JP2005130016A - Mimoアレーアンテナ評価装置、mimoアレーアンテナ評価方法及びmimoアレーアンテナ評価プログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】 より適切なアレーアンテナの評価を実現するMIMOアレーアンテナ評価装置、MIMOアレーアンテナ評価方法及びMIMOアレーアンテナ評価プログラムを提供する。
【解決手段】 送信端における各相関行列の和と、受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの和の大きさを乗算して対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値とする。
【選択図】 図4
【解決手段】 送信端における各相関行列の和と、受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの和の大きさを乗算して対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値とする。
【選択図】 図4
Description
本発明は、MIMOアレーアンテナ評価装置、MIMOアレーアンテナ評価方法及びMIMOアレーアンテナ評価プログラムに関する。
従来、MIMO(多入力多出力)通信において、低いアンテナ相関を実現するアレーアンテナを構成することでより高いダイバーシティ、高い伝送容量を実現できることが知られている。このため、アレーアンテナの性能評価の指標としては、アレーアンテナを構成する各アンテナ間の相関値が採用され、アンテナ相関が低いほど、MIMO通信に有利であると考えられている。また、平均実効電力も重要な要因であると考えられて平均実効電力が大きいほどMIMO通信に有利であると考えられてきた。なお、MIMO通信におけるアレーアンテナの評価に関しては、関連性の高い先行技術文献が発見されなかった。
上述したように、MIMO通信におけるアレーアンテナの評価については、アンテナ相関だけを評価パラメータとし、アンテナ相関が低いことがMIMO通信には重要な要因であると考えられてきた。また、平均実効電力も重要な要因であると考えられてきた。しかし、アレーアンテナ構成を評価するには、アンテナ相関、平均実効電力の両方を考慮しなくてはならない。なぜなら、この2つの要因は独立して存在しないからである。例えば、指向性を有したアンテナでアレーを構成した場合などは、アンテナ相関が低いが伝搬の合成通信容量が低い状態となってしまうという問題があるためである。
具体的には、相関が低い平面アンテナタイプの2偏波アンテナを使用した場合、低いアンテナ相関を実現しているにもかかわらず、伝送容量も同様に低くなってしまう。これは、平面タイプアンテナは指向性を有するため、アレーを構成した場合、アンテナパターンが狭くなってしまい、結果として受信電力の低下を引き起こしてしまうためである。
具体的には、相関が低い平面アンテナタイプの2偏波アンテナを使用した場合、低いアンテナ相関を実現しているにもかかわらず、伝送容量も同様に低くなってしまう。これは、平面タイプアンテナは指向性を有するため、アレーを構成した場合、アンテナパターンが狭くなってしまい、結果として受信電力の低下を引き起こしてしまうためである。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、その目的は、より適切なアレーアンテナの評価を実現するMIMOアレーアンテナ評価装置、MIMOアレーアンテナ評価方法及びMIMOアレーアンテナ評価プログラムを提供することにある。
この発明は上記の課題を解決すべくなされたもので、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する伝搬行列推定部と、前記複数の測定点毎に、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する第1の相関行列算出部と、前記第1の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記第1の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の和を算出する第2の相関行列算出部と、前記第2の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の和と、前記第2の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの和の行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力する評価値算出部とを具備することを特徴とする。
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する伝搬行列推定部と、前記複数の測定点毎に、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する第1の相関行列算出部と、前記第1の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の平均を算出するとともに、前記第1の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の平均を算出する第2の相関行列算出部と、前記第2の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の平均と、前記第2の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の平均とについて、それぞれの平均の行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力する評価値算出部とを具備することを特徴とする。
また、本発明は、前記評価値算出部は、前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該評価値算出部が算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力するアレーアンテナ選択部をさらに具備することを特徴とする。
また、本発明は、前記評価値算出部は、前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該評価値算出部が算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力するアレーアンテナ選択部をさらに具備することを特徴とする。
また、本発明は、前記伝搬行列推定部は、前記送信端から入力する受信信号より前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を推定することを特徴とする。
また、本発明は、前記伝搬行列推定部は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出することを特徴とする。
また、本発明は、前記伝搬行列推定部は、前記複数の測定点をWSS確立過程が成立する範囲において設定することを特徴とする。
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナの伝搬行列及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出し、前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出し、前記算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の和を算出し、前記算出した送信端における各相関行列の和と、前記算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力することを特徴とする。
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナの伝搬行列及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出し、前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出し、前記算出した送信端における各相関行列の平均を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の平均を算出し、前記算出した送信端における各相関行列の平均と、前記算出した受信端における各相関行列の平均とについて、それぞれの行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力することを特徴とする。
また、本発明は、前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力することを特徴とする。
また、本発明は、前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力することを特徴とする。
また、本発明は、前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列は、前記送信端からの受信信号より推定されることを特徴とする。
また、本発明は、前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって算出されることを特徴とする。
また、本発明は、前記複数の測定点は、WSS確立過程が成立する範囲において設定されることを特徴とする。
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理と、前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する処理と、前記算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の和を算出する処理と、前記算出した送信端における各相関行列の和と、前記算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力する処理とをコンピュータに実行させるためのMIMOアレーアンテナ評価プログラムである。
また、本発明は、複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理と、前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する処理と、前記算出した送信端における各相関行列の平均を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の平均を算出する処理と、前記算出した送信端における各相関行列の平均と、前記算出した受信端における各相関行列の平均とについて、それぞれの平均の行列式を乗算して二乗根して対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力する処理とをコンピュータに実行させるためのMIMOアレーアンテナ評価プログラムである。
また、本発明は、前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する処理と、該算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力する処理とをさらにコンピュータに実行させるためのMIMOアレーアンテナ評価プログラムである。
また、本発明は、前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する処理と、該算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力する処理とをさらにコンピュータに実行させるためのMIMOアレーアンテナ評価プログラムである。
また、本発明は、前記送信端から入力する受信信号より前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を推定する処理をさらにコンピュータに実行させるための記載のMIMOアレーアンテナ評価プログラムである。
また、本発明は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理をさらにコンピュータに実行させるためのMIMOアレーアンテナ評価プログラムである。
また、本発明は、前記複数の測定点は、WSS確立過程が成立する範囲において設定されることを特徴とする。
以上説明したように、本発明によれば、送信端における各相関行列の和と、受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの和の大きさを乗算して対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力する。
ここで、出力されるMIMOアレーアンテナ評価値に対して、通信容量が決定される。
したがって、平均相関係数をMIMOアレーアンテナ評価値として採用する場合に比べ、より高精度で実際の通信容量を知ることができ、より誤差を抑えたアレーアンテナの評価ができる効果が得られる。
ここで、出力されるMIMOアレーアンテナ評価値に対して、通信容量が決定される。
したがって、平均相関係数をMIMOアレーアンテナ評価値として採用する場合に比べ、より高精度で実際の通信容量を知ることができ、より誤差を抑えたアレーアンテナの評価ができる効果が得られる。
また、本発明によれば、MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力する。
したがって、複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組より、伝送容量が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を正確に知ることができる 効果が得られる。
したがって、複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組より、伝送容量が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を正確に知ることができる 効果が得られる。
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず本発明の基本的な考え方について説明する。受信アレーアンテナ配置が送信アレーアンテナ配置に独立したIST−METRAモデル環境を考える。このモデルは、送信端(TX)での相関行列と受信端での相関行列を独立して設定することができるものであり、この伝搬行列H(t)を用いて受信信号、送信信号は、次のように表される。
まず本発明の基本的な考え方について説明する。受信アレーアンテナ配置が送信アレーアンテナ配置に独立したIST−METRAモデル環境を考える。このモデルは、送信端(TX)での相関行列と受信端での相関行列を独立して設定することができるものであり、この伝搬行列H(t)を用いて受信信号、送信信号は、次のように表される。
ただし、Y、sは、それぞれY:受信信号、s:送信信号を示す。
MIMO通信において受信信号Yは伝搬行列Hと送信信号Sの関数となる。送信信号Sが既知で有れば、式(1)に示すように、受信信号Yに送信信号の逆行列S−1をかければ伝搬行列Hが求められる。
MIMO通信において受信信号Yは伝搬行列Hと送信信号Sの関数となる。送信信号Sが既知で有れば、式(1)に示すように、受信信号Yに送信信号の逆行列S−1をかければ伝搬行列Hが求められる。
まずこのモデルにおいて、広義定常過程(WSS)が成り立つ範囲における測定値又はシミュレーションによって伝搬行列Hを求める。
伝搬行列Hを算出する前提として、広義定常過程について説明する。今、WSS(wide−sense stationary)確立過程に基づき不規則に変動する時系列データがあり、等間隔にサンプリングされているとする。この時系列において、任意の時間をスタートとしてサンプリングしたデータの統計的性質(確立密度関数や各種モーメントの期待値)が、スタート時間によらないとき、この確立過程は狭義に定常(narrow−sense stationary)であるといわれる。これに対して、統計的性質のうち、平均値と自己相関特性(自乗平均、分散を含む)がスタート時間によらない確立過程が広義に定常(WSS)であるといわれる。
この広義定常過程を前提として設定された複数の測定点1〜k(kは1より大きい自然数)において求められた伝搬行列Hから受信端での各相関行列Rrを算出する。具体的には、式(2)より相関行列Rrを算出し、式(3)よりそれぞれの測定点1〜kにおける相関行列Rrの和又は平均を算出する。
この広義定常過程を前提として設定された複数の測定点1〜k(kは1より大きい自然数)において求められた伝搬行列Hから受信端での各相関行列Rrを算出する。具体的には、式(2)より相関行列Rrを算出し、式(3)よりそれぞれの測定点1〜kにおける相関行列Rrの和又は平均を算出する。
ただし、上付きのHは、複素共役転置を示し、上付きの*は、複素共役を示す。また、Eはアンサンブル平均を示し、kは測定点の数を示す。
同様にして、設定された複数の測定点において求められた伝搬行列Hから送信端での各相関行列Rtを算出する。具体的には、式(4)より相関行列Rtを算出し、式(5)よりそれぞれの測定点1〜kにおける相関行列Rtの和又は平均を算出する。
このようにして求められた送信端での相関行列Rtxの行列式:det(Rtx)と、受信端での相関行列Rrxの行列式:det(Rrx)とを乗算して二乗根をとり、式(6)より、その対数を求める。
ここで算出されるFがMIMOアレーアンテナ評価値となる。
一方、このときの伝送容量Cを広義定常過程が成り立つ範囲における測定値又はシミュレーションによって求められた伝搬行列Hから式(7)によって求める。
一方、このときの伝送容量Cを広義定常過程が成り立つ範囲における測定値又はシミュレーションによって求められた伝搬行列Hから式(7)によって求める。
この伝送容量Cについて、平均伝送容量Caveは、式(8)より求められる。
ここで、6つのアレーアンテナ(dual-polarized(1)、dual-polarized(2)、ULA y-x closed、ULA y-y closed、ULA y-x open、ULA y-y open)について測定した平均伝送容量CaveとMIMOアレーアンテナ評価値Fとの対応関係を、従来の評価法によるグラフと比較して説明する。
図5に示すように、従来法では、平均相関係数をX軸に取り、平均伝送容量CaveをY軸に取って評価を行なっている。相関係数が大きくなると伝送容量も大きくなっており、近年の研究結果の低い相関が高い通信容量を達成することとは矛盾することになる。これは、相関係数のみを評価基準としたものとなっており、平均実効電力が表現されていないためである。これに対して、図4に示すように、本発明においては、上述したMIMOアレーアンテナ評価値FをX軸に取り、中間実効利得を除いた平均伝送容量CaveをY軸に取って評価を行なっている。この場合、図5に示す従来例に比較し、6つの測定結果がすべてほぼ直線上に並び、MIMOアレーアンテナ評価値Fに対して通信容量が決まることが分かる。
すなわち、MIMOアレーアンテナ評価値Fを評価基準とすることで、Fに対する平均伝送容量Caveが決定され、受信電力の低下などによる伝送容量の低下について正しく評価することができる。
図5に示すように、従来法では、平均相関係数をX軸に取り、平均伝送容量CaveをY軸に取って評価を行なっている。相関係数が大きくなると伝送容量も大きくなっており、近年の研究結果の低い相関が高い通信容量を達成することとは矛盾することになる。これは、相関係数のみを評価基準としたものとなっており、平均実効電力が表現されていないためである。これに対して、図4に示すように、本発明においては、上述したMIMOアレーアンテナ評価値FをX軸に取り、中間実効利得を除いた平均伝送容量CaveをY軸に取って評価を行なっている。この場合、図5に示す従来例に比較し、6つの測定結果がすべてほぼ直線上に並び、MIMOアレーアンテナ評価値Fに対して通信容量が決まることが分かる。
すなわち、MIMOアレーアンテナ評価値Fを評価基準とすることで、Fに対する平均伝送容量Caveが決定され、受信電力の低下などによる伝送容量の低下について正しく評価することができる。
以下、図面を参照して、本発明のMIMOアレーアンテナ評価装置の一実施形態について説明する。図1は、本実施形態のMIMOアレーアンテナ評価装置を利用した送受信系の基本的な構成図である。図1に示すように、送信端(TX)1から送信される信号を受信端(RX)2で測定し、この測定値からMIMOアレーアンテナ評価値Fを算出してアレーアンテナの評価を行う。なお、本実施形態においては、実際の測定値を用いる場合の例を示すが、本発明はこれに限られるものではなく、ある程度測定値が得られた段階でこれを学習させた環境で信号送受信シミュレーションを行い、これにより得られた計算値を用いることも可能である。この場合には、実際にアレーアンテナを利用した信号の送受信は省略される。
図2は送信端1の構成図である。送信端1は、送信信号生成部10と、RF部11と、アレーアンテナ12とから構成され、送信信号生成部10で生成された送信信号をRF部11で無線周波数にアップコンバートして、アレーアンテナ12から放射する。
図2は送信端1の構成図である。送信端1は、送信信号生成部10と、RF部11と、アレーアンテナ12とから構成され、送信信号生成部10で生成された送信信号をRF部11で無線周波数にアップコンバートして、アレーアンテナ12から放射する。
図3は受信端2の構成図である。受信端2は、アレーアンテナ部20と、RF部21と、伝搬行列推定部22と、相関行列算出部23と、評価値算出部24と、アレーアンテナ選択部25とから構成される。
アレーアンテナ部20は、アレーアンテナ20−1と、アレーアンテナ20−1を複数の測定点1〜kへ移動させるアレーアンテナ可動部20−2とから構成され、順次所定の測定点1〜kへ移動して、送信端1のアレーアンテナ12から放射された送信信号を受信する。なお、複数の測定点1〜kは、上述したように、WSS確立過程が成立する範囲において設定される。
RF部21は、アレーアンテナ部20が受信した信号をダウンコンバートして、伝搬行列推定部22に出力する。
アレーアンテナ部20は、アレーアンテナ20−1と、アレーアンテナ20−1を複数の測定点1〜kへ移動させるアレーアンテナ可動部20−2とから構成され、順次所定の測定点1〜kへ移動して、送信端1のアレーアンテナ12から放射された送信信号を受信する。なお、複数の測定点1〜kは、上述したように、WSS確立過程が成立する範囲において設定される。
RF部21は、アレーアンテナ部20が受信した信号をダウンコンバートして、伝搬行列推定部22に出力する。
伝搬行列推定部22は、アレーアンテナ部20とRF部21とを介して送信端1から入力する受信信号より、アレーアンテナ12(送信アレーアンテナ)及びアレーアンテナ20−1(受信アレーアンテナ)の伝搬行列Hを推定する。具体的には、伝搬行列推定部22は、受信信号から既知の送信信号を用いて、伝搬行列Hを推定する(式(1)を参照)。これにより、複数の測定点1〜kにおける送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの各伝搬行列を算出する
なお、上述したように、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって計算値を算出した場合、伝搬行列推定部22は、この計算値を用いて既知の送信信号用いて、伝搬行列Hを推定する。
なお、上述したように、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって計算値を算出した場合、伝搬行列推定部22は、この計算値を用いて既知の送信信号用いて、伝搬行列Hを推定する。
相関行列算出部23は、以下の2ステップにより、相関行列Rtx及び行列Rrxを算出する。すなわち、相関行列算出部23は、複数の測定点1〜k毎に、伝搬行列推定部22が算出した伝搬行列Hに基づいて送信端での相関行列Rtを算出するとともに、伝搬行列推定部22が算出した伝搬行列Hに基づいて受信端での相関行列Rrを算出する(式(2)、(4)を参照)。
次に相関行列算出部23は、先のステップで算出した各測定点1〜kにおける送信端1の相関行列Rtの和又は平均を示す相関行列Rtxを算出するとともに、受信端2の相関行列Rrの和又は平均を示す相関行列Rrxを算出する(式(3)、(5)を参照)。
次に相関行列算出部23は、先のステップで算出した各測定点1〜kにおける送信端1の相関行列Rtの和又は平均を示す相関行列Rtxを算出するとともに、受信端2の相関行列Rrの和又は平均を示す相関行列Rrxを算出する(式(3)、(5)を参照)。
評価値算出部24は、相関行列算出部23が算出した相関行列Rtxと、相関行列の行列式Rrxとについて、それぞれの行列式det(Rtx)、det(Rrx)を乗算した自乗根の対数を取り、MIMOアレーアンテナ評価値Fとしてアレーアンテナ選択部25に出力する。
以上により、1つの送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組についてのMIMOアレーアンテナ評価値Fが算出される。
ここで、さらに、複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を比較してアレーアンテナを評価する場合、評価値算出部24は、さらに、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を変更し、MIMOアレーアンテナ評価値Fを複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する。
アレーアンテナ選択部25は、評価値算出部24が算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値Fのうち、当該Fが最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として表示部(図示せず)等に出力する。
以上により、1つの送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組についてのMIMOアレーアンテナ評価値Fが算出される。
ここで、さらに、複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を比較してアレーアンテナを評価する場合、評価値算出部24は、さらに、送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を変更し、MIMOアレーアンテナ評価値Fを複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する。
アレーアンテナ選択部25は、評価値算出部24が算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値Fのうち、当該Fが最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として表示部(図示せず)等に出力する。
次に、図面を参照して、本実施形態のMIMOアレーアンテナ評価装置の動作について説明する。
今、アレーアンテナ可動部20−2により、アレーアンテナ20−1がWSS確立過程が成立する範囲において設定された所定の測定点へ移動し、送信端1において、送信信号生成部10が送信信号を生成し、RF部11で無線周波数にアップコンバートして、アレーアンテナ12から放射すると、受信端2において、アレーアンテナ20−1がこの送信信号を受信する。この測定を各測定点1〜kにアレーアンテナ20−1を順次移動させながら実行する。
アレーアンテナ20−1が受信した信号は、RF部21でダウンコンバートされて、伝搬行列推定部22に出力される。伝搬行列推定部22は、入力するk個の受信信号それぞれについて、伝搬行列Hを算出し、相関行列算出部23に出力する。
今、アレーアンテナ可動部20−2により、アレーアンテナ20−1がWSS確立過程が成立する範囲において設定された所定の測定点へ移動し、送信端1において、送信信号生成部10が送信信号を生成し、RF部11で無線周波数にアップコンバートして、アレーアンテナ12から放射すると、受信端2において、アレーアンテナ20−1がこの送信信号を受信する。この測定を各測定点1〜kにアレーアンテナ20−1を順次移動させながら実行する。
アレーアンテナ20−1が受信した信号は、RF部21でダウンコンバートされて、伝搬行列推定部22に出力される。伝搬行列推定部22は、入力するk個の受信信号それぞれについて、伝搬行列Hを算出し、相関行列算出部23に出力する。
相関行列算出部23は、入力するそれぞれの測定点1〜kにおける伝搬行列Hを用いて、相関行列Rtx及び相関行列Rrxを算出し、評価値算出部24に出力する。評価値算出部24は、相関行列算出部23から入力する相関行列の行列式det(Rtx)及び相関行列の行列式det(Rrx)よりMIMOアレーアンテナ評価値Fを算出し、アレーアンテナ選択部25に出力する。
アレーアンテナ選択部25は、複数のMIMOアレーアンテナ評価値Fを入力すると、当該Fが最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量Caveが最大の組として表示部(図示せず)等に出力する。
アレーアンテナ選択部25は、複数のMIMOアレーアンテナ評価値Fを入力すると、当該Fが最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量Caveが最大の組として表示部(図示せず)等に出力する。
以上説明したように、本実施形態のMIMOアレーアンテナ評価装置によれば、MIMOアレーアンテナ評価値として、式(6)で示される相関行列の行列式det(Rtx)及び相関行列の行列式det(Rrx)の乗算値の自乗根の対数値を算出する。
ここで、図4に示すように、上述したMIMOアレーアンテナ評価値FをX軸に取り、中間実効利得を除いた平均伝送容量CaveをY軸に取って評価を行う場合、図5に示す従来例に比較し、6つの測定結果がすべてほぼ直線上に並び、MIMOアレーアンテナ評価値Fに対して通信容量が決まることが分かる。
すなわち、MIMOアレーアンテナ評価値Fを評価基準とすることで、Fに対する平均伝送容量Caveが決定され、受信電力の低下などによる伝送容量の低下について正しく評価することができる。
したがって、より適切なアレーアンテナの評価を実現することができる効果が得られる。
ここで、図4に示すように、上述したMIMOアレーアンテナ評価値FをX軸に取り、中間実効利得を除いた平均伝送容量CaveをY軸に取って評価を行う場合、図5に示す従来例に比較し、6つの測定結果がすべてほぼ直線上に並び、MIMOアレーアンテナ評価値Fに対して通信容量が決まることが分かる。
すなわち、MIMOアレーアンテナ評価値Fを評価基準とすることで、Fに対する平均伝送容量Caveが決定され、受信電力の低下などによる伝送容量の低下について正しく評価することができる。
したがって、より適切なアレーアンテナの評価を実現することができる効果が得られる。
上述のMIMOアレーアンテナ評価装置は、内部に、コンピュータシステムを有している。
そして、上述したMIMOアレーアンテナ評価処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
すなわち、MIMOアレーアンテナ評価装置における、各処理手段、処理部は、CPU等の中央演算処理装置がROMやRAM等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものである。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
そして、上述したMIMOアレーアンテナ評価処理に関する一連の処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。
すなわち、MIMOアレーアンテナ評価装置における、各処理手段、処理部は、CPU等の中央演算処理装置がROMやRAM等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工・演算処理を実行することにより、実現されるものである。
ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、DVD−ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしても良い。
1…送信端(TX)
2…受信端(RX)
10…送信信号生成部
11、21…RF部
12、20−1…アレーアンテナ
20…アレーアンテナ部
20−2…アレーアンテナ可動部
22…伝搬行列推定部
23…相関行列算出部
24…評価値算出部
25…アレーアンテナ選択部
2…受信端(RX)
10…送信信号生成部
11、21…RF部
12、20−1…アレーアンテナ
20…アレーアンテナ部
20−2…アレーアンテナ可動部
22…伝搬行列推定部
23…相関行列算出部
24…評価値算出部
25…アレーアンテナ選択部
Claims (18)
- 複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する伝搬行列推定部と、
前記複数の測定点毎に、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記伝搬行列推定部が算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する第1の相関行列算出部と、
前記第1の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記第1の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の和を算出する第2の相関行列算出部と、
前記第2の相関行列算出部が算出した送信端における各相関行列の和の行列式と、前記第2の相関行列算出部が算出した受信端における各相関行列の和の行列式を乗算して自乗根をとり、対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力する評価値算出部と
を具備することを特徴とするMIMOアレーアンテナ評価装置。 - 前記評価値算出部は、前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、
該評価値算出部が算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力するアレーアンテナ選択部をさらに具備する
ことを特徴とする請求項1に記載のMIMOアレーアンテナ評価装置。 - 前記評価値算出部は、前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、
該評価値算出部が算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力するアレーアンテナ選択部をさらに具備する
ことを特徴とする請求項1に記載のMIMOアレーアンテナ評価装置。 - 前記伝搬行列推定部は、前記送信端から入力する受信信号より前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を推定する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの項に記載のMIMOアレーアンテナ評価装置。 - 前記伝搬行列推定部は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する
ことを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかの項に記載のMIMOアレーアンテナ評価装置。 - 前記伝搬行列推定部は、前記複数の測定点をWSS確立過程が成立する範囲において設定する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれかの項に記載のMIMOアレーアンテナ評価装置。 - 複数の測定点における送信アレーアンテナの伝搬行列及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出し、
前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出し、
前記算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の和を算出し、
前記算出した送信端における各相関行列の和と、前記算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの行列式を乗算して自乗根をとり、対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力する
ことを特徴とするMIMOアレーアンテナ評価方法。 - 前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力する
ことを特徴とする請求項7に記載のMIMOアレーアンテナ評価方法。 - 前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出し、該算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力する
ことを特徴とする請求項7に記載のMIMOアレーアンテナ評価方法。 - 前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列は、前記送信端からの受信信号より推定される
ことを特徴とする請求項7から請求項9のいずれかの項に記載のMIMOアレーアンテナ評価方法。 - 前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列は、実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって算出される
ことを特徴とする請求項7から請求項9のいずれかの項に記載のMIMOアレーアンテナ評価方法。 - 前記複数の測定点は、WSS確立過程が成立する範囲において設定される
ことを特徴とする請求項7から請求項11のいずれかの項に記載のMIMOアレーアンテナ評価方法。 - 複数の測定点における送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理と、
前記複数の測定点毎に、前記算出した伝搬行列に基づいて送信端での相関行列を算出するとともに、前記算出した伝搬行列に基づいて受信端での相関行列を算出する処理と、
前記算出した送信端における各相関行列の和を算出するとともに、前記算出した受信端における各相関行列の和を算出する処理と、
前記算出した送信端における各相関行列の和と、前記算出した受信端における各相関行列の和とについて、それぞれの行列式を乗算して自乗根をとり対数をとった値をMIMOアレーアンテナ評価値として出力する処理と
をコンピュータに実行させるためのMIMOアレーアンテナ評価プログラム。 - 前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する処理と、
該算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を出力する処理と
をさらにコンピュータに実行させるための請求項13に記載のMIMOアレーアンテナ評価プログラム。 - 前記MIMOアレーアンテナ評価値を複数の送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組について算出する処理と、
該算出した複数のMIMOアレーアンテナ評価値が最大となる送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの組を平均伝送容量が最大の組として出力する処理と
をさらにコンピュータに実行させるための請求項3に記載のMIMOアレーアンテナ評価プログラム。 - 前記送信端から入力する受信信号より前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を推定する処理
をさらにコンピュータに実行させるための請求項13から請求項15のいずれかの項に記載のMIMOアレーアンテナ評価プログラム。 - 実際に電波信号を送受信せずに、計算機シミュレーションによって前記送信アレーアンテナ及び受信アレーアンテナの伝搬行列を算出する処理
をさらにコンピュータに実行させるための請求項13から請求項15に記載のMIMOアレーアンテナ評価プログラム。 - 前記複数の測定点は、WSS確立過程が成立する範囲において設定される
ことを特徴とする請求項13から請求項17に記載のMIMOアレーアンテナ評価プログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003360680A JP2005130016A (ja) | 2003-10-21 | 2003-10-21 | Mimoアレーアンテナ評価装置、mimoアレーアンテナ評価方法及びmimoアレーアンテナ評価プログラム |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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ID=34640919
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2009021807A (ja) * | 2007-07-11 | 2009-01-29 | Sony Corp | 無線通信装置および伝送チャネル状態表示方法 |
JP2010117275A (ja) * | 2008-11-13 | 2010-05-27 | Ntt Docomo Inc | マルチアンテナ測定システム |
CN1917395B (zh) * | 2005-08-18 | 2011-05-25 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种阵列天线选择的方法 |
-
2003
- 2003-10-21 JP JP2003360680A patent/JP2005130016A/ja not_active Withdrawn
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CN1917395B (zh) * | 2005-08-18 | 2011-05-25 | 中兴通讯股份有限公司 | 一种阵列天线选择的方法 |
JP2009021807A (ja) * | 2007-07-11 | 2009-01-29 | Sony Corp | 無線通信装置および伝送チャネル状態表示方法 |
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