(57)【要約】【課題】試験工程を複雑にせずに、高い性能評価を実現できるＭＩＭＯ伝送路構成装置を提供すること。【解決手段】ＭＩＭＯ伝送路構成装置５００は、第１および第２の２偏波アンテナ５０３−１、５０３−２と、第１および第２の入力信号５０７−１、５０７−２から第１および第２の偏波アンテナ５０３−１、５０３−２に給電するＲＦ信号を生成するアンテナ給電部５０２と、を有し、第１の入力信号５０７−１が第１の偏波状態で第１の２偏波アンテナ５０３−１より送信され、第２の入力信号５０７−２が第１の偏波状態と直交する第２の偏波状態で第１の２偏波アンテナ５０３−１より送信され、第１の入力信号５０７−１が１８０度移相された後、第２の偏波状態で第２の２偏波アンテナ５０３−２より送信され、第２の入力信号５０７−２が第１の偏波状態で第２の２偏波アンテナ５０３−２より送信されるようにした。【選択図】図５
2009225013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の信号を第１の偏波状態で第１の２偏波アンテナより送信し、
第２の信号を前記第１の偏波状態と直交する第２の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信し、
前記第１の信号を１８０度移相した後、前記第２の偏波状態で第２の２偏波アンテナより送信し、
前記第２の信号を前記第１の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信する
ＭＩＭＯ伝送路構成方法。
【請求項２】
第１の信号を第１の偏波状態で第１の２偏波アンテナより送信し、
第２の信号を前記第１の偏波状態と直交する第２の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信し、
前記第１の信号を第３の偏波状態で第２の２偏波アンテナより送信し、
前記第２の信号を前記第３の偏波状態と直交する第４の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信する
ＭＩＭＯ伝送路構成方法。
【請求項３】
第１の２偏波アンテナおよび第２の２偏波アンテナと、
第１および第２の入力信号を入力し、前記第１および第２の入力信号から前記第１および第２の偏波アンテナに給電するＲＦ信号を生成するアンテナ給電手段と、
を具備し、
前記第１の入力信号が第１の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信され、
前記第２の入力信号が前記第１の偏波状態と直交する第２の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信され、
前記第１の入力信号が１８０度移相された後、前記第２の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信され、
前記第２の入力信号が前記第１の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信される
ＭＩＭＯ伝送路構成装置。
【請求項４】
第１の２偏波アンテナおよび第２の２偏波アンテナと、
第１および第２の入力信号を入力し、前記第１および第２の入力信号から前記第１および第２の偏波アンテナに給電するＲＦ信号を生成するアンテナ給電手段と、
を具備し、
前記第１の入力信号が第１の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信され、
前記第２の入力信号が前記第１の偏波状態と直交する第２の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信され、
前記第１の入力信号が第３の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信され、
前記第１の入力信号が前記第３の偏波状態と直交する第４の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信される
ＭＩＭＯ伝送路構成装置。
【請求項５】
前記第１の偏波状態と前記第２の偏波状態が、垂直偏波と水平偏波の組み合わせである
請求項１又は請求項２に記載のＭＩＭＯ伝送路構成方法。
【請求項６】
前記第１の偏波状態と前記第２の偏波状態が、垂直偏波と水平偏波の組み合わせである
請求項３又は請求項４に記載のＭＩＭＯ伝送路構成装置。
【請求項７】
前記第３の偏波状態と前記第４の偏波状態が、右旋円偏波と左旋円偏波の組み合わせである
請求項２に記載のＭＩＭＯ伝送路構成方法。
【請求項８】
前記第３の偏波状態と前記第４の偏波状態が、右旋円偏波と左旋円偏波の組み合わせである
請求項４に記載のＭＩＭＯ伝送路構成装置。
【請求項９】
前記第１の偏波状態と前記第２の偏波状態が、＋４５度偏波と−４５度偏波の組み合わせである
請求項１に記載のＭＩＭＯ伝送路構成方法。
【請求項１０】
前記第１の偏波状態と前記第２の偏波状態が、＋４５度偏波と−４５度偏波の組み合わせである
請求項３に記載のＭＩＭＯ伝送路構成装置。
【請求項１１】
前記第１の２偏波アンテナと前記第２の２偏波アンテナのどちらかまたは共にクロスダイポールアンテナである
請求項３、請求項４、請求項６、請求項８又は請求項１０に記載のＭＩＭＯ伝送路構成装置。
【請求項１２】
前記第１の２偏波アンテナと前記第２の２偏波アンテナのどちらかまたは共に２偏波共用マイクロストリップアンテナである
請求項３、請求項４、請求項６、請求項８又は請求項１０に記載のＭＩＭＯ伝送路構成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＭＩＭＯ（multiple input multiple output）方式が使用された無線機器の性能評価に用いられる伝送路構成方法及び伝送路構成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
無線機器の性能評価（performance evaluation）は、機器の品質管理や、製造元の異なる機器間の相互接続性検証（interoperability test）の目的で行われる。性能評価の一つの手法として、屋内外の見通し内（line of sight）や見通し外（non line of sight）環境において、空間に電波（radio wave）を発することで通信試験（communication test）を実施ものがある。また、自由空間（free space）と見なす電波暗室（anechoic chamber）やマルチパス伝搬路（multipath propagation channel）を模擬するシールドルームを利用する場合もあり、これらは送受信機を有線先接続（conducted test）して実施する試験とは区別して、ＯＴＡ（over the air）環境における通信試験と呼ばれる。
【０００３】
IEEE802.11は、無線ＬＡＮ機器の評価に関していくつかの手法を提案している（非特許文献１参照）。ここで、非特許文献１に記載されたＯＴＡ環境における評価手法について図面を参照しながら説明する。
【０００４】
図１１は、電波暗室内やシールドルーム内など、電磁波がシールドされた壁に囲まれた空間（electric-magnetic shielded enclosure）を利用して、無線機器間の通信試験を行う場合の試験系の構成を示す図であり、非特許文献１の40ページ及びFigure 15に記載されている。非特許文献１において通信試験に使用する無線機器は、ＤＵＴ（device under test）８００とＷＬＣＰ（Wireless counterpart）８０１である。ＤＵＴ８００は試験対象であり、主に受信機として動作させる無線機器である。ＷＬＣＰ８０１は、ＤＵＴ８００と対をなし、主に送信機として動作させる無線機器である。
【０００５】
図１１に示すように、電波暗室内８０２において、ＤＵＴ８００は、ＷＬＣＰ８０１のアンテナ端子（antenna port）８０３に接続された外部アンテナ（external antenna）８０４と一定の距離を離して設置される。また、ＷＬＣＰ８００は、周辺機器からの干渉等を避けるためシールドボックス８０５内に置かれる。
【０００６】
このように構成されたＯＴＡ環境における詳細な試験パラメータが、非特許文献１の41〜42ページ及びtable 6に記載されている。この表において、ＷＬＣＰ８０１側の外部アンテナ８０４は床に対して鉛直（perpendicular）となるように固定された条件で試験されることが示されている。同様のアンテナ設置条件が、屋内外環境における試験パラメータにも記載されており、ＯＴＡ環境における標準的な通信試験は、垂直偏波（vertical polarization）を用いて実施されてきた。
【非特許文献１】IEEE P802.11.2/D0.12, “Draft Recommended Practice for Evaluation of 802.11 Wireless performance”.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、無線ＬＡＮの分野では、高速伝送を実現するＭＩＭＯ方式が実用化されている。ＭＩＭＯ方式は、複数の信号系列を空間多重（spatial multiplexing）して同時に伝送するので、アンテナ数に比例して伝送路容量（channel capacity）を増大できる。
【０００８】
前述した従来の試験方法は、ＷＬＣＰのアンテナを鉛直方向に向けた場合、つまり垂直偏波でのみの通信試験となっている。このため、ＭＩＭＯ方式を使用している無線機器の性能評価においても、ＷＬＣＰ側には、複数の垂直偏波アンテナを空間的に離して設置する試験方法が想定される。
【０００９】
つまり、従来の試験方法は、対象となる通信システムが、垂直偏波を主偏波として用いる場合を想定している。しかし、実際に無線機器が使用される環境では、その設置条件や無線機器に実装されるアンテナ特性等によって、任意の偏波状態（polarization state）が伝送路における支配的な偏波状態と成り得る。
【００１０】
従って、より精度の高い性能評価を実施しようとすれば、先に述べた垂直偏波の通信試験と合わせて、例えばＷＬＣＰのアンテナを水平偏波（horizontal polarization）とする条件においても通信試験が必要となる。ただし、この場合は２つ偏波状態夫々が評価項目となるため、試験工程が複雑になり且つその工数が倍増することになる。
【００１１】
本発明は、かかる点を考慮してなされたものであり、試験工程を複雑にせずに、高い性能評価を実現できるＭＩＭＯ伝送路構成方法及びＭＩＭＯ伝送路構成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明のＭＩＭＯ伝送路構成装置の一つの態様は、第１の２偏波アンテナおよび第２の２偏波アンテナと、第１および第２の入力信号を入力し、前記第１および第２の入力信号から前記第１および第２の偏波アンテナに給電するＲＦ信号を生成するアンテナ給電手段と、を具備し、前記第１の入力信号が第１の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信され、第２の入力信号が前記第１の偏波状態と直交する第２の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信され、前記第１の入力信号が１８０度移相された後、前記第２の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信され、前記第２の入力信号が前記第１の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信される。
【００１３】
これにより、第１の２偏波アンテナと第２の２偏波アンテナとから送信される信号のＭＩＭＯ伝送路は、偏波の傾きに係わらずＭＩＭＯ伝送路として一定の特性を有する。言い換えれば、直線偏波の傾き角度（slant angle）に依存しないＭＩＭＯ伝送路が構成される。
【００１４】
本発明のＭＩＭＯ伝送路構成装置の一つの態様は、第１の２偏波アンテナおよび第２の２偏波アンテナと、第１および第２の入力信号を入力し、前記第１および第２の入力信号から前記第１および第２の偏波アンテナに給電するＲＦ信号を生成するアンテナ給電手段と、を具備し、前記第１の入力信号が第１の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信され、前記第２の入力信号が前記第１の偏波状態と直交する第２の偏波状態で前記第１の２偏波アンテナより送信され、前記第１の入力信号が第３の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信され、前記第１の入力信号が前記第３の偏波状態と直交する第４の偏波状態で前記第２の２偏波アンテナより送信される。
【００１５】
これにより、第１の２偏波アンテナと第２の２偏波アンテナとから送信される信号のＭＩＭＯ伝送路は、偏波状態に係わらずＭＩＭＯ伝送路として一定の特性を有する。言い換えれば、偏波状態に依存しないＭＩＭＯ伝送路が構成される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、任意の偏波状態に対して、同時に等しい特性が確保されているＭＩＭＯ伝送路を構成できるため、従来は、各偏波状態に関して個別に実施されていた通信試験の工程を大幅に短縮できるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
はじめに、図１〜４を用いて、本発明の実施の形態に係るＭＩＭＯ伝送路構成装置の基本構成とその特徴について説明する。
【００１８】
図１は、本発明のＭＩＭＯ伝送路構成装置１００を用いて、ＭＩＭＯ方式が実装されている無線機器の性能評価を実施する系の全体構成を示している。ＭＩＭＯ伝送路構成装置１００は、ＷＬＣＰ１０１が有するＮ個のアンテナ端子１０３−１〜１０３−Ｎに接続されており、評価対象であるＤＵＴ１０２との空間にＭＩＭＯ試験用の無線伝送路（radio channel）１０４を構成することができる。また、通常は、ＷＬＣＰ１０１をシールドボックス１０５内に配置することで、ＤＵＴ１０２とＷＬＣＰ１０１を電磁界的に分離する。
【００１９】
図２は、ＭＩＭＯ伝送路構成装置１００の構成を示すブロック図である。図２のように、ＭＩＭＯ伝送路構成装置１００は、複数の２偏波アンテナ（dual-polarized antenna）からなる２偏波アンテナアレー（dual-polarized antenna array）２０１と、アンテナへの給電回路（feeding circuit）を含むＭＩＭＯ重み行列演算部（MIMO weight matrix calculator）２０２とを有する。
【００２０】
図２に示すように、２偏波アンテナアレー２０１は、アレー素子数がＭであり、各アレー素子２０３−１〜２０３−Ｍは、２つの偏波成分（dual-polarized components）を独立に送受信できるという特徴がある。つまり、各アレー素子２０３−１〜２０３−Ｍは、２つの偏波成分を送受信するために２つの給電端子（feeding ports）を有する。
【００２１】
アレー素子２０３−１〜２０３−Ｍの具体的構成例を、図３及び図４に示す。図３（ａ）、図３（ｂ）は、アレー素子２０３−１〜２０３−Ｍをクロスダイポールアンテナ（cross dipole antenna）３００−１〜３００−Ｍで構成した場合を示す。図４（ａ）、（ｂ）は、アレー素子２０３−１〜２０３−Ｍを偏波共用マイクロストリップアンテナ（dual-polarized microstrip antenna）４００−１〜４００−Ｍで構成した場合を示す。ここで、図３及び図４において、参照符号２０４−１１、２０４−１２、…、２０４−Ｍ１、２０４−Ｍ２で示された部分は、給電端子である。
【００２２】
なお、本発明のＭＩＭＯ伝送路構成装置１００に適用できるアレー素子２０３−１〜２０３−Ｍは、２つの偏波成分をある程度の分離度（isolation）を保ちながら送受信できるアンテナであれば、その形状が特に限定されるものではない。また、偏波成分間の分離度を示す指標は２つの偏波成分の相互結合度が一般的であり、その値は−１５ｄＢ以下であることが望ましい。
【００２３】
図３や図４に示すような２偏波アンテナは、任意の偏波状態ｐで電界（electirc field）Ｅｐを送受信することができる。ここで、垂直偏波および水平偏波を直交偏波基底（orthogonal polarization basis）として、いくつかの偏波状態に対する複素電界ベクトルの表記を次式（１）ように定義しておく。
【数１】
2009225013.tif 000003
【００２４】
ただし、ＥＨは水平偏波状態のベクトル表記であり、ＥＶは垂直偏波状態のベクトル表記である。同様に、Ｅ＋４５は＋４５度直線（＋45 degree linear）偏波状態、Ｅ−４５は−４５度（−45 degree linear）偏波状態、ＥＲＨＣは右旋円（left-handed circular）偏波状態、ＥＬＨＣは左旋円（right-handed circular）偏波状態を示している。
【００２５】
また、図２に示すようにＭＩＭＯ重み行列演算部２０２は、ＤＵＴ１０２との間にＭＩＭＯ試験用の無線伝送路を生成するために、ＷＬＣＰ１０１の送信信号に対してＭＩＭＯ重み行列（MIMO weight matrix）の積算処理を施す。この行列演算後の送信信号は、２偏波アンテナアレー２０１を通じて空間へ発信される。
【００２６】
尚、ＭＩＭＯ重み行列の積算処理は、ＷＬＣＰ１０１の送信信号に対して、ＲＦ回路を用いてアナログ処理を施す方法と、Ａ／Ｄ変換後にデジタル処理を施してさらにデジタル処理後の信号をＤ／Ａ変換する方法とが考えられる。以下では、アナログ処理する場合のＲＦ回路構成について説明しているが、デジタル処理で実現することも可能である。
【００２７】
また、ＲＦ回路により実現されるＭＩＭＯ重み行列演算部２０２は、２偏波アンテナアレー２０１の給電回路と見なせるため、以下ではＭＩＭＯ重み行列演算部２０２をアンテナ給電部と呼ぶこともある。
【００２８】
（実施の形態１）
図５は、本実施の形態におけるＭＩＭＯ伝送路構成装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態におけるＭＩＭＯ伝送路構成装置５００では、２偏波アンテナアレー５０１のアレー素子数Ｍが２で、且つＷＬＣＰ１０１のアンテナ端子数Ｎも２の場合を想定している。
【００２９】
このため、２偏波アンテナアレー５０１は、２偏波アンテナ５０３−１、５０３−２から構成され、給電端子５０４−１１、５０４−１２、５０４−２１、５０４−２２を有する。また、ＭＩＭＯ重み行列演算部であるアンテナ給電部５０２はアンテナ端子５０５−１１、５０５−１２、５０５−２１、５０５−２２と、ＲＦ端子５０６−１、５０６−２とを有する。
【００３０】
図５に示すように、２偏波アンテナアレー５０１は、２偏波アンテナ５０３−１と、２偏波アンテナ５０３−２とで構成されている。２偏波アンテナ５０３−１は、互いに直交する垂直偏波成分と水平偏波成分を独立に送受信できるか、もしくは＋４５度傾き（＋45 degree slant）および−４５度傾き（‐45 degree slanted）の直線偏波成分（linear polarized components）を独立に送受信できる構成とされている。２偏波アンテナ５０３−２も、２偏波アンテナ５０３−１と同様の構成とされている。
【００３１】
アレー素子の具体的な形状は、例えば図３（ａ）に示したクロスダイポールアンテナ３００−１〜３００−Ｍや図４（ａ）に示した偏波共用マイクロストリップアンテナ４００−１〜４００−Ｍを適用できる。また、図３（ｂ）に示した４５度傾けのクロスダイポールアンテナ３０１−１〜３０１−Ｍや４５度傾けの偏波共用マイクロストリップアンテナ４０１−１〜４０１−Ｍを適用してもよい。
【００３２】
以下では、２偏波アンテナ５０３−１と２偏波アンテナ５０３−２が共に、垂直偏波成分と水平偏波成分を独立に送受信できるように構成した場合について説明する。
【００３３】
図５に示すように、アンテナ給電部５０２は、ＲＦ端子５０６−１、５０６−２への入力信号５０７−１、５０７−２に対して、４×２のＭＩＭＯ重み行列を積算する処理を施し、処理後の信号５０８−１１、５０８−１２、５０８−２１、５０８−２２を、２偏波アンテナアレー５０１の各給電端子５０４−１１、５０４−１２、５０４−２１、５０４−２２に接続された４つのアンテナ端子５０５−１１、５０５−１２、５０５−２１、５０５−２２へ出力する。
【００３４】
アンテナ給電部５０２のアンテナ端子５０５−１１は、２偏波アンテナ５０３−１の垂直偏波成分が送受信される給電端子５０４−１１に接続され、アンテナ端子５０５−２は、２偏波アンテナ５０３−１の水平偏波成分が送受信される給電端子５０４−１２に接続されている。同様に、アンテナ端子５０５−２１は、２偏波アンテナ５０３−２の垂直偏波成分が送受信される給電端子５０４−２１に接続され、アンテナ端子５０５−２２は、２偏波アンテナ５０３−２の水平偏波成分を送受信される給電端子５０４−２２に接続されている。
【００３５】
ＲＦ端子５０６−１への入力信号５０７−１とＲＦ端子５０６−２への入力信号５０７−２は、ＷＬＣＰ１０１からの２つの送信信号であり、以下ではこれらの送信信号のベクトル表記をＳとする。また、アンテナ給電部５０２の出力信号５０８−１１、５０８−１２、５０８−２１、５０８−２２のベクトル表記をＹ、ＭＩＭＯ重み行列をＷとすると、アンテナ給電部５０２における処理は、次式（２）のように表わされる。
【数２】
2009225013.tif 000004
【００３６】
ただし、ＭＩＭＯ重み行列Ｗの１、２行目をＭＩＭＯ重み部分行列（MIMO weight sub-matrix）Ｗ１、３、４行目をＭＩＭＯ重み部分行列Ｗ２とする。
【００３７】
ここで、Ｗ１によって、アンテナ端子５０５−１１からの出力信号５０８−１１であるｙ１とアンテナ端子５０５−１２からの出力信号５０８−１２であるｙ２とが生成される。また、Ｗ２によって、アンテナ端子５０５−２１からの出力信号５０８−２１であるｙ３とアンテナ端子５０５−２２からの出力信号５０８−２２であるｙ４とが生成される。
【００３８】
結果として、ｙ１は２偏波アンテナ５０３−１の垂直偏波成分の給電端子５０４−１１の入力信号となり、ｙ２は２偏波アンテナ５０３−１の水平偏波成分の給電端子５０４−１２の入力信号となっている。同様に、ｙ３は２偏波アンテナ５０３−２の垂直偏波成分の給電端子５０４−２１の入力信号となり、ｙ４は２偏波アンテナ５０３−２の水平偏波成分の給電端子５０４−２２の入力信号となっている。
【００３９】
次式（３）は、本実施におけるＭＩＭＯ重み行列Ｗの具体例を示している。以下では、これらのＷを用いた場合に構成されるＭＩＭＯ試験用の伝送路について、その物理的な特性を説明する。ただし、式（３）の行列はそのノルムが一致するように正規化してある。
【数３】
2009225013.tif 000005
【００４０】
ここでは、式（３）に列挙してあるＭＩＭＯ重み行列の中から、最初に例示した行列を用いる場合を例としてその特徴について述べる。
【００４１】
このとき、アンテナ給電部５０２の出力信号Ｙは、次式（４）のようになる。
【数４】
2009225013.tif 000006
【００４２】
このように、出力信号Ｙは、ＷＬＣＰ１０１の送信信号Ｓを用いて表現される。つまり、ｙ１（＝ｓ１）は、２偏波アンテナ５０３−１の給電端子５０４−１１を介して垂直偏波で送信され、ｙ２（＝ｓ２）は２偏波アンテナ５０３−１の給電端子５０４−１２を介して水平偏波で送信される。さらに、ｙ３（＝ｓ２）は２偏波アンテナ５０３−２の給電端子５０４−２１を介して垂直偏波で送信され、ｙ４（＝−ｓ１）は２偏波アンテナ５０３−２の給電端子５０４−２２を介して水平偏波で送信される。
【００４３】
結果として、図６に示すように、送信信号ｓ１は、２偏波アンテナアレー５０１の２偏波アンテナ５０３−１から垂直偏波として空間へ発信されると同時に、位相反転（１８０度移相）された後に、２偏波アンテナ５０３−２から水平偏波として空間へ発信されるようになる。また、送信信号ｓ２は、２偏波アンテナ５０３−１から水平偏波として空間へ発信されると同時に、２偏波アンテナ５０３−２から垂直偏波として空間へ発信されるようになる。
【００４４】
ここで、ＷＬＣＰ１０１の送信信号Ｓと、２偏波アンテナアレー５０１から空間へ発信される電界と、の間に構成されるＭＩＭＯ伝送路の特性を、偏波の傾き角度に関して分析する。
【００４５】
ここで、２偏波アンテナアレー５０１から空間へ発信される電界ベクトルＸに関して、垂直偏波成分（vertical polarization component）ＸＶに対する伝送路行列（channel matrix）をＧＶ、水平偏波成分（horizontal polarization component）ＸＨに対する伝送路行列をＧＨ、さらに＋４５度偏波成分Ｘ＋４５に対する伝送路行列をＧ＋４５、−４５度偏波成分Ｘ‐４５に対する伝送路行列をＧ‐４５とする。このとき、各伝送路行列は、次式（５）のように定式化できる。ただし、各偏波状態の表記は式（１）に基づいている。
【数５】
2009225013.tif 000007
【００４６】
このとき、垂直偏波成分の伝送路行列ＧＶは２つの列ベクトルが直交し、ＧＶを特異値分解（singular value decomposition）することによって求められる２つの特異値（singular values）σ１とσ２は、共に１となる。同様に、水平偏波成分の伝送路行列ＧＨ、＋４５度偏波成分の伝送路行列Ｇ＋４５および−４５度偏波成分の伝送路行列Ｇ‐４５のすべてが、ユニタリ行列であり、２つの列ベクトルが直交しており、その特異値は共に１となる。
【００４７】
一般に、ＭＩＭＯ伝送路における通信容量は、伝送路行列を特異分解して得られる特異値を二乗した値を用いて推定できる。すなわち、ＭＩＭＯ伝送路の特性は、行列Ｇの特異値によって表現される。
【００４８】
つまり、アンテナ給電部５０２と２偏波アンテナアレー５０１とを用いて構成されるＭＩＭＯ伝送路は、偏波の傾きに係わらずＭＩＭＯ伝送路として一定の特性を有する。言い換えれば、本実施の形態のＭＩＭＯ伝送路構成装置５００は、直線偏波の傾き角度（slant angle）に依存しないＭＩＭＯ伝送路を構成できるという特徴がある。
【００４９】
尚、式（３）に列挙してある他のＭＩＭＯ重み行列Ｗを用いた場合についても同様に、本実施の形態のＭＩＭＯ伝送路構成装置５００によって構成されるＭＩＭＯ伝送路は、直線偏波の傾き角度に依存しないという特性を有している。
【００５０】
また、式（３）に示したＭＩＭＯ重み行列Ｗの１、２行目に当たるＭＩＭＯ重み部分行列Ｗ１と、３、４行目に当たるＭＩＭＯ重み部分行列Ｗ２とを入れ替えた次式（６）で表現されるＭＩＭＯ重み行列Ｗ’を用いた場合も、同様の特性を有するＭＩＭＯ伝送路を構成できる。
【数６】
2009225013.tif 000008
【００５１】
ただし、この場合は、Ｗ２によって、アンテナ端子５０５−１１からの出力信号５０８−１１であるｙ１とアンテナ端子５０５−１２からの出力信号５０８−１２であるｙ２とが生成される。また、Ｗ１によって、アンテナ端子５０５−２１からの出力信号５０８−２１であるｙ３とアンテナ端子５０５−２２からの出力信号５０８−２２であるｙ４とが生成される。
【００５２】
また、Ｗの列ベクトルを入れ替えた式（７）に示すＭＩＭＯ重み行列Ｗ’’を用いた場合でも、前述したのと同様の特性を有するＭＩＭＯ伝送路を構成できる。さらに、ＭＩＭＯ重み部分行列Ｗ１とＭＩＭＯ重み部分行列Ｗ２の行ベクトルを同時に入れ替えた式（８）に示すＭＩＭＯ重み行列Ｗ’’’を用いた場合でも、前述したのと同様の特性を有するＭＩＭＯ伝送路を構成できる。
【数７】
2009225013.tif 000009
【数８】
2009225013.tif 000010
【００５３】
図７は、上述したＭＩＭＯ重み行列演算を行うアンテナ給電部５０２を、ＲＦ回路によって実現する場合の回路構成例を示している。この図に示すように、入力信号５０７−１と入力信号５０７−２とに対して式（３）の重み行列Ｗを積算するＲＦ回路は、２系統の電力カプラ（2-way power coupler）６００と、一つの系統が１８０度移相される２系統の１８０度ハイブリッドカプラ（2-way 180 degree hybrid coupler）６０１とによって構成される。
【００５４】
アンテナ給電部５０２への入力信号５０７−１は、ＲＦ端子５０６−１を介して、１８０度ハイブリッドカプラ６０１へ入力される。また、入力信号５０７−２は、ＲＦ端子５０６−２を介して、電力カプラ６００へ入力される。
【００５５】
図７に示すように、１８０度ハイブリッドカプラ６０１の２出力は、一方がアンテナ端子５０５−１１を介して送信信号５０８−１１となり、１８０度移相されている他方がアンテナ端子５０５−２２を介して送信信号５０８−２２となる。
【００５６】
また、電力カプラ６００の２出力は、一方がアンテナ端子５０５−１２を介して送信信号５０８−１２となり、他方がアンテナ端子５０５−２１を介して送信信号５０８−２１となる。
【００５７】
結果として、ＷＬＣＰ１０１の送信信号である入力信号２０７−１は、２偏波アンテナアレーの２偏波アンテナ５０３−１から垂直偏波として空間へ発信されると同時に、位相反転（１８０度移相）された後に２偏波アンテナ５０３−２から水平偏波として空間へ発信されるようになる。また、ＷＬＣＰ１０１の送信信号である入力信号２０７−２は、２偏波アンテナ５０３−１から水平偏波として空間へ発信されると同時に、２偏波アンテナ５０３−２から垂直偏波として空間へ発信されるようになる。
【００５８】
尚、１８０度ハイブリッドカプラの具体例としては、ラットレース型（rat-race type）のハイブリッドリングカプラなどがある。
【００５９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、第１の信号ｓ１を第１の偏波状態で第１の２偏波アンテナ５０３−１より送信し、第２の信号ｓ２を第１の偏波状態と直交する第２の偏波状態で第１の２偏波アンテナ５０３−１より送信し、第１の信号ｓ１を１８０度移相した後、第２の偏波状態で第２の２偏波アンテナ５０３−２より送信し、第２の信号ｓ２を第１の偏波状態で第２の２偏波アンテナ５０３−２より送信したことにより、偏波の傾きに依存しないＭＩＭＯ伝送路を形成することができる。この結果、試験工程を複雑にせずに、従来方法よりも精度の高い性能評価を実現できる伝送路構成方法及びＭＩＭＯ伝送路構成装置を実現できる。
【００６０】
ここで、本実施の形態におけるＭＩＭＯ伝送路構成装置の特徴および効果を、より明確にするための比較例を示しておく。
【００６１】
図８は、比較例の構成を示し、図７と比較してアンテナ給電部５０２の構成が異なる。図８のアンテナ給電部５０２は、２つの電力カプラ１１００−１と電力カプラ１１００−２を用いてＲＦ回路が構成されている。
【００６２】
図８の構成の場合、ＷＬＣＰ１０１の送信信号である入力信号５０７−１は、２偏波アンテナアレーの２偏波アンテナ５０３−１から垂直偏波として空間へ発信されると同時に、２偏波アンテナ５０３−２から水平偏波として空間へ発信される。また、ＷＬＣＰ１０１の送信信号である入力信号５０７−２は、２偏波アンテナ５０３−１から水平偏波として空間へ発信されると同時に、２偏波アンテナ５０３−２からは垂直偏波として空間へ発信される。
【００６３】
また、このような回路構成において、実現されるアンテナ給電部５０２をＭＩＭＯ重み行列Ｗとして表記すると、次式（９）のようになる。
【数９】
2009225013.tif 000011
【００６４】
さらに、各偏波状態に対する伝送路行列ＧＶ、ＧＨ、Ｇ＋４５およびＧ-４５は、次式（１０）のように定式化される。
【数１０】
2009225013.tif 000012
【００６５】
このとき、ＧＶとＧＨは、その特異値σ１、σ２が共に１になる一方で、Ｇ＋４５とＧ‐４５は、σ１、σ２が√２、０という組合せになる。
【００６６】
つまり、垂直または水平偏波成分に対する伝送路特性と、＋４５度または−４５度偏波成分に対する伝送路特性とが異なる。さらに、＋４５度または−４５度偏波成分に関しては、一つの特異値が０となるため、ＭＩＭＯ方式による空間多重伝送が実現困難な伝送路として、構成されていることが分かる。
【００６７】
従って、図８に示したような回路構成のアンテナ給電部５０２を用いた場合、偏波の傾きに依存して、ＭＩＭＯ方式に対する伝送路特性も変動する。言い換えれば、直線偏波の傾き角度に依存するＭＩＭＯ伝送路が形成されるので、任意の偏波状態に対して同時に等しい特性が確保されたＭＩＭＯ伝送路を構成することは困難である。
【００６８】
（実施の形態２）
本実施の形態におけるＭＩＭＯ伝送路構成装置の概略構成は、図５に示した実施の形態１のＭＩＭＯ伝送路構成装置５００とほぼ同様である。
【００６９】
すなわち、本実施の形態においても実施の形態１と同様に、アンテナ給電部５０２は、ＲＦ端子５０６−１、５０６−２より入力されるＷＬＣＰ１０１からの送信信号５０７−１、５０７−２に対してＭＩＭＯ重み行列Ｗを積算する処理を施した後、処理後の信号５０８−１１、５０８−１２、５０８−２１、５０８−２２を、２偏波アンテナアレー５０１の各給電端子５０４−１１、５０４−１２、５０４−２１、５０４−２２に接続されているアンテナ端子５０５−１１、５０５−１２、５０５−２１、５０５−２２に出力する。
【００７０】
ただし、本実施の形態で用いるＭＩＭＯ重み行列Ｗは、実施の形態１で用いた式（３）に例示されている行列とは異なる。次式（１１）は、本実施におけるＭＩＭＯ重み行列Ｗの具体例を示している。以下では、これらの行列Ｗを用いた場合に構成されるＭＩＭＯ試験用の伝送路について、その物理的な特性を説明する。ただし、次式（１１）の行列はそのノルムが一致するように正規化してある。
【数１１】
2009225013.tif 000013
【００７１】
ここでは、上式（１１）に挙げた２つのＭＩＭＯ重み行列の中から、最初に例示した行列を用いる場合を例として、その特徴について述べる。
【００７２】
このとき、アンテナ給電部５０２の出力信号Ｙは、次式（１２）のようになる。
【数１２】
2009225013.tif 000014
【００７３】
このように、出力信号ＹはＷＬＣＰ１０１の送信信号Ｓを用いて表現される。つまり、ｙ１（＝ｓ１）は２偏波アンテナ５０３−１の給電端子５０４−１１を介して垂直偏波で送信され、ｙ２（＝ｓ２）は２偏波アンテナ５０３−１の給電端子５０４−１２を介して水平偏波で送信される。さらに、ｙ３（＝−ｊｓ１／√２＋ｊｓ２／√２）は２偏波アンテナ５０３−２の給電端子５０４−２１を介して垂直偏波で送信され、ｙ４（＝ｓ１／√２＋ｓ２／√２）は２偏波アンテナ５０３−２の給電端子５０４−２２を介して水平偏波で送信される。
【００７４】
結果として、図９に示すように、送信信号ｓ１は、２偏波アンテナアレー５０１の２偏波アンテナ５０３−１から垂直偏波として空間へ発信されると同時に、２偏波アンテナ５０３−２からは右旋円偏波として空間へ発信されるようになる。また、送信信号ｓ２は、２偏波アンテナ５０３−１から水平偏波として空間へ発信されると同時に、２偏波アンテナ５０３−２からは左旋円偏波として空間へ発信されるようになる。ただし、偏波状態の定義は前述した式（１）に従うものとする。
【００７５】
ここで、ＷＬＣＰの送信信号Ｓと、２偏波アンテナアレーから空間へ発信される電界と、の間に構成されるＭＩＭＯ伝送路の特性を、いくつかの偏波状態に関して分析する。
【００７６】
ここで、２偏波アンテナアレー５０１から空間へ発信される電界ベクトルＸに関して、垂直偏波成分ＸＶに対する伝送路行列をＧＶ、水平偏波成分ＸＨに対する伝送路行列をＧＨ、さらに＋４５度偏波成分Ｘ＋４５に対する伝送路行列をＧ＋４５、−４５度偏波成分Ｘ‐４５に対する伝送路行列をＧ‐４５、さらに右旋円偏波成分ＸＲＨＣに対する伝送路行列をＧＲＨＣ、左旋円偏波成分ＸＬＨＣに対する伝送路行列をＧＬＨＣ、とする。このとき、各伝送路行列は、次式（１３）のように定式化できる。ただし、各偏波状態の表記は式（１）に基づいている。
【数１３】
2009225013.tif 000015
【００７７】
このとき、垂直偏波成分の伝送路行列ＧＶの特異値σ１、σ２は、１＋１／√２、１−１／√２という組み合わせになる。同様に、水平偏波成分の伝送路行列ＧＨ、＋４５度偏波成分の伝送路行列Ｇ＋４５、−４５度偏波成分の伝送路行列Ｇ−４５、右旋円偏波成分の伝送路行列ＧＲＨＣ、左旋円偏波成分の伝送路行列ＧＬＨＣのすべてにおいて、その特異値が同じ値の組合せ、１＋１／√２と１−１／√２になるという特徴を有する。
【００７８】
つまり、アンテナ給電部５０２と２偏波アンテナアレー５０１とを用いて構成されるＭＩＭＯ伝送路は、偏波状態に係わらずＭＩＭＯ伝送路として一定の特性を有する。言い換えれば、本実施の形態のＭＩＭＯ伝送路構成装置は、偏波状態に依存しないＭＩＭＯ伝送路を構成できるという特徴がある。
【００７９】
尚、式（１１）に挙げた、もう一方のＭＩＭＯ重み行列Ｗを用いた場合についても同様に、本実施の形態のＭＩＭＯ伝送路構成装置によって構成されるＭＩＭＯ伝送路は、偏波状態に依存しないという特性を有している。
【００８０】
この場合、送信信号ｓ１は、２偏波アンテナアレー５０１の２偏波アンテナ５０３−１から＋４５度偏波として空間へ発信されると同時に、９０度位相された後に２偏波アンテナ５０３−２から右旋円偏波として空間へ発信されるようになる。また、送信信号ｓ２は、２偏波アンテナ５０３−１から−４５度偏波として空間へ発信されると同時に、２偏波アンテナ５０３−２からは左旋円偏波として空間へ発信されるようになる。
【００８１】
また、式（１１）に示したＭＩＭＯ重み行列Ｗの１、２行目に当たるＭＩＭＯ重み部分行列Ｗ１と、３、４行目に当たるＷ２とを入れ替えた次式（１４）で表現されるＭＩＭＯ重み行列Ｗ’を用いた場合も、同様の特性を有するＭＩＭＯ伝送路を構成できる。
【数１４】
2009225013.tif 000016
【００８２】
また、式（１１）のＷ１とＷ２夫々の列ベクトルを個別に入れ替えた式（１５）に示すようなＭＩＭＯ重み行列Ｗ’’や、Ｗ１とＷ２夫々の行ベクトルを個別に入れ替えた式（１６）に示すようなＭＩＭＯ重み行列Ｗ’’’を用いた場合についても、前述したのと同様の特性を有するＭＩＭＯ伝送路を構成できる。
【数１５】
2009225013.tif 000017
【数１６】
2009225013.tif 000018
【００８３】
図１０は、上述したＭＩＭＯ重み行列演算を行うアンテナ給電部５０２を、ＲＦ回路によって実現する場合の回路構成例を示している。この図に示すように、入力信号５０７−１と入力信号５０７−２とに対して、式（９）の重み行列Ｗを積算するＲＦ回路は、２系統の電力カプラ７００−１〜７００−３と、一つの系統が９０度移相される２系統の９０度ハイブリッドカプラ（2-way 90 degree hybrid coupler）７０１−１、７０１−２と、一系統が１８０度移相される１８０度ハイブリッドカプラ７０２によって構成することができる。
【００８４】
アンテナ給電部５０２への入力信号５０７−１は、ＲＦ端子５０６−１を介して、電力カプラ７００−１へ入力される。また、入力信号５０７−２は、ＲＦ端子５０６−２を介して、電力カプラ７００−２へ入力される。
【００８５】
図１０に示すように、電力カプラ７００−１の２出力は、一方がアンテナ端子５０５−１１を介して送信信号５０８−１１として送出され、他方が９０度ハイブリッドカプラ７０１−１へ入力される。同様に、電力カプラ７００−２の２出力は、一方がアンテナ端子５０５−１２を介して送信信号５０８−１２として送出され、他方が９０度ハイブリッドカプラ７０１−２へ入力される。
【００８６】
また、図１０に示すように、９０度ハイブリッドカプラ７０１−１の２出力は、９０度移相された出力が、１８０度ハイブリッドカプラ７０２の１８０度移相される系統へと入力され、もう一方の９０度移相されない出力が電力カプラ７００−３に入力される。さらに、９０度ハイブリッドカプラ７０１−２の２出力は、９０度移相された出力が、１８０度ハイブリッドカプラ７０２の１８０度移相されない系統に入力され、もう一方の９０度移相されない出力が電力カプラ７００−３に入力される。
【００８７】
また、１８０度ハイブリッドカプラ７０２の合成出力は、アンテナ端子５０５−２１を介して送信信号５０８−２１として送出され、電力カプラ７００−３の合成出力は、アンテナ端子５０５−２２を介して送信信号５０８−２２として送出される。
【００８８】
結果として、ＷＬＣＰ１０１の送信信号である入力信号５０７−１は、２偏波アンテナアレーの２偏波アンテナ５０３−１から垂直偏波として空間へ発信されると同時に、位相反転（１８０度移相）された後に、２偏波アンテナ５０３−２から水平偏波として空間へ発信されるようになる。また、ＷＬＣＰ１０１の送信信号である入力信号５０７−２は、２偏波アンテナ５０３−１から水平偏波として空間へ発信されると同時に、２偏波アンテナ５０３−２からは垂直偏波として空間へ発信されるようになる。
【００８９】
尚、９０度ハイブリッドカプラの具体例としては、マイクロストリップ線路（microstrip line）によるブランチラインカプラ（branch-line coupler）などがある。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明によれば、偏波に依存しないＭＩＭＯ試験用の伝送路を構成できるため、結果として通信試験の工程を簡略化できるという効果を有し、ＭＩＭＯ方式が実装された無線機器のＯＴＡ通信試験に有用である。
【００９１】
特に、本発明の伝送路構成方法並びに伝送路構成装置は、ＭＩＭＯ方式が実装されている携帯電話や無線ＬＡＮなどの移動通信システムの無線機器に対する性能評価に適しているだけでなく、アンテナダイバーシチ方式が実装された移動通信システムの無線機器やテレビ放送の受信機の性能評価にも適している。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明のＭＩＭＯ伝送路構成装置を使用した試験系全体の構成を示す図
【図２】実施の形態に係るＭＩＭＯ伝送路構成装置の基本構成を示す図
【図３】クロスダイポールアンテナを用いた２偏波アンテナアレーの構成を示す図
【図４】偏波共用マイクロストリップアンテナを用いた２偏波アンテナアレーの構成を示す図
【図５】実施の形態１におけるＭＩＭＯ伝送路構成装置の構成を示す図
【図６】実施の形態１におけるＭＩＭＯ伝送路構成装置の送信信号の偏波状態を示す図
【図７】実施の形態１におけるアンテナ給電部の回路構成を示す図
【図８】実施の形態１に対する比較例のアンテナ給電部の回路構成を示す図
【図９】実施の形態２におけるＭＩＭＯ伝送路構成装置の送信信号の偏波状態を示す図
【図１０】実施の形態２におけるアンテナ給電部の回路構成を示す図
【図１１】従来の試験方法を示す図
【符号の説明】
【００９３】
１００、５００  ＭＩＭＯ伝送路構成装置
１０１  ＷＬＣＰ
１０２  ＤＵＴ
１０３、５０５−１１〜５０５−２２  アンテナ端子
１０４  無線伝送路
１０５  シールドボックス
２０１、５０１、５０３−１、５０３−２  ２偏波アンテナアレー
２０２  ＭＩＭＯ重み行列演算部
２０３−１〜２０３−Ｍ  アレー素子
３００−１〜３００―Ｍ、３０１−１〜３０１―Ｍ  クロスダイポールアンテナ
４００−１〜４００―Ｍ、４０１−１〜４０１―Ｍ  偏波共用マイクロストリップアンテナ
５０２  アンテナ給電部
５０４−１１〜５０４−２２  給電端子
５０６−１、５０６−２  ＲＦ端子
５０８−１、５０８−２  送信信号
６００、７００−１、７００−２、７００−３、１１００−１、１１００−２  電力カプラ
６０１、７０２  １８０度ハイブリッドカプラ
７０１−１、７０１−２  ９０度ハイブリッドカプラ
【図１】
2009225013.tif 000019
【図２】
2009225013.tif 000020
【図３】
2009225013.tif 000021
【図４】
2009225013.tif 000022
【図５】
2009225013.tif 000023
【図６】
2009225013.tif 000024
【図７】
2009225013.tif 000025
【図８】
2009225013.tif 000026
【図９】
2009225013.tif 000027
【図１０】
2009225013.tif 000028
【図１１】
2009225013.tif 000029