無線信号測定装置、チャネルサウンダ
【課題】本発明は、ＭＩＭＯ通信システムのように多数の無線伝送路の特性を、短時間で測定するための無線信号測定装置、およびチャネルサウンダを提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の無線信号測定装置は、少なくとも、複数の受信アンテナ、スイッチ部、信号処理部を備える。スイッチ部は、測定信号の１周期分以上の時間、受信アンテナのいずれかを選択する。信号処理部は、取得した測定信号が周期の先頭から始まるときには、その測定信号に対して信号処理を行い、取得した測定信号が周期の先頭から始まらないときには、次の周期の先頭を前に配置することで周期の先頭から始まる測定信号を生成し、生成した測定信号に対して信号処理を行う。
【解決手段】本発明の無線信号測定装置は、少なくとも、複数の受信アンテナ、スイッチ部、信号処理部を備える。スイッチ部は、測定信号の１周期分以上の時間、受信アンテナのいずれかを選択する。信号処理部は、取得した測定信号が周期の先頭から始まるときには、その測定信号に対して信号処理を行い、取得した測定信号が周期の先頭から始まらないときには、次の周期の先頭を前に配置することで周期の先頭から始まる測定信号を生成し、生成した測定信号に対して信号処理を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線伝送路の特性を測定するための無線信号測定装置、およびチャネルサウンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速無線伝送を実現する技術としてＭＩＭＯ通信システムが注目を集め、研究・開発が積極的に進められている。ＭＩＭＯはMultiple-Input Multiple-Outputの略で、多入力・多出力を意味する。ＭＩＭＯ通信システムは複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて送受信を行うシステムで、アンテナ素子数の増加に応じて同一帯域幅における伝送容量を増加させることができる。ＭＩＭＯ通信では、無線伝搬路の特性が伝送性能やシステム設計に非常に大きな影響を与える。そのため、ＭＩＭＯ通信システムの研究・開発において、無線伝搬路の特性を測定するチャネルサウンダが必要とされる。
【０００３】
チャネルサウンダは、図１に示すように、送信装置８００と無線信号測定装置（受信装置）９００から構成される。送信装置８００は、Ｎ個（Ｎは1以上の整数）の送信アンテナ８７１−１〜Ｎを有しており、各送信アンテナ８７１−ｎ（ｎは１〜Ｎの整数）から、信号ｓｎ（ｔ）が出力される。無線信号測定装置９００は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の受信アンテナ９７１−１〜Ｍを有しており、各受信アンテナ９７１−ｍ（ｍは１〜Ｍの整数）では信号ｙｍ（ｔ）が受信される。送信アンテナ８７１−１〜Ｎから出力された電波は大地、樹木、建造物などの障害物７１０によって反射され、方向の異なる多数の遅延波として受信アンテナ９７１−１〜Ｍに到来する。さらに送信アンテナ８７１−１〜Ｎや受信アンテナ９７１−１〜Ｍ、または障害物７１０が移動するとドップラーシフトされる。図１では、遅延路の数はＲ個あり、ｒ番目の遅延路の放射角はΨｒ、到来角はΩｒ、減衰量はαｒ、遅延時間はτｒ、ドップラー周波数はυｒとする。ただし、ｒは１〜Ｒの整数である。これらの現象により、図１のような無線伝搬路において、送信アンテナ８７１−ｎから出力された信号ｓｎ（ｔ）に対する受信アンテナ９７１−ｍで受信される信号ｙｍｎ（ｔ）は式（１）のようになる。
【０００４】
【数１】
ここで、ｃは角度特性である。
そして、ｓｎ（ｔ）とｙｍｎ（ｔ）との関係から、送信アンテナ８７１−ｎと受信アンテナ９７１−ｍとの間の無線伝送路の特性（伝搬特性）を求めることができる。
【０００５】
このような，送信側と受信側の角度特性を含んだ無線伝搬路は，時空間マルチパス伝搬路と呼ばれ，測定方法が研究されてきている（非特許文献１、非特許文献２）。また、ＭＩＭＯ通信システムのための無線伝送路の特性を測定するチャネルサウンダとしては、非特許文献３、非特許文献４のチャネルサウンダがある。ただし、非特許文献３、非特許文献４のチャネルサウンダの詳細な動作原理は不明である。
【非特許文献１】阪口, 高田, “MIMO 伝搬特性の測定装置・測定方法・解析方法・モデル化”, 信学論(B), vol.J88-B, no.9,pp.1624-1640,Sept. 2005.
【非特許文献２】T. Matsumoto, S. Thoma, “Turbo Transceiver for MIMO Wireless Communication and Their Performance Verification via Multi-Dimensional Channel Sounding,” IEICE Trans. Commun., vol. E88-B, no.6 June 2005.
【非特許文献３】MEDAV, Multidimensional Channel Sounder［平成２０年９月１２日検索］、インターネット〈http://www.medav.de/fileadmin/redaktion/documents/English/rusk_mimo_e.pdf〉
【非特許文献４】Channelsounder, RUSK Channel Sounder, Multiple ReciveAntennas+, Multiple Recive Antennas-Site2［平成２０年９月１２日検索］、インターネット〈http://www.medav.de/fileadmin/redaktion/documents/English/rusk_mimo_e.pdf〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無線伝送路の特性を測定するためには、上述のように送信アンテナ８７１−ｎから出力された信号ｓｎ（ｔ）に対する受信アンテナ９７１−ｍで受信される信号ｙｍｎ（ｔ）を測定しなければならない。特性を求めなければならない無線伝送路の数は、送信アンテナ８７１−ｎの数Ｎと受信アンテナ９７１−ｍの数Ｍの積Ｎ×Ｍである。したがって、送信アンテナ８７１−ｎと受信アンテナ９７１−ｍを１つずつ選択しながらすべての無線伝送路の特性を測定すると、数Ｎや数Ｍが大きくなるにつれ、測定に必要な時間が膨大となる。
【０００７】
この問題の解決方法としては、送信側は選択した１つの送信アンテナ８７１−ｎから信号ｓｎ（ｔ）を出力し、受信側では、複数の受信アンテナ９７１−ｍで同時に信号ｙｍｎ（ｔ）を受信する方法が考えられる。そのためには、信号処理に必要な回路などを複数備えればよい。しかし、無線信号測定装置を運搬できる大きさや重さにするためには、備えることのできる回路の数にも限界がある。
【０００８】
また、通常、送信アンテナ８７１−ｎを１つ選択し、受信アンテナ９７１−ｍを切り替えながらすべての受信アンテナ９７１−ｍで信号ｙｍｎ（ｔ）を測定する。そして、次の送信アンテナ８７１−ｎ＋１を選択し、受信アンテナ９７１−ｍを切り替えながらすべての受信アンテナ９７１−ｍで信号ｙｍｎ＋１（ｔ）を測定する。つまり、送信側は送信アンテナを切り替える回数はＮ回だが、受信側は受信アンテナを切り替える回数はＮ×Ｍ回となる。したがって、受信側で発生する切り替えに伴う無駄な時間を削減できれば、効率的に測定時間を短縮できる。
【０００９】
本発明は、ＭＩＭＯ通信システムのように多数の無線伝送路の特性を、短時間で測定するための無線信号測定装置、およびチャネルサウンダを提供することを目的とする。特に、無線信号測定装置での受信アンテナの切り替えによって発生する無駄な時間を削減する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の無線信号測定装置は、少なくとも、複数の受信アンテナ、スイッチ部、信号処理部を備える。複数の受信アンテナは、あらかじめ定められた周期で繰り返される測定信号を含む電波を受信する。スイッチ部は、測定信号の１周期分以上の時間、受信アンテナのいずれかを選択する。信号処理部は、スイッチ部が選択した受信アンテナが受信した測定信号を、１周期分以上取得する。そして、信号処理部は、測定信号を周期の途中から受信した場合には、測定信号生成手段で、当該測定信号の中の途中から受信した周期の測定信号と次の周期の測定信号との順番を入れ替えることで、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成する。さらに、信号処理部は、測定信号処理手段で、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号に対してあらかじめ定めた信号処理を行う。つまり、信号処理部は、取得した測定信号が周期の先頭から始まるときには、その測定信号に対して信号処理を行い、取得した測定信号が周期の先頭から始まらないときには、次の周期の先頭を前に配置することで周期の先頭から始まる測定信号を生成し、生成した測定信号に対して信号処理を行う。
【００１１】
また、信号処理部が測定信号を取得するタイミングを、スイッチ部の切り替えに必要な時間に基づいて定めればよい。例えば、スイッチ部が確実に切り替えることのできる時間を経過後であって、測定信号の周期を整数で除したタイミングから測定信号を取得すればよい。
【００１２】
本発明のチャネルサウンダは、上述の無線信号測定装置と、測定信号を含む電波を出力する１つ以上の送信アンテナを有する送信装置で構成される。送信装置は、同時に２つ以上の送信アンテナから測定信号を送信しない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の無線信号測定装置とチャネルサウンダによれば、測定信号生成手段が周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成するので、無線信号測定装置の信号処理部が測定信号を取得するタイミングを、測定信号の周期に合わせる必要がない。つまり、無線信号測定装置のスイッチ部の切り替えが終われば、すぐに測定信号の測定ができる。したがって、無線伝送路の特性を短時間で測定できる。特に、無線信号測定装置での受信アンテナの切り替えによって発生する無駄な時間を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施例を示す。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００１５】
図２に送信装置の機能構成例、図３に実施例１の無線信号測定装置の機能構成例を示す。送信装置１００と無線信号測定装置２００で、チャネルサウンダは構成される。図４は、送信装置１００と無線信号測定装置２００での信号の状態を示す図である。
【００１６】
送信装置１００は、送信側入出力部１１０、送信側信号処理部１２０、送信側参照信号生成部１３０、アップコンバータ部１４０、増幅部１５０、送信側スイッチ部１６０、送信側アンテナ部１７０を備える。送信側入出力部１１０は、送信装置１００の制御に必要な情報の取得や、送信装置１００の状態の出力などを行う。送信側信号処理部１２０は、送信側スイッチ部１６０を制御するとともに、送信側アンテナ部１７０から出力する信号を生成する。例えば、送信データビットをＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）の各サブキャリアのシンボルに割り当てる。次に、この周波数軸上の複素信号を逆ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して、時間軸上の複素信号を生成する。逆ＦＦＴのポイントは、１２８、２５６、５１２、１０２４、２０４８、４０９６などにすればよい。さらに、ＧＩ（Guard Interval）を付加し、窓掛け処理を行った後、Ｄ／Ａ変換によりアナログ信号に変換して、ベースバンドのＩＱアナログ信号を生成し、アップコンバータ部１４０へ出力する。このＤ／Ａ変換は、送信側参照信号生成部１３０が生成した参照信号に同期したサンプリングタイミングで行われる。なお、送信側スイッチ部１６０の制御も、このサンプリングタイミングと同期して行われる。アップコンバータ部１４０は、ベースバンドのＩＱアナログ信号を、ＲＦ信号に変換する。増幅部１５０は、ＲＦ信号を増幅し、出力する。この出力には、あらかじめ定められた周期で繰り返される測定信号が含まれている。送信側スイッチ部１６０は、後述するタイミングで送信側アンテナ部１７０内の１つの送信アンテナ１７１−ｎ（ただし、ｎは１〜Ｎの整数、Ｎは１以上の整数）を選択する。送信側アンテナ部１７０は、Ｎ個の送信アンテナ１７１−１〜Ｎを有する。
【００１７】
無線信号測定装置２００は、受信側入出力部２１０、受信側信号処理部２２０、受信側参照信号生成部２３０、ダウンコンバータ部２４０、記録部２５０、受信側スイッチ部２６０、受信側アンテナ部２７０を備える。受信側アンテナ部２７０は、Ｍ個（ただし、Ｍは２以上の整数）の受信アンテナ２７１−１〜Ｍを有する。受信アンテナ２７１−１〜Ｍは、送信装置１００から出力された測定信号を含む電波を受信する。受信側スイッチ部２６０は、受信アンテナ２７１−１〜Ｍの中から１つの受信アンテナ２７１−ｍ（ただし、ｍは１〜Ｍの整数）を選択する。なお、受信側スイッチ部２６０は、１つの受信アンテナ２７１−ｍが受信する偏波（例えば、垂直偏波か水平偏波）も含めて選択してもよい。このように偏波も含めて選択する場合には、物理的には１つの受信アンテナを２つの受信アンテナと考え、受信側スイッチ部２６０で選択すればよい。ダウンコンバータ部２４０は、受信側スイッチ部２６０が選択した受信アンテナ２７１−ｍが受信したＲＦ信号をベースバンドのＩＱアナログ信号に変換する。受信側参照信号生成部２３０は、参照信号を生成する。
【００１８】
受信側信号処理部２２０は、受信側参照信号生成部２３０が生成した参照信号に同期させて測定信号を含む電波をサンプリングする。また、受信側信号処理部２２０は、受信側スイッチ部２６０を、受信側参照信号生成部２３０が生成した参照信号に同期させて切り替える。受信側信号処理部２２０は、測定信号生成手段２２１と測定信号処理手段２２２とを有している。上述の受信側信号処理部２２０が行う測定信号を含む電波のサンプリングでは、受信アンテナ２７１−ｍごとに１周期分以上の測定信号を取得する。そして、測定信号を周期の途中から受信した場合には、測定信号生成手段２２１が、当該測定信号の中の途中から受信した周期の測定信号と次の周期の測定信号との順番を入れ替えることで、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成する。測定信号処理手段２２２は、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号に対してあらかじめ定めた信号処理を行う。あらかじめ定めた信号処理とは、例えば、送信装置１００の出力がＯＦＤＭを逆ＦＦＴした信号の場合、まず、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号をＦＦＴして周波数軸上の複素信号を得る。得られた各サブキャリアの複素受信信号に対して、既知である送信信号の複素共役を乗算して送受信アンテナ間の伝搬特性を得る。そして、これらの結果を記録部２５０に記録する。受信側入出力部２１０は、無線信号測定装置２００の制御に必要な情報の取得や、測定結果の出力などを行う。
【００１９】
次に、図４を用いて、上述の送信装置１００から出力される電波に含まれる信号と、無線信号測定装置２００の受信側信号処理部２２０での処理の関係を詳しく説明する。送信装置１００は、送信アンテナ１７１−ｎを順次選択し、送信アンテナ１７１−ｎごとに１つの送信フレーム１７２−ｎを出力する。送信フレーム１７２−ｎは、プリアンブル１７３−ｎ、制御信号１７４−ｎ、測定用データ１７５−ｎ、測定信号１７６−ｎ−１〜Ｐで構成されており、プリアンブル１７３−ｎの前には、送信側スイッチ部１６０が切り替わるために十分な時間が確保されている（切り替わるために必要な時間は無信号である）。プリアンブル１７３−ｎは、送信装置１００と無線信号測定装置２００とが同期を取るための信号である。制御信号１７４−ｎは、ＧＩの情報や制御方法の情報などを含む信号である。測定用データ１７５−ｎは、測定信号に関する情報（例えば、ＦＦＴサイズなど）を含む信号である。測定信号１７６−ｎ−１〜Ｐは、同じ測定信号がＰ回繰り返された信号である。図４の中では、その後の処理の説明を分かりやすくするため、送信装置１００が送信した測定信号の偶数番目には網掛けを施しているが、どれも同じ信号である。
【００２０】
無線信号測定装置２００では、受信アンテナ２７１−ｍを順次選択し、測定信号１７６−ｎ−ｐを、１周期分測定する。受信側信号処理部２２０には、受信アンテナ２７１−ｍが受信した測定信号２７６−ｍが入力される。測定信号２７６−１と測定信号２７６−２との間には、受信側スイッチ部２６０が切り替える時間の間隔がある。図４では、受信側スイッチ部２６０が切り替える時間を、測定信号の１周期の１／４としている。つまり、受信側信号処理部２２０が取得する受信アンテナ２７１−ｍが受信した測定信号２７６−ｍは、受信側スイッチ部２６０が切り替える時間（１／４周期）ずつ、送信装置１００が出力する測定信号１７６−ｎ−ｐよりも遅れる。したがって、測定信号１７６−ｎ−ｐが５周期分送られたときに、４周期分の受信した測定信号２７６−ｍが取得される。受信側信号処理部２２０が、すべての受信アンテナ分の測定信号２７６−１〜Ｍを取得するためには、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐは、Ｐ≧５Ｍ／４でなければならない。測定信号生成手段２２１は、受信した測定信号２７６−ｍが周期の先頭から始まる場合は、そのままの測定信号を出力する。図４では、受信した測定信号２７６−１、２７６−５がこの場合である。また、測定信号生成手段２２１は、受信した測定信号２７６−ｍが周期の途中から始まる場合には、当該測定信号の中の途中から受信した周期の測定信号と次の周期の測定信号との順番を入れ替えることで、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成する。図４では、受信した測定信号２７６−２、２７６−３、２７６−４がこの場合であり、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号２７７−２、２７７−３、２７７−４が生成される。測定信号処理手段２２２は、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号２７７−ｍに対してあらかじめ定めた信号処理を行う。つまり、無線信号測定装置２００の場合には、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐは、およそ５Ｍ／４である。
【００２１】
次に、無線信号測定装置２００が測定信号生成手段２２１を有することによる効果を示すために、測定信号生成手段２２１がない無線信号測定装置の処理について説明する。図５は、測定信号生成手段２２１がない無線信号測定装置の機能構成例を示す図である。無線信号測定装置６００は、測定信号生成手段がないこと以外は無線信号測定装置２００と同じである。図６は、無線信号測定装置６００を用いた場合の信号の状態を示す図である。送信装置１００からは、測定信号１７６−ｎ−ｐ’がＰ’回繰り返し出力される。無線信号測定装置６００では、受信アンテナ２７１−ｍを順次選択し、測定信号１７６−ｎ−ｐ’を、周期の先頭から１周期分測定する。受信側信号処理部６２０には、受信アンテナ２７１−ｍが受信した測定信号６７６−ｍが入力される。受信した測定信号６７６−１と受信した測定信号６７６−２との間には、測定信号６７６−ｍの１周期分の間隔がある。これは、測定信号生成手段２２１がないので、測定信号処理手段２２２に周期の先頭から始まる１周期分の測定信号６７７−ｍを入力するためには、周期の先頭から測定する必要があるからである。図６の例では、受信側スイッチ部の切り替え時間は、１／４周期分なので、残りの３／４周期分の時間は何の処理も行っていない時間（無駄な待ち時間）となってしまう。この例では、送信装置１００が２周期分の測定信号１７６−ｎ−ｐ’を送信したときに、無線信号測定装置６００が１周期分（１つの受信アンテナ分）の測定信号６７６−ｍを取得する。受信側信号処理部６２０が、すべての受信アンテナ分の測定信号６７６−１〜Ｍを取得するためには、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐ’は、Ｐ’≧２Ｍでなければならない。つまり、無線信号測定装置６００の場合には、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐ’は、およそ２Ｍである。
【００２２】
上述のように、測定信号生成手段２２１を有する無線信号測定装置２００を用いた場合は、測定信号の繰り返しの数Ｐがおよそ５Ｍ／４であるのに対して、測定信号生成手段２２１がない無線信号測定装置６００を用いた場合は、測定信号の繰り返しの数Ｐ’がおよそ２Ｍである。つまり、測定信号生成手段２２１を備えることによって、測定信号の繰り返しの数を、大幅に少なくできることが分かる。
【実施例２】
【００２３】
図７に実施例２の無線信号測定装置の機能構成例を示す。無線信号測定装置３００は、Ｑ個（ただし、Ｑは２以上の整数）の受信側スイッチ部３６０−１〜Ｑ、ダウンコンバータ３４０−１〜Ｑを備えている。また、受信側信号処理装置３２０は、Ｑ個の測定信号生成手段３２１−１〜Ｑ、測定信号処理手段３２２−１〜Ｑを備えている。なお、送信装置は、実施例１と同じである。
【００２４】
それぞれの受信側スイッチ部３６０−ｑ（ただし、ｑは１〜Ｑの整数）は、Ｍ個の受信アンテナの中から１つずつ受信アンテナを選択し、ダウンコンバータ３４０−ｑ、測定信号生成手段３２１−ｑ、測定信号処理手段３２２−ｑによって、信号処理を行う。信号処理の手順は実施例１と同じである。このように、Ｑ個の受信アンテナに対する処理を並列に行うことで、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐを、およそ５Ｍ／４Ｑにできる。ただし、Ｑの値を大きくすると無線信号測定装置３００が大きくなり、可搬性の問題が生じる。したがって、Ｑの値は、無線信号測定装置３００の大きさなどから制限される。
【００２５】
［具体例］
次に、送信装置１００と無線信号測定装置３００とからなるチャネルサウンダの具体例を示す。この例では、Ｑ＝７である。つまり、無線信号測定装置３００は、７個の受信側スイッチ部３６０−１〜７、ダウンコンバータ３４０−１〜７を備えている。また、受信側信号処理装置３２０は、７個の測定信号生成手段３２１−１〜７、測定信号処理手段３２２−１〜７を備えている。
【００２６】
図８に、（Ａ）送信側アンテナ部１７０の斜視図と、（Ｂ）送信アンテナ１７１−１〜１６から出力される測定信号を示す。送信側アンテナ部１７０は、上下２段に、１段につき８個の送信アンテナ１７１−１〜１７１−１６が配置されている。また、各段の両端には、ダミーアンテナ１８１−１〜４が配置されている。そして、上段の８個の送信アンテナ１７１−１〜８は垂直偏波の送信アンテナであり、下段の８個の送信アンテナ１７１−９〜１６は水平偏波の送信アンテナである。また、出力される測定信号は、５０ＭＨｚの幅に対して間隔ｆで離散的に周波数成分を有する信号である。間隔ｆはＦＦＴのサイズにより異なるが、本具体例では１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚである。
【００２７】
図９は、（Ａ）受信側アンテナ部２７０の斜視図と、（Ｂ）平面Ａでの断面図と、（Ｃ）１つの受信アンテナブロックの構成を示す図である。受信側アンテナ部２７０は、円柱上の本体の円周面上に、４段×２４個／段（合計９６個）のアンテナ素子が配置されている。また、アンテナ素子の上下の段には、ダミーアンテナ ２８１−１〜４８は配置されている。さらに、受信側アンテナ部２７０は、円柱上の本体の上面に、モノポールアンテナ２７１−１９３を備えている。この具体例では、受信側スイッチ部３６０−ｑは、各アンテナ素子が受信する偏波（垂直偏波か水平偏波）も含めて選択する。したがって、１つのアンテナ素子が２つの受信アンテナに相当する。物理的には同じアンテナ素子であるが、垂直偏波の受信アンテナが２７１−１〜９６であり、水平偏波の受信アンテナが２７１−９７〜１９２である。受信アンテナ２７１−１〜１９２を６つの受信アンテナブロック３７１〜３７６に分ける。図９（Ｃ）は１つの受信アンテナブロックの構成を示している。受信アンテナブロック３７１は、３２個の受信アンテナ２７１−１〜４、２５〜２８、４９〜５２、７３〜７６、９７〜１００、１２１〜１２４、１４５〜１４８、１６９〜１７２で構成される（物理的なアンテナ素子の数は１６個）。また、モノポールアンテナ２７１−１９３が、７個目の受信アンテナブロック３７７である。
【００２８】
送信装置１００は、送信アンテナ１７１−１〜１６の中から１つずつを順次選択し、送信フレーム１７２−ｎを出力する。無線信号測定装置３００の受信側スイッチ部３６０−ｑ（ただし、ｑは１〜７の整数）は、それぞれ、いずれか１つの受信アンテナブロックに対応しており、対応する受信アンテナブロックの中から１つの受信アンテナを選択する。例えば、受信側スイッチ部３６０−１は、受信アンテナブロック３７１に対応しており、受信アンテナ２７１−１〜４、２５〜２８、４９〜５２、７３〜７６、９７〜１００、１２１〜１２４、１４５〜１４８、１６９〜１７２の中から１つの受信アンテナを順次選択する。なお、この例では、受信側スイッチ部３６０−７が対応している受信アンテナブロック３７７は、１つのモノポールアンテナ２７１−１９３のみからなるので、切り替える必要はない（受信側スイッチ部３６０−７を備えておく必要はなく、モノポールアンテナ２７１−１９３を直接ダウンコンバータ部３４０−７に接続してもかまわない）。
【００２９】
図１０は、このチャネルサウンダの具体例で測定した結果から、ビームフォーマーで処理し、放射角と遅延を求めた結果を示す。また、図１１に、近接した遅延波の分離結果を示す。図１１に示された２つのピーク値の間隔は０．０５μ秒以下である。したがって、この具体例での時間分解能は、０．０２５μ秒以下であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ＭＩＭＯ通信システムのための無線伝送路の特性を測定するシステム（チャネルサウンダ）の構成を示す図。
【図２】本発明の送信装置の機能構成例を示す図。
【図３】実施例１の無線信号測定装置の機能構成例を示す図。
【図４】実施例１の送信装置と無線信号測定装置での信号の状態を示す図。
【図５】測定信号生成手段がない無線信号測定装置の機能構成例を示す図。
【図６】測定信号生成手段がない無線信号測定装置を用いた場合の信号の状態を示す図。
【図７】実施例２の無線信号測定装置の機能構成例を示す図。
【図８】送信側アンテナ部の斜視図と、送信アンテナから出力される測定信号を示す図。
【図９】受信側アンテナ部の斜視図と、受信側アンテナ部の断面図と、１つの受信アンテナブロックの構成を示す図。
【図１０】具体例で示したチャネルサウンダで測定した結果から、ビームフォーマーで処理し、放射角と遅延を求めた結果を示す図。
【図１１】近接した遅延波の分離結果を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１００ 送信装置 １１０ 送信側入出力部
１２０ 送信側信号処理部 １３０ 送信側参照信号生成部
１４０ アップコンバータ部 １５０ 増幅部
１６０ 送信側スイッチ部 １７０ 送信側アンテナ部
１７１ 送信アンテナ １８１ ダミーアンテナ
２００、３００ 無線信号測定装置 ２１０ 受信側入出力部
２２０、３２０ 受信側信号処理部 ２２１、３２１ 測定信号生成手段
２２２、３２２ 測定信号処理手段 ２３０ 受信側参照信号生成部
２４０、３４０ ダウンコンバータ部 ２５０ 記録部
２６０、３６０ 受信側スイッチ部 ２７０ 受信側アンテナ部
２７１ 受信アンテナ ２８１ ダミーアンテナ
３７１〜３７７ 受信アンテナブロック
【技術分野】
【０００１】
本発明は、無線伝送路の特性を測定するための無線信号測定装置、およびチャネルサウンダに関する。
【背景技術】
【０００２】
高速無線伝送を実現する技術としてＭＩＭＯ通信システムが注目を集め、研究・開発が積極的に進められている。ＭＩＭＯはMultiple-Input Multiple-Outputの略で、多入力・多出力を意味する。ＭＩＭＯ通信システムは複数のアンテナ素子からなるアレーアンテナを用いて送受信を行うシステムで、アンテナ素子数の増加に応じて同一帯域幅における伝送容量を増加させることができる。ＭＩＭＯ通信では、無線伝搬路の特性が伝送性能やシステム設計に非常に大きな影響を与える。そのため、ＭＩＭＯ通信システムの研究・開発において、無線伝搬路の特性を測定するチャネルサウンダが必要とされる。
【０００３】
チャネルサウンダは、図１に示すように、送信装置８００と無線信号測定装置（受信装置）９００から構成される。送信装置８００は、Ｎ個（Ｎは1以上の整数）の送信アンテナ８７１−１〜Ｎを有しており、各送信アンテナ８７１−ｎ（ｎは１〜Ｎの整数）から、信号ｓｎ（ｔ）が出力される。無線信号測定装置９００は、Ｍ個（Ｍは２以上の整数）の受信アンテナ９７１−１〜Ｍを有しており、各受信アンテナ９７１−ｍ（ｍは１〜Ｍの整数）では信号ｙｍ（ｔ）が受信される。送信アンテナ８７１−１〜Ｎから出力された電波は大地、樹木、建造物などの障害物７１０によって反射され、方向の異なる多数の遅延波として受信アンテナ９７１−１〜Ｍに到来する。さらに送信アンテナ８７１−１〜Ｎや受信アンテナ９７１−１〜Ｍ、または障害物７１０が移動するとドップラーシフトされる。図１では、遅延路の数はＲ個あり、ｒ番目の遅延路の放射角はΨｒ、到来角はΩｒ、減衰量はαｒ、遅延時間はτｒ、ドップラー周波数はυｒとする。ただし、ｒは１〜Ｒの整数である。これらの現象により、図１のような無線伝搬路において、送信アンテナ８７１−ｎから出力された信号ｓｎ（ｔ）に対する受信アンテナ９７１−ｍで受信される信号ｙｍｎ（ｔ）は式（１）のようになる。
【０００４】
【数１】
ここで、ｃは角度特性である。
そして、ｓｎ（ｔ）とｙｍｎ（ｔ）との関係から、送信アンテナ８７１−ｎと受信アンテナ９７１−ｍとの間の無線伝送路の特性（伝搬特性）を求めることができる。
【０００５】
このような，送信側と受信側の角度特性を含んだ無線伝搬路は，時空間マルチパス伝搬路と呼ばれ，測定方法が研究されてきている（非特許文献１、非特許文献２）。また、ＭＩＭＯ通信システムのための無線伝送路の特性を測定するチャネルサウンダとしては、非特許文献３、非特許文献４のチャネルサウンダがある。ただし、非特許文献３、非特許文献４のチャネルサウンダの詳細な動作原理は不明である。
【非特許文献１】阪口, 高田, “MIMO 伝搬特性の測定装置・測定方法・解析方法・モデル化”, 信学論(B), vol.J88-B, no.9,pp.1624-1640,Sept. 2005.
【非特許文献２】T. Matsumoto, S. Thoma, “Turbo Transceiver for MIMO Wireless Communication and Their Performance Verification via Multi-Dimensional Channel Sounding,” IEICE Trans. Commun., vol. E88-B, no.6 June 2005.
【非特許文献３】MEDAV, Multidimensional Channel Sounder［平成２０年９月１２日検索］、インターネット〈http://www.medav.de/fileadmin/redaktion/documents/English/rusk_mimo_e.pdf〉
【非特許文献４】Channelsounder, RUSK Channel Sounder, Multiple ReciveAntennas+, Multiple Recive Antennas-Site2［平成２０年９月１２日検索］、インターネット〈http://www.medav.de/fileadmin/redaktion/documents/English/rusk_mimo_e.pdf〉
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
無線伝送路の特性を測定するためには、上述のように送信アンテナ８７１−ｎから出力された信号ｓｎ（ｔ）に対する受信アンテナ９７１−ｍで受信される信号ｙｍｎ（ｔ）を測定しなければならない。特性を求めなければならない無線伝送路の数は、送信アンテナ８７１−ｎの数Ｎと受信アンテナ９７１−ｍの数Ｍの積Ｎ×Ｍである。したがって、送信アンテナ８７１−ｎと受信アンテナ９７１−ｍを１つずつ選択しながらすべての無線伝送路の特性を測定すると、数Ｎや数Ｍが大きくなるにつれ、測定に必要な時間が膨大となる。
【０００７】
この問題の解決方法としては、送信側は選択した１つの送信アンテナ８７１−ｎから信号ｓｎ（ｔ）を出力し、受信側では、複数の受信アンテナ９７１−ｍで同時に信号ｙｍｎ（ｔ）を受信する方法が考えられる。そのためには、信号処理に必要な回路などを複数備えればよい。しかし、無線信号測定装置を運搬できる大きさや重さにするためには、備えることのできる回路の数にも限界がある。
【０００８】
また、通常、送信アンテナ８７１−ｎを１つ選択し、受信アンテナ９７１−ｍを切り替えながらすべての受信アンテナ９７１−ｍで信号ｙｍｎ（ｔ）を測定する。そして、次の送信アンテナ８７１−ｎ＋１を選択し、受信アンテナ９７１−ｍを切り替えながらすべての受信アンテナ９７１−ｍで信号ｙｍｎ＋１（ｔ）を測定する。つまり、送信側は送信アンテナを切り替える回数はＮ回だが、受信側は受信アンテナを切り替える回数はＮ×Ｍ回となる。したがって、受信側で発生する切り替えに伴う無駄な時間を削減できれば、効率的に測定時間を短縮できる。
【０００９】
本発明は、ＭＩＭＯ通信システムのように多数の無線伝送路の特性を、短時間で測定するための無線信号測定装置、およびチャネルサウンダを提供することを目的とする。特に、無線信号測定装置での受信アンテナの切り替えによって発生する無駄な時間を削減する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の無線信号測定装置は、少なくとも、複数の受信アンテナ、スイッチ部、信号処理部を備える。複数の受信アンテナは、あらかじめ定められた周期で繰り返される測定信号を含む電波を受信する。スイッチ部は、測定信号の１周期分以上の時間、受信アンテナのいずれかを選択する。信号処理部は、スイッチ部が選択した受信アンテナが受信した測定信号を、１周期分以上取得する。そして、信号処理部は、測定信号を周期の途中から受信した場合には、測定信号生成手段で、当該測定信号の中の途中から受信した周期の測定信号と次の周期の測定信号との順番を入れ替えることで、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成する。さらに、信号処理部は、測定信号処理手段で、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号に対してあらかじめ定めた信号処理を行う。つまり、信号処理部は、取得した測定信号が周期の先頭から始まるときには、その測定信号に対して信号処理を行い、取得した測定信号が周期の先頭から始まらないときには、次の周期の先頭を前に配置することで周期の先頭から始まる測定信号を生成し、生成した測定信号に対して信号処理を行う。
【００１１】
また、信号処理部が測定信号を取得するタイミングを、スイッチ部の切り替えに必要な時間に基づいて定めればよい。例えば、スイッチ部が確実に切り替えることのできる時間を経過後であって、測定信号の周期を整数で除したタイミングから測定信号を取得すればよい。
【００１２】
本発明のチャネルサウンダは、上述の無線信号測定装置と、測定信号を含む電波を出力する１つ以上の送信アンテナを有する送信装置で構成される。送信装置は、同時に２つ以上の送信アンテナから測定信号を送信しない。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の無線信号測定装置とチャネルサウンダによれば、測定信号生成手段が周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成するので、無線信号測定装置の信号処理部が測定信号を取得するタイミングを、測定信号の周期に合わせる必要がない。つまり、無線信号測定装置のスイッチ部の切り替えが終われば、すぐに測定信号の測定ができる。したがって、無線伝送路の特性を短時間で測定できる。特に、無線信号測定装置での受信アンテナの切り替えによって発生する無駄な時間を削減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明の実施例を示す。なお、同じ機能を有する構成部には同じ番号を付し、重複説明を省略する。
【実施例１】
【００１５】
図２に送信装置の機能構成例、図３に実施例１の無線信号測定装置の機能構成例を示す。送信装置１００と無線信号測定装置２００で、チャネルサウンダは構成される。図４は、送信装置１００と無線信号測定装置２００での信号の状態を示す図である。
【００１６】
送信装置１００は、送信側入出力部１１０、送信側信号処理部１２０、送信側参照信号生成部１３０、アップコンバータ部１４０、増幅部１５０、送信側スイッチ部１６０、送信側アンテナ部１７０を備える。送信側入出力部１１０は、送信装置１００の制御に必要な情報の取得や、送信装置１００の状態の出力などを行う。送信側信号処理部１２０は、送信側スイッチ部１６０を制御するとともに、送信側アンテナ部１７０から出力する信号を生成する。例えば、送信データビットをＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）の各サブキャリアのシンボルに割り当てる。次に、この周波数軸上の複素信号を逆ＦＦＴ（Fast Fourier Transform）して、時間軸上の複素信号を生成する。逆ＦＦＴのポイントは、１２８、２５６、５１２、１０２４、２０４８、４０９６などにすればよい。さらに、ＧＩ（Guard Interval）を付加し、窓掛け処理を行った後、Ｄ／Ａ変換によりアナログ信号に変換して、ベースバンドのＩＱアナログ信号を生成し、アップコンバータ部１４０へ出力する。このＤ／Ａ変換は、送信側参照信号生成部１３０が生成した参照信号に同期したサンプリングタイミングで行われる。なお、送信側スイッチ部１６０の制御も、このサンプリングタイミングと同期して行われる。アップコンバータ部１４０は、ベースバンドのＩＱアナログ信号を、ＲＦ信号に変換する。増幅部１５０は、ＲＦ信号を増幅し、出力する。この出力には、あらかじめ定められた周期で繰り返される測定信号が含まれている。送信側スイッチ部１６０は、後述するタイミングで送信側アンテナ部１７０内の１つの送信アンテナ１７１−ｎ（ただし、ｎは１〜Ｎの整数、Ｎは１以上の整数）を選択する。送信側アンテナ部１７０は、Ｎ個の送信アンテナ１７１−１〜Ｎを有する。
【００１７】
無線信号測定装置２００は、受信側入出力部２１０、受信側信号処理部２２０、受信側参照信号生成部２３０、ダウンコンバータ部２４０、記録部２５０、受信側スイッチ部２６０、受信側アンテナ部２７０を備える。受信側アンテナ部２７０は、Ｍ個（ただし、Ｍは２以上の整数）の受信アンテナ２７１−１〜Ｍを有する。受信アンテナ２７１−１〜Ｍは、送信装置１００から出力された測定信号を含む電波を受信する。受信側スイッチ部２６０は、受信アンテナ２７１−１〜Ｍの中から１つの受信アンテナ２７１−ｍ（ただし、ｍは１〜Ｍの整数）を選択する。なお、受信側スイッチ部２６０は、１つの受信アンテナ２７１−ｍが受信する偏波（例えば、垂直偏波か水平偏波）も含めて選択してもよい。このように偏波も含めて選択する場合には、物理的には１つの受信アンテナを２つの受信アンテナと考え、受信側スイッチ部２６０で選択すればよい。ダウンコンバータ部２４０は、受信側スイッチ部２６０が選択した受信アンテナ２７１−ｍが受信したＲＦ信号をベースバンドのＩＱアナログ信号に変換する。受信側参照信号生成部２３０は、参照信号を生成する。
【００１８】
受信側信号処理部２２０は、受信側参照信号生成部２３０が生成した参照信号に同期させて測定信号を含む電波をサンプリングする。また、受信側信号処理部２２０は、受信側スイッチ部２６０を、受信側参照信号生成部２３０が生成した参照信号に同期させて切り替える。受信側信号処理部２２０は、測定信号生成手段２２１と測定信号処理手段２２２とを有している。上述の受信側信号処理部２２０が行う測定信号を含む電波のサンプリングでは、受信アンテナ２７１−ｍごとに１周期分以上の測定信号を取得する。そして、測定信号を周期の途中から受信した場合には、測定信号生成手段２２１が、当該測定信号の中の途中から受信した周期の測定信号と次の周期の測定信号との順番を入れ替えることで、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成する。測定信号処理手段２２２は、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号に対してあらかじめ定めた信号処理を行う。あらかじめ定めた信号処理とは、例えば、送信装置１００の出力がＯＦＤＭを逆ＦＦＴした信号の場合、まず、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号をＦＦＴして周波数軸上の複素信号を得る。得られた各サブキャリアの複素受信信号に対して、既知である送信信号の複素共役を乗算して送受信アンテナ間の伝搬特性を得る。そして、これらの結果を記録部２５０に記録する。受信側入出力部２１０は、無線信号測定装置２００の制御に必要な情報の取得や、測定結果の出力などを行う。
【００１９】
次に、図４を用いて、上述の送信装置１００から出力される電波に含まれる信号と、無線信号測定装置２００の受信側信号処理部２２０での処理の関係を詳しく説明する。送信装置１００は、送信アンテナ１７１−ｎを順次選択し、送信アンテナ１７１−ｎごとに１つの送信フレーム１７２−ｎを出力する。送信フレーム１７２−ｎは、プリアンブル１７３−ｎ、制御信号１７４−ｎ、測定用データ１７５−ｎ、測定信号１７６−ｎ−１〜Ｐで構成されており、プリアンブル１７３−ｎの前には、送信側スイッチ部１６０が切り替わるために十分な時間が確保されている（切り替わるために必要な時間は無信号である）。プリアンブル１７３−ｎは、送信装置１００と無線信号測定装置２００とが同期を取るための信号である。制御信号１７４−ｎは、ＧＩの情報や制御方法の情報などを含む信号である。測定用データ１７５−ｎは、測定信号に関する情報（例えば、ＦＦＴサイズなど）を含む信号である。測定信号１７６−ｎ−１〜Ｐは、同じ測定信号がＰ回繰り返された信号である。図４の中では、その後の処理の説明を分かりやすくするため、送信装置１００が送信した測定信号の偶数番目には網掛けを施しているが、どれも同じ信号である。
【００２０】
無線信号測定装置２００では、受信アンテナ２７１−ｍを順次選択し、測定信号１７６−ｎ−ｐを、１周期分測定する。受信側信号処理部２２０には、受信アンテナ２７１−ｍが受信した測定信号２７６−ｍが入力される。測定信号２７６−１と測定信号２７６−２との間には、受信側スイッチ部２６０が切り替える時間の間隔がある。図４では、受信側スイッチ部２６０が切り替える時間を、測定信号の１周期の１／４としている。つまり、受信側信号処理部２２０が取得する受信アンテナ２７１−ｍが受信した測定信号２７６−ｍは、受信側スイッチ部２６０が切り替える時間（１／４周期）ずつ、送信装置１００が出力する測定信号１７６−ｎ−ｐよりも遅れる。したがって、測定信号１７６−ｎ−ｐが５周期分送られたときに、４周期分の受信した測定信号２７６−ｍが取得される。受信側信号処理部２２０が、すべての受信アンテナ分の測定信号２７６−１〜Ｍを取得するためには、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐは、Ｐ≧５Ｍ／４でなければならない。測定信号生成手段２２１は、受信した測定信号２７６−ｍが周期の先頭から始まる場合は、そのままの測定信号を出力する。図４では、受信した測定信号２７６−１、２７６−５がこの場合である。また、測定信号生成手段２２１は、受信した測定信号２７６−ｍが周期の途中から始まる場合には、当該測定信号の中の途中から受信した周期の測定信号と次の周期の測定信号との順番を入れ替えることで、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成する。図４では、受信した測定信号２７６−２、２７６−３、２７６−４がこの場合であり、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号２７７−２、２７７−３、２７７−４が生成される。測定信号処理手段２２２は、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号２７７−ｍに対してあらかじめ定めた信号処理を行う。つまり、無線信号測定装置２００の場合には、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐは、およそ５Ｍ／４である。
【００２１】
次に、無線信号測定装置２００が測定信号生成手段２２１を有することによる効果を示すために、測定信号生成手段２２１がない無線信号測定装置の処理について説明する。図５は、測定信号生成手段２２１がない無線信号測定装置の機能構成例を示す図である。無線信号測定装置６００は、測定信号生成手段がないこと以外は無線信号測定装置２００と同じである。図６は、無線信号測定装置６００を用いた場合の信号の状態を示す図である。送信装置１００からは、測定信号１７６−ｎ−ｐ’がＰ’回繰り返し出力される。無線信号測定装置６００では、受信アンテナ２７１−ｍを順次選択し、測定信号１７６−ｎ−ｐ’を、周期の先頭から１周期分測定する。受信側信号処理部６２０には、受信アンテナ２７１−ｍが受信した測定信号６７６−ｍが入力される。受信した測定信号６７６−１と受信した測定信号６７６−２との間には、測定信号６７６−ｍの１周期分の間隔がある。これは、測定信号生成手段２２１がないので、測定信号処理手段２２２に周期の先頭から始まる１周期分の測定信号６７７−ｍを入力するためには、周期の先頭から測定する必要があるからである。図６の例では、受信側スイッチ部の切り替え時間は、１／４周期分なので、残りの３／４周期分の時間は何の処理も行っていない時間（無駄な待ち時間）となってしまう。この例では、送信装置１００が２周期分の測定信号１７６−ｎ−ｐ’を送信したときに、無線信号測定装置６００が１周期分（１つの受信アンテナ分）の測定信号６７６−ｍを取得する。受信側信号処理部６２０が、すべての受信アンテナ分の測定信号６７６−１〜Ｍを取得するためには、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐ’は、Ｐ’≧２Ｍでなければならない。つまり、無線信号測定装置６００の場合には、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐ’は、およそ２Ｍである。
【００２２】
上述のように、測定信号生成手段２２１を有する無線信号測定装置２００を用いた場合は、測定信号の繰り返しの数Ｐがおよそ５Ｍ／４であるのに対して、測定信号生成手段２２１がない無線信号測定装置６００を用いた場合は、測定信号の繰り返しの数Ｐ’がおよそ２Ｍである。つまり、測定信号生成手段２２１を備えることによって、測定信号の繰り返しの数を、大幅に少なくできることが分かる。
【実施例２】
【００２３】
図７に実施例２の無線信号測定装置の機能構成例を示す。無線信号測定装置３００は、Ｑ個（ただし、Ｑは２以上の整数）の受信側スイッチ部３６０−１〜Ｑ、ダウンコンバータ３４０−１〜Ｑを備えている。また、受信側信号処理装置３２０は、Ｑ個の測定信号生成手段３２１−１〜Ｑ、測定信号処理手段３２２−１〜Ｑを備えている。なお、送信装置は、実施例１と同じである。
【００２４】
それぞれの受信側スイッチ部３６０−ｑ（ただし、ｑは１〜Ｑの整数）は、Ｍ個の受信アンテナの中から１つずつ受信アンテナを選択し、ダウンコンバータ３４０−ｑ、測定信号生成手段３２１−ｑ、測定信号処理手段３２２−ｑによって、信号処理を行う。信号処理の手順は実施例１と同じである。このように、Ｑ個の受信アンテナに対する処理を並列に行うことで、送信装置１００から出力される測定信号の繰り返しの数Ｐを、およそ５Ｍ／４Ｑにできる。ただし、Ｑの値を大きくすると無線信号測定装置３００が大きくなり、可搬性の問題が生じる。したがって、Ｑの値は、無線信号測定装置３００の大きさなどから制限される。
【００２５】
［具体例］
次に、送信装置１００と無線信号測定装置３００とからなるチャネルサウンダの具体例を示す。この例では、Ｑ＝７である。つまり、無線信号測定装置３００は、７個の受信側スイッチ部３６０−１〜７、ダウンコンバータ３４０−１〜７を備えている。また、受信側信号処理装置３２０は、７個の測定信号生成手段３２１−１〜７、測定信号処理手段３２２−１〜７を備えている。
【００２６】
図８に、（Ａ）送信側アンテナ部１７０の斜視図と、（Ｂ）送信アンテナ１７１−１〜１６から出力される測定信号を示す。送信側アンテナ部１７０は、上下２段に、１段につき８個の送信アンテナ１７１−１〜１７１−１６が配置されている。また、各段の両端には、ダミーアンテナ１８１−１〜４が配置されている。そして、上段の８個の送信アンテナ１７１−１〜８は垂直偏波の送信アンテナであり、下段の８個の送信アンテナ１７１−９〜１６は水平偏波の送信アンテナである。また、出力される測定信号は、５０ＭＨｚの幅に対して間隔ｆで離散的に周波数成分を有する信号である。間隔ｆはＦＦＴのサイズにより異なるが、本具体例では１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚである。
【００２７】
図９は、（Ａ）受信側アンテナ部２７０の斜視図と、（Ｂ）平面Ａでの断面図と、（Ｃ）１つの受信アンテナブロックの構成を示す図である。受信側アンテナ部２７０は、円柱上の本体の円周面上に、４段×２４個／段（合計９６個）のアンテナ素子が配置されている。また、アンテナ素子の上下の段には、ダミーアンテナ ２８１−１〜４８は配置されている。さらに、受信側アンテナ部２７０は、円柱上の本体の上面に、モノポールアンテナ２７１−１９３を備えている。この具体例では、受信側スイッチ部３６０−ｑは、各アンテナ素子が受信する偏波（垂直偏波か水平偏波）も含めて選択する。したがって、１つのアンテナ素子が２つの受信アンテナに相当する。物理的には同じアンテナ素子であるが、垂直偏波の受信アンテナが２７１−１〜９６であり、水平偏波の受信アンテナが２７１−９７〜１９２である。受信アンテナ２７１−１〜１９２を６つの受信アンテナブロック３７１〜３７６に分ける。図９（Ｃ）は１つの受信アンテナブロックの構成を示している。受信アンテナブロック３７１は、３２個の受信アンテナ２７１−１〜４、２５〜２８、４９〜５２、７３〜７６、９７〜１００、１２１〜１２４、１４５〜１４８、１６９〜１７２で構成される（物理的なアンテナ素子の数は１６個）。また、モノポールアンテナ２７１−１９３が、７個目の受信アンテナブロック３７７である。
【００２８】
送信装置１００は、送信アンテナ１７１−１〜１６の中から１つずつを順次選択し、送信フレーム１７２−ｎを出力する。無線信号測定装置３００の受信側スイッチ部３６０−ｑ（ただし、ｑは１〜７の整数）は、それぞれ、いずれか１つの受信アンテナブロックに対応しており、対応する受信アンテナブロックの中から１つの受信アンテナを選択する。例えば、受信側スイッチ部３６０−１は、受信アンテナブロック３７１に対応しており、受信アンテナ２７１−１〜４、２５〜２８、４９〜５２、７３〜７６、９７〜１００、１２１〜１２４、１４５〜１４８、１６９〜１７２の中から１つの受信アンテナを順次選択する。なお、この例では、受信側スイッチ部３６０−７が対応している受信アンテナブロック３７７は、１つのモノポールアンテナ２７１−１９３のみからなるので、切り替える必要はない（受信側スイッチ部３６０−７を備えておく必要はなく、モノポールアンテナ２７１−１９３を直接ダウンコンバータ部３４０−７に接続してもかまわない）。
【００２９】
図１０は、このチャネルサウンダの具体例で測定した結果から、ビームフォーマーで処理し、放射角と遅延を求めた結果を示す。また、図１１に、近接した遅延波の分離結果を示す。図１１に示された２つのピーク値の間隔は０．０５μ秒以下である。したがって、この具体例での時間分解能は、０．０２５μ秒以下であることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】ＭＩＭＯ通信システムのための無線伝送路の特性を測定するシステム（チャネルサウンダ）の構成を示す図。
【図２】本発明の送信装置の機能構成例を示す図。
【図３】実施例１の無線信号測定装置の機能構成例を示す図。
【図４】実施例１の送信装置と無線信号測定装置での信号の状態を示す図。
【図５】測定信号生成手段がない無線信号測定装置の機能構成例を示す図。
【図６】測定信号生成手段がない無線信号測定装置を用いた場合の信号の状態を示す図。
【図７】実施例２の無線信号測定装置の機能構成例を示す図。
【図８】送信側アンテナ部の斜視図と、送信アンテナから出力される測定信号を示す図。
【図９】受信側アンテナ部の斜視図と、受信側アンテナ部の断面図と、１つの受信アンテナブロックの構成を示す図。
【図１０】具体例で示したチャネルサウンダで測定した結果から、ビームフォーマーで処理し、放射角と遅延を求めた結果を示す図。
【図１１】近接した遅延波の分離結果を示す図。
【符号の説明】
【００３１】
１００ 送信装置 １１０ 送信側入出力部
１２０ 送信側信号処理部 １３０ 送信側参照信号生成部
１４０ アップコンバータ部 １５０ 増幅部
１６０ 送信側スイッチ部 １７０ 送信側アンテナ部
１７１ 送信アンテナ １８１ ダミーアンテナ
２００、３００ 無線信号測定装置 ２１０ 受信側入出力部
２２０、３２０ 受信側信号処理部 ２２１、３２１ 測定信号生成手段
２２２、３２２ 測定信号処理手段 ２３０ 受信側参照信号生成部
２４０、３４０ ダウンコンバータ部 ２５０ 記録部
２６０、３６０ 受信側スイッチ部 ２７０ 受信側アンテナ部
２７１ 受信アンテナ ２８１ ダミーアンテナ
３７１〜３７７ 受信アンテナブロック
【特許請求の範囲】
【請求項１】
あらかじめ定められた周期で繰り返される測定信号を含む電波を受信する複数の受信アンテナと、
前記測定信号の１周期分以上の時間、前記受信アンテナのいずれかを選択するスイッチ部と、
前記スイッチ部が選択した受信アンテナが受信した測定信号を、１周期分以上取得し、当該測定信号の信号処理を行う信号処理部と
を備え、
前記信号処理部は、
前記測定信号を周期の途中から受信した場合には、当該測定信号の中の途中から受信した周期の測定信号と次の周期の測定信号との順番を入れ替えることで、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成する測定信号生成手段と、
周期の先頭から始まる１周期分の測定信号に対してあらかじめ定めた信号処理を行う測定信号処理手段と
を有する
ことを特徴とする無線信号測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の無線信号測定装置であって、
前記信号処理部が前記測定信号を取得するタイミングが、前記スイッチ部の切り替えに必要な時間に基づいて定められている
ことを特徴とする無線信号測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の無線信号測定装置と、
前記測定信号を含む電波を出力する１つ以上の送信アンテナを有し、同時に２つ以上の前記送信アンテナから前記測定信号を送信しないことを特徴とする送信装置と、
を備える
チャネルサウンダ。
【請求項４】
請求項３記載のチャネルサウンダであって、
前記測定信号が、直交周波数分割多重方式の信号（以下、「ＯＦＤＭ信号」という。）であり、
前記測定信号処理手段は、
送信アンテナごと、かつ受信アンテナごとに、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を高速フーリエ変換して、前記ＯＦＤＭ信号のサブキャリアごとの複素振幅を求め、
前記送信アンテナごとの、送信した前記ＯＦＤＭ信号のサブキャリアごとの複素共役を用いて、前記送信アンテナと前記受信アンテナと組み合わせごとの伝搬特性を求める
ことを特徴とするチャネルサウンダ。
【請求項５】
請求項３または４記載のチャネルサウンダであって、
１つの送信アンテナから測定信号を含む電波を出力した状態で、
前記スイッチ部は、前記信号処理部が前記測定信号の１周期分を取得する時間以上、いずれかの受信アンテナの選択を維持し、その後、次の受信アンテナを選択するために切り替わり、
前記信号処理部は、前記スイッチ部が切り替わるために必要な時間が経過した後、前記次の受信アンテナが受信した測定信号の取得を開始する
ことを繰り返し、前記１つの送信アンテナと受信アンテナごとの伝搬特性を求める
ことを特徴とするチャネルサウンダ。
【請求項１】
あらかじめ定められた周期で繰り返される測定信号を含む電波を受信する複数の受信アンテナと、
前記測定信号の１周期分以上の時間、前記受信アンテナのいずれかを選択するスイッチ部と、
前記スイッチ部が選択した受信アンテナが受信した測定信号を、１周期分以上取得し、当該測定信号の信号処理を行う信号処理部と
を備え、
前記信号処理部は、
前記測定信号を周期の途中から受信した場合には、当該測定信号の中の途中から受信した周期の測定信号と次の周期の測定信号との順番を入れ替えることで、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を生成する測定信号生成手段と、
周期の先頭から始まる１周期分の測定信号に対してあらかじめ定めた信号処理を行う測定信号処理手段と
を有する
ことを特徴とする無線信号測定装置。
【請求項２】
請求項１記載の無線信号測定装置であって、
前記信号処理部が前記測定信号を取得するタイミングが、前記スイッチ部の切り替えに必要な時間に基づいて定められている
ことを特徴とする無線信号測定装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の無線信号測定装置と、
前記測定信号を含む電波を出力する１つ以上の送信アンテナを有し、同時に２つ以上の前記送信アンテナから前記測定信号を送信しないことを特徴とする送信装置と、
を備える
チャネルサウンダ。
【請求項４】
請求項３記載のチャネルサウンダであって、
前記測定信号が、直交周波数分割多重方式の信号（以下、「ＯＦＤＭ信号」という。）であり、
前記測定信号処理手段は、
送信アンテナごと、かつ受信アンテナごとに、周期の先頭から始まる１周期分の測定信号を高速フーリエ変換して、前記ＯＦＤＭ信号のサブキャリアごとの複素振幅を求め、
前記送信アンテナごとの、送信した前記ＯＦＤＭ信号のサブキャリアごとの複素共役を用いて、前記送信アンテナと前記受信アンテナと組み合わせごとの伝搬特性を求める
ことを特徴とするチャネルサウンダ。
【請求項５】
請求項３または４記載のチャネルサウンダであって、
１つの送信アンテナから測定信号を含む電波を出力した状態で、
前記スイッチ部は、前記信号処理部が前記測定信号の１周期分を取得する時間以上、いずれかの受信アンテナの選択を維持し、その後、次の受信アンテナを選択するために切り替わり、
前記信号処理部は、前記スイッチ部が切り替わるために必要な時間が経過した後、前記次の受信アンテナが受信した測定信号の取得を開始する
ことを繰り返し、前記１つの送信アンテナと受信アンテナごとの伝搬特性を求める
ことを特徴とするチャネルサウンダ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１１】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−９３４９７（Ｐ２０１０−９３４９７Ａ）
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２６０８９４（Ｐ２００８−２６０８９４）
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【出願人】（０００００１１７７）株式会社光電製作所 (32)
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年４月２２日（２０１０．４．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１０月７日（２００８．１０．７）
【出願人】（０００００１１７７）株式会社光電製作所 (32)
【出願人】（３９２０２６６９３）株式会社エヌ・ティ・ティ・ドコモ (5,876)
【Ｆターム（参考）】
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