FI114596B - Menetelmä ja laite radiokanavan simuloimiseksi - Google Patents

Description

114596

Menetelmä ja laite radiokanavan simuloimiseksi

Keksinnön ala

Keksinnön kohteena on menetelmä ja menetelmän toteuttava laite radiokanavan simuloimiseksi. Keksintö kohdistuu erityisesti tilanteeseen, jossa 5 radiokanavan läpi kulkevan signaalin lähetyksessä ja/tai vastaanotossa käytetään useita antenneja.

Keksinnön tausta

Eräs radiojärjestelmien oleellinen ongelma on radiokanavan ominaisuuksien nopea vaihtelu ajan funktiona. Tämä koskee erityisesti matkapuhelin-10 järjestelmiä, joissa ainakin toinen yhteyden osapuolista on usein liikkuva. Tällöin radiokanavan vaimennus ja impulssivaste vaihtelee laajalla vaihe- ja amplitudialueella jopa tuhansia kertoja sekunnissa. Ilmiö on luonteeltaan satunnaista, joten matemaattisesti sitä voidaan kuvata tilastollisesti. Ilmiö vaikeuttaa radioyhteyksien ja käytettävien laitteiden suunnittelua. v.: 15 Radiokanavan vaihteluun on useita syitä. Lähetettäessä radiotaa- ;’· > juista signaalia lähettimeltä vastaanottimelle radiokanavassa signaali etenee * ; yhtä tai useampaa polkua pitkin, joista kussakin signaalin vaihe ja amplitudi vaihtelevat. Etenkin vaiheen vaihtelu aiheuttaa signaaliin kestoltaan ja voimakkuudeltaan eri suuruisia häipymiä. Lisäksi radioyhteyttä häiritsee myös kohina 20 ja toisten lähettimien aiheuttama interferenssi.

Radiokanavaa voidaan testata joko todellisissa olosuhteissa tai todellisia olosuhteita matkivalla simulaattorilla. Todellisissa olosuhteissa tehdyt ;; testit ovat hankalia, koska esimerkiksi ulkona tapahtuviin testeihin vaikuttaa ' · · · ‘ esimerkiksi sää ja vuodenaika, jotka muuttuvat koko ajan. Samassakin paikas- 25 sa tehdyt mittaukset tuottavat eri aikoina eri tuloksia. Lisäksi yhdessä ympäris-.···. tössä (kaupunki A) tehty testi ei päde täysin toisessa vastaavan kaltaisessa ympäristössä (kaupunki B). Myöskään pahinta mahdollista tilannetta ei yleensä : ·' pystytä testaamaan todellisissa olosuhteissa.

·: Radiokanavaa simuloivalla laitteella sen sijaan voidaan hyvin va- 30 päästi simuloida halutun kaltainen radiokanava kahden radiolaitteen välillä siten, että radiolaitteet toimivat luonnollisilla siirtonopeuksillaan, kuten todellisessa käyttötilanteessa.

Tyypillisesti lähettimen ja vastaanottimen välillä on useita etenemisteitä, joita pitkin signaali etenee, ja lisäksi jos käytössä on useampia lähetys-35 ja/tai vastaanotinantenneja, tulee tilanteen simulointi oleellisesti raskaammak- 2 114596 si. Oletetaan esimerkiksi järjestely, joka koostuu M:stä lähetysantennista, radiokanavasta sekä N:stä vastaanotinantennista. Tällöin on kyseessä ns. ΜΙΜΟ radiokanava (Multiple Input Multiple Output), jota kuvaa ΝχΜ-siirtomatriisi. Kukin (n,m)-elementti matriisissa on aikavaihteleva impulssivaste nrnnen lähe-5 tysantennin, n:nnen vastaanotinantennin ja radiokanavan muodostamalle ketjulle.

Tunnetun tekniikan mukaisissa ratkaisussa esitetyn tilanteen simuloimiseksi kutakin matriisielementtiä simuloidaan aikavaihtelevalla transversaa-lisella suodattimena, tyypillisesti FIR-suodattimella. Yhteensä tarvitaan siis 10 MxN kappaletta FIR-suodattimia. Edelleen tarvitaan järjestely, joka kuvaa matriisin eri elementtien välistä korrelaatiota. Jos oletetaan, että signaalien eri ete-nemisreittien lukumäärä on K, niin tunnetun tekniikan mukaisen laskentamenetelmän toteutuksen kompleksisuus ilmaistuna tarvittavina kertolaskuina, viive-elementteinä ja yhteenlaskuina, on MxNxK viivettä, ΜχΝχΚ kertolaskua ja 15 ΜχΝχΚ yhteenlaskua. On huomattava, että K-sisäänmenoisen yhteenlaskijan kompleksisuus on K. Tässä ei ole huomioitu siirtomatriisin elementtien välisen : : korrelaation laskennan vaikutusta.

Kun lähetys- ja vastaanotinantennien lukumäärä kasvaa, niin las-: kennan vaatima kompleksisuus kasvaa rajusti. Täten MIMO-järjestelmien si- ! 20 mulointi on vaatinut erittäin raskasta laskentakapasiteettia. Tämä on vaikea ; ongelma, koska kiinnostus tämän tyyppisiin järjestelmiin on ollut voimakkaassa , kasvussa niiden potentiaalisten etujen vuoksi.

Keksinnön lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on toteuttaa menetelmä ja menetelmän to-25 teuttava laitteisto siten, että MIMO-radiokanavan simulointi on helppo toteut-: : taa. Tämä saavutetaan menetelmällä radiokanavan simuloimiseksi, jossa si- . · . muloidaan useammalla kuin yhdellä antennilla lähetettyä ja yhdellä tai useam- t’·’ maila antennilla vastaanotettua sekä yhtä tai useampaa etenemistietä eden- : ·' nyttä signaalia. Keksinnön mukaisessa menetelmässä viedään kunkin lähe- : 30 tysantennin sisäänmenosignaali samanlaiselle viivelinjalle, jotka viivelinjat kä sittävät kukin peräkkäiskytkennässä viive-elementin kutakin etenemisreittiä kohden, painotetaan painotusvälineissä kutakin etenemisreittiä vastaavien viive-elementtien ulostulosignaalia kunkin lähetysantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä, etenemistien vääristymää kuvaavalla termillä, ja kunkin vas-35 taanottoantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä jolloin saadaan signaali-komponentti kutakin vastaanottoantennia kohden ja summataan painotusväli- 3 114596 neiden ulostuloista saatavat kutakin vastaanottoantennia vastaavat komponentit keskenään.

Keksinnön kohteena on myös laite radiokanavan simuloimiseksi, jossa simuloidaan useammalla (M) kuin yhdellä antennilla lähetettyä ja yhdellä 5 tai useammalla antennilla (N) vastaanotettua sekä yhtä tai useampaa etenemistietä edennyttä signaalia. Keksinnön mukainen laite käsittää M samanlaista viivelinjaa, jotka käsittävät kukin peräkkäiskytkennässä viive-elementin kutakin etenemisreittiä kohden, ja joiden sisäänmenossa on lähetettävät M signaalia, joukon painotusvälineitä, joiden sisäänmenossa on kutakin etenemisreittiä vas-10 taavien viive-elementtien ulostulosignaalit, joita painotetaan muissa sisäänme-noissa olevilla vastaavan etenemisreitin vääristymää kuvaavalla termillä, kunkin lähetysantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä ja kunkin vastaanotto-antennin ohjausvektorista riippuvalla termillä, ja jonka painotusvälineen ulostulossa on signaali kutakin vastaanottoantennia kohden, ja summaimen, joka on 15 sovitettu summaamaan painotusvälineiden ulostuloista saatavat kutakin vastaanottoantennia vastaavat termit keskenään.

v : Keksinnön eräitä edullisia suoritusmuotoja kuvataan epäitsenäisissä patenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukainen ratkaisu on mahdollista toteuttaa sekä laitteis-; 20 to- että ohjelmistopohjaisena toteutuksena. Edullisten toteutusmuotojen mu- • kainen simulaattori toteutetaan viivelinjojen, painotusvälineiden ja summaimen , avulla. Viivelinjoja on edullisesti yhtä monta kuin lähetysantennia. Viivelinjojen elementit vastaavat signaalin etenemisteiden lukumääriä. Kunkin etenemisreitin läpi kulkeneet signaalit painotetaan etenemisreitin vääristymää kuvaavalla 25 ja lähetys- ja vastaanotinantennien ohjausvektoreista riippuvilla termeillä. Lo-‘ puksi kutakin vastaanotinantennia vastaavat termit summataan keskenään.

Keksinnön mukaisella menetelmällä ja laitteella saavutetaan useita : etuja. Esitetyllä ratkaisulla voidaan radiokanavan simuloinnissa tarvittavan las- .,'. kennan määrää vähentää oleellisesti. Myös eri siirtomatriisin elementtien väli- 30 sen korrelaation laskeminen tulee joustavasti otettua huomioon laskennan ai-** kana. Jos oletetaan, että lähetysantenneja on M, vastaanotinantenneja N ja signaalien eri etenemisreittien lukumäärä on K, niin edullisten toteutusmuotojen mukaisissa ratkaisuissa kompleksisuus on MxK viivettä, (M+N+1)xK kertolaskua ja (N+1)xK yhteenlaskua. Kompleksisuuden vähentymiskerroin verrat-35 tuna aiempiin ratkaisuihin on siis vähintään N viiveille, (ΜχΝ)/ (M+N+1) kertolaskujen määrälle ja (ΜχΝ)/ (N+1) yhteenlaskujen määrälle. Tästä syystä esite- 4 114596 tyn ratkaisun mukainen simulaattorilaitteisto on oleellisesti edullisempi ja helpompi toteuttaa kuin aiemmat ratkaisut, jotka ovat vaatineet raskaampaa laskentakapasiteettia.

Kuvioiden lyhyt selostus 5 Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh teydessä, viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1A havainnollistaa radiojärjestelmille tyypillistä signaalien ete-nemisympäristöä, kuvio 1B selventää käytettyjä merkintöjä, 10 kuvio 2 esittää esimerkkiä, jossa radiokanava on staattinen, kuviot 3A ja 3B havainnollistavat esimerkkejä laskentaelementin toteutuksesta, kuvio 4 esittää esimerkkiä, jossa radiokanava on ajan ja taajuuden mukaan vaihteleva, 15 kuviot 5A-5D havainnollistavat esimerkkejä simulointilaitteiston Ιον teutuksesta, kuvio 6 havainnollistaa esimerkkiä eräästä edullisesta toteutusmuo- *:·*; dosta.

Suoritusmuotojen selostus 20 Määritellään aluksi hieman termejä. Tarkastellaan kuvion 1A mu- ’’··* kaista esimerkkiä radiojärjestelmille tyypillisestä signaalien etenemisympäris- töstä. Kuviossa on lähetysantenni 100 ja vastaanotinantenni 102 ja niiden välil-lä joukko signaaliaaltojen etenemisteitä 104, 106. Olkoon etenemisteiden lukumäärä K. Etenemistiellä aalto kohtaa joukon esteitä. Kohdatessaan esteen .·, 25 aalto saattaa esimerkiksi heijastua, sirota tai hajaantua. Kussakin kohtaami- ···, sessa aallon amplitudi vaimenee ja sen vaihe muuttuu riippuen kohteen omi- '^' naisuuksista ja aallon tulo- ja lähtökulmista.

: '/ Kun lähetysantennia 100 liikutetaan hieman, tyypillisesti joitain lähe- :/-: tettävän signaalin aallonpituuden monikertoja, signaaliaaltojen etenemistien 30 geometria pysyy oleellisesti samana. Aluetta, jonka sisällä lähetysantennia voidaan liikuttaa etenemistien geometrian muuttumatta, on kuviossa 1 merkitty Rilliä. Vastaavasti, R2 kuvaa aluetta, jonka sisällä vastaanottoantennia 102 voi liikuttaa ilman, että signaaliaaltojen etenemistien geometria muuttuu oleellisesti. Käytetään koordinaattijärjestelmää, jossa origot Oi ja vastaavasti 02 on 35 määritelty satunnaiseen pisteeseen alueen Rt ja vastaavasti alueen R2 sisällä.

5 114596

Antennien 100 ja 102 sijainnit määrittävät siten kokonaan vektorit n e R3 ja r2 e R3, jossa R on reaaliakseli.

Olkoon x e C Gossa C on kompleksiavaruus) kompleksiverho-käyräsignaali lähetinantennin sisääntulossa, antennin sijaitessa paikassa η e 5 Ri. Nyt, k:nnen aallon aiheuttama komponentti paikassa r2 e R2 sijaitsevan vastaanotinantennin ulostulossa voidaan kuvata kaavalla: yk(n,r2) = ak exp {\2πλοΛ (ΩιΚ · n)} exp {j2Ta0'1 (Ω2Κ · r2)} x.

Tässä λ0 on signaalin aallonpituus ja (·) tarkoittaa skalaarituloa. Edelleen, ak on k:nnen aallon kompleksinen vaimennuskerroin, ja Ωικ sekä 10 Ω2ι< tarkoittavat aallon lähtö- ja tulokulmaa lähetys- ja vastaanottoantenneihin nähden. Kaavan merkintöjä havainnollistetaan kuviossa 1B, jossa on kuvattu origo Oi, ja akseleina ovat rh, rv ja rz. Kuvioon on merkitty ympyrä S2, jonka säde on yksi ja jolla sijaitsee piste Ω. Aallon suunta voidaan määrittää pisteeseen Ω päättyvänä yksikkövektorina. Pisteen Ω määrittää yksiselitteisesti sen 15 ympyräkoordinaatit (φ,θ) e [-π,π) χ [-π,π] seuraavan suhteen mukaisesti: Ω = β(φ,θ) = [cos(<j))sin(0), sin(cj)) sin(0), cos(0)]T.

Tässä ()T on transpoosioperaatio. Kulmia φ ja 0 kutsutaan Ω:η atsi-muuttikulmaksi ja nousukulmaksi. Kompleksinen vaimennuskerroin ak riippuu : k:nnen aallon ja etenemistiellä olevien esteiden välisistä vuorovaikutuksista, : ’ * : 20 aallon etenemistien pituudesta sekä myös lähetys- ja vastaanottoantennien ·:* : kenttäkuvioiden ominaisuuksista suunnissa Ω^ sekä Ω2|<.

;·· . Tarkastellaan seuraavaksi kuviossa 2 esitettyä tilannetta, jossa M

lähetysantennia 200 ja N vastaanottoantennia 202 sijoitetaan alueille Ri ja R2.

,:> Jos xm kuvaa signaalia m:nnen paikassa ri,m e Ri , m=1,...,M sijaitsevan lähe- ’!!! 25 tysantennin sisääntulossa, niin n:nnen paikassa r2,n e R2 sijaitsevan vastaanot- '; ·' toantennin ulostulosignaalia voidaan kuvata kaavalla

: V. M

v yn=X H(r1im, r2,n)Xm, n= 1,...,N.

* l m=1

Yllä olevat N lineaarista yhtälöä voidaan kuvata matriisimuodossa seuraavasti: ’ * Ti x · HlM x, 30 : = : : : (1) .TlV. H N,\ jossa käytetään merkintää Hn,m = H(ri m, γ2ιΠ).

Kun otetaan lähetys- ja vastaanottoantennien sijaintipaikat huomioon, voidaan yllä oleva merkintä ilmaista muodossa 6 114596

Hn,m = jj exp{ Ϊ2πλ0'1 (Ωι · r1m)} exp{ Ϊ2πλ0"1 (Ω2 · r2,n)} Ιΐ(Ωι,Ω2)άΩι0Ω2. (2) Tässä termiä Ιί(Ωι,Ω2) voidaan kutsua kaksisuuntaiseksi tulokulman hajontafunktioksi. Tässä tapauksessa se on diskreetti funktio ja muotoa 5 Ιί(Ωι,Ω2) = ^ ctk δ(Ωι - Ωιι<) δ (Ω2- Ω2κ) (3) *=1

Se kuvaa hajontaa signaalin etenemissuunnassa yhteisesti alueissa Ri ja R2. Yleisessä tapauksessa sen ei tarvitse olla diskreetti funktio, mutta jos se on kaavan (3) muotoa, niin tällöin yhden aallon osuus h^i^2):ssa on Dirac impulssi, joka on painotettu ai<:lla ja lokalisoitu pisteeseen (Ωικ,Ω2ι<) avaruudessa 10 S2xS2 = (S2)2 .

Yhtälö (1) voidaan kompaktissa muodossa ilmaista y = Hx, (4) missä x on M-dimensionaalinen kompleksiarvoinen vektori x = [xi,...,xM]T, y on N-dimensionaalinen kompleksiarvoinen vektori y = [yi.....yM]T, ja H on NxM- 15 dimensionaalinen kompleksiarvoinen matriisi H = [Hn,m]ne{i.....N},me{i.....m>-

Kaava (4) määrittää siis sisään- ja ulostulosuhteen MIMO-kanavalle, joka koostuu M:stä lähetysantennista, radioaaltojen etenemistiestä ja N:stä vastaanottoantennista. Matriisia H kutsutaan kanavan siirtomatriisiksi. Sen ker-j toimet riippuvat lähetyksessä ja vastaanotossa käytettyjen antenniryhmien ra- i 20 kenteesta sekä radiokanavan olosuhteista.

: Tarkastellaan matriisin H rakennetta tarkemmin, erityisesti keskitty en kaavan (2) eksponenttitermeihin. M-ja N-dimensionaaliset vektorit ^(ΩΟ = [exp{j27iX0‘1 (Ωι · η,ι)>.....exp{j2πλo'1 (Ω! · ri,M)}]T (5) : * * 25 ο2(Ω2) = [exp{ j2πλo'1 (Ω2 · r2ii)},..., exp{ j2πλo'1 (Ω2 · r2,N)}]T (6) esittävät kahden antenniryhmän vastetta aallolle, joka saapuu/lähtee tietyllä :v, kulmalla Ωι sekä Ω2 antenniryhmiin nähden. Näitä vektoreita voidaan kutsua

• I

antennien ohjausvektoreiksi. Ne kuvaavat sitä, miten eri antennielementeillä * : 30 vastaanotetut signaalit eroavat toisistaan, esimerkiksi vaiheen osalta. Näitä vektoreita käyttäen voidaan kaava (2) ilmaista muodossa

Hn,m= jj ΜΩΟΙη^Ω^η^Ωί,Ω^Ω^Ω* (7)

Ja täten siirtomatriisi puolestaan on muotoa H = JJ Ο^Ω^Ω^ΚΚΩι,Ω^Ω^Ω^ (8) 7 114596

Diskreetissä tapauksessa, jossa kaksisuuntainen tulokulman hajon-tafunktio on muotoa (3), kaava (8) supistuu summaksi

K

H = ak c2,kCiikT (9) *=1 jossa 5 Ci,k = Ci(Q1k) [βχρ^2πλ0'1 (Qik · ^,0},..., exp{\2πλ0~' (Qik · η,Μ)}]Τ

c2,k = c2(Q2k) [exp{ ;2πλ0'1 (Ω2Κ · r2i1exp{ ί2πλ0'1 (Q2k · r2,N)}]T

Täten diskreetissä tapauksessa yhden aallon vaikutus siirtomatriisiin on yksiasteinen matriisi. Kaavoista (2) ja (9) saadaan vastaanotetuksi signaaliksi nyt

K

10 y = X ak Q2,kC1ikTX. (10) *=1 ja yhdelle summatermille yk pätee siis

Yk= c2ikakCi,kTx. (11) Tämän laskennan toteutusta edullisten toteutusmuotojen mukaisessa simulaattorilaitteistossa havainnollistetaan kuvioissa 3A ja 3B. Kuviossa 3A : 15 on sisäänmenossa kustakin antennista lähtevät signaalikomponentit 300 xm, : . m= 1.....M. Nämä viedään kukin kertojalle 302, 304, joissa signaalikomponentit ·:· · kerrotaan kunkin lähetysantennin ohjausvektorin elementillä [ciik]m· Nämä oh- .·. : jausvektorilla kerrotut komponentit summataan summaimessa 306 ja saatu .!. · summasignaali kerrotaan kertojassa 308 kompleksisella vaimennuskertoimella

,, 20 ak. Näin saatu summasignaali viedään N:lle joukolle kertojia 310, 312, jossa N

on siis vastaanottoantennien lukumäärä. Kertojissa 310, 312, kukin signaali-komponentti kerrotaan vastaavan vastaanottoantennin ohjausvektorin elementillä [c2,k]n- Kertojien ulostulosta 314 saadaan vastaanottoantennien ulostu-.: losignaalit yk,n- Kuviossa 3B havainnollistetaan ratkaisun ekvivalentista toteu- . 25 tusta. Ratkaisu voidaan toteuttaa joko ohjelmallisesti tai laitteiston avulla. Si- säänmenoina tarvitaan kustakin antennista lähetettävät signaalikomponentit 300, antennien ohjausvektorit ci,k ja c2,k, kompleksinen vaimennuskerroin ak ja i V ulostulona vastaanottoantennien ulostulosignaalit yk 314. Tässä kuvatulla ra- : kenteella voidaan erityisesti huomioida siirtomatriisin eri elementtien väliset 30 korrelaatiot kunkin aallon osalta.

Yllä on tarkasteltu tilannetta, jossa ei ole otettu huomioon kanavan vaihtelua ajan ja taajuuden suhteen. Kuviossa 4 havainnollistetaan tilannetta, jossa radiokanava on ajan ja taajuuden mukaan vaihteleva. Aikavaihtelu johtuu esimerkiksi jonkin antennin tai heijastuspinnan liikkumisesta. Tässä tällaista 35 tilannetta mallinnetaan olettamalla, että edenneellä aallolla on tietty vakio 8 114596

Dopplertaajuus. Merkitään aallon k Dopplertaajuutta termillä vk. Taajuusvaihte-lu aiheutuu aaltojen etenemisteiden pituuksien vaihtelusta. Merkitään aallon k suhteellista viivettä termillä xk.

Käytetään tässäkin koordinaattijärjestelmää, jossa origot Oi ja vas-5 taavasti 02 on määritelty satunnaiseen pisteeseen alueen Ri ja vastaavasti alueen R2 sisällä. Kuviossa on M lähetysantennia 400, joiden sisäänmenona on ajan funktiona oleva lähetettävä signaali x(t) 402. Antennien sijaintia mielivaltaisesti valittuun origoon Oi nähden kuvaavat vektorit Γι,ι, ..., r1M. Vastaavasti N:n vastaanotinantennin 404 sijaintia origoon 02 nähden kuvaavat vekto-10 rit r2.i, ..., r2iN.

Nyt, n:nnen vastaanotinantennin ulostulossa oleva, xm(t):n aikaansaama signaalikomponentti ynm(t) on ynm(t) = J h(r1m, r2,n,t; τ) xm (t-τ) dx — J hn,m(t, x) Xm (t-x) dx 15 jossa ; hn,m(t; x) = h(ri,m, r2,mt ; x). (12)

Signaali n:nnen vastaanotinantennin ulostulossa on

M

; Yn(t) = Σ Ynm(t) m=1

• M

• =Σ j hn,m(t; τ) Xm (ί_τ) d-r, n= 1,..., N.

m=1 20 Kun järjestellään n yllä olevaa yhtälöä matriisimuotoon saadaan kaava y(t) = J h(t; x) x (t-x) dx, (13) missä

x(t) = [Xi(t).....xM(t)]T

λ. y(«) = [yi(t).....yN(t)]T

25 h(t ; x) = [hnirn(t; x)]ne{1l...,N},me{1,...,M}· (14) ·;* Termiä h(t ; x) voidaan kutsua ajasta riippuvaksi laajakaistaiseksi Γ· ’: siirtomatriisiksi tai ajasta riippuvaksi impulssivasteeksi ΜΙΜΟ radiokanavassa.

:’·,· Ajasta riippuvaa kanavamatriisia voidaan kuvata hieman tarkemmin, jos otetaan huomioon kaavat (5) ja (6). Käyttäen niitä hyväksi kaava (14) voi-30 daan kirjoittaa seuraavasti: h(t; τ) = JJJ exp{ j2nX0'1 (Ωι · ri,m) exp{ \2πλ0Α (Ω2 · r2 n)} · exp{ j27tv} h(Ω1,Ω2, ν,τ) dΩ1dΩ2dv.

= JJJ [θι(Ω!)^ [ο2(Ω2)]η exp{ j2^} h(Ω1,Ω2, v,x) dΩ1dΩ2dv.

9 114596 Tästä on pääteltävissä, että h(t; τ) voidaan ilmaista muodossa h(t; τ) = Jll ο2(Ω2) Οι(Ωι)τ exp{\2πν} Ιι(Ωι,Ω2, ν,τ) dΩ1dΩ2dv (15)

Sijoittamalla nyt tämän kaavan oikea puoli kaavaan (13) ja järjestelemällä termejä saadaan ajan ja taajuuden suhteen vaihtuvalle radiokanavalle 5 suhde y(t) = jjjj ο2(Ω2) θι(ΩΟτ x (t-τ) exp{ j2πv} h(Ω1,Ω2l ν,τ) dΩ1dΩ2dvdτ. (16)

Diskreetissä tapauksessa yhtälöt (15) ja (16) supistuvat muotoon

K

h(t; x) = ak exp{ j27tvkt} c2,kCi,kT 6(x-xk) (17) k=1

K

y(t) = £ akexp{ j2Txvkt} ο2,κθ!,kTx(t-xk). (18) k=l 10 Kuviossa 5A havainnollistetaan esimerkkiä järjestelystä keksinnön edullisen toteutusmuodon mukaisen simuloinnin toteuttamiseksi. Järjestely käsittää simulaattorin 500, jossa tarvittavat laskentaoperaatiot simuloinnin toteuttamiseksi voidaan toteuttaa joko laitteisto- tai ohjelmistopohjaisina ratkaisuina. Kuvion esimerkissä simulaattoriin tuodaan sisäänmenona M signaalia 15 502 xi(t),..., Xivi(t), jotka vastaavat siis M:lle lähetysantennille tuotavaa signaa- ] likomponenttia. Vastaavasti ulostulona saadaan N signaalia 504 yi(t),..., yN(t), ‘ jotka vastaavat siis N:ltä vastaanottoantennilta saatavaa signaalikomponenttia.

: Simulaattorin ohjaus, kuten simulointiparametrien syöttö ja käyttöliittymä » tapahtuu ohjausyksiköltä 506.

! 20 Kuviossa 5B havainnollistetaan toista esimerkkiä, joka on muutoin edellisen kaltainen, paitsi että sisäänmenosignaalina 502 on yksi signaali x(t), joka tarvittaessa jaetaan kahteen tai useampaan haaraan simulaattorin sisällä.

." *. Tällöin kukin lähetysantenni lähettää siis samaa signaalikomponenttia.

/, Kuviossa 5C havainnollistetaan vielä erästä esimerkkiä, jossa ulos- * · ; ‘; * 25 tulosignaali 504 on yhdistetty yhdeksi signaaliksi y(t). Kaikissa yllä mainituissa esimerkeissä voivat simulointilaitteiston 500 sisään- ja ulostulosignaalit 502, **· ; 504 olla joko radio- tai kantataajuisia, joko analogisia tai digitaalisia. Edelleen ; erillistä ohjausyksikköä 506 ei välttämättä tarvita, vaan ohjausyksikkö voi olla integroitu simulointilaitteistoon. Simulointilaitteisto voi myös käsittää sekä in-30 tegroidun että ulkoisen ohjausyksikön, joka voi olla esimerkiksi sopivalla väylä-liitännällä simulointilaitteistoon kytketty tietokone.

Kuviossa 5D havainnollistetaan vielä erilaisia sisään/ulostulo-vaihto-ehtoja. Sisääntulossa on analoginen radiotaajuinen signaali 508, joka muunnetaan muuntimessa 510 kantataajuiseksi analogiseksi kantataajuiseksi signaa- 114596 10 liksi. Tämä signaali viedään A/D-muuntimelle 512, jossa se muunnetaan digitaaliseen muotoon, eli saadaan digitaalinen kantataajuinen signaali. Tämä viedään simulointiyksikölle 500, jonka ulostulossa on edelleen digitaalinen kantataajuinen ulostulosignaali. Tämä viedään edelleen D/A-muuntimelie 514, jonka 5 ulostulossa on analoginen kantataajuinen signaali. Tämä muunnetaan muun-timessa 516 radiotaajuiseksi analogiseksi signaaliksi. Toteuttamalla sisään- ja ulostuloja eri vaiheissa yllä kuvattua järjestelyä voidaan erityyppisiä simulointi-ratkaisuja toteuttaa monipuolisesti yhdellä simulointivälineistöllä.

Kuviossa 6 havainnollistetaan keksinnön erään edullisen toteutus-10 muodon mukaista simulaattorin toteutusesimerkkiä MIMO-radiokanavan diskreetille mallille. Tämä toteutus on kaavan (18) mukainen.

Sisäänmenona 502 on M signaalia xi(t).....Χμ(ϊ), jotka vastaavat siis M.lle lähetysantennille tuotavaa signaalikomponenttia. Nämä signaalit viedään Mille samanlaiselle viivelinjalle 600A, 600B, jotka käsittävät kukin peräkkäis-15 kytkennässä viive-elementin 602A - 606A, 602B - 604B, kutakin etenemisreittiä kohden. Näin siis ensimmäistä etenemisreittiä vastaavat viive-elementit 602A, : : 602B, joissa signaalille aiheutetaan viive τι, eli viive-elementtien ulostuloissa on signaalit Xi(t-xi),..., xM(t-xi). Toista etenemisreittiä vastaavat viive-elementit ί 604A, 604B, joissa signaalille aiheutetaan viive x2 - τ-ι. Viive-elementtien ulos- • 20 tuloissa on siis signaalit Xi(t-x2),..., xivi(t-x2). Vastaavasti K:tta etenemisreittiä ; vastaavat viive-elementit 606A, 606B, joissa signaalille aiheutetaan viive xK - xk-1- Viive-elementtien ulostuloissa on siis signaalit Xi(t-XK),-·., ΧΜ(ί-τκ)·

Kutakin etenemisreittiä vastaavien viive-elementtien ulostulosignaalit viedään painotusvälineille, jossa signaali kerrotaan etenemistien vääristy-25 mää kuvaavalla termillä ak, kunkin lähetysantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä ci,k ja kunkin vastaanottoantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä '·'· c2k.

Näin siis ensimmäistä etenemisreittiä vastaavien viive-elementtien 602A, 602B ulostulosignaalit xi(t-xi),..., xM(t-xi) viedään painotusvälineelle 608, ♦ « * \ ‘ 30 jolle tuodaan sisäänmenona myös etenemisreitin vääristymää kuvaava termi

I « I

’· ai, sekä antennien ohjausvektorit Cu ja c2,i. Nämä kerrotaan keskenään. Tois ta etenemisreittiä vastaavien viive-elementtien 604A, 604B ulostulosignaalit Xi(t-x2), .., XM(t-x2) viedään painotusvälineelle 610, jolle tuodaan sisäänmenona myös toisen etenemisreitin vääristymää kuvaava termi a2, sekä antennien oh-35 jausvektorit Ci,2 ja c22. Vastaavasti K:tta etenemisreittiä vastaavien viive-elementtien 606A, 606B ulostulosignaalit Xi(t-XK),··., Χμ(ϊ-χκ) viedään painotus- 11 114596 välineelle 612, jolle tuodaan sisäänmenona myös K:nnen etenemisreitin vääristymää kuvaava termi ακ, sekä antennien ohjausvektorit ci,k ja c2,k·

Painotusvälineiden 608-612 eräs edullinen toteutusmuoto on kuvattu aiemmin kuvioiden 3A ja 3B yhteydessä.

5 Kunkin painotusvälineen 608 - 612 ulostulossa on signaali kutakin vastaanottoantennia kohden. Nämä painotusvälineiden ulostuloista saatavat kutakin vastaanottoantennia vastaavat termit summataan keskenään sum-maimissa 614 - 618. Näin siis ensimmäistä vastaanottoantennia vastaavat termit summataan summaimessa 614, jolloin saadaan termi y^t), ja vastaavas-10 ti N:ttä vastaanottoantennia vastaavat termit summataan summaimessa 618, jolloin saadaan termi yN(t). Näin saadaan N signaalia 504 yi(t),..., yN(t), jotka vastaavat siis N:ltä vastaanottoantennilta saatavaa signaalikomponenttia.

Painotusvälineiden muut sisäänmenot kuin signaalitermit xm(t), eli etenemistien vääristymää kuvaavat termit ak, ja kunkin lähetys- ja vastaanot-15 toantennin ohjausvektorista riippuvat termit ci,k ja c2,k saadaan joko suoraan simulaattorin ohjausvälineiltä 506 (kuvioissa 5A-5C) tai sitten ohjausvälineiltä saadaan parametrit niiden laskemiseen.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten ' ·’ mukaiseen esimerkkiin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan :[· : 20 sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän •: · : keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.

• · < • » •»· • · · < 4 * *

Claims (10)

114596

1. Menetelmä radiokanavan simuloimiseksi, jossa simuloidaan useammalla kuin yhdellä antennilla lähetettyä ja yhdellä tai useammalla antennilla vastaanotettua sekä yhtä tai useampaa etenemistietä edennyttä signaalia, 5 tunnettu siitä, että viedään kunkin lähetysantennin sisäänmenosignaali samanlaiselle viivelinjalle (600A, 600B), jotka viivelinjat käsittävät kukin peräkkäiskytkennäs-sä viive-elementin (602A - 606A, 602B - 606B) kutakin etenemisreittiä kohden, 10 painotetaan painotusvälineissä kutakin etenemisreittiä vastaavien viive-elementtien ulostulosignaalia kunkin lähetysantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä, etenemistien vääristymää kuvaavalla termillä, ja kunkin vastaanottoantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä jolloin saadaan sig-naalikomponentti kutakin vastaanottoantennia kohden ja 15 summataan painotusvälineiden ulostuloista saatavat kutakin vas- .: taanottoantennia vastaavat komponentit keskenään.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, • *;· että summataan lähetysantennin ohjausvektorilla painotetut antennien si- : säänmenosignaalit keskenään ennen etenemistien vääristymää kuvaavalla 20 termillä painotusta. • · ...t

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että jaetaan etenemistien vääristymää kuvaavalla termillä painotettu signaali vastaanotinantennien lukumäärää vastaavaan haaraan.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, 25 että lähetysantennien etäisyys toisistaan valitaan siten, että antenneista lähte-vien signaalien lähtökulmat ovat yhtä suuret.

, ” ’. 5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, / ’ että kerrotaan kutakin etenemisreittiä vastaavien viive-elementtien ulostulosig- : ·' naali kertojassa kunkin lähetysantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä, i 30 etenemistien vääristymää kuvaavalla termillä, ja kunkin vastaanottoantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä.

6. Laite radiokanavan simuloimiseksi, jossa simuloidaan useammalla (M) kuin yhdellä antennilla lähetettyä ja yhdellä tai useammalla antennilla (N) vastaanotettua sekä yhtä tai useampaa etenemistietä edennyttä signaalia, 35 tunnettu siitä, että laite käsittää 114596 M samanlaista viivelinjaa (600A, 600B), jotka käsittävät kukin pe-räkkäiskytkennässä viive-elementin (602A - 606A, 602B - 606B) kutakin ete-nemisreittiä kohden, ja joiden sisäänmenossa on lähetettävät M signaalia, joukon painotusvälineitä (608 - 612), joiden sisäänmenossa on ku-5 takin etenemisreittiä vastaavien viive-elementtien ulostulosignaalit, joita painotetaan muissa sisäänmenoissa olevilla vastaavan etenemisreitin vääristymää kuvaavalla termillä, kunkin lähetysantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä ja kunkin vastaanottoantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä, ja jonka painotusvälineen ulostulossa on signaali kutakin vastaanottoantennia kohden, 10 ja summaimen (614-618), joka on sovitettu summaamaan painotusvä-lineiden ulostuloista saatavat kutakin vastaanottoantennia vastaavat termit keskenään.

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että 15 painotusvälineet (608 - 612) toteutetaan kertojalla.

8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että painotusvälineet (608 - 612) on sovitettu summaamaan lähetysantennin ohja-usvektorilla painotetut antennien sisäänmenosignaalit keskenään ennen ete- i nemistien vääristymää kuvaavalla termillä painotusta.

9. Patenttivaatimuksen 6 mukainen laite, tunnettu siitä, että . painotusvälineet (608 - 612) on sovitettu jakamaan etenemistien vääristymää . ·. kuvaavalla termillä painotettu signaali vastaanotinantennien lukumäärää vas taavaan haaraan.

, 10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että II· 25 painotusvälineet (608 - 612) on sovitettu painottamaan kukin haara vastaavan ; * * vastaanottoantennin ohjausvektorista riippuvalla termillä. 114596