(57)【要約】【課題】１本のアンテナにより実環境下でのＭＩＭＯの受信特性を測定することができる電波伝播測定装置を提供すること。【解決手段】１つの測定アンテナ１６と、測定アンテナ１６を介して基地局２から受信した無線信号を増幅や周波数変換などする無線信号処理部１０と、電波伝播測定装置１の加速度を検出する加速度センサ１４と、ＭＩＭＯ伝送の受信測定を行なう場合、予め設定された複数のアンテナの間隔と自身の移動速度に基づいて、複数のアンテナそれぞれの間を移動するのに要する移動時間を算出し、測定アンテナ１６による受信信号の移動時間だけ離れた時間の受信信号をそれぞれのアンテナの受信信号として測定を行なう無線信号測定部１１と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの測定アンテナ（１６）を接続され、基地局（２）からの無線信号の伝播状態を測定する電波伝播測定装置（１）であって、
ＭＩＭＯ伝送の複数のアンテナにおける受信測定を行なう場合、予め設定された前記複数のアンテナの間隔と前記測定アンテナの移動速度に基づいて、前記複数のアンテナそれぞれの間を前記測定アンテナが移動するのに要する移動時間を算出し、前記測定アンテナによる受信信号の前記移動時間だけ離れた時間の受信信号を前記複数のアンテナのそれぞれのアンテナの受信信号として測定を行なう無線信号測定部（１１）を備える電波伝播測定装置。
【請求項２】
前記無線信号測定部は、前記それぞれのアンテナの受信信号に基づいて前記複数のアンテナのチャネル行列を求め、前記チャネル行列のコンディションナンバーを算出する請求項１に記載の電波伝播測定装置。
【請求項３】
１つの測定アンテナ（１６）を接続され、基地局（２）からの無線信号の伝播状態を測定する電波伝播測定装置（１）のＭＩＭＯ受信測定方法であって、
所定の時点の前記測定アンテナの受信信号を複数のアンテナの内の１つのアンテナの受信信号とする第１ステップと、
予め設定された前記複数のアンテナのアンテナ間隔と前記測定アンテナの移動速度とから前記複数のアンテナの次のアンテナまでの移動時間を算出する第２ステップと、
前記移動時間経過後の前記測定アンテナの受信信号を前記次のアンテナの受信信号とする第３ステップと、
前記第２ステップと前記第３ステップを繰り返して前記複数のアンテナの全てのアンテナの受信信号を取得する第４ステップと、
取得したそれぞれのアンテナの受信信号に基づいてＭＩＭＯ伝送の受信測定を行なう第５ステップと、を備えるＭＩＭＯ受信測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移動体通信システムの基地局の電波の伝播状態を測定する電波伝播測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話などの移動体通信システムにおいては、サービス提供エリア内に多数の基地局を設置している。基地局は、出力する電波の届く範囲が隣接する基地局同士で一部重なるように設置され、サービス提供エリア内で基地局の電波の届かない場所を無くすようにしている。
【０００３】
このような移動体通信システムにおいて、サービス提供エリア内の任意の地点において、基地局からの電波の伝播状態を測定することは、基地局の保守やサービス提供エリアの管理にとって重要なことである。
【０００４】
無線通信の規格を作成している３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）では、ＬＴＥ（Long Term Evolution）の規格のなかで、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）伝送が導入されている。このＭＩＭＯ伝送は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いて、同一周波数上で複数のストリームを同時に伝送して、伝送速度の向上を図るものである。
【０００５】
このようなＭＩＭＯ伝送が行なわれるサービス提供エリアでは、ＭＩＭＯ伝送の受信特性を測定する必要がある。
【０００６】
しかしながら、ＭＩＭＯ伝送では、複数のアンテナを使って電波の受信を行なっているので、複数のアンテナそれぞれに受信部が必要になり、回路規模や消費電力が増大する問題があった。
【０００７】
また、ＭＩＭＯ伝送では、受信特性は、アンテナの配置による影響が大きいが、アンテナの配置を自由に変えることができないため、アンテナ配置の条件を再現することが難しかった。
【０００８】
特許文献１には、１本のアンテナでの受信データに、電波の伝播環境のモデルに基づく係数を掛けて、他のアンテナの受信データを推測して、受信特性の評価を行なうことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１１−１０３５８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、このような電波伝播測定装置にあっては、電波の伝播環境のモデルに基づいて他のアンテナの受信データを推測しているため、実環境のように電波の伝播環境が不明でモデルを用意できない場合には使用できない。
【００１１】
そこで、本発明は、１本のアンテナにより実環境下でのＭＩＭＯの受信特性を測定することができる電波伝播測定装置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】
本発明の電波伝播測定装置は、１つの測定アンテナを接続され、基地局からの無線信号の伝播状態を測定する電波伝播測定装置であって、ＭＩＭＯ伝送の複数のアンテナにおける受信測定を行なう場合、予め設定された前記複数のアンテナの間隔と前記測定アンテナの移動速度に基づいて、前記複数のアンテナそれぞれの間を前記測定アンテナが移動するのに要する移動時間を算出し、前記測定アンテナによる受信信号の前記移動時間だけ離れた時間の受信信号を前記複数のアンテナのそれぞれのアンテナの受信信号として測定を行なう無線信号測定部を備えるものである。
【００１３】
この構成により、１つの測定アンテナで受信された信号が、予め設定された間隔で設けられた複数のアンテナの受信信号として測定される。このため、１本の測定アンテナにより実環境下でのＭＩＭＯの受信特性を測定することができる。
【００１４】
また、本発明の電波伝播測定装置において、前記無線信号測定部は、前記それぞれのアンテナの受信信号に基づいて前記複数のアンテナのチャネル行列を求め、前記チャネル行列のコンディションナンバーを算出するものである。
【００１５】
この構成により、１つの測定アンテナで受信された信号からチャネル行列のコンディションナンバーが算出される。このため、コンディションナンバーから最大スループットの推定が可能となる。
【００１６】
また、本発明のＭＩＭＯ受信測定方法は、１つの測定アンテナを接続され、基地局からの無線信号の伝播状態を測定する電波伝播測定装置のＭＩＭＯ受信測定方法であって、所定の時点の前記測定アンテナの受信信号を複数のアンテナの内の１つのアンテナの受信信号とする第１ステップと、予め設定された前記複数のアンテナのアンテナ間隔と前記測定アンテナの移動速度とから前記複数のアンテナの次のアンテナまでの移動時間を算出する第２ステップと、前記移動時間経過後の前記測定アンテナの受信信号を前記次のアンテナの受信信号とする第３ステップと、前記第２ステップと前記第３ステップを繰り返して前記複数のアンテナの全てのアンテナの受信信号を取得する第４ステップと、取得したそれぞれのアンテナの受信信号に基づいてＭＩＭＯ伝送の受信測定を行なう第５ステップと、を備えるものである。
【００１７】
この構成により、１つの測定アンテナで受信された信号が、予め設定された間隔で設けられた複数のアンテナの受信信号として測定される。このため、１本の測定アンテナにより実環境下でのＭＩＭＯの受信特性を測定することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明は、１本のアンテナにより実環境下でのＭＩＭＯの受信特性を測定することができる電波伝播測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置のブロック図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置が測定するシステムの構成例を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置の受信信号の処理方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電波伝播測定装置について詳細に説明する。
【００２１】
図１において、本発明の一実施形態に係る電波伝播測定装置１は、無線信号処理部１０と、無線信号測定部１１と、ユーザインターフェース部１２と、制御部１３とを含んで構成されている。
【００２２】
無線信号処理部１０は、測定アンテナ１６を介して基地局２から受信した無線信号を、増幅や周波数変換などして無線信号測定部１１に出力する。
【００２３】
無線信号測定部１１は、無線信号処理部１０と接続され、無線信号処理部１０の出力する無線信号の復調、復号を行なうとともに、ＲＳＲＰ（Reference Signal Received Power）、ＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indicator）、ＲＳＲＱ（Reference Signal Received Quality）、ＳＩＲ（Signal to Interference Ratio）、ＳＩＮＲ（Signal to Interference plus Noise power Ratio）、受信タイミングなどを測定し、測定結果を制御部１３に出力するようになっている。制御部１３は、無線信号測定部１１からの測定結果を時刻情報などと関連付けてハードディスク等に記憶しておき、ユーザの要求によりユーザインターフェース部１２に表示出力させたり、ログとしてファイルに出力したりするようになっている。
【００２４】
無線信号測定部１１は、加速度センサ１４から信号を入力されるようになっている。無線信号測定部１１は、加速度センサ１４からの信号に基づいて電波伝播測定装置１の移動速度を算出するようになっている。これは、電波伝播測定装置１に接続された測定アンテナ１６の移動速度を算出することにもなる。なお、車載して測定を行なう場合など、外部から車速パルス信号等を入力するようにし、車速パルス信号等から移動速度を算出してもよい。
【００２５】
ユーザインターフェース部１２は、ユーザからの操作入力を受け付ける入力部１２１と、測定のパラメータの設定画面や無線信号測定部１１の測定結果などを表示する表示部１２２とを備えている。入力部１２１は、タッチパッドやキーボードやプッシュボタンやロータリーノブなどによって構成される。表示部１２２は、液晶表示装置などによって構成される。
【００２６】
制御部１３は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ハードディスク装置と、入出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
【００２７】
このコンピュータユニットのＲＯＭ及びハードディスク装置には、各種制御定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットを制御部１３として機能させるためのプログラムが記憶されている。すなわち、ＣＰＵがＲＯＭ及びハードディスク装置に記憶されたプログラムを実行することにより、当該コンピュータユニットは、制御部１３として機能する。なお、ハードディスク装置は、フラッシュメモリによるＣＦ(Compact Flash)カードであっても良い。
【００２８】
制御部１３の入出力ポートには、無線信号測定部１１、ユーザインターフェース部１２が接続され、制御部１３と各部は信号の送受信をできるようになっている。
【００２９】
なお、本実施形態において、無線信号測定部１１は、各処理を実行するようにプログラミングされたＤＳＰ（Digital Signal Processor）等のプロセッサによって構成されている。また、無線信号処理部１０は、通信モジュールによって構成されている。
【００３０】
このような電波伝播測定装置１において、制御部１３は、例えば、表示部１２２に表示させた設定画面に対する入力部１２１への操作入力で設定された周波数の無線信号の測定を無線信号測定部１１に行なわせる。
【００３１】
制御部１３は、表示部１２２に表示させた設定画面により、測定する無線信号の中心周波数や周波数帯域幅や測定する信号数などを入力部１２１から入力させる。測定する無線信号の中心周波数は、複数設定可能になっている。
【００３２】
制御部１３は、入力部１２１により入力された設定情報を無線信号測定部１１に通知して、無線信号の測定を行なわせる。
【００３３】
無線信号測定部１１は、制御部１３から設定情報を通知されると、通知された中心周波数や周波数帯域幅を無線信号処理部１０に通知して、その中心周波数や周波数帯域幅の無線信号を受信させる。
【００３４】
無線信号処理部１０は、無線信号測定部１１から中心周波数や周波数帯域幅を通知されると、その中心周波数や周波数帯域幅の無線信号を受信し、増幅や周波数変換などして無線信号測定部１１に出力する。
【００３５】
無線信号測定部１１は、無線信号処理部１０の出力する無線信号の復調、復号を行なうとともに、ＲＳＲＰ、ＲＳＳＩ、ＲＳＲＱ、ＳＩＲ、ＳＩＮＲ、受信タイミングなどを測定し、測定結果を制御部１３に出力する。
【００３６】
制御部１３は、無線信号測定部１１の出力する測定結果に基づいて、入力部１２１の操作入力により選択された測定結果表示種別に応じて表示部１２２に表示させる画像を作成して表示部１２２に表示させる。
【００３７】
本実施形態の電波伝播測定装置１は、１本の測定アンテナ１６でのＭＩＭＯ伝送の受信特性の測定が可能になっている。
【００３８】
２×２構成のＭＩＭＯ伝送を例に説明すると、図２に示すように、送信シンボルｓ０、ｓ１、ｓ２、ｓ３...を乗せた送信信号Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３...が送信アンテナＴｘ０、Ｔｘ１から同じ周波数帯域で同時に送信され、受信アンテナＲｘ０、Ｒｘ１で受信した受信信号ｒ０、ｒ１、ｒ２、ｒ３...から送信信号Ｓ０、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３...が復元される。
【００３９】
このとき、送信アンテナＴｘ０、Ｔｘ１と受信アンテナＲｘ０、Ｒｘ１の間の伝送環境はそれぞれ異なっているため、送信アンテナＴｘ０、Ｔｘ１と受信アンテナＲｘ０、Ｒｘ１のそれぞれの間の信号は異なる複素チャネル係数（以下、単に「チャネル係数」という）で修正されて受信される。
【００４０】
例えば、送信アンテナＴｘ０から受信アンテナＲｘ０への伝送は、ｈ００で表されるチャネル係数を持つチャネルとなる。送信アンテナＴｘ０から受信アンテナＲｘ１への伝送は、ｈ１０で表されるチャネル係数を持つチャネルとなる。
【００４１】
送信アンテナＴｘ１と２本の受信アンテナＲｘ０、Ｒｘ１との間にもチャネル係数が存在するため、２×２構成のＭＩＭＯ伝送の場合は、チャネル係数は、ｈ００、ｈ１０、ｈ０１、ｈ１１の４個になる。チャネル係数ｈ００、ｈ１０、ｈ０１、ｈ１１は、無相関であることが望まれ、チャネル係数間の相関により、ＭＩＭＯ伝送の伝送容量が変化する。
【００４２】
これらのチャネル係数ｈ００、ｈ１０、ｈ０１、ｈ１１は、送信信号に乗せられるＲＳ（Reference Signal）の受信状態により受信側で求められる。
【００４３】
図２に示す２×２ＭＩＭＯ構成では、受信アンテナＲｘ０は、チャネル係数ｈ００とｈ０１でそれぞれ修正された送信アンテナＴｘ０とＴｘ１からの送信信号を結合した受信信号ｒ０を受信する。同時に、受信アンテナＲｘ１は、チャネル係数ｈ１０とｈ１１でそれぞれ修正された送信アンテナＴｘ０とＴｘ１からの送信信号を結合した受信信号ｒ１を受信する。
【００４４】
これらの受信信号ｒ０、ｒ１は、以下の式（１）のように表すことができる。
ｒ０＝ｈ００Ｓ０＋ｈ０１Ｓ１
ｒ１＝ｈ１０Ｓ０＋ｈ１１Ｓ１  ...（１）
【００４５】
これらの式は、式（２）のように行列で表すこともできる。
［ｒ］＝［Ｈ］［Ｓ］  ...（２）
【００４６】
受信側は、チャネル行列［Ｈ］を求めることで送信信号Ｓ０、Ｓ１を復元することができる。チャネル行列［Ｈ］の品質（どれだけ正確に測定されたか）は、マルチパス、アンテナ相関、雑音、干渉の影響を受ける。チャネル行列［Ｈ］の品質は、コンディションナンバーＫ（Ｈ）を算出することにより測定できる。
【００４７】
コンディションナンバーＫ（Ｈ）は、チャネル行列［Ｈ］の最大特異値と最小特異値の比から求める。コンディションナンバーＫ（Ｈ）の値が小さければチャネル行列［Ｈ］の品質は良く、コンディションナンバーＫ（Ｈ）の値が大きければチャネル行列［Ｈ］の品質は悪いことを示す。
【００４８】
本実施形態の無線信号測定部１１は、コンディションナンバーを求めるため、チャネル行列［Ｈ］を求める。チャネル行列［Ｈ］を求めるため、無線信号測定部１１は、無線信号処理部１０の出力する無線信号を、移動距離が予め設定されたアンテナ間隔となる時間だけ間隔を取って解析することにより、アンテナ２本分のチャネル係数を測定する。
【００４９】
アンテナ間隔は、例えば、制御部１３が、入力部１２１により、ＭＩＭＯ伝送の受信特性の測定が選択された場合、測定したいアンテナ構成として複数のアンテナの間隔を表示部１２２に表示させた設定画面により入力させる。制御部１３は、入力されたアンテナ間隔を無線信号測定部１１に通知する。
【００５０】
無線信号測定部１１は、制御部１３から通知されたアンテナ間隔と、加速度センサ１４からの信号から算出した移動速度とに基づいて、アンテナ間隔だけ移動するのにかかる時間Δｔを算出する。
【００５１】
そして、無線信号測定部１１は、図３に示すように、時刻Ｔ１で受信信号からチャネル係数を算出した場合、時間Δｔ経過した時刻Ｔ２において、再度受信信号からチャネル係数を算出する。時刻Ｔ１で算出したチャネル係数を受信アンテナＲｘ０のチャネル係数ｈ００、ｈ０１とし、時刻Ｔ２で算出したチャネル係数を受信アンテナＲｘ１のチャネル係数ｈ１０、ｈ１１とする。
【００５２】
このように、予め設定されたアンテナ間隔を移動するのにかかる移動時間だけ離れた時間の受信信号を用いてチャネル係数を算出しているので、１本の測定アンテナ１６の受信信号でＭＩＭＯ伝送の受信特性の測定ができる。このため、無線信号処理部１０を複数用意する必要がなく、回路規模や消費電力を抑えることができる。
【００５３】
また、アンテナ間隔を自由に設定できるため、アンテナ配置の条件の再現性を向上させることができる。
【００５４】
次に、本実施形態の電波伝播測定装置１が車両に搭載されてＭＩＭＯ伝送の受信特性の測定を行なう場合について具体的に説明する。なお、移動速度を検出するための信号として、車両の車速パルス信号が電波伝播測定装置１に入力される。
【００５５】
アンテナ構成としては、アンテナ本数が２本、アンテナ間隔は５ｃｍ（０．０５ｍ）とする。車速パルスのパルス間隔は、５０ｃｍ（０．５ｍ）とする。
【００５６】
このような条件で測定中、車速パルスのパルスが１秒間に２０回カウントされた場合、車速パルスのパルス間隔は５０ｃｍなので、車両は、１秒間に１０ｍ移動しており、アンテナ間隔の５ｃｍ移動するには５ｍｓかかることになる。
【００５７】
すなわち、無線信号測定部１１は、図３において、Ｔ１で受信信号からチャネル係数を算出した後、５ｍｓ後のＴ２で受信信号からチャネル係数を算出する。
【００５８】
そして、無線信号測定部１１は、算出したチャネル係数からチャネル行列［Ｈ］を作成し、チャネル行列［Ｈ］のコンディションナンバーを算出する。
【００５９】
無線信号測定部１１は、同時に測定しているＳＩＮＲとコンディションナンバーからＭＩＭＯ伝送の最大スループットを推定することができる。
【００６０】
なお、アンテナ本数が２本のアンテナ構成の場合の例を説明したが、より本数の多いアンテナ構成の場合にも、上述の測定を繰り返し行なうことで１本の測定アンテナ１６でＭＩＭＯの受信特性を測定することができる。
【００６１】
このように、上述の実施形態では、ＭＩＭＯ伝送の受信測定を行なう場合、予め設定された複数のアンテナの間隔と測定アンテナ１６の移動速度に基づいて、複数のアンテナそれぞれの間を測定アンテナ１６が移動するのに要する移動時間を算出し、測定アンテナ１６による受信信号の移動時間だけ離れた時間の受信信号を複数のアンテナのそれぞれのアンテナの受信信号として測定を行なう無線信号測定部１１を備える。
【００６２】
これにより、１つの測定アンテナ１６で受信された信号が、予め設定された間隔で設けられた複数のアンテナの受信信号として測定される。このため、１本の測定アンテナ１６により実環境下でのＭＩＭＯの受信特性を測定することができる。
【００６３】
また、無線信号処理部１０を複数用意する必要がなく、回路規模や消費電力を抑えることができる。さらに、アンテナ間隔を自由に設定できるため、アンテナ配置の条件の再現性を向上させることができる。
【００６４】
また、無線信号測定部１１は、それぞれのアンテナの受信信号に基づいて複数のアンテナのチャネル行列を求め、チャネル行列のコンディションナンバーを算出する。
【００６５】
これにより、１つの測定アンテナ１６で受信された信号からチャネル行列のコンディションナンバーが算出される。このため、コンディションナンバーから最大スループットの推定が可能となる。
【００６６】
本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
【符号の説明】
【００６７】
１  電波伝播測定装置
２  基地局
１０  無線信号処理部
１１  無線信号測定部
１３  制御部
１４  加速度センサ
１６  測定アンテナ
【図１】
2017092672.tif 000003
【図２】
2017092672.tif 000004
【図３】
2017092672.tif 000005