(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の減衰器と、該減衰器の減衰量を制御する制御装置とを備えているマルチセル伝搬環境模擬装置であって、
該制御装置は、
移動局から各基地局へのシャドーイングデータを生成する基地局シャドーイング生成手段と、
該移動局と各基地局との距離変動データを生成する基地局距離変動生成手段と、
該基地局シャドーイング生成手段により生成されたシャドーイングデータ、該基地局距離変動生成手段により生成された距離変動データ、及び、各基地局のセクタアンテナの指向特性に基づき、移動局と各基地局の減衰量を求める基地局伝搬損失生成手段と、
該基地局伝搬損失生成手段が求めた減衰量に基づき、各減衰器の減衰量を制御する制御信号を生成する減衰器制御手段と、
を備えているマルチセル伝搬環境模擬装置。
【請求項２】
前記基地局距離変動生成手段は、予め設定された前記移動局の仮想的な移動経路及び移動速度に応じて距離変動データを変化させることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
基地局シャドーイング生成手段は、予め設定された標準偏差及び平均値を用いて対数正規分布に従う乱数を、予め設定された平均ビル幅及び移動局移動速度から求まる平均周期毎に、複数基地局間の相関を含めて生成し、該乱数の移動平均をシャドーイングデータとすることを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記制御装置は、移動局送信及び基地局受信の上りリンクと、基地局送信及び移動局受信の下りリンクとを別々に制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
前記制御装置は、基地局毎に、シャドーイングデータの変化のタイミングをランダムに変えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
前記制御装置は、距離変動データを一定のまま、シャドーイングデータを変化させることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
フェージングシミュレータを組み合わせて、前記制御装置が該フェージングシミュレータも制御することを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記制御装置は、前記移動局の移動速度の変化に応じてフェージングを変化させることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記減衰器が、ＰＩＮダイオード連続可変減衰器であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記制御装置は、前記予め設定された標準偏差及び平均値並びに前記予め設定された移動局の移動経路及び移動速度を外部から設定できることを特徴とする請求項３から９のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、陸上移動通信の無線伝搬環境を簡易に模擬するための、伝搬環境模擬装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
陸上移動通信の無線伝搬損は、(a)瞬時変動、(b)シャドーイングによる短区間中央値変動及び(c)距離減衰の３種類の特性が重畳した結果として考えられている（進士昌明著「移動通信」Ｐ．５５、丸善(株)刊）。従来、伝搬環境模擬装置は、無線伝搬の基本特性を測定するために作られており、瞬時変動のみを模擬対象としている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、フェージングシミュレータは、シャドーイング及び距離減衰を模擬できないため、移動局が移動している場合に、ハンドオーバ（移動局の移動に伴って、基地局を切り替える動作）等の応用特性の動作・性能の評価を行えなかった。
【０００４】
そこで、本発明は、移動局が移動している場合にも特性の評価を行えるように、シャドーイング及び距離減衰を模擬するマルチセル伝搬環境模擬装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
従って、本発明によるマルチセル伝搬環境模擬装置は、複数の減衰器と、該減衰器の減衰量を制御する制御装置とを有しており、該制御装置は、移動局から各基地局へのシャドーイングデータを生成する基地局シャドーイング生成手段と、該移動局と各基地局との距離変動データを生成する基地局距離変動生成手段と、該基地局シャドーイング生成手段により生成されたシャドーイングデータ、該基地局距離変動生成手段により生成された距離変動データ、及び、各基地局のセクタアンテナの指向特性に基づき、移動局と各基地局の減衰量を求める基地局伝搬損失生成手段と、該基地局伝搬損失生成手段が求めた減衰量に基づき、各減衰器の減衰量を制御する制御信号を生成する減衰器制御手段とを備えている。これにより、複数基地局（マルチセル及びマルチセクタセル）環境下での移動局の動作・性能を評価できる。
【０００７】
本発明の他の実施形態によれば、基地局距離変動生成手段は、予め設定された移動局の仮想的な移動経路及び移動速度に応じて距離変動データを変化させる。これにより、移動局の移動パターンの影響を評価できる。
【０００８】
本発明の他の実施形態によれば、基地局シャドーイング生成手段は、予め設定された標準偏差及び平均値を用いて対数正規分布に従う乱数を、予め設定された平均ビル幅及び移動局移動速度から求まる平均周期毎に、複数基地局間の相関を含めて生成し、該乱数の移動平均を基地局毎のシャドーイングとする。
【００１０】
本発明の他の実施形態によれば、制御装置は、移動局送信及び基地局受信の上りリンクと、基地局送信及び移動局受信の下りリンクとを別々に制御する。これにより、上りリンクと下りリンクの伝搬特性の違いを反映できる。
【００１１】
本発明の他の実施形態によれば、制御装置は、基地局毎に、シャドーイングデータの変化のタイミングをランダムに変える。これにより、更に現実に近い陸上移動通信伝搬環境を模擬することが可能となる。
【００１２】
本発明の他の実施形態によれば、制御装置は、距離変動データを一定のまま、シャドーイングデータを変化させる。これにより、シャドーイングのみの影響を切り分けて評価できる。
【００１３】
本発明の他の実施形態によれば、フェージングシミュレータを組み合わせて、前記制御装置が該フェージングシミュレータも制御する。これにより、瞬時変動、距離減衰及びシャドーイングの全ての模擬を可能とする。
【００１４】
本発明の他の実施形態によれば、制御装置は、移動局の移動速度の変化に応じてフェージングを変化させる。
【００１５】
本発明の他の実施形態によれば、減衰器が、ＰＩＮダイオード連続可変減衰器である。これにより、減衰量を連続的に変化させられるため、減衰量の瞬断があると評価が狂うＣＤＭＡ方式の特性を評価できる。
【００１６】
本発明の他の実施形態によれば、制御装置は、予め設定された標準偏差及び平均値並びに予め設定された移動局の移動経路及び移動速度を外部から設定されるように構成されている。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下では、図面を用いて本発明のマルチセル伝搬環境模擬装置を詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明のマルチセル伝搬環境模擬装置の基本構成図である。該装置は、制御装置２と、該制御装置２から制御される減衰器１１１、１１２、１１３、１１４、１ｎ１、１ｎ２、１ｎ３及び１ｎ４と、減衰器制御線３６とを有する。制御装置２は、パラメータ設定部２１と、制御部２２と、基地局１〜ｎシャドーイング生成部２３と、基地局１〜ｎ距離変動生成部２９と、減衰器制御部３５とを有する。基地局１〜ｎシャドーイング生成部２３は、パラメータ変換部２４と、対数正規分布に従う乱数生成部２５と、相関処理部２６と、時間サンプリング部２７と、移動平均部２８とを有する。基地局１〜ｎ距離変動生成部２９は、パラメータ変換部３０と、移動局走行速度，走行コース処理部３１と、移動局〜基地局間距離計算部３２と、距離変動生成部３３とを有する。
【００１９】
まず最初に、基地局１〜ｎシャドーイング生成部２３の機能動作を説明する。シャドーイングの生成法は多数あり、例えば、乱数を生成してシャドーイングとする生成法がある。本実施形態では、例えば、乱数として正規分布に従う乱数（正規乱数）を生成して、正規乱数からシャドーイングを生成する方法を以下に説明する。
【００２０】
パラメータ変換部２４は、パラメータ設定部２１から設定されるパラメータを管理し、その後の処理に必要な別のパラメータを求める。その設定されるパラメータとは、対数正規乱数標準偏差st、対数正規乱数平均値av、平均ビル幅W、移動平均幅Nw、移動局移動速度V0、移動局移動時間T1、相関係数ρ、サンプリング周波数Fsである。これらのパラメータから、シャドーイング平均周期ΔTf、正規乱数個数N1が求められる。
ΔTf＝W/V0    N1＝T1／ΔTf
【００２１】
対数正規分布に従う乱数生成部２５は、対数正規乱数標準偏差st、対数正規乱数平均値avを用いて対数が正規分布に従う乱数（対数正規乱数）N1個を、（N3＋α）組生成する。N3は制御したい伝搬路数に応じて異なる。例えば、N制御する基地局数N4、１基地局あたりの制御する伝搬路数N5から、N3＝N4×N5のようにも表せる。例えば、N5は、上りリンク／下りリンクの伝搬路数、上り下りリンクの独立/共通制御により変化する。αは、相関を求める伝搬路数の組合わせにより変化する。例えば、N4＝n、N5＝1、n組（＝n基地局）間の相関を求める場合には、α＝１を用いることもできる。
【００２２】
各組毎に生成された対数正規乱数は、シャドーイング平均周期ΔTf毎に発生するデータと考えられる。
【００２３】
時間サンプリング部２７は、それらの各組毎の対数正規乱数N1個を、サンプリング周期Δ1/Fsでサンプリングして、N2個のデータを生成する。N3+α組の全組分のデータをサンプリングする。
【００２４】
相関処理部２６は、（N3＋α）組のサンプリング済みのデータから、相関演算によって、N3組(各組毎にN2個から構成される)のデータを生成する。例えば、N4＝n、N5＝1、α＝1の場合には、N3＝nであり、組番号i=1〜n+1(＝N3+α)、組毎のデータ番号j＝1〜N2に対して、下記のようにｎ組分の相関演算を行うこともできる。i組目（基地局i）用のシャドーイングデータ[i,j]は、
0004069540.tif 000002
【００２５】
移動平均部２８は、各組毎に、相関処理部の処理結果の移動平均を求める。i組目（基地局i）用の移動平均データ[i,j]の求め方の一例を次のように示す。
0004069540.tif 000003
【００２６】
次に、基地局１〜ｎ距離変動生成部２９の機能動作を以下に説明する。距離変動の生成法は多数あり、関数f（パラメータ）で表せる。このパラメータは、周波数、基地局高さ、移動局高さ、移動局基地局間距離等である。本実施例では、例えば、関数ｆ（）を
ｆ(移動局基地局間距離)＝A×10・log10(移動局基地局間距離)＋B
とした例を以下の通りに示す。
【００２７】
パラメータ変換部３０は、パラメータ設定部２１から設定されるパラメータを管理し、その後の処理に必要な別パラメータに変換する。設定されるパラメータとは、基地局座標、移動局走行コース（初期位置,最終位置、移動速度、移動座標）、パラメータA,Bである。この他に用いるパラメータは、パラメータ変換部２４の変換結果を流用する。
【００２８】
パラメータA,Bは、距離変動生成式から算出される。本発明では、パラメータA,Bをパラメータ設定部２１から直接設定してもよいし、距離変動式に必要なパラメータをパラメータ設定部から入力して、距離変動式の演算をパラメータ変換部３０内で行ってパラメータA,Bを算出してもよい。
【００２９】
移動局走行速度,走行コース処理部３１は、移動局の走行コースを求める。移動局の初期位置、最終位置,移動速度から、移動局の直線移動コースや円移動コースを仮定して、各時刻毎の移動局位置を求めてもよいし、時刻毎の移動局座標を収めた座標データを直接にパラメータ設定部２１から設定してもよい。
【００３０】
移動局〜基地局間距離計算部３２は、時間間隔Δ1/FS毎の移動局座標とN4個の基地局間座標から各時刻毎の移動局と基地局間距離を、1基地局あたりN2個ずつ求める。
【００３１】
距離変動生成部３３は、各時刻毎、各基地局毎の距離変動をパラメータA,Bを用いて求める。i組目（基地局i用）の距離変動データ[i,j]は、次のように求められる。
距離変動データ[i=1,j]＝A×log10(移動局と基地局1間距離のj番目)＋B
距離変動データ[i=2,j]＝A×log10(移動局と基地局2間距離のj番目)＋B
：
距離変動データ[i=n,j]＝A×log10(移動局と基地局n間距離のj番目)＋B
【００３２】
次に、基地局１〜ｎ伝搬損生成部３４の機能動作を以下に説明する。
【００３３】
シャドーイングデータと距離変動デタを加算して、伝搬損データを生成する。i組目（基地局i用）の伝搬損データ[i,j]は、次のように求められる。
伝搬損データ[i=1,j] ＝ 移動平均データ[i=1,j]＋距離変動データ[i=1,j]
伝搬損データ[i=2,j] ＝ 移動平均データ[i=2,j]＋距離変動データ[i=2,j]
：
伝搬損データ[i=n,j] ＝ 移動平均データ[i=n,j]＋距離変動データ[i=n,j]
【００３４】
伝搬損データに、アンテナ利得の指向特性を加算して、制御データを生成する。i組目（基地局i用）の制御データ[i,j]は、次のように求められる。
制御データ[i=1,j] ＝ f1(伝搬損データ[i=1,j]、Θ1)
制御データ[i=2,j] ＝ f2(伝搬損データ[i=2,j]、Θ2)
：
制御データ[i=n,j] ＝ fn(伝搬損データ[i=n,j]、Θn)
【００３５】
f1〜fnは各々アンテナ利得の指向性パターンの関数であり、Θ1〜Θnはアンテナ利得の指向特性の中心方向と、基地局と移動局を結ぶ直線がなす角度である。
【００３６】
次に、減衰器制御部３５の機能動作を以下に説明する。
【００３７】
シャドーイングデータと距離変動データが加算されて、アンテナ利得指向性パターンが加味された制御データから、減衰器を制御する制御信号を生成する。
【００３８】
例えば、電圧制御される減衰器（加える電圧に応じて、減衰量が変化する）であれば、制御データを減衰器の制御電圧対減衰量特性に合わせて、アナログ電圧信号に変換する。
【００３９】
例えば、電圧０Ｖ時に減衰量０ｄＢ、１０Ｖ時に６０ｄＢの減衰器であれば、D/A変換を行って、０ｄＢのデータを０Ｖに、６０ｄＢのデータを１０Ｖのアナログ電圧に変換する。
【００４０】
例えば、アナログ電流を用いて制御される減衰器の場合、制御電流対減衰量特性に合わせて、制御データをアナログ電流信号に換算する。
【００４１】
例えば、ディジタル信号を用いて制御される減衰器の場合、ディジタル制御信号対減衰量特性に合わせて、制御データをディジタル制御信号に換算する。
【００４２】
制御データの減衰量範囲が減衰器１１１〜１１４、１ｎ１〜１ｎ４の制御範囲を超えている場合、補正を行う。例えば、制御データが９０ｄＢ〜１５０ｄＢの範囲で変化している場合には、これを(固定分９０ｄＢ＋可変分６０ｄＢ)に分割して、可変分のみを制御装置２の制御対象とすることで、制御データを減衰器１１１〜１１４、１ｎ１〜１ｎ４の制御範囲に収められる。この場合、固定分９０ｄＢを別途用意する固定減衰器で設定し、０〜６０ｄＢの可変分のみをアナログ電圧信号、アナログ電流信号、ディジタル制御信号等の制御信号に変換する。
【００４３】
変換された制御信号は、減衰器制御信号線３６を経由して、減衰器１１１〜１１４、１ｎ１〜１ｎ４に送られて、制御が行われる。
【００４４】
このように、前述した実施形態では、制御データを制御の開始以前に一括して作成するものであった。
【００４５】
一方で、他の実施形態として、制御データの作成を、制御の実行と同時並行して行うリアルタイム制御データ生成→制御実行の形式をとる実装も、何の問題もなく可能である。この場合、移動平均処理時、制御時点の時刻よりも、先の時刻のデータが必要になるが、それを見越して先行してデータを作成することで対処可能である。
【００４６】
次に、他の実施形態として、制御対象の減衰器に、ＰＩＮダイオード連続可変減衰器を用いることで、途切れることが無い連続した減衰量の変化が可能である。
【００４７】
ＰＩＮダイオードを用いない一般のステップ減衰器を用いると、制御信号量の変化毎に瞬間的に減衰量が予期しない値（例：制御信号の大きさが変わる毎に、減衰量が瞬間的に最大になり、しばらく時間が経過すると、制御信号通りの減衰量に収束する）に設定される場合があるため、ＣＤＭＡ方式を用いる陸上移動通信の評価には適さない。
【００４８】
次に、他の実施形態として、アンテナ利得の指向性パターンに指向性アンテナパターンを用いることで、陸上移動通信におけるセクタセルを実現できる。セクタセルは、１個のセルを、セクタと呼ばれる複数の領域に分割して、セクタ毎に専用のアンテナを用意して、セルをカバーする手法である。
【００４９】
例えば指向性が１２０度の指向性アンテナを１２０度毎にずらして配置するセルは３セクタセルと呼ばれる。制御装置２に、基地局位置座標を同一とする３個の基地局を設定して、各基地局のアンテナ利得の指向性パターンを１２０度ずつずらして制御装置２に設定することで、本発明は３セクタセルを実現できる。このようにすれば、６セクタセル,１２セクタセル等のように、３セクタセル以外のセクタセルも模擬可能である。
【００５０】
図２は、本発明によるマルチセル伝搬環境模擬装置を用いて構成した、３基地局及び１移動局の陸上移動通信測定環境の構成図である。該図２は、本発明を、瞬時変動を模擬するフェージングシミュレータと組み合わせることにより、陸上移動伝搬環境を模擬している。
【００５１】
図２の陸上移動通信測定環境では、基地局１送信アンテナ端３７、基地局ｎ送信アンテナ端３８、基地局１受信アンテナ端１及び２である３９、基地局ｎ受信アンテナ端１及び２である４０、フェージングシミュレータ５、分配器４１、合成器４２、制御範囲補正用固定減衰器４３、移動局受信アンテナ端１及び２である６１、移動局送信アンテナ端６２を含む。該制御範囲補正用固定減衰器４３は、減衰器制御部３５の機能動作で説明した制御範囲補正用の固定減衰器である。
【００５２】
図３は、図２のフェージングシミュレータ５を制御する機能を制御装置２に付加した陸上移動通信測定環境の構成図である。制御信号線３６は、フェージングシミュレータの制御用信号も転送する。
【００５３】
フェージングシミュレータ５が用いるパラメータと、本発明が用いるパラメータに共通するパラメータは、移動局移動速度、パラメータA,Bの算出式に必要なパラメータ類であり、それらは制御装置２から一括して設定される。
【００５４】
前述した基地局１〜ｎシャドーイング生成部２３では、時間サンプリング部２７処理後の（N3+α）組のサンプリング済みデータは、全て同期して値が変化する。これを変更し、各組毎に、値が変化するタイミングを変更することにより、より現実に近い伝搬環境を再現できる。
【００５５】
値が変化するタイミングを、各組毎の組単位でずらすことは、例えば（N3+α）組の一様乱数Ri（i=1〜N3+α、Riの値域0〜1）を発生し、Si ＝ Ri×ΔTf×Fsサンプリング（サンプリング周波数Fs）を求めて、相関処理部２６で演算をする際に、各組毎にSiサンプリングタイミングずつずらして、演算をすることで可能である。すなわち、i組目の相関処理後のシャドーイングデータ[i,j]は、次のように求められる。
0004069540.tif 000004
【００５６】
各組毎に異なるタイミング分後ろにずらす際に、ずらした分のデータには一律０を入れる等の工夫を行う。
【００５７】
値が変化するタイミングを、対数正規乱数単位でランダムに変化させることは例えば、（N3+α）組の一様乱数Ri,j（i=1〜N3+α、j＝1〜N1、Riの値域-０.５〜０.５）を発生し、Ti,j ＝ Ri,j×ΔTf×Fsを求めて、(N3+α)組のサンプリング済みデータに対して、データが変化するタイミングをTi,jサンプリングタイミングずつずらすことで可能である。
【００５８】
値が変化するタイミングを、組毎に変えて、更に対数正規乱数単位でランダムに変化させるためには、本実施形態内の上記２種類の処理を併せて行えば実現される。
【００５９】
以上、詳細に説明した実施形態において、本発明の技術思想及び見地の範囲内での種々の変更、修正及び省略は、当業者によれば容易に行うことができる。従って、前述した実施形態はあくまで例であって、何等制約しようとするものではない。本発明は、特許請求の範囲及びその均等物として限定されるものだけに制約される。
【００６０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によるマルチセル伝搬環境模擬装置によれば、複数基地局（マルチセル及びマルチセクタセル）環境下での移動局の動作・性能を評価できる。
【００６１】
また、制御装置が、上りリンク及び下りリンクを個別に制御することにより、上りリンクと下りリンクの伝搬特性の違いを反映できる。
【００６２】
更に、制御装置が、距離減衰を一定に設定して、シャドーイングのみを制御することにより、シャドーイングのみの影響を切り分けて評価できる。
【００６３】
更に、移動局の移動経路、移動速度を設定することにより、移動局の移動パターンの影響を評価できる。
【００６４】
更に、ＰＩＮダイオード連続可変減衰器を用いることにより、減衰量を連続的に変化させられるため、減衰量の瞬断があると評価が狂うＣＤＭＡ方式の特性を評価できる。
【００６５】
更に、基地局毎に、シャドーイングの変化のタイミングをランダムに変えることにより、更に現実に近い陸上移動通信伝搬環境を模擬することが可能となる。
【００６６】
更に、フェージングシミュレータと本発明を組み合わせて、本発明からフェージングシミュレータを制御することにより、任意の陸上移動通信伝搬環境を模擬することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のマルチセル伝搬環境模擬装置の基本構成図である。
【図２】本発明によるマルチセル伝搬環境模擬装置を用いて構成した、３基地局及び１移動局の陸上移動通信測定環境の構成図である。
【図３】図２のフェージングシミュレータ５を制御する機能を制御装置２に付加した陸上移動通信測定環境の構成図である。
【符号の説明】
１１１  基地局１上りリンク用減衰器１
１１２  基地局１上りリンク用減衰器２
１１３  基地局１下りリンク用減衰器１
１１４  基地局１下りリンク用減衰器２
１ｎ１  基地局ｎ上りリンク用減衰器１
１ｎ２  基地局ｎ上りリンク用減衰器２
１ｎ３  基地局ｎ下りリンク用減衰器１
１ｎ４  基地局ｎ下りリンク用減衰器２
２  制御装置
２１  パラメータ設定部
２２  制御部
２３  基地局１〜ｎシャドーイング生成部
２４  パラメータ変換部
２５  対数正規分布に従う乱数生成部
２６  相関処理部
２７  時間サンプリング部
２８  シャドーイング変幹部
２９  基地局１〜ｎ距離変動生成部
３０  パラメータ変換部
３１  移動局走行速度・走行コース処理部
３２  移動局〜基地局間距離計算部
３３  距離変動生成部
３４  基地局１〜ｎ伝搬損生成部（シャドーイング＋距離変動+アンテナ指向性）
３５  減衰器制御部
３６  減衰器制御線
３７  基地局１送信アンテナ端
３８  基地局ｎ送信アンテナ端
３９  基地局１受信アンテナ端１及び２
４０  基地局ｎ十進アンテナ端１及び２
４１  分配器
４２  合成器
４３  制御範囲補正用固定減衰器
５  フェージングシミュレータ
６１  移動局受信アンテナ端１及び２
６２  移動局受信送信アンテナ端
【図１】
0004069540.tif 000005
【図２】
0004069540.tif 000006
【図３】
0004069540.tif 000007