(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに独立な複数の複素ガウス雑音を発生させるガウス雑音発生部と、ガウス雑音発生部に供給するクロック信号を発生させるクロック信号発生部と、ガウス雑音発生部のクロック信号に同期して生成された複数の出力信号を入力とし、各入力信号を分配し、分配された各入力信号に複素係数を乗算し、加算処理を行うことで行列演算を行い、相関を持たせた複素ガウス雑音に変換する行列演算部により構成されるガウス雑音発生器。
【請求項２】
入力信号を複数の経路に分配させる第一の分配器と、各経路の信号をそれぞれ遅延させて出力する複数の遅延器と、各遅延器の出力信号にフェージングを模擬した擬似的変動を与える複数のフェージング発生器と、各フェージング発生器の出力信号に減衰を与える複数の減衰器を備え、
フェージング発生器は、入力信号を２分配する第二の分配器と、第二の分配器の出力信号のうち一方の位相を９０度移相させる９０度移相器と、その出力信号と第二の分配器のもう一方の出力信号に複素ガウス雑音を用いて乗積変調を行う乗積変調器と、各乗積変調器の出力信号を合成する合成器で構成され、
各乗積変調に用いられる複素ガウス雑音は、互いに独立な複素ガウス雑音を発生させるガウス雑音発生部と、ガウス雑音発生部に供給するクロック信号を発生させるクロック信号発生部と、ガウス雑音発生部のクロック信号に同期して生成された複数の各出力信号にフェージングの電力スペクトル分布の周波数特性を与えるフィルタと、各フィルタの出力信号を入力とし、各入力信号を分配し、分配された各入力信号に複素係数を乗算し、加算処理を行い、相関を持たせた複素ガウス雑音に変換する行列演算を行う行列演算部により構成されるガウス雑音発生器により発生された相関を持たせた複素ガウス雑音であることを特徴とする伝搬路模擬装置。
【請求項３】
入力信号を複数の経路に分配させる第一の分配器と、各経路の信号をそれぞれ遅延させて出力する複数の遅延器と、各遅延器の出力信号にフェージングを模擬した擬似的変動を与える複数のフェージング発生器と、各フェージング発生器の出力信号に減衰を与える複数の減衰器を備え、
フェージング発生器は、入力信号を２分配する第二の分配器と、第二の分配器の出力信号のうち一方の位相を９０度移相させる９０度移相器と、その出力信号と第二の分配器のもう一方の出力信号に複素ガウス雑音を用いて乗積変調を行う乗積変調器と、各乗積変調器の出力信号を合成する合成器で構成され、
各乗積変調に用いられる複素ガウス雑音は、互いに独立な複数の複素ガウス雑音を発生させるガウス雑音発生部と、ガウス雑音発生部に供給するクロック信号を発生させるクロック信号発生部と、ガウス雑音発生部のクロック信号に同期して生成された複数の各出力信号を入力とし、各入力信号を分配し、分配された各入力信号に複素係数を乗算し、加算処理を行うことで行列演算を行い、相関を持たせた複素ガウス雑音に変換する行列演算部と、行列演算部の各出力信号にフェージングの電力スペクトル分布の周波数特性を与えるフィルタにより構成されるガウス雑音発生器により発生された相関を持たせた複素ガウス雑音であることを特徴とする伝搬路模擬装置。
【請求項４】
入力信号を複数の経路に分配させる第一の分配器と、各経路の信号をそれぞれ遅延させて出力する複数の遅延器と、各遅延器の出力信号にフェージングを模擬した擬似的変動を与える複数のフェージング発生器と、各フェージング発生器の出力信号を入力とし、各入力信号を分配し、分配された各入力信号に複素係数を乗算し、加算処理を行うことで行列演算を行う行列演算部と、行列演算部の各出力信号に減衰を与える複数の減衰器を備え、
フェージング発生器は、入力信号を２分配する第二の分配器と、第二の分配器の出力信号のうち一方の位相を９０度移相させる９０度移相器と、その出力信号と第二の分配器のもう一方の出力信号に複素ガウス雑音を用いて乗積変調を行う乗積変調器と、各乗積変調器の出力信号を合成する合成器で構成され、
各乗積変調に用いられる複素ガウス雑音は、互いに独立な複数の複素ガウス雑音を発生させるガウス雑音発生部と、ガウス雑音発生部に供給するクロック信号を発生させるクロック信号発生部と、ガウス雑音発生部のクロック信号に同期して生成された複数の各出力信号にフェージングの電力分布の周波数特性を与えるフィルタにより構成されるガウス雑音発生器により発生された相関を持たせた複素ガウス雑音であることを特徴とする伝搬路模擬装置。
【請求項５】
ランダム信号系列を発生する第一のランダム信号発生器と第二のランダム信号発生器と第三のランダム信号発生器と、第一のランダム信号発生器の出力信号の確率分布をレイリー分布に変換する第一のフィルタと、第二のランダム信号発生器の出力の確率分布を最大ドップラー周波数偏移（ｆd）以下の範囲（−ｆd＜ｆ＜ｆd）の一様分布に変換する第二のフィルタと、第三のランダム信号発生器の出力信号の確率分布を（−π＜θ＜π）（θは位相を表す）の一様分布に変換する第三のフィルタと、第一のフィルタ出力を振幅成分、第二のフィルタ出力を周波数成分、第三のフィルタ出力を位相成分とした変調波を演算して出力する信号発生器によって構成される信号発生部を複数備え、各信号発生部の複素出力信号を合成する合成器を備えることを特徴とする雑音発生器。
【請求項６】
入力信号を複数の経路に分配させる第一の分配器と、各経路の信号をそれぞれ遅延させて出力する複数の遅延器と、各遅延器の出力信号にフェージングを模擬した擬似的変動を与える複数のフェージング発生器と、各フェージング発生器の出力信号を入力とし、各入力信号を分配し、分配された各入力信号に複素係数を乗算し、加算処理を行うことで行列演算を行い、相関を持たせた複素ガウス雑音に変換する行列演算部と、行列演算部の各出力信号に減衰を与える複数の減衰器を備え、
フェージング発生器は、入力信号を２分配する第二の分配器と、第二の分配器の出力信号のうち一方の位相を９０度移相させる９０度移相器と、その出力信号と第二の分配器のもう一方の出力信号に複素ガウス雑音を用いて乗積変調を行う乗積変調器と、各乗積変調器の出力信号を合成する合成器で構成され、
各乗積変調に用いられる複素ガウス雑音は、ランダム信号系列を発生する第一のランダム信号発生器と第二のランダム信号発生器と第三のランダム信号発生器と、第一のランダム信号発生器の出力信号の確率分布をレイリー分布に変換する第一のフィルタと、第二のランダム信号発生器の出力信号の確率分布を、（−ｆd＜ｆ＜ｆd）の一様分布に変換する第二のフィルタと、第三のランダム信号発生器の出力信号の確率分布を、（−π＜θ＜π）（θは位相を表す）の一様分布に変換する第三のフィルタと、第一のフィルタ出力を振幅成分、第二のフィルタ出力を周波数成分、第三のフィルタ出力を位相成分とした変調波を出力する信号発生器によって構成される複数の信号発生部の複素出力信号により合成された複素ガウス雑音であることを特徴とする実伝搬路を模擬する伝搬路模擬装置。
【請求項７】
請求項２、３、４、６の何れか１項に記載の伝搬路模擬装置において、
伝搬路模擬装置を複数用い、各伝搬路模擬装置の出力をそれぞれ合成する複数の合成器と、合成器の出力信号を減衰させる減衰器により構成されることを特徴とする伝搬路模擬装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アレーアンテナを用いた移動通信において、レイリーフェージングを受けた受信信号でかつ、アンテナ受信信号間の空間相関を考慮した伝搬状況を模擬する装置、及び所望の相関を持たせた複素ガウス雑音を発生させるガウス雑音発生器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
送受信アンテナ間で見通し確保が困難な移動通信では、送信アンテナからの電波は周囲の地物や建物などで反射や回折を受け、さまざまな経路を通って到達する。このような伝搬モードはマルチパス伝搬と呼ばれる。この場合、受信信号には振幅や位相の時間的変動を生じ、この現象はマルチパスフェージングと呼ばれる。受信信号が無限個の素波で構成され、その振幅変動はレイリー分布に従い、位相変動は一様分布に従う場合、特にレイリーフェージングと呼ばれ、見通し外の伝搬環境モデルとして用いられる。レイリーフェージングを受けた受信信号は、その統計的性質から、互いに独立なガウス雑音により入力信号を直交変調することで模擬できる。このような原理により移動通信における伝搬路を模擬する装置としてフェージングシミュレータが一般に用いられている。（文献１：「陸上移動無線用フェージングシミュレータ」Trans.IEICE '75/9 Vol.58-B No.9）
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
近年移動通信では、周波数利用効率の増大が課題となっている。課題を解決するための有効な技術にダイバーシチ受信方式がある。ダイバーシチ受信技術の評価パラメータの１つに、受信信号の空間相関がある。空間相関は、アレー素子間隔、到来波の到来角の中心方向および到来角度の広がりに依存する。従って、例えば空間相関をパラメータとしたシステム評価を行うためには、実伝搬環境で測定を行うか、もしくは、散乱物等を配置し、同様な環境を作ることが必要であった。しかし、再現性が低く、また非常に効率が悪いことが問題であった。また、従来の２つの独立なガウス雑音によりフェージング波を模擬する装置では、２系統間の相関の設定までしかできない為に、アレーアンテナ受信信号の全ての組合せの空間相関を設定した伝搬環境を模擬することはできない問題があった。
本発明は、２つ以上の互いに独立な複素ガウス雑音を所望の相関を持たせた複素ガウス雑音に変換して出力するガウス雑音発生器と、このガウス雑音発生器を用いてフェージング伝搬路を模擬することで、簡単に受信信号間の全ての空間相関を設定した伝搬環境を模擬することができる伝搬路模擬装置を提供する。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、上記問題点は以下の手段により解決される。
請求項１記載の発明によれば、ガウス雑音発生器は、互いに独立な複数の複素ガウス雑音を発生させるガウス雑音発生部と、クロック信号発生部と、行列演算部を具備し、クロック信号発生部で発生したクロック信号に同期してガウス雑音発生部で複数の独立な複素ガウス雑音を生成して出力する。行列演算部では、ガウス雑音生成部で生成した複数の複素ガウス雑音を入力し、各入力信号に複素係数を乗算し、合成する行列演算を行い、所望の相互相関を持たせた複素ガウス雑音を出力する。
【０００５】
請求項２および請求項３および請求項４記載の発明によれば、伝搬路模擬装置は、入力信号を複数の経路に分岐させる分配器と、各経路の信号をそれぞれ遅延させて出力する複数の遅延回路と、各遅延回路の出力に擬似的にフェージングによる変動を与える複数のフェージング発生器と、フェージング発生器の出力に減衰を与える複数の減衰器を具備する。
フェージング発生器では、複素ガウス雑音を行列演算部において、独立な複素ガウス雑音から所望の相関を持たせた複素ガウス雑音に変換する。さらに、変換された複素ガウス雑音を用いて入力信号を直交変調する。ここで、フェージングによる電力スペクトル分布を再現するフィルタ特性を行列演算部の前後どちらかで与える。これにより、所望の空間相関をもつ複数のフェージング受信信号を模擬する。また、複素ガウス雑音に相関を与える行列演算部は、入力信号の複素ガウス雑音を用いた直交変調後に挿入しても同様な効果が得られる。
【０００６】
請求項５記載の発明によれば、振幅分布がレイリー分布、周波数、位相分布がそれぞれ一様分布である乱数により変調波を発生させる信号発生器の出力信号を複数合成することにより複素ガウス雑音を発生させる。
【０００７】
請求項６記載の発明によれば、振幅分布がレイリー分布、周波数、位相分布がそれぞれ一様分布である乱数により変調波を発生させる信号発生器の出力信号を複数合成することにより発生された複素ガウス雑音を用いて伝搬路を模擬する装置を具現化する。
【０００８】
請求項７記載の発明によれば、複数の上記伝搬路模擬装置の各出力を合成する複数の合成器と、合成器出力信号を減衰する減衰器を具備する。また、複数ユーザの送信信号のフェージング伝搬路をそれぞれ模擬し、合成する。各ユーザの受信信号について、それぞれ受信信号間の空間相関を設定し、各受信アンテナにおける全ユーザの合成受信信号を模擬する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（原理）
図１にクロック発生部1-1とガウス雑音発生部1-2と行列演算部1-3を備えた相関を持たせた複素ガウス雑音を発生させるガウス雑音発生器１の原理構成図を示す。
ガウス雑音発生部1-2は、クロック発生部1-1のクロック信号に同期し、Ｎ個の互いに独立な複素ガウス雑音ｇ1(t),・・・,ｇN(t)を発生する。時刻ｔにおける複素ガウス雑音ベクトルを次式に示す。
【数１】
0003966756.tif 000002
但し、
＜ｇi(t)ｇk*(t)＞＝０
＜ｇi(t)ｇi*(t)＞＝σ2
である。ここで  T は転置、* は共役複素数、σ2は分散を表す。以下ではσ2＝１とする。
行列演算部1-3に与えるＮ×Ｎ複素係数行列をＷとし、行列演算部出力信号ベクトルｈ1(t),・・・,ｈN(t)をＨとすると、
【数２】
0003966756.tif 000003
但し、ｈi(t)は＜ｈi(t)ｈk*(t)＞＝０である。ここで、ｉ≠ｋ。Ｈの相関行列を計算すると、
【数３】
0003966756.tif 000004
【００１０】
次に、伝搬路模擬装置について説明する。
今回模擬する伝搬路の一例を図２に示す。
図２は、送信局からの送信信号を受信局でアレーアンテナ＃１〜＃Ｎを用いて受信する場合である。ここで伝搬路＃１〜＃Ｎは、レイリーフェージングを受け、伝搬路＃ｉと伝搬路＃ｊの相関をρijとする。
図３に、図２に示す伝搬路を模擬するの伝搬路模擬装置の原理構成図を示す。送信信号をｕ(t)とし、直交変調器1-4によりｕ(t)を互いに相関行列がＲである複素ガウス雑音ｈi(t)を用いて直交変調する。直交変調器出力信号ベクトルをｘとすると、
【数４】
0003966756.tif 000005
である。ここでｘi(t)は、受信アンテナ＃ｉにおける受信信号を模擬している。この際、直交変調に用いる複素ガウス雑音の周波数スペクトルは、レイリーフェージングにおける電力スペクトルと同じ周波数特性を持つフィルタにより成形される。ここでレイリーフェージングにおける電力スペクトル分布特性をＳ(f)とすると、直交変調器1-4に入力される複素ガウス雑音ｈi'(t)は、Ｓ(f)の逆フーリエ変換ｓ(t)により以下の式で与えられる。
ｈi'(t)＝ｓ(t)＊ｈ(t)
ここで、＊は畳み込み演算を示す。ｘi(t)は以下の式によって与えられる。
ｘi(t)＝ｈi'(t)ｕ(t)
この場合、ｈi'(t)の統計的性質は変化しないので、直交変調器1-4の
【数５】
0003966756.tif 000006
伝搬路＃ｉと伝搬路＃ｊ間の相関ρijであり、図２の伝搬路を模擬している。
また、図４のような構成も可能である。図４における行列演算部1-3への
【数６】
0003966756.tif 000007
図２の伝搬路を模擬している。
【００１１】
（実施例）
以下の図面に基づいて本発明の実施例について説明する。
図５に本発明の伝搬路模擬装置の構成例を示す。
入力される送信信号(RF  INPUT)はＲＦ信号とし、周波数変換器３においてローカル信号発生器２により発生されたキャリア信号によりベースバンド信号に周波数変換される。周波数変換された入力信号は、入力レベル設定回路４によりレベル調整がなされた後、擬似伝搬路５に入力される。擬似伝搬路５の各出力信号は、ローカル信号発生器７のローカル信号によって周波数変換器６によりＲＦ信号に周波数変換され、減衰器８に入力される。減衰器８では、入力信号に対し、所定の減衰を与え出力する。
【００１２】
擬似伝搬路５の構成例を図６に示す。
擬似伝搬路５は入力信号をＮ分配する分配器5-1と、分配器出力信号を遅延発生回路5-2を介して、複素ガウス雑音により直交変調するレイリーフェージング発生用直交変調器5-3と、レベル調整用のレベル調整用減衰器5-4により構成される。
レイリーフェージング発生用直交変調器5-3は、図７に示すように９０度移相器5-31と乗積変調器5-32、5-33と合成器5-34により構成される。
擬似伝搬路で用いられる複素ガウス雑音はガウス雑音発生器１により発生される。
【００１３】
図８と図９に相関を持たせた複素ガウス雑音を発生させるガウス雑音発生器１−Ａ,１−Ｂの構成例を示す。ガウス雑音発生器１は互いに独立な複素ガウス雑音を発生するガウス雑音発生部1-2と、複数の信号を入力し、係数設定部1-5で設定されたタップ係数による行列演算を行う行列演算部1-3と、フェージングによる電力スペクトルを与える周波数特性のフィルタ1-6により構成される。
【００１４】
行列演算部1-3の構成例を図１０に示す。
行列演算部1-3への入力信号は分配器1-31によりＮ分配される。分配された各入力信号は、係数設定部1-5で設定されたタップ係数が乗算器1-32により乗算され、合成器1-33で合成され出力される。ここでタップ係数は所望の受信信号間の
【数７】
0003966756.tif 000008
図８に示す構成例では、ガウス雑音発生部1-2により発生された互いに独立な複素ガウス雑音が、行列演算部1-3に入力され、その出力信号は相関行列Ｒとなる複素ガウス雑音となる。さらに、行列演算部の出力は従属するフィルタ1-6に入力され、フェージングの電力スペクトルと同じ周波数特性が与えられる。ここで、フィルタの周波数スペクトルは以下の式を満たすように設計すればよい。
【数８】
0003966756.tif 000009
但し、−ｆD ≦ｆ−ｆc ≦ｆDであり、ｂ0は電力係数、ｆは入力信号周波数、ｆcは変調周波数、ｆDは最大ドップラー周波数である。また、上記フィルタ1-6はガウス雑音発生部1-2の出力に入れてもよく、その場合の構成例が図９に示されている。
【００１５】
また、複素ガウス雑音を図１１に示すガウス雑音発生部1-2により発生させてもよい。図１１では、ランダム信号発生器としてＰＮ発生器1-10,1-20,1-30を用いてＰＮ系列を発生する。第一のＰＮ発生器1-10の出力はレイリー分布変換フィルタ1-11に入力される。レイリー分布変換フィルタ1-11はガウス分布のＰＮ信号をレイリー分布をもつ信号へと変換する。第二のＰＮ発生器1-20の出力は、周波数データ生成フィルタ1-21に入力される。周波数データ生成フィルタ1-21は、絶対値が最大ドップラー周波数偏移以内の範囲で一様分布する周波数データを生成する。第三のＰＮ発生器1-30の出力は、位相データ生成フィルタ1-31に入力される。位相データ生成フィルタ1-31は、絶対値がπ以内の範囲で一様分布の位相データを生成する。信号発生器1-40では上記３フィルタによって生成された振幅、周波数、位相データから変調波を計算し、素波を発生する。信号発生器からの出力信号を復号合成することで、複素ガウス雑音を生成する。なお、図１１では、基本装置がＭ段で構成されているが、段数Ｍはフェージング波の素波数によって決定される。
【００１６】
図１２に、図１１によるガウス雑音発生部1-2で生成された各複素ガウス雑音が、行列演算部1-3に入力され、相関行列Ｒとなる複素ガウス雑音を出力する構成例を示す。図１２の構成では、フェージングによる電力スペクトルを与える周波数特性のフィルタは必要ない。また、全ての数値計算により複素ガウス雑音を生成することができるためＤＳＰ(Digital Signal Processor)などディジタル信号処理用ＬＳＩなどにより、より製作が容易となる。
上記伝搬路模擬装置を複数台並列接続することで、複数ユーザが同時に通信を行う際の伝搬路模擬装置を構成することができる。一例として図１３に示すような伝搬路を模擬する場合を考える。図１３ではアレーアンテナ＃１〜＃Ｎの各アンテナには、各ユーザ（送信局１〜４）の信号が合成されて受信される。このような伝搬路を模擬した伝搬路模擬装置の構成例を図１４に示す。図１４の伝搬路模擬装置の入力には、各ユーザの送信信号が入力される。周波数変換器３において、入力された各送信信号はローカル信号発生器２により発生されたキャリア信号によりベースバンド信号に周波数変換される。周波数変換された各入力信号は、入力レベル設定回路４によりレベル調整がなされた後、擬似伝搬路５に入力される。擬似伝搬路５の構成例を図１５に示す。
擬似伝搬路の基本的な構成は上記した１ユーザの場合と変わらないが、擬似伝搬路の複数の出力信号を合成器によって合成し、出力する。図１５において、ガウス雑音発生器１の基本的構成は上記の１ユーザの場合と変わらないが、ガウス雑音発生器はユーザ数分備え、各ガウス雑音発生器で発生される複素ガウス雑音は互いに独立とする。擬似伝搬路出力信号は周波数変換器６おいて、ローカル信号発生器７によりＲＦ信号に周波数変換され減衰器８に入力される。減衰器では入力信号に対し、所定の減衰を与えて出力する。
【００１７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の伝搬路模擬装置は、レイリーフェージングを発生させるために用いる複素ガウス雑音に所望の相互相関を持たせることで、空間相関を考慮したアレーアンテナ受信信号を模擬することができ、ダイバーシチ受信方式の伝送品質などの検討を室内実験室で行うことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】ガウス雑音発生器の原理構成図。
【図２】伝搬路を説明するための図。
【図３】伝搬路模擬装置の原理構成図。
【図４】他の伝搬路模擬装置の原理構成図。
【図５】伝搬路模擬装置の構成図。
【図６】擬似伝搬路５の構成図。
【図７】レイリーフェージング発生用直交変調器５−３の構成図。
【図８】ガウス雑音発生器１−Ａの構成図。
【図９】ガウス雑音発生器１−Ｂの構成図。
【図１０】行列演算部１−３の構成図。
【図１１】ガウス雑音発生部１−２の構成図。
【図１２】ガウス雑音発生器１−Ｃの構成図。
【図１３】複数ユーザにおける伝搬路を説明するための図。
【図１４】複数ユーザにおける伝搬路模擬装置の構成図。
【図１５】複数ユーザにおける擬似伝搬路５の構成図。
【符号の説明】
１・・・ガウス雑音発生器
１−１・・・クロック発生部、１−２・・・ガウス雑音発生部
１−３・・・行列演算部
１−３１・・・分配器、１−３２・・・乗算器、１−３３・・・合成器
１−４・・・直交変調器、１−５・・・係数設定部、１−６・・・フィルタ
２,７・・・ローカル信号発生器
３,６・・・周波数変換器
４・・・入力レベル設定回路
５・・・擬似伝搬路
５−１・・・分配器、５−２・・・遅延発生回路
５−３・・・レイリーフェージング発生用直交変調器
５−３１・・・９０度移相器、５−３２,５−３３・・・乗積変調器、５−３４・・・合成器
【図１】
0003966756.tif 000010
【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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【図１４】
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【図１５】
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