ｎに分岐し、該Ｎ分岐した信号に前記配置モデルについて定義された位相差をそれぞれ付与して出力する移相部（２２）と、
前記移相部から出力されるＰ×Ｎ系列の信号に対して、前記Ｎ個の端末アンテナへの到来波毎に合波して複数Ｎ系列の合波信号を生成する合波部（２５）と、
電波を反射させる金属壁で覆われた楕円球状の空間を有し、該空間内の前記楕円球の長軸上の一方の焦点の近傍位置に前記複数Ｎの端末アンテナが位置するように前記ＭＩＭＯ端末（１）を保持するとともに、前記複数Ｎ系列の合波信号がそれぞれ供給される複数Ｎの測定用アンテナ（３１１、３１２）を、前記長軸上の他方の焦点の近傍位置で、且つ、前記長軸中心に対して前記各端末アンテナとそれぞれほぼ点対称な位置に保持して、前記空間内で前記各測定用アンテナと前記各端末アンテナとをそれぞれ１対１で選択的に結合させて、前記配置モデルにおける前記複数Ｐの仮想散乱体と前記複数Ｎの端末アンテナとの空間結合と等価状態を形成する結合器（３０）とを備えたＭＩＭＯ端末測定システム。
【請求項３】
前記結合器には、該結合器内に保持した前記ＭＩＭＯ端末と前記複数の測定用アンテナとを、前記長軸に沿った方向に移動させる移動機構（３５、３６）が備えられていることを特徴とする請求項２記載のＭＩＭＯ端末測定システム。
【請求項４】
前記複数の測定用アンテナが電波吸収体（４０）に覆われていることを特徴とする請求項２または請求項３記載のＭＩＭＯ端末測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）と呼ばれる多入力多出力通信方式の端末測定を簡易に低コストに行うための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＭＯ方式は、それぞれが複数のアンテナを有する無線通信機（主に、携帯電話等の移動体通信の基地局と携帯無線端末機）との間で、複数のデータを同時刻に同一周波数を用いて高速、大容量の通信を行うシステムであり、双方が有するアンテナ数によってそのシステムの規模が決定され、双方のアンテナ数が４である４×４ＭＩＭＯ方式では、双方のアンテナ数が１の従来の通信システムに比べて理想的に４倍の伝送速度（スループット）が得られる。
【０００３】
このＭＩＭＯ方式は、実際の移動体通信においては、複数Ｍの基地局側アンテナと複数Ｎの端末側アンテナとの間の伝搬路がマルチパス伝搬路となり、それぞれが統計的に独立した伝送路と見なせ、その各伝送路の特性がわかれば、受信側の各アンテナで受信される合波信号から、送信側の各アンテナから出力された信号の分離が可能となるという原理に基づいている。
【０００４】
ここで、受信側のアンテナに入力される信号は、それぞれが異なるフェージングを受けた信号が重なりあい、互いに干渉を受けた信号となっており、ＭＩＭＯ方式では、この干渉を受けた信号の情報を、送信側にフィードバックし、送信側では各アンテナへの送信信号と、フィードバックされた情報とから各伝送路の特性を求め、その特性に基づいて受信側で最大のスループットが得られるように各アンテナへの送信信号の加工を行っている。
【０００５】
このようなＭＩＭＯ方式は、基地局、フェージング伝搬路、端末とが一体的に動作するシステムであるので、端末性能を評価するシステムとしても、基地局とフェージング伝搬路を模擬したシステムが必要となるが、端末のより実際に近い特性を測定するためには、空間で電波を送受信する、所謂ＯＴＡ（Over The Air）測定が必要となる。
【０００６】
ＭＩＭＯ端末に対するＯＴＡ測定を行うためのシステムの具体例として、図１２に示す測定システムが知られている。
【０００７】
この測定システムはフェージングエミュレータ型と呼ばれ、ＭＩＭＯ方式の基地局と同等の機能を有し、複数Ｍ系列（ここではＭ＝４の例を示している）の基地局信号ＲＦ１〜ＲＦ４を出力する基地局装置１１と、基地局装置１１からの基地局信号ＲＦ１〜ＲＦ４を受けて、それらの各信号を、遅延特性やドップラシフト特性が任意に付与された仮想的な複数Ｐ（ここではＰ＝８の例を示している）のフェージング伝搬路（パス）を通過させたときに得られるフェージング信号ＦＲＦ１〜ＦＲＦ８を生成するフェージングエミュレータ１２と、電波無反射室１３と、電波無反射室１３内でＭＩＭＯ端末１の周囲に仮想的散乱体として特定位置に配置され、フェージング信号ＦＲＦ１〜ＦＲＦ８がそれぞれ供給される複数Ｐのアンテナ１４１〜１４８とで構成されている。
【０００８】
なお、フェージングエミュレータ１２としては、これまで様々なものが提案されているが、ＭＩＭＯ方式に関するものとしては、図１３のものが知られている。
【０００９】
このフェージングエミュレータ１２は、高周波の基地局信号ＲＦ１〜ＲＦ４を、それぞれダウンコンバータ（Ｄ／Ｃ）１２１１〜１２１４によって所定の中間周波数帯に変換し、Ａ／Ｄ変換器（Ａ／Ｄ）１２２１〜１２２４によってデジタル信号に変換して、それを接続マトリクス処理部（Connection Matrix）１２３によって複数Ｐ（ここでは８）の信号路に分配する。
【００１０】
そして、分配された各信号は、それぞれ遅延器１２４１〜１２４８に入力されて、それぞれのパスに応じた遅延が付与された後、Ｄ／Ａ変換器（Ｄ／Ａ）１２５１〜１２５８によりアナログの中間周波帯の信号に変換され、さらにアップコンバータ（Ｕ／Ｃ）１２６１〜１２６８により元の高周波帯（端末との無線通信に用いる周波数帯）に変換されて、各アンテナ１４１〜１４８に供給される。
【００１１】
なお、図１３において、符号１２７はダウンコンバートおよびアップコンバート用のローカル信号発生器、符号１２８はアップコンバートの際にドップラシフトを選択的に付与するドップラシフト付与器（周波数可変器）、符号１２９は、各パスに付与する遅延量やドップラシフトを設定するためのパラメータ設定部である。
【００１２】
このドップラシフトは、端末を携帯するものがバスや自動車、電車等で高速に移動する際に、端末と周囲の建物等の散乱体との距離が変化することにより生じるドップラ周波数をシミュレートするためのものである。
【００１３】
このようなフェージングエミュレータ１２を介してＭＩＭＯ端末１の試験を行う場合、基地局装置１１の出力信号に任意のフェージングを付与してＭＩＭＯ端末１へ入力し、ＭＩＭＯ端末１からの応答を基地局装置１で確認して、付与したフェージングに対するＭＩＭＯ端末１の種々の性能を把握する。
【００１４】
上記構成のフェージングエミュレータおよびそれを用いたＯＴＡ測定法に関しては、例えば次の非特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【００１５】
【非特許文献１】唐沢好男、小佐古昴、清水昌彦、「ＭＩＭＯ  フェージングエミュレータ型ＯＴＡシステムの簡易構成法」  信学技報  Ａ・Ｐ２０１０・１３１（２０１０−１２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上記のように、電波無反射室１３内で、フェージング伝搬路（パス）の数Ｐに応じたアンテナ１４をＭＩＭＯ端末１を囲むように配置する構成の測定システムは、フェージング環境のパラメータ設定の自由度が大きく、ＭＩＭＯ端末に対するＯＴＡ測定の標準的なものといえるが、電波無反射室１３やパス数Ｐに応じた比較的多くのアンテナ１４が必要で、システムが大掛かりとなり、構築コストが高くなるという問題がある。
【００１７】
また、詳述しないが構築コストが安く済む電波反射箱（Reverberation Camber）を用いる方式も検討されているが、この方式は、フェージング環境のパラメータ設定の自由度が小さいという問題があった。
【００１８】
本発明は、上記問題を解決し、フェージング環境のパラメータ設定の自由度を確保しつつ、低コストに構築できるＭＩＭＯ端末測定方法および測定システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１のＭＩＭＯ端末測定方法は、
複数Ｎの端末アンテナ（１ａ、１ｂ）を有するＭＩＭＯ端末（１）に送信するための複数Ｍ系列の基地局信号を生成する段階と、
前記複数Ｍ系列の基地局信号から、前記ＭＩＭＯ端末測定のために定義された複数Ｐの仮想的伝搬路を経た複数Ｐ系列のフェージング信号を生成する段階と、
前記ＭＩＭＯ端末の複数Ｎの端末アンテナに対して前記複数Ｐの仮想散乱体（１４）が特定位置に配置された配置モデルについて、前記端末アンテナそれぞれに対する前記各仮想散乱体の距離の差によって生じる位相差の情報を求める段階と、
前記複数Ｐ系列のフェージング信号を、それぞれ前記複数Ｎに分岐し、該Ｎ分岐した信号に前記配置モデルについて定義された位相差をそれぞれ付与する段階と、
前記位相差が付与された複数（Ｐ×Ｎ）系列の信号に対して、前記Ｎ個の端末アンテナへの到来波毎に合波して複数Ｎ系列の合波信号を生成する段階と、
電波を反射させる金属壁で覆われた楕円球状の空間内の前記楕円球の長軸上の一方の焦点の近傍位置に前記複数Ｎの端末アンテナが位置するように前記ＭＩＭＯ端末（１）を保持するとともに、前記複数Ｎ系列の合波信号がそれぞれ供給される複数Ｎの測定用アンテナ（３１１、３１２）を、前記長軸上の他方の焦点の近傍位置で、且つ、前記長軸中心に対して前記各端末アンテナとそれぞれほぼ点対称な位置に保持して、前記空間内で前記各測定用アンテナと前記各端末アンテナとをそれぞれ１対１で選択的に結合させて、前記配置モデルにおける前記複数Ｐの仮想散乱体と前記複数Ｎの端末アンテナとの空間結合と等価状態を形成する段階とを含んでいる。
【００２０】
また、本発明の請求項２のＭＩＭＯ端末測定システムは、
複数Ｎの端末アンテナを有するＭＩＭＯ端末に送信するための複数Ｍ系列の基地局信号を出力するＭＩＭＯ方式の基地局装置（１１）と、
前記複数Ｍ系列の基地局信号を受け、前記ＭＩＭＯ端末測定のために定義された複数Ｐの仮想的伝搬路を経た複数Ｐ系列のフェージング信号を生成出力するフェージングエミュレータ（１２）と、
前記ＭＩＭＯ端末の複数Ｎの端末アンテナに対して前記複数Ｐの仮想散乱体（１４）が特定位置に配置された配置モデルについて、前記端末アンテナそれぞれに対する前記各仮想散乱体の距離の差によって生じる位相差の情報が設定され、前記フェージングエミュレータから前記複数Ｐ系列で出力されるフェージング信号を受けて、フェージング信号毎に前記複数Ｎに分岐し、該Ｎ分岐した信号に前記配置モデルについて定義された位相差をそれぞれ付与して出力する移相部（２２）と、
前記移相部から出力されるＰ×Ｎ系列の信号に対して、前記Ｎ個の端末アンテナへの到来波毎に合波して複数Ｎ系列の合波信号を生成する合波部（２５）と、
電波を反射させる金属壁で覆われた楕円球状の空間を有し、該空間内の前記楕円球の長軸上の一方の焦点の近傍位置に前記複数Ｎの端末アンテナが位置するように前記ＭＩＭＯ端末（１）を保持するとともに、前記複数Ｎ系列の合波信号がそれぞれ供給される複数Ｎの測定用アンテナ（３１１、３１２）を、前記長軸上の他方の焦点の近傍位置で、且つ、前記長軸中心に対して前記各端末アンテナとそれぞれほぼ点対称な位置に保持して、前記空間内で前記各測定用アンテナと前記各端末アンテナとをそれぞれ１対１で選択的に結合させて、前記配置モデルにおける前記複数Ｐの仮想散乱体と前記複数Ｎの端末アンテナとの空間結合と等価状態を形成する結合器（３０）とを備えている。
【００２１】
また、本発明の請求項３のＭＩＭＯ端末測定システムは、請求項２記載のＭＩＭＯ端末測定システムにおいて、
前記結合器には、該結合器内に保持した前記ＭＩＭＯ端末と前記複数の測定用アンテナとを、前記長軸に沿った方向に移動させる移動機構（３５、３６）が備えられていることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の請求項４のＭＩＭＯ端末測定システムは、請求項２または請求項３記載のＭＩＭＯ端末測定システムにおいて、
前記複数の測定用アンテナが電波吸収体（４０）に覆われていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
上記したように、本発明では、複数Ｎの端末アンテナを有するＭＩＭＯ端末と複数Ｐの仮想散乱体との相対位置によって決まる配置モデルについて、各端末アンテナと各仮想散乱体との通路差に応じた位相差の情報を求め、仮想散乱体の数に対応したＰ系列のフェージング信号を複数Ｎに分岐してそれらに前記求めた位相差を付与しててから、各端末アンテナへの到来波毎に合波する。一方、楕円球状の結合器の一方の焦点の近傍位置にＭＩＭＯ端末の複数の端末アンテナが位置するように保持し、他方の焦点の近傍位置で、且つ楕円球の長軸中心について各端末アンテナとほぼ点対称な位置に測定用アンテナをそれぞれ配置して、結合器内で各端末アンテナと測定用アンテナとが１対１で選択的に結合する状態を形成し、それらの測定用アンテナに対して前記合波した信号を供給して、前記配置モデルの各仮想散乱体と各端末アンテナとの空間結合と等価状態を形成している。
【００２４】
このため、大掛かりな電波無反射室が不要となり、しかもパス数Ｐに応じた多くのアンテナも使わなくて済み、システムが簡易化され、フェージング環境のパラメータ設定の自由度を確保しながら、低い構築コストで実現できる。
【００２５】
また、結合器内に保持したＭＩＭＯ端末と複数の測定用アンテナとを、長軸に沿った方向に移動させる移動機構を備えたものでは、結合器内における多重反射がある場合でも、端末アンテナと測定用アンテナとの分離度が高い位置に設定することができる。
【００２６】
また、測定用アンテナを電波吸収体で覆ったものでは、多重反射成分を大きく減衰させることができ、周波数特性の大きな落ち込みを抑制して広帯域特性が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】配置モデルの一例を示す図
【図２】本発明の実施形態の全体構成図
【図３】結合器のより具体的な構成を示す図
【図４】結合器内の測定用アンテナと端末アンテナの位置関係を示す図
【図５】測定用アンテナと端末アンテナの間隔を変化させたときの結合度（分離度）の変化を示す測定結果
【図６】測定用アンテナを吸収体で覆った状態を示す図
【図７】吸収体がある状態で測定用アンテナと端末アンテナの間隔を変化させたときの結合度（分離度）の変化を示す測定結果
【図８】吸収体がある状態で、測定用アンテナの間隔および端末アンテナの間隔を変えた場合の結合度（分離度）の変化を示す測定結果
【図９】吸収体がある状態で、周波数変化に対する結合度（分離度）の変化を示す測定結果
【図１０】端末アンテナが指向性をもつ場合に対応する合波信号生成部の構成を示す図
【図１１】端末アンテナに対する仮想散乱体の位置が任意である場合に対応する移相部の構成を示す図
【図１２】従来の測定システムの構成図
【図１３】フェージングエミュレータの構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明するが、その前に、前記エミュレータ型のＯＴＡ試験におけるＭＩＭＯ端末と散乱体との典型的な配置モデルを考える。
【００２９】
図１がその一例であり、水平面内で距離ｄだけ離間した二つの端末アンテナ１ａ、１ｂを有するＭＩＭＯ端末１の周りに、仮想散乱体としての複数Ｐ（ここではＰ＝８）のアンテナ１４１から１４８が水平面内で半径Ｒのリング上の特定位置（この例では、円周をＰ個に等分する間隔とする）に配置されている。
【００３０】
ここで、ＭＩＭＯ端末１の一方の端末アンテナ１ａに対して、複数のアンテナ１４が等距離の位置にあるとする。
【００３１】
この配置モデルの場合、リング上に配置された各アンテナ１４の中心にある端末アンテナ１ａには、各アンテナ１４から放射された電波はそれぞれの放射時と同位相で合波された状態で受信される。
【００３２】
一方、端末アンテナ１ｂに入射する電波は、端末アンテナ１ａに入射する電波に対して、各アンテナ１４の方向に応じた通路長差による位相差をもつ。
【００３３】
ここで、端末アンテナ１ａ、１ｂの並び方向と直交する方向を基準軸とし、この基準軸から時計周りに測った角度をθとし、ｉ番目のアンテナ１４ｉの方向をθｉとし、そのｉ番目のアンテナ１４ｉから到来する電波に対する両端末アンテナの通路長差をδｉとすると、端末アンテナ間に生じる位相差φｉは、
φｉ＝exp（−ｊｋδｉ）＝exp（−ｊｋｄ・sinθｉ）……（１）
となる。ただし、ｋは波数（＝２π／λ）であり、間隔ｄに比べて半径Ｒが格段に大きい場合を想定している。
【００３４】
端末アンテナ１ａの水平面内電界指向性をＧ１（θ）、端末アンテナ１ｂの水平面内電界指向性をＧ２（θ）とし、ｉ番目のアンテナ１４から放射されＭＩＭＯ端末１に到来する電波の電界振幅をｅｉとすると、全アンテナ１４から放射されて、端末アンテナ１ａで受信される合成電界Ｅ１は、
Ｅ１＝Σｉｅｉ・Ｇ１（θｉ）……（２）
となる（ただし記号Σｉは、ｉ＝１〜Ｐ（散乱体数）までの総和を表す）。
【００３５】
一方、端末アンテナ１ｂで受信される合成電界Ｅ２は、前記位相差を考慮すると、
Ｅ２＝Σｉｅｉ・Ｇ２（θｉ）exp（−ｊｋｄ・sinθｉ）……（３）
となる。
【００３６】
２つの端末アンテナ１ａ、１ｂの指向性が水平面内で一様（無指向性）であれば、両合成電界は、以下のようになる（Ｋは定数）。
Ｅ１＝Ｋ・Σｉｅｉ                      ……（４）
Ｅ２＝Ｋ・Σｉｅｉexp（−ｊｋｄ・sinθｉ）……（５）
【００３７】
上記配置における各端末アンテナ１ａ、１ｂの合成電界が得られれば、その配置モデルにおけるＭＩＭＯ端末の試験が行えるが、これを前記したような複数のアンテナ１４と電波無反射室１３を用いて実現したのでは構築コストが高くなってしまう。
【００３８】
そこで、本発明では、上記合成電界を電気回路によって生成処理するとともに、その処理で得られた信号を、端末アンテナ１ａ、１ｂにそれぞれ選択的に受信させる構造とし、そのために楕円球型の空間を有する結合器を用いている。
【００３９】
即ち、図２に示すように、前記した配置モデルにおけるＭＩＭＯ端末１の複数Ｎ（ここではＮ＝２とする）の端末アンテナ１ａ、１ｂに選択的に供給すべき合波信号Ｑ１（つまり前記Ｅ１）、Ｑ２（前記Ｅ２）を生成する合波信号生成部２１と、生成された合波信号Ｑ１、Ｑ２を、ＭＩＭＯ端末１の各端末アンテナ１ａ、１ｂにＯＴＡ方式で選択的に入射させるための楕円球状の結合器３０とを用いている。
【００４０】
なお、図２において、基地局装置１１およびフェージングエミュレータ１２は前述したものと同じ構造であり、基地局装置１１は、ＭＩＭＯ端末１に送信するための複数Ｍ系統（ここでは２×２ＭＩＭＯの例であるからＭ＝２）の基地局信号ＲＦ１、ＲＦ２をフェージングエミュレータ１２に出力する。なお、ここでは詳述しないが、基地局装置１１が出力する信号に対してフェージングエミュレータ１２による任意のフェージングを付与してＭＩＭＯ端末１へ送信し、ＭＩＭＯ端末１からの応答を基地局装置１で確認して、付与したフェージングに対するＭＩＭＯ端末１の種々の性能を把握することになる。
【００４１】
フェージングエミュレータ１２は、Ｍ系列の基地局信号ＲＦ１、ＲＦ２を受け、ＭＩＭＯ端末測定のために定義された複数Ｐ（ここではＰ＝８）の仮想的伝搬路を経た複数Ｐ系列のフェージング信号ＦＲＦ１〜ＦＲＦ８を生成出力する。
【００４２】
これらのフェージング信号ＦＲＦ１〜ＦＲＦ８は、合波信号生成部２１に入力される。
ここで、合波信号生成部２１は前記図１の配置モデルに対応するものであり、ＭＩＭＯ端末１の端末アンテナ１ａ、１ｂの水平面指向特性が均一（無指向性）の場合の構成を示している。
【００４３】
合波信号生成部２１は、移相部２２と合波部２５によって構成されている。移相部２２は、ＭＩＭＯ端末１の複数Ｎの端末アンテナ１ａ、１ｂに対して複数Ｐ（＝８）の仮想散乱体が特定位置に配置された配置モデルについて、端末アンテナ１ａ、１ｂそれぞれに対する各仮想散乱体の距離の差によって生じる位相差（前記配置モデルではφ１〜φ８）の情報を記憶するものであり、Ｐ系列で入力されるフェージング信号をそれぞれ複数Ｎに分岐し、Ｎ分岐した信号に前記配置モデルについて定義された位相差をそれぞれ付与して出力する。
【００４４】
また、合波部２５は、移相部２２から出力されるＰ×Ｎ系列の信号に対して、前記Ｎ個の端末アンテナ１ａ、１ｂへの到来波毎に合波して複数Ｎ系列の合波信Ｑ１、Ｑ２を生成する。
【００４５】
図２の合波信号生成部２１は、Ｍ＝Ｎ＝２、Ｐ＝８で前記配置モデルに対応したものであり、フェージングエミュレータ１２から入力されるフェージング信号ＦＲＦ１〜ＦＲＦ８が移相部２２に入力され、それぞれ同相２分岐され、各分岐した信号のうち、端末アンテナ１ａに与える信号については移相処理を行わず、合波部２５の同相型の合波器２６１に入力して合波信号Ｑ１を生成し、端末アンテナ１ｂに与える信号については、それぞれ移相器２３１〜２３８によって前記配置モデルについて決まる位相差φ１〜φ８をそれぞれ付与して、同相型の合波器２６２に入力して合波信号Ｑ２を生成する。
【００４６】
なお、移相器２３１〜２３８としては、必要な位相偏移量が小さいので固定遅延線路や短ストロークのラインストレッチャー等を用いることができ、同相型の合波器２６１、２６２としてはウィルキンソン型電力分配器を合成器として使用することで実現できる。
【００４７】
生成された合波信号Ｑ１、Ｑ２は結合器３０に入力される。
結合器３０は、楕円をその長軸を中心に回転して得られる楕円球状の空間が電波を反射させる金属壁で覆われて形成され、その空間内の楕円の長軸上の一方の焦点Ｆ２の近傍位置に複数の端末アンテナ１ａ、１ｂが位置するようにＭＩＭＯ端末１を保持するとともに、複数系列の合波信号Ｑ１、Ｑ２がそれぞれ供給される複数の測定用アンテナ３１１〜３１２を、他方の焦点Ｆ１の近傍位置で、且つ、楕円の長軸中心Ｏに対して各端末アンテナ１ａ、１ｂとそれぞれほぼ点対称な位置に保持して、空間内で各測定用アンテナ３１１、３１２と各端末アンテナ１ａ、１ｂとをそれぞれ１対１で選択的に結合させて、前記した配置モデルにおける複数Ｐの仮想散乱体と複数Ｎの端末アンテナとの空間結合と等価状態を形成する。
【００４８】
この楕円球型の結合器３０は、電波を反射する金属板（板あるいは膜体等）によって、楕円をその長軸を中心に回転させて得られる中空の楕円球空間を内部に形成したものであり、本願出願人は、楕円の幾何学的性質を利用し、長軸上の２つの焦点Ｆ１、Ｆ２の一方に配置したアンテナから出て内壁で反射された電波を他方の焦点に配置したアンテナで集中的に受信させて、単一アンテナや端末アンテナを有する端末の特性試験に適用していた。
【００４９】
本願出願人らは、この楕円球空間型の結合器３０が、一方の焦点の近傍に配置されたアンテナ群と他方の焦点の近傍位置に配置されたアンテナ群の各アンテナ同士が、楕円中心に対して互いに点対称な位置（厳密には僅かなずれも許容する）に配置されているときに、その点対称なもの同士が１対１で選択的に結合させるという点を利用して、上記配置モデルに対応させている。
【００５０】
なお、幾何光学では、焦点から楕円長軸に直交する方向に微小変位させた光源から出た光は楕円球空間の内壁面で反射した後、点対称となる位置を中心に収束する。点対称の位置が最も光が強くなるが、１点に集約されずに空間的に広がりをもち、ガウス分布することが知られている。電波の場合もほぼ同様であるが、電波は光のように一点から出射されないことや、楕円球空間の大きさを、波長に対して無視できる大きくすることはできないこと等の理由により、光の場合より分布が広がるので、各測定用アンテナについての分布の中心がそれぞれ端末アンテナの位置にあって、且つその分布の重なりが少ない状態にすることで、測定用アンテナと端末アンテナとが１対１で選択的に結合されることになる。
【００５１】
図２の構成例では、結合器３０の一方の焦点位置Ｆ２を挟み、且つ楕円長軸と直交する線上にＭＩＭＯ端末１の端末アンテナ１ａ、１ｂを配置し、それと点対称な位置に二つの測定用アンテナ３１１、３１２を配置し、各測定用アンテナ３１１、３１２に対して前記合波信号生成部２１によって生成された合波信号Ｑ１、Ｑ２を供給している。
【００５２】
ただし、前記した分布の重なり等を考慮して、端末アンテナ１ａ、１ｂの間隔（後述の図４のｄ）と二つの測定用アンテナ３１１、３１２の間隔（後述の図４のｄ′）を、必ずしも同一にしなくてもよい。つまり、二つの測定用アンテナの一方から送信された電波に対して二つの端末アンテナが十分な分離度をもって受信する（１対１で選択的に結合する）ことが重要である。
【００５３】
つまり、実際の端末アンテナ１ａ、１ｂの間隔ｄは携帯端末の設計で決まってしまうのに対し、二つの測定用アンテナの間隔は任意に選べるので、各測定用アンテナの放射電波の端末近傍位置における集約点の分布が重ならない（十分な分離度が得られる）ように間隔ｄ′を変化させてもよい。この場合、各端末アンテナに対する測定用アンテナの位置が点対称の位置からずれることになるが、そのずれ量は測定用アンテナと端末アンテナの距離（ほぼ焦点間の距離で例えば１０００ｍｍ程度）に対して十分小さい（λ／４＝５０ｍｍ程度）ことが確かめられているので、本発明ではこのずれ分も含めて「ほぼ点対称な位置」としている。
【００５４】
なお、波長に比べて大きな楕円球空間を用いる程、集約点の分布の広がりを小さくすることができ、端末アンテナの間隔が狭い場合であっても、それと点対称位置あるいは点対称位置から極僅かずれた位置に配置した測定用アンテナに選択的に結合させることが可能である。
【００５５】
ここでは各端末アンテナ１ａ、１ｂおよび測定用アンテナ３１１、３１２をダイポール系（スリーブアンテナも含む）とし、両者が直接結合しない向き、即ち、各アンテナの長さ方向が楕円の長軸に平行なコリニア配置とする。
【００５６】
このように、実施形態のＭＩＭＯ測定方法は、複数Ｎの端末アンテナ１ａ、１ｂを有するＭＩＭＯ端末１に送信するための複数Ｍ系列の基地局信号を生成し、その基地局信号から、ＭＩＭＯ端末測定のために定義された複数Ｐの仮想的伝搬路を経た複数Ｐ系列のフェージング信号を生成する。そして、ＭＩＭＯ端末１の複数Ｎの端末アンテナ１ａ、１ｂに対して複数Ｐの仮想散乱体１４が特定位置に配置された配置モデルについて、端末アンテナ１ａ、１ｂそれぞれに対する各仮想散乱体の距離の差によって生じる位相差の情報を求め、複数Ｐ系列のフェージング信号を、それぞれ複数Ｎに分岐し、そのＮ分岐した信号に前記配置モデルについて定義された位相差をそれぞれ付与し、その位相差が付与された複数（Ｐ×Ｎ）系列の信号に対して、Ｎ個の端末アンテナ１ａ、１ｂへの到来波毎に合波して複数Ｎ系列の合波信号を生成し、電波を反射させる金属壁で覆われた楕円球状の空間内の前記楕円球の長軸上の一方の焦点の近傍位置に複数Ｎの端末アンテナ１ａ、１ｂが位置するようにＭＩＭＯ端末１を保持するとともに、前記複数Ｎ系列の合波信号がそれぞれ供給される複数Ｎの測定用アンテナ３１１、３１２を、長軸上の他方の焦点の近傍位置で、且つ、長軸中心に対して各端末アンテナ１ａ、１ｂとそれぞれほぼ点対称な位置に保持して、前記空間内で各測定用アンテナ３１１、３１２と各端末アンテナ１ａ、１ｂとをそれぞれ１対１で選択的に結合させて、前記配置モデルにおける複数Ｐの仮想散乱体と複数Ｎの端末アンテナとの空間結合と等価状態を形成している。
【００５７】
また、システムの構成で言えば、複数Ｎの端末アンテナ１ａ、１ｂを有するＭＩＭＯ端末１に送信するための複数Ｍ系列の基地局信号を出力するＭＩＭＯ方式の基地局装置１１と、前記複数Ｍ系列の基地局信号を受け、前記ＭＩＭＯ端末測定のために定義された複数Ｐの仮想的伝搬路を経た複数Ｐ系列のフェージング信号を生成出力するフェージングエミュレータ１２と、ＭＩＭＯ端末１の複数Ｎの端末アンテナ１ａ、１ｂに対して複数Ｐの仮想散乱体１４が特定位置に配置された配置モデルについて、端末アンテナ１ａ、１ｂそれぞれに対する各仮想散乱体の距離の差によって生じる位相差の情報が設定され、フェージングエミュレータ１２から複数Ｐ系列で出力されるフェージング信号を受けて、フェージング信号毎に複数Ｎに分岐し、そのＮ分岐した信号に前記配置モデルについて定義された位相差をそれぞれ付与して出力する移相部２２と、移相部２２から出力されるＰ×Ｎ系列の信号に対して、Ｎ個の端末アンテナ１ａ、１ｂへの到来波毎に合波して複数Ｎ系列の合波信号を生成する合波部２５と、電波を反射させる金属壁で覆われた楕円球状の空間を有し、その空間内の前記楕円球の長軸上の一方の焦点の近傍位置に複数Ｎの端末アンテナ１ａ、１ｂが位置するようにＭＩＭＯ端末１を保持するとともに、複数Ｎ系列の合波信号がそれぞれ供給される複数Ｎの測定用アンテナ３１１、３１２を、前記長軸上の他方の焦点の近傍位置で、且つ、前記長軸中心に対して前記各端末アンテナ１ａ、１ｂとそれぞれほぼ点対称な位置に保持して、空間内で各測定用アンテナと各端末アンテナとをそれぞれ１対１で選択的に結合させて、前記配置モデルにおける複数Ｐの仮想散乱体と複数Ｎの端末アンテナとの空間結合と等価状態を形成する結合器３０とを備えている。
【００５８】
このような測定方法および測定システムによれば、合波信号生成部２１で生成された一方の合波信号Ｑ１が測定用アンテナ３１１に供給されて、その信号Ｑ１の電波がＭＩＭＯ端末１の一方の端末アンテナ１ａで選択的に受信され、他方の合波信号Ｑ２が測定用アンテナ３１２に供給されて、その信号Ｑ２の電波がＭＩＭＯ端末１の他方の端末アンテナ１ｂで選択的に受信されることになり、前記した配置モデルに対応したフェージング試験が行える。
【００５９】
ただし、楕円球型の結合器３０を用いた場合、一方の測定用アンテナから出た電波が内壁で反射して一方の端末アンテナ１ａで全て吸収される訳でなく、この端末アンテナ１ａの位置を通過して再び内壁で反射し、測定用アンテナに戻り、再度内壁側に出射するという多重反射モードが生じ、この多重反射波の干渉により、アンテナ間の結合の周波数特性にリップルが生じて、試験周波数で高い結合度が得られなくなる場合がある。
【００６０】
この状態は、ＭＩＭＯ端末１と測定用アンテナ３１１、３１２との距離を調整することで回避することが可能であり、図３に概略構造を示すように、ＭＩＭＯ端末１と測定用アンテナをそれぞれ保持するための保持部（構造は任意であるが電波の伝搬に影響を与えない材質で構成する）３３、３４を、楕円球の長軸に沿って移動させる移動機構３６、３７を設け、前記した点対称配置を維持したまま楕円中心Ｏに対して対称移動させ、両者の結合度が最大となるように位置決めしてから試験を行えばよい。
【００６１】
移動機構としては、保持部３３、３４の一部を結合器３０の外部に突出させ、これを楕円長軸に沿って手動あるいはステッピングモータ等の駆動によりスライド移動させる機構が採用できる。
【００６２】
また、結合器３０自体についても種々の構造が考えられる。即ち、結合器３０は、基本的に電波を反射する金属壁で楕円球空間を覆う構造あるから、ＭＩＭＯ端末のセッティング作業の容易性等を考慮すれば、楕円球空間を内部に形成している隔壁部材を、楕円の長軸に沿った平面で上下に２分した構造にして最大の開口面を得るのが好ましい。
【００６３】
その場合、下側の隔壁部材をベース部とし、上側の隔壁部材を下側の隔壁部材に被せる（位置決めは必要）だけの単純な分離構造や、上側の隔壁部材を下側の隔壁部材に対して蝶番によって連結した開閉自在な構造とする等、任意の構造が採用できる。また、電波を反射する金属壁は金属板、金属網あるいは金属塗料で形成することができる。
【００６４】
次に、上記結合器３０における測定用アンテナ３１１、３１２と端末アンテナ１ａ、１ｂ（実際はシミュレーション用の擬似的なアンテナである）の間の結合度および分離度に関するシミュレーション結果について説明する。
【００６５】
図４は、そのシミュレーションに用いた結合器３０およびアンテナ構造の例を示すものであり、結合器３０の楕円球空間の長軸径２ａ＝１２００ｍｍ、短軸径２ｂ＝１０９４ｍｍ、離心率＝０．４１で、周波数１．４７ＧＨｚ（波長λ２０４．１ｍｍ）としている。また、各アンテナは全て半波長ダイポールであり、便宜上一方の焦点側の２つのアンテナ（測定用）に＃１、＃４、他方の焦点側の２つのアンテナ（端末アンテナ）に＃２、＃３のナンバーを付している。また、アンテナ＃１、＃４の間隔をｄ′、アンテナ＃２、＃３の間隔をｄとしている（実際の端末内のアンテナ間距離と測定用アンテナの距離を厳密に一致させることが困難なことを想定しており、理想的にはｄ＝ｄ′でよい）。
【００６６】
図５は、測定用のアンテナ群の中心位置と端末アンテナ群の中心位置とを楕円長軸上の基準位置（焦点位置）から対称に変位させたときのアンテナ＃１からアンテナ＃２、＃３に対する透過係数Ｓ３１、Ｓ２１を測定したシミュレーション結果である。ここで変位Δｚ＝０が基準位置であり、＋方向が外側への変位、−方向が内側への変位を表す。
【００６７】
図５の（ａ）は、ｄ＝ｄ′＝０．２５λの場合で、Δｚ＝６０ｍｍの位置でＳ３１とＳ２１の差、即ち、分離度が最大の２０ｄＢ得られることがわかる。また、図５の（ｂ）は、ｄ＝ｄ′＝０．５λの場合で、Δｚ＝８０ｍｍの位置で分離度が最大となり、やはり最２０ｄＢ近い値得られることがわかる。さらにこの場合には、Δｚ＝２０ｍｍの位置でも１０ｄＢ以上の十分な分離度が得られている。
【００６８】
このように、前記した点対称性を維持しつつ両アンテナ群の距離を調整することで、多重反射によるリップルの影響を受けない状態で測定に必要な分離度を得ることができる。
【００６９】
上記実施形態は、多重反射の影響が少ない位置を選んで測定するというものであるが、そのためにアンテナ群の移動機構が必要となり、広帯域測定を迅速に行う場合に不利である。
【００７０】
この点を改善する方法として、多重反射そのものを減らすことが考えられるが、２回目以降の反射波のみを選択的に減衰させることは現実的には困難である。
【００７１】
そこで、本願発明者らは、アンテナ＃１、＃４（測定用アンテナ）の周囲を電波吸収体で覆うことで、多重反射波を大きく減衰させることができることを見出した。
【００７２】
この場合、最初の出射波に対する減衰も発生するが、その減衰分を見込んで供給信号レベルを増加させておけばよく、端末アンテナを通過して測定用アンテナの位置に戻ってきた電波を電波吸収体によって減衰させる。ここで電波吸収体による減衰量を例えば６ｄＢとすれば１度目の戻り波に対して電力比１／４、２度目の戻り波に対して電力比１／１６に減衰させることができ、それ以降の反射波を無視できる。
【００７３】
この電波吸収体を用いた実験について説明する。
図６は、その電波吸収体４０を用いた結合器３０の構造であり、結合器自体の構造およびアンテナは、前記図４の場合と同様である。
【００７４】
電波吸収体４０としては、次の表に示すように電気定数の異なる２種類の材料、吸収体Ａ、Ｂを用いている（材質はカーボン含浸ウレタンである）。
【００７５】
【表１】
0005135446.tif 000002
【００７６】
前記同様に、ｄ＝ｄ＝０．５λ（電波吸収体４０で覆う都合上間隔を広くしている）、透過率Ｓ３１、Ｓ２１を測定した結果が図７（ａ）、（ｂ）であり、透過率の差の分離度も一点鎖線で示している。
【００７７】
図７の（ａ）は吸収率の小さい吸収体Ａを用いた場合の結果であり、Ｓ３１、Ｓ２１のレベルが比較的高く、その変化は緩やかで、分離度は、−１２０ｍｍ〜＋１２０ｍｍの変位範囲のうち、−３０ｍｍ〜０ｍｍの範囲で１０〜１５ｄＢが得られている。
【００７８】
また、図７の（ｂ）は吸収率が比較的大きい吸収体Ｂを用いた場合の結果であり、Ｓ３１、Ｓ２１のレベルが吸収体Ａの場合に比べて１５ｄＢ程度低下しているが、その変化はさらに緩やかとなり、分離度は、−２０ｍｍ〜−１０ｍｍの範囲で１０〜１１ｄＢが得られている。
【００７９】
図８は、ｄ＝ｄ′＝０．２５λの場合の透過率Ｓ３１、Ｓ２１と分離度を測定した結果であり、吸収体Ａを用いた図８の（ａ）の結果は、図７の（ａ）の場合とほぼ同様に、−３０ｍｍ〜０ｍｍの範囲で分離度１０〜１６ｄＢが得られ、吸収体Ｂを用いた図８の（ｂ）の結果は、図７の（ｂ）の場合とほぼ同様に、−３０ｍｍ〜０ｍｍの範囲で分離度１０〜１６ｄＢが得られ、−２０ｍｍ〜−５ｍｍの範囲で、分離度１０〜１１ｄＢが得られている。
【００８０】
なお、原理上、ＭＩＭＯ端末１の端末アンテナ間の距離が短いと分離度が低下するが、その場合、前記したように測定用アンテナ間の距離を微調整することで必要な分離度を確保することができることを確認している。ＭＩＭＯ端末１の端末アンテナ間の距離は端末の設計事項であり固定されているが、測定用アンテナ間の距離は任意に可変できるので、結合器３０に測定用アンテナの間隔調整機構を設けておくことで、高い分離度を維持した試験が行える。これは前記した保持部３４に測定用アンテナの間隔調整部（図示せず）を設けておけばよい。
【００８１】
図９は、アンテナ間隔ｄ＝ｄ′＝０．５λで、且つ両アンテナ群の中心がそれぞれ基準位置（焦点位置ｚ＝０）にあるときの透過率Ｓ３１、２１と分離度の周波数特性の測定結果を示すものである。
【００８２】
吸収体Ａを用いた図９の（ａ）の周波数特性には比較的大きなリップルが残っているが、より吸収率が大きい吸収体Ｂを用いた図９の（ｂ）の周波数特性は平坦な特性となり、広帯域信号を伝送するＭＩＭＯ端末の測定により好適と言える。
【００８３】
前記実施形態では、複数の端末アンテナがダイポール系の理想状態として水平面内で無指向性である場合について説明したが、各端末アンテナに無視できない水平面の指向性がある場合には、配置モデルにおける仮想散乱体からの各端末アンテナに到来する電波の強さがアンテナ指向特性の影響を受ける。
【００８４】
したがって、その場合には、端末アンテナの指向特性に基づいて、前記した配置モデルにおいて、各端末アンテナ１ａ、１ｂからみた各仮想散乱体方向の利得Ｇ１（θｉ）、Ｇ２（θｉ）をそれぞれ求めておき、合波信号生成部２１において、図１０のように、その利得に対応したウェイトＷ１ｉ＝Ｇ１（θｉ）、Ｗ２ｉ＝Ｇ２（θｉ）を、利得調整部２７の各利得設定器（可変減器、可変利得増幅器のいずれでもよい）２８１〜２８１６に設定して、合波前の各信号の大きさを調整すればよい。
【００８５】
また、前記実施形態では、半径一定のリング上に複数の仮想散乱体が配置され、その中心位置に端末アンテナの一つが配置されている配置モデルに対応した例を示したが、配置モデルは、測定対象のＭＩＭＯ端末の使用環境により任意に設定することができ、その配置モデルに応じて合波信号生成部２１による信号合成処理を行えばよい。上記例以外の任意の配置モデル、即ち、各仮想散乱体が端末アンテナから等しい距離に無い場合にも対応できるように、一つの端末アンテナに対する各仮想散乱体の距離の差に応じた相対的な位相差β１〜β８を予め求めておき、図１１に示す移相部２２のように、各フェージング信号に対して散乱体間に生じる位相差を移相器２４１〜２４８によって付与してから、Ｎ分岐して端末アンテナ間に生じる位相差を付与すればよい。
【００８６】
また、前記実施形態では、ＭＩＭＯ端末１の端末アンテナが２つ（Ｎ＝２）の例について説明したが、測定対象のＭＩＭＯ端末１の端末アンテナの数Ｎが４の場合には、合波信号生成部２１の移相部２２の分岐数を４とし、その４分岐された信号に４つの端末アンテナ間に生じる位相差を付与する（仮想散乱体が等距離に無い場合には、その散乱体間の相対的な位相差も付与する）。そして、移相部から出力されるＰ（前記例では８）×４系列の信号を４つの同相型の合波器に分配入力して４系列の合波信号を生成し、結合器３０内で楕円中心に対して４つの端末アンテナ１ａ〜１ｄとそれぞれほぼ点対称な位置に配置されて、１対１で選択的に結合する測定用アンテナに供給すればよい。
【符号の説明】
【００８７】
１……ＭＩＭＯ端末、１ａ、１ｂ……端末アンテナ、１１……基地局装置、１２……フェージングエミュレータ、１４……アンテナ（仮想散乱体）、２０……ＭＩＭＯ端末測定システム、２１……合波信号生成部、２２……移相部、２５……合波部、２７……利得調整部、３０……結合器、３１１、３１２……測定用アンテナ、３３、３４……保持部、３５、３６……移動機構、４０……電波吸収体
【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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