JP2005303475A - Fading simulator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、3次元モデルを用いて伝搬環境を模擬するフェージングシミュレータに関する。 The present invention relates to a fading simulator that simulates a propagation environment using a three-dimensional model.
フェージングシミュレータは、送信機と受信機との間にケーブルを接続して使用し、実際の通信環境の時空間特性を模擬的に作り出す装置である。このフェージングシミュレータにおいて、実際の通信環境をシミュレーションするときに重要になるのが伝搬モデルである。従来のフェージングシミュレータでは、一般化した伝搬モデル式を用いて距離に対する時間変動により受信レベル変動を生成し、統計的なモデルを使用してマルチパスの発生確率、各パスのレベルを決定している。そして、フェージングシミュレータ内で確率論的に伝搬チャネルを変化させることにより、時間の進行に伴ってフェージング状態を変化させている。なお、伝搬チャネルとは、電波が通る経路(パス)のことであり、複数の伝搬チャネルが互いにうち消し合ったり、足し合わさったりすることによりフェージング現象が起こる。 The fading simulator is a device that creates a spatio-temporal characteristic of an actual communication environment by using a cable connected between a transmitter and a receiver. In this fading simulator, a propagation model is important when simulating an actual communication environment. In a conventional fading simulator, a generalized propagation model equation is used to generate reception level fluctuations by time fluctuations with respect to distance, and a statistical model is used to determine the occurrence probability of multipaths and the level of each path. . Then, by changing the propagation channel stochastically in the fading simulator, the fading state is changed with the progress of time. A propagation channel is a path through which radio waves pass, and a fading phenomenon occurs when a plurality of propagation channels are erased or added together.
ところで、移動体通信の分野では、第三世代携帯電話サービスが始まり、収容数や加入者数に対するデータ伝送速度が大幅に改善された。これは、周波数拡散技術を用いたアクセス技術の導入により広帯域伝送時の時間軸を有効に利用できるようになったためである。 By the way, in the field of mobile communications, the third generation mobile phone service has begun, and the data transmission speed with respect to the number of accommodations and the number of subscribers has been greatly improved. This is because the time axis at the time of broadband transmission can be effectively used by introducing the access technology using the frequency spread technology.
現在、次の段階として多重電波伝搬の空間軸を有効に利用するアレーアンテナやMIMO(Multi-Input Multi-Output)等の複数のアンテナ素子を使用する技術を用いたシステム開発が盛んである。このようなシステムに対応するためには、時間に対する受信電力の変動だけではなく、各経路を正確に再現するために空間を表現する必要があるため、従来の時間ドメイン、受信電力ドメインの2つのドメインで表現するモデルでは機能的に不十分である。 Currently, as a next step, system development using a technique that uses a plurality of antenna elements such as an array antenna and MIMO (Multi-Input Multi-Output) that make effective use of the spatial axis of multiple radio wave propagation is in progress. In order to cope with such a system, it is necessary not only to change the received power with respect to time but also to represent a space in order to accurately reproduce each path. The domain representation model is not functional enough.
そこで、電波の往来を立体的に表現することができ、実際の3次元地図から絶対的に伝搬チャネルを決定することができる3次元モデルを用いたフェージングシミュレータの開発が期待されている。
しかしながら、各パスの移動距離に応じた減衰をDA変換器のみで再現すると、ダイナミックレンジはDA変換器のビット数にて制限を受けるため、送受信間距離が長い場合等、低い受信レベルの時空間プロファイルを十分な分解能で再現することができなくなる。 However, if the attenuation corresponding to the moving distance of each path is reproduced only by the DA converter, the dynamic range is limited by the number of bits of the DA converter. The profile cannot be reproduced with sufficient resolution.
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、DA変換器の分解能全てを用いてパスを表現することができる3次元モデルを用いたフェージングシミュレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of this point, and an object thereof is to provide a fading simulator using a three-dimensional model that can express a path using all the resolutions of a DA converter.
かかる課題を解決するため、本発明は、伝搬モデル生成装置によって生成された3次元モデルのパラメータを用いて伝搬環境のシミュレーションを行うフェージングシミュレータであって、正規化された受信電力、遅延時間及び位相のパラメータに基づいて入力信号に空間マルチパスを付加するフェージング生成手段と、前記フェージング生成手段の出力信号をアナログ信号に変換するDA変換手段と、前記DA変換手段の出力信号を減衰する減衰手段と、を具備し、前記フェージング生成手段は、減衰係数のパラメータを用いて前記DA変換手段及び前記減衰手段における減衰量を設定する構成を採る。 In order to solve this problem, the present invention is a fading simulator that simulates a propagation environment using parameters of a three-dimensional model generated by a propagation model generation device, and includes normalized received power, delay time, and phase. Fading generation means for adding spatial multipath to the input signal based on the parameters of the above, DA conversion means for converting the output signal of the fading generation means into an analog signal, and attenuation means for attenuating the output signal of the DA conversion means , And the fading generation means uses the attenuation coefficient parameter to set the attenuation amount in the DA conversion means and the attenuation means.
本発明によれば、正規化された受信電力を用いてフェージング状態を生成した後、長区間変動値を外部アナログ回路で減衰させることができるので、DA変換器の分解能全てを用いてパスを表現することができる。 According to the present invention, after the fading state is generated using the normalized received power, the long interval fluctuation value can be attenuated by the external analog circuit, so that the path is expressed using all the resolution of the DA converter. can do.
本発明の骨子は、遅延プロファイル波形ごとに全体電力のベクトル和が0dBとなるように正規化し、正規化された受信電力を用いてフェージング状態を生成した後、長区間変動値を外部アナログ回路で減衰させることである。 The essence of the present invention is that normalization is performed so that the vector sum of the total power becomes 0 dB for each delay profile waveform, and the fading state is generated using the normalized received power, and then the long interval variation value is converted by an external analog circuit. It is to attenuate.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施の形態)
図1は、本発明の一実施の形態に係るフェージングシミュレータを含むシステム構成図である。
(Embodiment)
FIG. 1 is a system configuration diagram including a fading simulator according to an embodiment of the present invention.
伝搬モデル生成装置100は、空間モデルを生成し、空間モデルのパラメータをフェージングシミュレータ200に出力する。フェージングシミュレータ200は、空間モデルのパラメータを使用して実際の通信環境の時空間特性を模擬的に作り出し、移動機300から出力された信号に空間マルチパスを付加してアレーアンテナを有する基地局400に出力する。
Propagation
次に、伝搬モデル生成装置100の構成について、図2のブロック図を用いて説明する。伝搬モデル生成装置100は、3次元地図データ生成部101と、伝搬環境構築部102と、チャネルインパルスレスポンス取得部103と、時空間プロファイル生成部104と、パラメータ算出部105とから主に構成される。
Next, the configuration of the propagation
3次元地図データ生成部101は、実際のフィールドの地図・建物情報等の2次元の住宅地図データと標高メッシュデータとを用いて3次元の地図データを生成する。伝搬環境構築部102は、3次元の地図データと基地局データとを用いて基地局における伝搬環境を構築する。
The three-dimensional map
チャネルインパルスレスポンス取得部103は、移動機の走行ルートのデータを入力し、伝搬環境構築部102にて構築された伝搬環境から、受信電界強度、遅延プロファイル等の推定パラメータと到来角度(Angle Of Arrival)、送信角度(Angle Of Departure)の推定を行い、当該基地局受信機のチャネルインパルスレスポンスを取得する。
The channel impulse
時空間プロファイル生成部104は、移動機のスピードのデータを入力し、チャネルインパルスレスポンスと到来角度との合成により移動機の走行ルート上の基地局における時空間遅延プロファイルを生成する。
The spatio-temporal
パラメータ算出部105は、時空間遅延プロファイルを用いて、基地局受信機に到達した素波(レイ)の各種パラメータ(受信電力、遅延時間、水平方向到来角度、垂直方向到来角度、減衰係数)を取得し、フェージングシミュレータ200に出力する。ただし、受信電力は、遅延プロファイル波形ごとに全体電力のベクトル和が0dBとなるように正規化される。なお、0dBはDA変換器の最大値となるように設定される。
The
次に、伝搬モデル生成装置100における処理手順について説明する。
Next, a processing procedure in the propagation
まず、伝搬モデル生成装置100は、実際のフィールドの地図・建物情報を用いて、環境データ(3次元の都市データ)を作成する。なお、この環境データには、各障害物の材質毎に複素誘電率が設定される。
First, the propagation
次に、伝搬モデル生成装置100は、レイトレーシング法により、環境データを使って、受信電界強度、遅延プロファイル等の推定パラメータと到来角度、送信角度の推定を行い、当該基地局受信機のチャネルインパルスレスポンスを取得する。
Next, the propagation
なお、レイトレーシング法の代表的なものに、ラウンチング法(launching-method)とイメージ法(Imaging-method)がある。ラウンチング法は、電波の経路を探索するために送信機からΔθで素波(レイ)を離散的に放射し、障害物で反射、透過、回折を繰り返しながら受信機をトレースする方法である。イメージ法は、全ての送信機の虚像を作って電波の経路を探索する方法である。イメージ法は、厳密な探索ができる反面、障害物が増えると指数関数的に探索する経路の組み合わせが増えてしまうため、室内などの比較的狭いエリアを評価するモデルとして使われる。ラウンチング法は、離散角度の広がりによる障害物探索(トレース)の不確かさは増えるが、高速化の工夫がし易い。 Representative ray tracing methods include a launching method (launching-method) and an image method (Imaging-method). The launching method is a method in which a wave (ray) is discretely emitted from a transmitter at Δθ to search for a radio wave path, and the receiver is traced while being repeatedly reflected, transmitted, and diffracted by an obstacle. The image method is a method of searching radio wave paths by creating virtual images of all transmitters. The image method can be used as a model for evaluating a relatively narrow area such as a room because the number of obstacles increases, but the number of combinations of paths searched exponentially increases as the number of obstacles increases. The launching method increases the uncertainty of obstacle search (trace) due to the spread of discrete angles, but it is easy to devise speedup.
レイトレーシング法では、受信電力が受信機の近傍に到着した全てのレイの総和で導出され、到着したレイの経路が明確なため遅延時間が経路長から導出される。これらの結果として、当該受信機のチャネルインパルスレスポンスを取得することができる。なお、電波の振る舞いの推定精度を決める最大のポイントは3次元地図データである。一般に3次元地図データを広範囲に作ることは困難であるが、発明者は、住宅地図から自動的に任意の地域を3次元化することができるソフトウェアを開発した。 In the ray tracing method, the received power is derived as the sum of all the rays that have arrived in the vicinity of the receiver, and the delay time is derived from the route length because the route of the arrived ray is clear. As a result of these, the channel impulse response of the receiver can be acquired. The maximum point that determines the estimation accuracy of the behavior of radio waves is 3D map data. In general, it is difficult to create a wide range of 3D map data, but the inventor has developed software that can automatically convert any area to a 3D from a house map.
次に、伝搬モデル生成装置100は、チャネルインパルスレスポンスと到来角度との合成により移動機の走行ルート上の基地局における時空間遅延プロファイルを生成する。なお、時空間遅延プロファイルの集合がフェージングシミュレータの空間モデルとなる。
Next, propagation
次に、伝搬モデル生成装置100は、時空間遅延プロファイルを用いて、基地局受信機に到達した素波(レイ)の各種パラメータ(受信電力、遅延時間、水平方向到来角度、垂直方向到来角度、減衰係数)を取得し、フェージングシミュレータ200に出力する。
Next, the propagation
以上が、伝搬モデル生成装置100における処理手順の説明である。
The above is the description of the processing procedure in the propagation
次に、フェージングシミュレータ200の構成について、図3のブロック図を用いて説明する。フェージングシミュレータ200は、位置情報記憶部201と、アンテナ素子数分の位相算出部202と、アンテナ素子数分のフェージング回路203と、制御用DA変換器204と、DA変換器205と、アッテネータ206とから主に構成される。
Next, the configuration of
位置情報記憶部201には、基地局のアンテナ素子の空間位置がユーザによって予め設定/記憶される。なお、位置情報記憶部201に記憶される各アンテナ素子の空間位置は、各アンテナ素子回路の位相のばらつきが補正されたものである。
In the position
位相算出部202は、伝搬モデル生成装置100から出力された基準位相、水平方向到来角度、垂直方向到来角度の各パラメータと位置情報記憶部201に記憶されたアンテナ素子の空間位置から各アンテナ素子の位相を算出する。
The
フェージング回路203は、伝搬モデル生成装置100から出力された受信電力、遅延時間、減衰係数の各パラメータと、位相算出部202にて算出された各アンテナ素子の位相パラメータに基づいて、伝搬チャネルのフェージング状態を生成する。
The
制御用DA変換器204は、フェージング回路203の指示に基づいてDA変換器205のリファレンス電圧を制御することによりアナログ的にDA変換器205の出力電圧を制御する。DA変換器205は、フェージング回路203の出力信号をアナログ信号に変換するとともに、制御用DA変換器204の制御に基づいて減衰させる。これにより、DA変換器205の分解能を保持したままDA変換器205の出力全体を減衰させることができる。
The
アッテネータ206は、フェージング回路203の制御に基づいてDA変換器205の出力信号を減衰させる。なお、アッテネータ206は、DA変換器205より大きな減衰量を与える。
The
以下、フェージング回路203の構成について図4を用いて説明する。図4は、1つのフェージング回路203の構成を示す図である。各フェージング回路203は、FIFO型メモリー301と、複素乗算器302と、DSP303と、合成器304とから主に構成される。
Hereinafter, the configuration of the fading
FIFO型メモリー301は、最大パス数Nだけ用意され、DSP303により制御された遅延量だけ入力信号を遅延させる。複素乗算器302は、最大パス数Nだけ用意され、FIFO型メモリー301にて遅延された入力信号に対して、DSP303により制御された複素係数を乗算する。
The
DSP303は、遅延時間のパラメータに応じてFIFO型メモリー301の遅延量を設定し、受信電力及び位相のパラメータに基づいて複素乗算器302の複素係数を設定する。また、DSP303は、減衰係数のパラメータに基づいてDA変換器205及びアッテネータ206の減衰量を設定する。
The
合成器304は、各複素乗算器302の出力信号を合成する。これにより、移動機等からの入力信号をマルチパス化し、それぞれのパスに対して位相回転とレベル制御を行うことができ、実際の通信環境の時空間特性を模擬的に作り出すことができる。
The
このように、本実施の形態によれば、遅延プロファイル波形ごとに全体電力のベクトル和が0dBとなるように正規化し、正規化された受信電力を用いてフェージング状態を生成した後、長区間変動値を外部アナログ回路で減衰させることができるので、DA変換器の分解能全てを用いてパスを表現することができる。 As described above, according to this embodiment, after normalizing the vector sum of the total power to 0 dB for each delay profile waveform and generating the fading state using the normalized received power, Since the value can be attenuated by an external analog circuit, the path can be expressed using all the resolution of the DA converter.
本発明は、空間再現能力により複数のアンテナ素子を使用する装置を用いて無線通信を行う移動体通信システムの開発に用いるに好適である。また、本発明は、地域特性の再現、任意の走行速度による伝搬環境の再現が可能であり、新しい移動体通信の開発に用いるに好適である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is suitable for use in the development of a mobile communication system that performs wireless communication using an apparatus that uses a plurality of antenna elements due to space reproduction capability. Further, the present invention can reproduce regional characteristics and propagation environment at an arbitrary traveling speed, and is suitable for use in the development of new mobile communications.
100 伝搬モデル生成装置
101 3次元地図データ生成部
102 伝搬環境構築部
103 チャネルインパルスレスポンス取得部
104 時空間プロファイル生成部
105 パラメータ算出部
200 フェージングシミュレータ
201 位置情報記憶部
202 位相算出部
203 フェージング回路
204 制御用DA変換器
205 DA変換器
206 アッテネータ
301 FIFO型メモリー
302 複素乗算器
303 DSP
304 合成器
DESCRIPTION OF
304 Synthesizer
Claims (3)
正規化された受信電力、遅延時間及び位相のパラメータに基づいて入力信号に空間マルチパスを付加するフェージング生成手段と、
前記フェージング生成手段の出力信号をアナログ信号に変換するDA変換器と、
前記DA変換器の出力信号を減衰する減衰器と、を具備し、
前記フェージング生成手段は、減衰係数のパラメータを用いて前記DA変換器及び前記減衰器における減衰量を設定することを特徴とするフェージングシミュレータ。 A fading simulator for simulating a propagation environment using parameters of a three-dimensional model generated by a propagation model generation device,
Fading generating means for adding a spatial multipath to the input signal based on normalized received power, delay time and phase parameters;
A DA converter for converting an output signal of the fading generation means into an analog signal;
An attenuator for attenuating the output signal of the DA converter;
The fading generation means sets attenuation amounts in the DA converter and the attenuator using attenuation coefficient parameters.
3次元地図データを用いて時空間プロファイルを生成する時空間プロファイル生成手段と、請求項1記載のフェージングシミュレータにて使用される伝搬チャネルを表すパラメータを前記時空間プロファイルを用いて算出するパラメータ算出手段と、を具備することを特徴とする伝搬モデル生成装置。 A propagation model generation device for generating a three-dimensional model,
A spatiotemporal profile generating means for generating a spatiotemporal profile using three-dimensional map data, and a parameter calculating means for calculating a parameter representing a propagation channel used in the fading simulator according to claim 1 using the spatiotemporal profile. And a propagation model generation device.
正規化された受信電力、遅延時間及び位相のパラメータを用いて入力信号に空間マルチパスを付加し、DA変換器及び/あるいは減衰器により前記空間マルチパス付加後の入力信号を減衰することを特徴とするフェージングシミュレーションシステム。 A propagation model generation device that determines a propagation channel using three-dimensional map data and calculates a parameter representing the propagation channel;
A spatial multipath is added to an input signal using normalized received power, delay time, and phase parameters, and the input signal after the spatial multipath addition is attenuated by a DA converter and / or an attenuator. Fading simulation system.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2004113580A JP3854975B2 (en) | 2004-04-07 | 2004-04-07 | Fading simulator |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
JP2010098650A (en) * | 2008-10-20 | 2010-04-30 | Anritsu Corp | Phasing simulator and wireless communication device test system |
JP2012195895A (en) * | 2011-03-18 | 2012-10-11 | Anritsu Corp | Fading simulator, mobile communication terminal test system, and fading processing method |
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2004
- 2004-04-07 JP JP2004113580A patent/JP3854975B2/en not_active Expired - Lifetime
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JP2012195895A (en) * | 2011-03-18 | 2012-10-11 | Anritsu Corp | Fading simulator, mobile communication terminal test system, and fading processing method |
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