(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数ｎの異なる符号パターンの拡散符号列を発生する拡散符号列発生手段（３１Ａ〜３１Ｄ）と、前記拡散符号列により変調されたスペクトラム拡散信号を生成する変調部（３３）と、前記複数ｎの異なる符号パターンにそれぞれ対応して設けられた複数ｎの送信アンテナ（３５Ａ〜３５Ｄ）と、前記送信アンテナを順番に選択し、該選択した送信アンテナから該送信アンテナに対応した符号パターンの拡散符号列で変調されたスペクトラム拡散信号を出力させる送信制御手段（３２、３４、３７）とを含む送信器（３０）と、
前記送信器の各送信アンテナから出力されたスペクトラム拡散信号を受信するための複数ｍの受信アンテナ（５１Ａ〜５１Ｄ）と、該複数ｍの受信アンテナで受信された信号をそれぞれ直交検波してベースバンドの同相成分信号および直交成分信号を出力する複数ｍの直交検波器（５２Ａ〜５２Ｄ）と、該複数ｍの直交検波器からそれぞれ出力された同相成分信号および直交成分信号に対して、前記複数ｎの異なる符号パターンの拡散符号列による相関演算処理を行う複数ｍの相関処理部（５３Ａ〜５３Ｄ）とを含む受信器（５０）とにより構成され、
前記受信器の相関処理結果に基づいて、前記送信アンテナと受信アンテナの組合せ毎のマルチパス遅延特性を測定することを特徴とするマルチパス遅延測定システム。
【請求項２】
前記送信器の前記送信制御手段は、同一符号パターンが少なくとも３周期分連続する拡散符号列で変調されたスペクトラム拡散信号を前記各送信アンテナからそれぞれ出力させるように構成されており、
前記受信器の各相関処理部は、前記各直交検波器から出力される同相成分信号および直交成分信号に対して、各符号パターンについてそれぞれ１周期分の拡散符号列により相関演算処理を行い、その処理結果のうち同一符号パターンが３周期分連続している部分の２周期目から３周期目の直前までの処理結果を有効な処理結果として選択的に出力することを特徴とする請求項１記載のマルチパス遅延測定システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを有する無線システムにおいて、送信アンテナと受信アンテナの組合せ毎のマルチパス遅延特性を効率的に且つ精度よく測定するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
電波による無線サービスをより良好に提供するために、マルチパス遅延測定が従来よりなされている。
【０００３】
マルチパス遅延測定は、ある送信点から出力された無線信号が、異なる伝搬経路を経てある一つの受信点に異なるタイミングで到来するときの状況を定量的に求めるためのものであり、各到来波の到来タイミングと強度とが把握できるデータを求める。
【０００４】
この到来タイミングと強度を精度よく求めるために、送信波として拡散符号列で変調されたスペクトラム拡散信号を用い、受信側でこれを直交検波（即ち、逆拡散処理）してベースバンドの同相成分信号と直交成分信号とを求め、その各成分信号に対して送信側と符号パターンが同一の拡散符号列で相関演算処理を行っている。
【０００５】
なお、上記のようにスペクトラム拡散信号を用いて送信点から受信点の間のマルチパス測定を行う技術は、例えば次の特許文献１に開示されている。
【０００６】
【特許文献１】特開平９−８７６８号公報
【０００７】
また、無線システムのなかには、上記のような１対１の通信だけでなく、空間多重システムのように、複数ｎの送信アンテナと複数ｍの受信アンテナとを有するシステムがあり、このようなシステムの伝搬特性を把握するためには、送信アンテナと受信アンテナの組合せ毎のマルチパス測定が必要になる。
【０００８】
これを実現する最も単純な方法としては、一つの送信アンテナから所定の符号パターンで変調されたスペクトラム拡散信号を連続的に出力し、このスペクトラム拡散信号を複数の受信アンテナでそれぞれ受信して、各受信アンテナ毎に相関処理を行い、１対ｍのマルチパス遅延特性を求めるという処理を、送信アンテナ毎に繰り返して、ｎ対ｍのマルチパス遅延特性を求める方法が考えられる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記方法では、予め送信器側で使用している送信アンテナの情報を受信側に通知する必要があり、そのための情報伝達手段が必要となり、測定を効率的に行うことができないという問題がある。
【００１０】
また、上記方法では、基本的に１つの送信アンテナを時間的に切り換えて使用しているため、伝搬環境の変化への追従性が悪いという欠点がある。
【００１１】
本発明は、この課題を解決して、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナ間の各組み合わせ毎のマルチパス遅延特性の測定を効率的に行うことができるマルチパス遅延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】
【００１２】
前記目的を達成するために、本発明の請求項１記載のマルチパス遅延測定システムは、
複数ｎの異なる符号パターンの拡散符号列を発生する拡散符号列発生手段（３１Ａ〜３１Ｄ）と、前記拡散符号列により変調されたスペクトラム拡散信号を生成する変調部（３３）と、前記複数ｎの異なる符号パターンにそれぞれ対応して設けられた複数ｎの送信アンテナ（３５Ａ〜３５Ｄ）と、前記送信アンテナを順番に選択し、該選択した送信アンテナから該送信アンテナに対応した符号パターンの拡散符号列で変調されたスペクトラム拡散信号を出力させる送信制御手段（３２、３４、３７）とを含む送信器（３０）と、
前記送信器の各送信アンテナから出力されたスペクトラム拡散信号を受信するための複数ｍの受信アンテナ（５１Ａ〜５１Ｄ）と、該複数ｍの受信アンテナで受信された信号をそれぞれ直交検波してベースバンドの同相成分信号および直交成分信号を出力する複数ｍの直交検波器（５２Ａ〜５２Ｄ）と、該複数ｍの直交検波器からそれぞれ出力された同相成分信号および直交成分信号に対して、前記複数ｎの異なる符号パターンの拡散符号列による相関演算処理を行う複数ｍの相関処理部（５３Ａ〜５３Ｄ）とを含む受信器（５０）とにより構成され、
前記受信器の相関処理結果に基づいて、前記送信アンテナと受信アンテナの組合せ毎のマルチパス遅延特性を測定することを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の請求項２のマルチパス遅延測定システムは、請求項１のマルチパス遅延測定システムにおいて、
前記送信器の前記送信制御手段は、同一符号パターンが少なくとも３周期分連続する拡散符号列で変調されたスペクトラム拡散信号を前記各送信アンテナからそれぞれ出力させるように構成されており、
前記受信器の各相関処理部は、前記各直交検波器から出力される同相成分信号および直交成分信号に対して、各符号パターンについてそれぞれ１周期分の拡散符号列により相関演算処理を行い、その処理結果のうち同一符号パターンが３周期分連続している部分の２周期目から３周期目の直前までの処理結果を有効な処理結果として選択的に出力することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１４】
上記のように、本発明のマルチパス遅延測定システムは、複数の送信アンテナにそれぞれに符号パターンが異なる拡散符号列を割り当てて、各送信アンテナから出力されたスペクトラム拡散信号を識別できるようにしているので、複数ｎの送信アンテナと複数ｍの受信アンテナの組合せの遅延プロファイルを容易に且つ効率的に取得できる。
【００１５】
また、送信器側では、同一符号パターンが少なくとも３周期分連続する拡散符号列で変調されたスペクトラム拡散信号を各送信アンテナからそれぞれ出力させ、受信器側では、各直交検波器から出力される同相成分信号および直交成分信号に対して、各符号パターンについてそれぞれ１周期分の拡散符号列により相関演算処理を行い、その処理結果のうち同一符号パターンが３周期分連続している部分の２周期目から３周期目の直前までの処理結果を有効な処理結果として選択的に出力しているので、アンテナの組合せ毎の高精度な遅延プロファイルを短時間に取得することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明の実施形態のマルチパス遅延測定システム２０の全体構成を示している。
【００１７】
このマルチパス遅延測定システム２０は、送信器３０と受信器５０により構成されている。送信器３０は、図２の（ａ）〜（ｄ）のように、符号長が等しく符号パターン（生成多項式）がそれぞれ異なる４（ｎ＝４）種類のＰＮ（擬似ランダム）信号ＰＮａ〜ＰＮｄを発生するＰＮ信号発生器３１Ａ〜３１Ｄを、拡散符号列発生手段として有している。
【００１８】
なお、これらの符号パターンは、ＰＮ符号のうち、相互相関の値が小さいプリファードペアな符号系列を用いてもよい。
【００１９】
ここで、各ＰＮ信号発生器３１Ａ〜３１Ｄは、後述する制御部３６の制御により、それぞれのＰＮ信号を３周期分（周期Ｔとして３Ｔ時間）連続して出力してから、後述するスイッチ切り換えのための余裕時間ΔＴだけ出力停止するという動作を繰り返す。
【００２０】
各ＰＮ信号発生器３１Ａ〜３１Ｄから出力されたＰＮ信号ＰＮａ〜ＰＮｄは、スイッチ３２を介して変調部３３に選択的に入力される。
【００２１】
変調部３３は、入力されたＰＮ信号とローカル信号発生器３３ａからのキャリア信号とをミキサ３３ｂで混合してスペクトラム拡散信号を生成し、そのスペクトラム拡散信号を電力増幅器３３ｃで増幅して出力する。
【００２２】
このスペクトラム拡散信号Ｓは、スイッチ３４を介して４つの送信アンテナ３５Ａ〜３５Ｄに選択的に供給される。
【００２３】
スイッチ３２は、制御部３６により各ＰＮ信号発生器３１Ａ〜３１Ｄと同期して３Ｔ＋ΔＴ時間毎に切り換え制御され、図２の（ｅ）のように、変調部３３に各ＰＮ信号を３周期分ずつ入力させる。
【００２４】
また、スイッチ３４もスイッチ３２と連動するように制御部３６によって３Ｔ＋ΔＴ時間毎に切り換え制御され、図２の（ｆ）〜（ｉ）のように、ＰＮ信号ＰＮａで拡散変調されたスペクトラム拡散信号Ｓａが３周期分送信アンテナ３５Ａから出力され、その後にＰＮ信号ＰＮｂで拡散変調されたスペクトラム拡散信号Ｓｂが３周期分送信アンテナ３５Ｂから出力され、続いて、ＰＮ信号ＰＮｃで拡散変調されたスペクトラム拡散信号Ｓｃが３周期分送信アンテナ３５Ｃから出力され、最後にＰＮ信号ＰＮｄで拡散変調されたスペクトラム拡散信号Ｓｄが３周期分送信アンテナ３５Ｄから出力されるという動作が繰り返される。
【００２５】
なお、制御部３６とスイッチ３２、３３は、同一符号パターンが３周期分連続する拡散符号列で変調されたスペクトラム拡散信号を前記各送信アンテナ３５Ａ〜３５Ｄからそれぞれ出力させる送信制御手段を構成している。
【００２６】
一方、受信器５０は、４つ（ｍ＝４）の受信アンテナ５２Ａ〜５２Ｄと、各受信アンテナ５１Ａ〜５１Ｄで受信された各信号Ｊａ〜Ｊｄをそれぞれ直交検波してベースバンドの同相成分信号Ｉａ〜Ｉｂおよび直交成分信号Ｑａ〜Ｑｄを出力する４つの直交検波器５２Ａ〜５２Ｄと、各直交検波器５２Ａ〜５２Ｄからそれぞれ出力された同相成分信号および直交成分信号に対して、４（＝ｎ）種類のＰＮ信号ＰＮａ〜ＰＮｄによる相関演算処理をそれぞれ行う相関処理部５３Ａ〜５３Ｄと、制御部５５とを有している。
【００２７】
各直交検波器５２Ａ〜５２Ｄは、図３のように、受信信号Ｊｘ（ｘ＝ａ〜ｄ）を２つのミキサ１０１、１０２で受けるとともに、ローカル信号発生器１０３から出力されたローカル信号を受けた移相器１０４が出力する９０度位相差をもつローカル信号Ｌ１、Ｌ２をミキサ１０１、１０２に与え、各ミキサ１０１、１０２の出力の混合成分からＬＰＦ（ローパスフィルタ）１０５、１０６によりアナログのベースバンドの同相成分信号Ｉｘ（ｔ）と直交成分信号Ｑｘ（ｔ）を抽出するように構成されている（ｘ＝ａ〜ｄ）。
【００２８】
また、各相関処理部５３Ａ〜５３Ｄは、図４のように、Ａ／Ｄ変換器１１０、１１１、ベースバンドデータメモリ１１２、１１３、相関器１１４、１１５、振幅演算器１１６、相関データメモリ１１７、相関データ選択器１１８を有している。
【００２９】
Ａ／Ｄ変換器１１０、１１１は、後述する制御部５５からデータ取得開始を指示する信号ＳＴを受けてから一定期間Ｔａに入力されるアナログのベースバンド信号Ｉｘ（ｔ）、Ｑｘ（ｔ）をデジタルのベースバンド信号Ｉｘ（ｋ）、Ｑｘ（ｋ）に変換してベースバンドデータメモリ１１２、１１３に記憶する。
【００３０】
ここで、期間Ｔａは、少なくとも全ての符号パターンのスペクトラム拡散信号Ｓａ〜Ｓｄがそれぞれ３周期分連続して受信できる期間（ｎ＋１）・（３Ｔ＋ΔＴ）に設定されている。
【００３１】
相関器１１４、１１５は、送信器３０で用いられている各ＰＮ信号の符号パターンを予め記憶しており、ベースバンドデータメモリ１１２、１１３に記憶された一連のベースバンド信号Ｉｘ（ｋ）、Ｑｘ（ｋ）に対して、各ＰＮ信号の符号パターンとの相関演算処理を行い、その処理結果ＲＩｘ（ｋ）、ＲＱｘ（ｋ）を振幅演算手段１１６に出力する。
【００３２】
振幅演算器１１６は、次式の演算処理によって相関振幅値Ｒｖｘ（ｋ）を求め、その演算結果を相関データメモリ１１７に順次記憶する。
【００３３】
Ｒｖｘ（ｋ）＝［ＲＩｘ（ｋ）２＋ＲＱｘ（ｋ）２］１／２
【００３４】
なお、ここでは、ベースバンドの同相成分信号と直交成分信号に対してそれぞれ相関演算処理を行い、その演算結果に対して振幅演算処理を行って相関データを求めているが、ベースバンドの同相成分信号と直交成分信号からその振幅成分を求め、求めた振幅成分に対して相関演算処理を行ってもよい。
【００３５】
相関データ選択器１１８は、相関データメモリ１１７に記憶された相関振幅データＲｖｘ（ｋ）のうちで、同一符号パターンが３周期分連続している部分に対してその符号パターンによる相関振幅値から、２周期目〜３周期の直前までの相関振幅値を精度の高い有効な相関結果として選択的に読み出す。
【００３６】
次に、上記受信器５０の相関演算処理および相関データ選択処理について説明する。
先ず送信器３０から図２の（ｆ）〜（ｉ）に示した順でスペクトラム拡散信号が発射されているときに、制御部５５から図５の（ａ）のタイミングで各相関処理部５３Ａ〜５３Ｄに信号ＳＴが出力されたとする。
【００３７】
ここで、受信アンテナ５１Ａで受信されている受信信号Ｊａが直交検波器５２Ａで直交検波（逆拡散処理）され、その検波処理で得られたベースバンド信号が相関処理部５２Ａのベースバンドデータメモリ１１２、１１３に記憶される。
【００３８】
ここで、ベースバンドデータメモリ１１２、１１３に記憶された同相成分信号と直交成分信号から得られる振幅成分（以下、ベースバンド信号列という）を図５の（ｂ）のように各ＰＮ信号にそれぞれ対応させて信号ＰＮａ′〜ＰＮｄ′に分けて表す。
【００３９】
これらの信号ＰＮｘ′(ｘ＝ａ〜ｄ)は、ＰＮ信号ＰＮｘで３周期分連続して拡散変調されて送信器３０から出力されて受信アンテナ５１Ａに到来したスペクトラム拡散信号Ｓｘのうち、最もレベルが高く且つ最も早く到来した直接波成分の受信側での周期で表しているが、このベースバンド信号列には、各送信アンテナ３５Ａ〜３５Ｄから受信アンテナ５１Ａに対して直接波より遅れて到来するレベルの低い間接波成分も含まれているものとする。また、ベースバンド信号列のうち、同一符号パターンが３周期分連続している部分とその次の符号パターンが３周期分連続している部分との間隔ΔＴ１〜ΔＴ４は、各送信アンテナ３５Ａ〜３５Ｄと受信アンテナ５１Ａとの距離の違いに応じて変化している。
【００４０】
相関器５３Ａは、図５の（ｂ）のベースバンド信号列に対して、各符号パターンによる相関演算処理を行う。
【００４１】
例えば、ベースバンド信号列に対して図５の（ｃ）のようにＰＮ信号ＰＮ１による相関演算処理（積和演算）を１ビットずつずらしながら行う。ここでＰＮ符号には、同一符号パターン同士で互いのビット位置が完全に一致している場合の相関値はそのビット数Ｂ（例えばＢ＝１０２３）に等しく、ビット位置がずれた状態の相関値は１または−１となる性質があり、異なる符号パターン同士の相関値の最大値は、比較的大きな値（例えばＢ＝１０２３のとき３８３）をとる性質がある。
【００４２】
したがって、図５の（ｂ）のベースバンド信号列に対してＰＮ信号ＰＮ１で相関演算処理を行った場合、ベースバンド信号列がＰＮ１′以外の位置では非相関となるため、図５の（ｄ）のように、その相関値は比較的大きな値となる。
【００４３】
また、相関用のＰＮ信号ＰＮ１が図５の（ｂ）のベースバンド信号列のＰＮ１′が連続している部分の１周期目に対して、一致した状態から２周期の直前まで期間では、その前の異なる符号パターンの信号列ＰＮ４′の遅延した間接波が含まれているので完全な相関状態とはならず、図５の（ｄ）のＲｖａ１に示しているように、相関値が徐々に減少変化することになり、送信アンテナ３５Ａ対受信アンテナ５１Ａの間の遅延プロファイルがマスクされてしまい、正確な遅延プロファイルは得られない。
【００４４】
しかし、さらに相関ビット位置がずれて、相関用のＰＮ信号ＰＮ１がベースバンドの信号列ＰＮ１′の２周期目に一致した状態から３周期目の直前までの期間では、その前の信号列ＰＮ４′の遅延した間接波の影響を受けない（符号パターン１周期分が測定範囲であるため）ので、図５の（ｄ）のＲｖａ２に示しているように、送信アンテナ３５Ａ対受信アンテナ５１Ａの間の正確な遅延プロファイルが得られる。
【００４５】
そして、さらに相関ビット位置がずれて、相関用のＰＮ信号ＰＮ１がベースバンドの信号列ＰＮ１′の３周期目に一致した状態およびそれ以降では、次の異なるパターンＰＮ２′との相関演算が含まれるので、非相関状態に移行して、図５の（ｄ）のＲｖａ３に示しているように、送信アンテナ３５Ａ対受信アンテナ５１Ａの間の遅延プロファイルは得られない。
【００４６】
つまり、ベースバンドの信号列に対し、同一符号パターンが３周期分連続している部分のうち、２周期目から３周期目の直前まで相関演算結果Ｒｖａ２が１組の送信アンテナと受信アンテナについての正しい遅延プロファイルを表していることになる。
【００４７】
上記の受信アンテナ５１Ａについての相関演算処理は、他の相関用のＰＮ信号ＰＮ２〜ＰＮ４についても同様に行われる。この処理は、相関用のＰＮ信号毎に異なるタイミングで行う方法あるいは相関用のＰＮ信号毎に並列処理する方法のいずれてあってもよい。
【００４８】
図５は、並列処理の例を示しており、図５の（ｂ）に示した一連のベースバンド信号列に対して、図５の（ｃ）、（ｅ）、（ｇ）、（ｉ）のように各ＰＮ信号ＰＮ１〜ＰＮ４による相関演算処理を並行して行い、図５の（ｄ）、（ｆ）、（ｈ）、（ｊ）の各相関演算結果を得ている。なお、ベースバンド信号列に対して相関用のＰＮ信号ＰＮ１〜ＰＮ４をしてビットずつずらした状態で並行して相関演算処理を行う方法であってもよい。
【００４９】
このＰＮ信号毎の相関演算結果は、相関データメモリ１１７に記憶されるが、相関データ選択器１１８は、受信アンテナ５１Ａと各送信アンテナ３５Ａ〜３５Ｄとの間の遅延プロファイルを正しく示している相関振幅データＲｖａ２〜Ｒｖｄ２を抽出する。
【００５０】
このデータの選択方法は任意であるが、例えば１周期目の先頭に生じるピーク位置を検出し、その位置からＴ時間分経過した位置を有効な相関振幅データの先頭としてＴ時間分のデータを抽出する方法が考えられる。
【００５１】
そして、この有効な相関振幅データを例えば図６の（ｋ）のように送信アンテナの順番に並べて連続的に出力する。
【００５２】
したがって、この有効な相関振幅データを例えば図示しない表示装置で波形表示することにより、受信アンテナ５１Ａに対する各送信アンテナ５３Ａ〜５３Ｄの遅延プロファイルを正確に把握できる。
【００５３】
なお、図６において、遅延プロファイルの各ピーク部Ｗ（ｉ−ｊ−ｋ）の数値ｉは送信アンテナ３５Ａ〜３５Ｄを識別する値、数値ｊは受信アンテナ５１Ａ〜５１Ｄを識別する値（この場合は受信アンテナ５１Ａの例であるので、ｊ＝１）、数値ｋは、直接波と間接波を含む到来波の順番を示す値である。
【００５４】
また、他の受信アンテナ５１Ｂ〜５１Ｄの受信信号Ｊｂ〜Ｊｄに対しても上記処理と全く同様の処理が並行して行われ、受信アンテナ５１Ｂと各送信アンテナ３５Ａ〜３５Ｄとの間、受信アンテナ５１Ｃと各送信アンテナ３５Ａ〜３５Ｄとの間および受信アンテナ５１Ｄと各送信アンテナ３５Ａ〜３５Ｄとの間の遅延プロファイルを正しく示している２周期目から３周期直前までの各相関振幅データが求められる。
【００５５】
そして、これらの相関振幅データを例えばｍ（ここではｍ＝４）チャンネルの波形表示装置で例えば図７のように同一画面上に波形表示することで、ｎ個の送信アンテナ対ｍ個の受信アンテナの間の遅延プロファイルの全てを同時に把握することができる。
【００５６】
なお、この実施形態では、ｎ＝ｍ＝４の場合について説明したが、送信アンテナ数ｎと受信アンテナ数ｍが異なる値のシステムについても同様に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の実施形態の全体構成図
【図２】実施形態の送信器の動作説明図
【図３】実施形態の受信器の要部の構成を示す図
【図４】実施形態の受信器の要部の構成を示す図
【図５】実施形態の受信器の動作説明図
【図６】実施形態によって得られた一つの受信アンテナについての遅延プロファイル図
【図７】実施形態によって得られた４つの受信アンテナについての遅延プロファイル図
【符号の説明】
【００５８】
３０……送信器、３１Ａ〜３１Ｄ……ＰＮ信号発生器、３２、３４……スイッチ、３３……変調部、３５Ａ〜３５Ｄ……送信アンテナ、３７……制御部、５０……受信器、５１Ａ〜５１Ｄ……受信アンテナ、５２Ａ〜５２Ｄ……直交検波部器、５３Ａ〜５３Ｄ……相関処理部、５５……制御部、１０１、１０２……ミキサ、１０３……ローカル信号発生器、１０４……移相器、１０５、１０６……ＬＰＦ、１１０、１１１……Ａ／Ｄ変換器、１１２、１１３……ベースバンドデータメモリ、１１４、１１５……相関器、１１６……振幅演算器、１１７……相関データメモリ、１１８……相関データ選択器
【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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