JP2005160099A - 移動通信ネットワークをシミュレートするための方法、その方法を実行するためのシミュレーション装置およびコンピュータプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】レイトレーシングツールと同様の精度および鮮鋭度で、各基地局と各移動端末との間のチャネルをリアルタイムにシミュレートする、移動通信ネットワークをシミュレートするための方法を提供する。
【解決手段】方法は、移動端末が移動する連続した時刻に対して、基地局と移動端末との間のチャネルのチャネルパラメータを計算するステップを含む。上記計算するステップは、電波が伝搬する経路毎に、かついくつかの所定の時刻に対して、電波伝搬経路パラメータを生成するためのステップと、ある特定の時刻とそれに続く時刻との間にある他の時刻のための上記パラメータを生成するためのステップであって、その際、上記電波伝搬経路パラメータの値は、位相φ_ｋを除いて線形に補間され、該φ_ｋの補間は上記移動端末の移動パラメータの関数として実施される、他の時刻のための上記パラメータを生成するためのステップとを含む。
【選択図】 図２

Description

本発明は、移動通信ネットワークをシミュレートするための方法と、その方法を実行するためのシミュレーション装置に関する。そのようなシミュレーション装置は、ある装置、たとえば移動通信ネットワークの移動端末をテストするためのテスト装置において用いられることができる。

図１に示される装置のようなシミュレーション装置は一般的に、通信ネットワークの複数の基地局によって送信される信号をシミュレートした信号を生成する基地局シミュレーションユニット１０と、ユニット１０からの信号を入力されるチャネルシミュレーションユニット２０とを備え、チャネルシミュレーションユニット２０は、それぞれ入力された信号に通信ネットワークの基地局と移動端末との間の各チャネルの応答を適用し、基地局によって送信され、移動端末によって受信されるような信号の組み合わせから生じる信号を表す信号を出力する。

一般的に、チャネルシミュレーションユニット２０は、１つあるいはいくつかの伝搬チャネルをシミュレートする。各チャネルは、マルチパスの影響によって１つあるいは複数の経路を経由し、かつ高速フェージング(fast-fading)の影響によってフェージングを受けながら伝搬される。

そのシミュレーション装置はさらに移動端末ユニット３０を備えており、移動端末ユニットにはシミュレートされるユニットを用いることができるか、あるいはシミュレーション装置がテスト装置として用いられる場合には実物(true)の移動端末を用いることができ、その際、移動端末３０はテストされる端末である。移動端末ユニット３０は、ユニット２０によって出力される信号を入力され、報告ユニット４０に送信される応答を出力する。移動端末ユニット３０から受信される信号に基づいて、報告ユニット４０は、通信ネットワークの各基地局の動作条件を与え、かつシミュレートされた基地局信号を後に生成するための役割を果たす信号をユニット１０に送信する。

そのシミュレーション装置はさらに、各基地局の周囲にある通信ネットワークの各移動端末のシミュレートされた移動に基づいて、チャネルシミュレーションユニット２０にチャネルパラメータを転送するように構成されるチャネルパラメータ計算ユニット５０を備える。

そのようなシミュレーション装置はステップ・バイ・ステップで動作する。各ステップでは、モビリティユニット(mobility unit)５０は、基地局の周囲のネットワークの移動端末の座標を決定し、チャネルパラメータを転送する。その一方で、基地局シミュレーションユニット１０は、報告ユニット４０によって送信される、先行するステップに関する信号に基づいて、シミュレートされた信号を生成する。モビリティユニット５０によって転送されるチャネルパラメータと、シミュレーションユニット１０によって転送されるシミュレートされた信号とに基づいて、チャネルシミュレーションユニット２０は、結果として基地局と移動端末との間のチャネルの応答の組み合わせを生成し、かつ移動端末３０に転送される信号を生成する。移動端末３０の応答は報告ユニット４０に入力され、報告ユニット４０はシミュレーションステップの経過を報告し、さらに後のステップのために、基地局シミュレーションユニット１０に対する基地局の動作条件についての信号を生成する。

各ステップは、シミュレーション全体がリアルタイムに実施されるようにする時間内に達成されなければならない。これは、シミュレーションに関する実際の動作によって必要とされる時間と同じ時間を意味する。この制約に起因して、上記のように、チャネルシミュレーションユニットは一般的に、その値が基地局と移動端末との間の種々の経路上での各チャネルの種々のビームの伝搬の全体的な影響を表す、１つあるいは複数の伝搬チャネルパラメータを生成する。

通信チャネルのシミュレーションに加えて、通信ネットワークの任意のスポットにおいて、送信機と受信機との間で電波が伝搬する全ての経路ｋの振幅Ａ_ｋ、遅延Ｔ_ｋ、位相φ_ｋおよび座標系の基準軸に対する入射方向θ_ｋのような全ての電波伝搬経路パラメータを与えるためのレイトレーシングツールも知られている。そのようなツールによって、マルチパスの影響、散乱(dispersion)の影響、回折の影響、すなわち一般的に言うと、高速フェージングの影響を含む、電磁波伝搬に関連する全ての影響がモデル化されるようになる。

これ以降、入射方向θ_ｋは常に、座標系の基準軸に対して定義されることに留意されたい。

チャネルシミュレーションユニットが、マルチパスの影響および高速フェージングの影響を考慮に入れて、レイトレーシングツールと同様の精度および鮮鋭度でシミュレーションを実施できるようにするために、レートレーシングツールのようなツールを用いることが関心を引くであろう。しかしながら、それらは、シミュレーションがリアルタイムに実施されるようにする時間内に達成されるべきである、１つのチャネルの経路毎の電波伝搬経路パラメータを決定するのに、大量の計算を必要とする。たとえば、チャネル応答の時間的な展開を完全かつ明確に特徴付けるために、このチャネルを構成する全ての経路のパラメータが、基地局によって送出される信号の波長の少なくとも１／１００毎にわからなければならない。その長さは、２ＧＨｚの信号の場合、１５／１００ｃｍに等しい。そのような距離は、１００ｋｍ／ｈの速度で移動する移動端末によれば、５４μｓに相当する。したがって、５４μｓ毎に、新たな１組の電波伝搬経路パラメータが計算されなければならないが、それは実際問題として、現時点では最新のコンピュータでも達成することができない。

この問題を克服するために、伝搬パラメータが種々の所定の時刻に計算されることができ、２つの連続した所定の時刻の間の時刻に対しては、伝搬パラメータは補間されることができる。それにもかかわらず、そのような解決手法は、その補間が線形補間になる入射方向θ_ｋ、振幅Ａ_ｋ、遅延Ｔ_ｋに関しては全く問題を生じない場合であっても、その値が−πとπとの間で変動し、この変動が２つの連続した所定の時刻の間に何度も生じるために、補間が線形にはならないことがある位相φ_ｋの場合には、これは当てはまらないであろう。

本発明の目的は、マルチパスの影響および高速フェージングの影響を考慮に入れて、レイトレーシングツールと同様の精度および鮮鋭度で、各基地局と各移動端末との間のチャネルをシミュレートし、かつ先に列挙された問題を提起しない、移動通信ネットワークをシミュレートするための方法を提供することである。さらに、本発明の目的は、レイトレーシング法の結果を利用するような方法を提供することである。

この目的のために、少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの移動端末とを含む移動通信ネットワークをシミュレートするための方法であって、本発明による上記の方法は少なくとも、該移動端末が移動する連続した時刻に対して、該少なくとも１つの基地局と該少なくとも１つの移動端末との間のチャネルのチャネルパラメータを計算するステップを含むタイプのものである。

上記計算するステップは、
少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの移動端末との間の電波が伝搬する経路毎に、かついくつかの所定の時刻に対して(for some predetermined times)、電波伝搬経路パラメータを生成するためのステップと、
ある特定の時刻とそれに続く時刻との間にある他の時刻のための(for other times)上記パラメータを生成するためのステップであって、その際、上記電波伝搬経路パラメータの値は、位相φ_ｋを除いて線形に補間され、該φ_ｋの補間は移動端末の移動パラメータの関数として実施される、他の時刻のための上記パラメータを生成するためのステップとを含むことを特徴とする。例えば、この補間は、考慮される時刻における、時間に関する位相φ_ｋの変化量に依存する。

本発明の一実施形態によれば、線形に補間される電波伝搬経路パラメータは、その経路ｋを経由する電波の振幅Ａ_ｋ、入射方向θ_ｋおよび遅延Ｔ_ｋである。

本発明はまた、少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの移動端末とを含む移動通信ネットワークをシミュレートするためのシミュレーション装置であって、該装置は、該移動端末が移動する連続した時刻に対して、該少なくとも１つの基地局と該少なくとも１つの移動端末との間のチャネルのチャネルパラメータを計算するための手段を備えるシミュレーション装置に関する。

該装置は、
少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの移動端末との間の電波が伝搬する経路毎に、かついくつかの所定の時刻に対して、電波伝搬経路パラメータを生成するための手段と、
ある特定の時刻とそれに続く時刻との間にある他の時刻のための上記パラメータを生成するための手段であって、その際、上記電波伝搬経路パラメータの値は、位相φ_ｋを除いて線形に補間され、該φ_ｋの補間は移動端末の移動パラメータの関数として実施される、該他の時刻のためのパラメータを生成するための手段とを備えることを特徴とする。例えば、位相φ_ｋに対する補間は、考慮される時刻における、時間に関する位相φ_ｋの変化量に依存する。

本発明の特徴は、添付の図面に関連して与えられる、以下に記載される詳細な説明を読むことから明らかになるであろう。

本発明は、図１に表される構造を提供する、移動通信ネットワークのシミュレータに関する。その際、そのシミュレータは、基地局シミュレーションユニット１０と、基地局シミュレーションユニット１０によって生成された、シミュレートされた信号を受信し、その信号を処理して、ネットワークの基地局と各移動端末との間のチャネルをシミュレートするチャネルシミュレーションユニット２０と、ユニット２０によって転送される、シミュレートされた処理済の信号を受信する移動端末シミュレーションユニット３０あるいは実物の移動端末３０と、ユニット２０によって転送されたシミュレートされた信号に応答して、ユニット３０から送信される信号を受信し、ユーザに経過を報告し、基地局シミュレーションユニット１０に対する動作条件信号を生成する報告ユニット４０とを備える。

そのシミュレータはさらに、各基地局の周囲にある通信ネットワークの少なくとも１つの移動端末のシミュレートされた動きに基づいて、チャネルシミュレーションユニット２０にチャネルパラメータを転送するように構成されるチャネルパラメータ計算ユニット５０を備える。

本発明によれば、チャネルパラメータ計算ユニット５０は、基地局と移動端末との間の全ての異なる経路のための電波伝搬経路パラメータを生成する。基地局と移動端末との間のｋで参照される経路毎に、ユニット５０は、経路ｋを経由する電波の振幅Ａ_ｋ、位相φ_ｋ、入射方向θ_ｋおよび遅延Ｔ_ｋによって、移動端末が移動する異なる連続した時刻に得られる値を生成する。

さらに、本発明は、電波伝搬経路パラメータのうちのいくつかは、移動端末の移動の関数として、他のパラメータよりも急激には変動しないという事実に基づく。典型的には、ビーム軸に投影される移動端末の波長に等しい移動に対して、位相φ_ｋは０から２π（あるいは−πからπ）まで変動するのに対して、振幅Ａ_ｋ、入射方向θ_ｋおよび遅延Ｔ_ｋは、例えば１０波長以下の移動端末の移動にわたって概ね一定のままである。

本発明によれば、経路ｋ毎の１組の電波伝搬経路パラメータ、すなわち振幅Ａ_ｋ、入射方向θ_ｋ、遅延Ｔ_ｋおよび位相φ_ｋが、移動端末の特定の、又は所定の時刻に対して計算される。たとえば、２つの連続した時刻は、その電波の約１０周期だけ離隔されることができる。さらに、ある特定の時刻とそれに続く時刻との間の時刻に関しては、パラメータの値が、その両方の時刻から得られる値から補間される。振幅Ａ_ｋ、入射方向θ_ｋおよび遅延Ｔ_ｋの値に関しては、線形に補間される。

位相φ_ｋの値は、特定の時刻のうちの１つに対して得られた値から補間され、移動端末の移動パラメータ、すなわちその速度およびその移動方向に依存する。

図２は、３つの異なる時刻ｔ０、ｔおよびｔ１における移動端末ＭＴを示す。時刻ｔ０およびｔ１は特定の、あるいは所定の時刻であると仮定されるのに対して、ｔは補間された時刻である。基地局ＢＳは、ｋとして参照される経路を経由して、移動端末ＭＴに向かってビームＢを送出する。基準軸ｘｘ’に対するビームＢの方向は、時刻ｔ０ではθ_ｋ（ｔ０）であり、時刻ｔではθ_ｋ（ｔ）である。

時刻ｔ０における、そのビームＢのための１組の電波伝搬経路パラメータ、すなわちその振幅Ａ_ｋ（ｔ０）、その入射方向θ_ｋ（ｔ０）、その遅延Ｔ_ｋ（ｔ０）およびその位相φ_ｋ（ｔ０）が計算される。

同様に、時刻ｔ１における、そのビームＢのための１組の電波伝搬経路パラメータ、すなわちその振幅Ａ_ｋ（ｔ１）、その入射方向θ_ｋ（ｔ１）、その遅延Ｔ_ｋ（ｔ１）およびその位相φ_ｋ（ｔ１）が計算される。

時刻ｔ（時刻ｔは特定の時刻ではなく、ｔ０とｔ１との間に含まれる補間された時刻である）の場合に、移動端末は、基準軸ｘｘ’との角度θ_ｖ（ｔ）を時刻ｔにおいて形成する方向に向かう速度ベクトルＶにしたがって動いている。

そのビームのための新たな１組の電波伝搬経路パラメータが、時刻ｔ０およびｔ１の両方において得られる値からの補間によって計算される。たとえば、振幅Ａ_ｋ（ｔ）は、以下の式による線形補間によって計算されることができる。

これは、位相φ_ｋ（ｔ）を除く、全ての他の伝搬パラメータの場合に同じである。

本発明によれば、時刻ｔにおける位相φ_ｋ（ｔ）は、時刻ｔ０に対して計算される値φ_ｋ（ｔ０）から、時間に関する位相の変化量ｄφ_ｋ（ｔ）／ｄｔの関数として、以下の関係にしたがって時刻ｔにおいて補間される。

図２から明らかなように、位相の変化量は、ビーム経路の軸上への移動端末の移動の投影が波長λに等しいとき、２πになるであろう。ビーム経路の軸上への移動端末の移動の投影は、その端末の速度Ｖに、ビーム軸と速度ベクトルＶとの間に、時刻ｔにおいて形成される角度｛θ_ｋ（ｔ）−θ_ｖ（ｔ）｝の余弦を掛けて、さらに時刻の変化量（ｔ−ｔ０）を掛けたものに等しく、｛Ｖｃｏｓ（θ_ｋ（ｔ）−θ_ｖ（ｔ））（ｔ−ｔ０）｝と見なされる。その投影の場合に、位相の変化量Δφ_ｋ（ｔ）、それゆえ時刻ｔと時刻ｔ０との間の位相の変化量Δφ_ｋ（ｔ）は以下のようになるであろう。

ただし、ｃは光速であり、ｆは基地局ＢＳによって送出されるビームの周波数である。

したがって、時間に関する位相の変化量ｄφ_ｋ（ｔ）／ｄｔは以下の式から得られる。

時間に関する位相の変化量ｄφ_ｋ（ｔ）／ｄｔは、移動端末の速度Ｖと、基準軸ｘｘ’と速度ベクトルとの間に、時刻ｔにおいて形成される角度θ_ｖとに依存することに留意されたい。いずれも、移動端末の移動パラメータである。

本発明の方法ステップは、コンピュータ上で実行される場合には、コンピュータプログラムによって実行されることができ、このプログラムはコンピュータ読取り可能媒体上に具現されることができる。

本発明によるシミュレーション装置の機能図である。 基地局が３つの異なる時刻に移動端末に向かってビームを送出する通信ネットワークを示す図である。

符号の説明

１０ 基地局シミュレーションユニット、２０ チャネルシミュレーションユニット、３０ 移動端末シミュレーションユニット、５０ モビリティユニット（パラメータを計算するための手段）。

Claims (10)

1. 少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの移動端末とを含む移動通信ネットワークをシミュレートするための方法であって、前記方法は少なくとも、前記移動端末が移動する連続した時刻に対して、前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの移動端末との間のチャネルのチャネルパラメータを計算するステップを含み、
   前記計算するステップは、
   前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの移動端末との間の電波が伝搬する経路毎に、かついくつかの所定の時刻に対して、電波伝搬経路パラメータを生成するためのステップと、
   ある特定の時刻とそれに続く時刻との間にある他の時刻のための前記パラメータを生成するためのステップであって、その際、前記電波伝搬経路パラメータの値は、位相φ_ｋを除いて線形に補間され、前記φ_ｋの補間は前記移動端末の移動パラメータの関数として実施される、他の時刻のための前記パラメータを生成するためのステップと
   を含むことを特徴とする、少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの移動端末とを含む移動通信ネットワークをシミュレートするための方法。
2. 前記位相φ_ｋのための前記補間は、考慮される時刻における、時間に関する位相φ_ｋの変化量に依存することを特徴とする、請求項１に記載の移動通信ネットワークをシミュレートするための方法。
3. 線形に補間される前記電波伝搬経路パラメータは、その経路ｋを経由する電波の振幅Ａ_ｋ、遅延Ｔ_ｋ、および座標系の基準軸に対する入射方向θ_ｋであることを特徴とする、請求項１又は２に記載の移動通信ネットワークをシミュレートするための方法。
4. 時間に関する位相の変化量ｄφ_ｋ／ｄｔは以下の式から得られ、
   

   

   ただし、ｆは考慮される電波の周波数であり、ｃは光速であり、Ｖは移動端末の速度であり、θ_ｖ（ｔ）は前記移動端末の前記速度ベクトルと前記座標系の前記基準軸との間に、時刻ｔにおいて形成される角度であることを特徴とする、請求項３に記載の移動通信ネットワークをシミュレートするための方法。
5. 少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの移動端末とを含む移動通信ネットワークをシミュレートするためのシミュレーション装置であって、前記装置は、前記移動端末が移動する連続した時刻に対して、前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの移動端末との間のチャネルのチャネルパラメータを計算するための手段を備え、
   前記装置は、
   前記少なくとも１つの基地局と前記少なくとも１つの移動端末との間の電波が伝搬する経路毎に、かついくつかの所定の時刻に対して、電波伝搬経路パラメータを生成するための手段と、
   ある特定の時刻とそれに続く時刻との間にある他の時刻のための前記パラメータを生成するための手段であって、その際、前記電波伝搬経路パラメータの値は、位相φ_ｋを除いて線形に補間され、前記φ_ｋの補間は前記移動端末の移動パラメータの関数として実施される、前記他の時刻のための前記パラメータを生成するための手段と
   を備えることを特徴とする、少なくとも１つの基地局と少なくとも１つの移動端末とを含む移動通信ネットワークをシミュレートするためのシミュレーション装置。
6. 前記位相φ_ｋに対する前記補間は、考慮される時刻における、時間に関する位相φ_ｋの変化量に依存することを特徴とする、請求項５に記載の移動通信ネットワークをシミュレートするための装置。
7. 線形に補間される前記電波伝搬経路パラメータは、その経路ｋを経由する電波の振幅Ａ_ｋ、入射方向θ_ｋ、および遅延Ｔ_ｋであり、ある特定の時刻とそれに続く時刻との間で大きく変化するパラメータは位相φ_ｋであることを特徴とする、請求項５又は６に記載の移動通信ネットワークをシミュレートするための装置。
8. 時間に関する位相の変化量ｄφ_ｋ／ｄｔは以下の式から得られ、
   

   

   ただし、ｆは考慮される電波の周波数であり、ｃは光速であり、Ｖは移動端末の速度であり、θ_ｖ（ｔ）は前記移動端末の前記速度ベクトルと前記座標系の前記基準軸との間に、時刻ｔにおいて形成される角度であることを特徴とする、請求項７に記載の移動通信ネットワークをシミュレートするための装置。
9. コンピュータ上で実行されるときに、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法を実行するように構成されるコンピュータプログラムコード手段を含むコンピュータプログラム。
10. コンピュータ読取り可能媒体上で具現される請求項９に記載のコンピュータプログラム。
    

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