JP2010025787A - アンテナ測定システム及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より簡易な構成で多重波環境を模擬することが可能なアンテナ測定システム及び方法を提供する。
【解決手段】この発明によるアンテナ測定システムは、被測定機器１と、被測定機器１を中心とする円周上に位置し４５°以下の中心角をなす測定用アンテナ３ａ，３ｂのペアを含む複数の測定用アンテナ３と、測定用アンテナ３から同時に用いる２以上の測定用アンテナを選択する切替装置５と、各選択された測定用アンテナに互いに無相関な信号を切替装置５を介して出力する振幅位相制御装置４とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、アンテナの性能を評価するためのアンテナ測定システム及び方法に関する。

一般に、移動通信用アンテナの性能評価は、電波暗室における放射指向性を測定することにより行われる。放射指向性の測定をするには、まず、被測定アンテナ１を図１９に示すように回転台２上に設置する。そして、その被測定アンテナ１’を回転させて、各角度ごとに、外部信号源から電気信号が供給される対向アンテナ３’から、その電気信号に対応する電波を被測定アンテナ１’に向けて放射する。そして、各角度ごとに、被測定アンテナ１’の受信電力を測定する。このようにして、放射指向性の測定が実現される。

特に、携帯端末については、アンテナを含む総合無線性能評価として、擬似基地局装置を用いて実際に動作する携帯端末から放射される電力を全空間で測定する全空間放射電力測定と、各方向からの到来波に対する受信感度を全空間で測定する全空間受信感度測定の２つが規定されている（例えば、非特許文献１参照。）。こうした測定システムおよび測定方法では、アンテナの放射指向性や携帯端末の全空間に対する送受信性能を評価することが可能である。

しかしながら、２つ以上のアンテナを構成要素とする受信ダイバーシティ用やＭＩＭＯ伝送用のマルチアンテナについては、各アンテナの放射指向性ならびに全空間に対する送受信性能に加えて、アンテナ間の空間相関を考慮する必要がある。したがって、実際の多重波環境を模擬した環境において、アンテナおよび携帯端末の性能評価を行う必要がある。

従来、多重波環境を模擬するアンテナ測定システムとして例えば特許文献１に記載されたアンテナ測定システムがある（例えば、特許文献１参照。）。
このアンテナ測定装置は、図２０に示すように、円周上に等間隔に配置した複数のアンテナ１０２ａ〜１０２ｇからそれぞれ放射される電波の振幅と位相を制御することにより、それらの電波によって円の中心部付近に構成される多重波環境の性質を制御するものである。このとき、円の中心部付近にダイバーシチアンテナ等の被測定アンテナ１１０を配置することによって実使用環境中の性能評価を可能としている。
CTIA Test Plan for Mobile Station OTA Performance Revision 2.1 特開２００５−２２７２１３号公報

特許文献１のアンテナ評価装置においては、振幅及び位相を制御する必要がある信号の数は、アンテナ１０２ａ〜１０２ｇの総数と同じである。このため、図２１に示すように、アンテナ１０２ａ〜１０２ｇと同数の減衰器２０１ａ−２０７ａ及び位相器２０８ａ−２１４ａを設けており、これらの減衰器２１０ａ−２０７ａ及び位相器２０８ａ−２１４ａを用いて、各アンテナ１０２ａ〜１０２ｇごとに振幅及び位相を制御していた。この点、特許文献１のアンテナ評価装置はその構成が簡易であるとは言えない。

この発明は、より簡易な構成で多重波環境を模擬することが可能なアンテナ測定システム及び方法を提供することを目的とする。

この発明によるアンテナ測定システムは、被測定機器と、被測定機器を中心とする円周上に位置し４５°以下の中心角をなす測定用アンテナのペアを含む複数の測定用アンテナと、測定用アンテナから同時に用いる２以上の測定用アンテナを選択する切替装置と、各選択された測定用アンテナに互いに無相関な信号を切替装置を介して出力する振幅位相制御装置とを含む。

この発明によるアンテナ測定方法は、被測定機器を中心とする円周上に位置し４５°以下の中心角をなす測定用アンテナのペアを含む複数の測定用アンテナから同時に用いる２以上の測定用アンテナを選択する切替ステップと、各選択された測定用アンテナに互いに無相関な信号を切替装置を介して出力する振幅位相制御ステップとを含む。

複数の測定用アンテナの中から同時に用いる測定用アンテナを切替装置で選択することにより、振幅及び位相を制御する必要がある信号の数を、測定用アンテナの総数よりも少なくすることができる。また、測定用アンテナに供給する信号は互いに無相関な信号でよい。したがって、所望の多重波伝搬環境を模擬することができるアンテナ測定システム及び方法を、より簡易に構成することができる。

［第一実施形態］
図１を参照して、第一実施形態によるアンテナ測定システム及び方法を説明する。
この発明によるアンテナ測定システム及び方法による測定の対象となる機器である被測定機器１は、例えば２つ以上のアンテナ素子を備える携帯電話等の携帯端末である。この例では、被測定機器１は、回転台２の上に配置される。

回転台２は、予め定められた回転軸を有し、載せられたものを回転軸周りに回転させることが可能である。この例では、回転軸は地面に対して垂直である。したがって、回転台２は、回転台２の上に配置された被測定機器１を水平面で回転させることができる。回転台２を用いることにより、様々な角度におけるアンテナの測定を容易にすることができる。

複数の測定用アンテナ３は、被測定機器１を中心とする円周上に配置される。例えば、被測定機器１と各測定用アンテナ３との距離は５波長とされる。複数の測定用アンテナ３は、被測定機器１とほぼ同じ高さに、すなわち水平面に対して垂直方向において被測定機器１とほぼ同じ位置に配置される。

携帯電話をはじめとする陸上移動通信システムでは、図２に示すように、基地局からの電波は、携帯端末を座標の中心として、水平面（ｘｙ平面）内の偏角φ、及び、ｚ軸を含む垂直面内の偏角θが異なる様々な角度から到来し、その到来波の方向や分布、広がりは端末周辺の環境、つまり周辺散乱体の配置に依存する。したがって、実際の伝搬環境における携帯端末の性能を評価するためには、これらの伝搬環境を柔軟に考慮する必要がある。このために、図１に例示するように、被測定機器１の周辺に複数の測定用アンテナ３を配置しているのである。

複数の測定用アンテナ３は、互いに４５°以下の中心角をなす測定用アンテナ３ａ，３ｂのペアを少なくとも含む。被測定機器１と、測定用アンテナ３ａ，３ｂのペアとは、それぞれ二等辺三角形の頂点の位置に配置される。すなわち、この測定用アンテナ３ａ，３ｂのペアは、被測定機器１を二等辺三角形の頂角の点の位置に配置したときに、その二等辺三角形の底角の位置にそれぞれ配置される。そして、この二等辺三角形の頂角の角度Θが、４５°以下になる。この例では、測定用アンテナ３ａ，３ｂのみならず、各測定用アンテナ３が互いに隣接する測定用アンテナと４５°以下の中心角をなすように、測定用アンテナ３が配置される。

振幅位相制御装置４は、複数の互いに無相関な信号を生成して、切替装置５に送る。互いに無相関な信号は、少なくとも同時に用いる２以上の測定用アンテナ３の数だけあれば足り、必ずしも測定用アンテナ３の総数だけある必要はない。ここで、２つの信号が無相関であるとは、２つの信号の相関係数が十分０に近いことを意味する。

切替装置５は、同時に用いる２以上の測定用アンテナ３を選択して、これらの選択された測定用アンテナ３のそれぞれに、振幅位相制御装置４から供給された互いに無相関な信号を供給する。このようにして、振幅位相制御装置４で生成された互いに無相関な信号は、切替装置５を介して、選択された測定用アンテナ３に供給される。

以下、第一実施形態のアンテナ測定システム及び方法により、所望の多重波環境を模擬できることを、第一実施形態の実施例１から実施例４で説明する。
〔実施例１〕
まず、互いに４５°以下の中心角Θをなす２つの測定用アンテナ３ａ，３ｂで、その中心角Θと等しい角度広がりＡＳを有するクラスタモデルを模擬することを考える。

例えば、振幅位相制御装置４は、互いに無相関な２つの信号を生成して、切替装置５に送る。切替装置５は、複数の測定用アンテナ３の中から、互いに４５°以下の中心角Θをなす２つの測定用アンテナ３ａ，３ｂを選択し、互いに無相関な２つの信号をそれぞれ２つの測定用アンテナ３ａ，３ｂに供給する。この状態におけるアンテナ測定システムを図３に示す。なお、図３では、同時に使用しない他の測定用アンテナ３を省略して記載している。この状態におけるアンテナ測定システムにおいては、測定用アンテナが設置された２つの方向のそれぞれから被測定機器１に向けて電波が放射されるため、その特性を図５（ｂ）に表される、角度広がりＡＳ＝中心角Θである２波モデルでモデル化することができる。

ところで、図４に示すように、被測定機器１のアンテナ素子１ａ，１ｂから成るアレーのブロードサイド方向（図４のｘ軸方向）から反時計周りに角度ＡｏＡだけ回転した角度位置を中心として、角度広がりＡＳの範囲内で電波が到来するとする。この角度広がりＡＳの範囲内の電波は、実際の多重波環境においては素波の集まりとしてのクラスタを形成する。このクラスタは、下記式又は図５（ａ）に表されるラプラス分布Ｐでモデル化することができる。下記式において、Ｎ_０は正規化係数、φは図４のｘ軸から反時計周り方向への角度である。

ここで、２波モデルにおける角度広がりＡＳ（＝中心角Θ）と、ラプラス分布モデルにおける角度広がりＡＳとが等しいとして、それぞれのモデルに基づく電波が被測定機器１に向けて放射された場合の、被測定機器１の受信電力、及び、被測定機器１が備える２つのアンテナ素子１ａ，１ｂが受信した信号の相関係数をシミュレーションにより求め、それらを比較する。２波モデルおける受信電力及び相関係数がそれぞれラプラス分布モデルにおける受信電力及び相関係数に十分近い場合には、又は、２波モデルおける受信電力及び相関係数の変化の態様がそれぞれラプラス分布モデルにおける受信電力及び相関係数の変化の態様に十分近い場合には、２波モデルにより、換言すれば図３の状態におけるアンテナ測定システムにより、クラスタモデルが模擬することができることがわかるのである。

図６に、２波モデルとラプラス分布モデルに基づく電波が到来方向ＡｏＡから被測定機器１に向けて放射された場合の、被測定機器１の受信電力、及び、被測定機器１が備える２つのアンテナ素子１ａ，１ｂが受信した信号の相関係数についてのシミュレーション結果を示す。なお、座標の対称性から到来方向ＡｏＡの範囲は０から９０°としている。図６（ａ）は角度広がりＡＳ＝２０°≦４５°のシミュレーション結果であり、図６（ｂ）は、角度広がりＡＳ＝６０°＞４５°のシミュレーション結果である。線を束ねる矢印付きの表示が示すように、実線は受信電力を示し、点線は相関係数を示す。また、●付きの線は２波モデルのシミュレーション結果を示し、●なしの線はラプラス分布モデルのシミュレーション結果を示す。

図６より、角度広がりＡＳ＝２０°であり４５°以下である場合には、２波モデル及びラプラス分布の受信電力及び相関係数は共によく一致していることがわかる。一方、角度広がりＡＳ＝６０°であり４５°よりも大きい場合には、２波モデル及びラプラス分布の受信電力及び相関係数は共に一致しておらず、差異が生じている。

図７に、角度広がりＡＳを０から６０°を変化させた場合の受信電力及び相関係数のＲＭＳ（二乗平均平方根）誤差を示す。図７中の破線は角度広がり４５°の位置を示す。図７（ａ）は２波モデル及びラプラス分布モデルの受信電力のＲＭＳ誤差を示し、図７（ｂ）は２波モデル及びラプラス分布モデルの相関係数のＲＭＳ誤差を示す。●付きの線は被測定機器１が備える２つのアンテナ素子１ａ，１ｂの間隔が０．２波長である場合のＲＭＳ誤差、■付きの線は同間隔が０．５波長である場合のＲＭＳ誤差、▲付きの線は同間隔が１．０波長である場合のＲＭＳ誤差を示す。

図７より、角度広がりＡＳが大きくなる程、受信電力のＲＭＳ誤差及び相関係数のＲＭＳ誤差は共に大きくなることがわかる。また、アンテナ素子１ａ，１ｂの間隔が広くなる程、受信電力のＲＭＳ誤差及び相関係数のＲＭＳ誤差は共に大きくなることがわかる。しかし、角度広がりＡＳが４５°以下の場合には、受信電力のＲＭＳ誤差及び相関係数のＲＭＳ誤差をそれぞれ実用上問題ない程の誤差である１ｄＢ以下及び０．３以下にすることができることがわかる。なぜ、実用上問題ないと言えるのかについては、以下図８を用いて説明する。

図８（ａ）は受信電力が変化したときの規格化ＭＩＭＯ伝送容量の変化の様子を示すシミュレーション結果であり、図８（ｂ）は相関係数が変化したときの規格化ＭＩＭＯ伝送容量の変化の様子を示すシミュレーション結果である。規格化ＭＩＭＯ伝送容量とは、あるＭＩＭＯ伝送容量の値で割ることにより、そのＭＩＭＯ伝送容量で各ＭＩＭＯ伝送容量を規格化したものである。図８（ａ）においては受信電力が０ｄＢのときのＭＩＭＯ伝送容量で規格化しており、図８（ｂ）においては相関係数が０．０のときのＭＩＭＯ伝送容量で規格化している。●付きの線はＳＮＲが２０ｄＢの場合のシミュレーション結果であり、■付きの線はＳＮＲが３０ｄＢの場合のシミュレーション結果である。

例えば、図８（ａ）において受信電力が−１ｄＢから±１ｄＢ変動しても、規格化ＭＩＭＯ伝送容量は０．１以上は変化しない。また、図８（ｂ）において相関係数が０．３から±０．３変動しても、規格化ＭＩＭＯ伝送容量は０．１以上は変化しない。したがって、図８により、受信電力のＲＭＳ誤差が１ｄＢ以下の場合、相関係数のＲＭＳ誤差が０．３以下の場合には、ＳＮＲ＝２０ｄＢ及びＳＮＲ＝３０ｄＢの何れの場合においても、規格化ＭＩＭＯ伝送容量を１０％程度の精度で評価できることがわかる。

一般に、実伝搬環境における端末周辺の水平面内到来分布は、一様分布だけではなく、特定の方向に偏るクラスタ分布についても考慮する必要があることが知られている（例えば、参考文献１参照。）
〔参考文献１〕A. Kuchar et al., IEEE Trans. AP., vol. 48, no. 2, Feb. 2000.

以上のように、第一実施形態の実施例１のアンテナ測定システム及び方法により、互いに４５°以下の中心角Θをなす２つの測定用アンテナで、その中心角Θと等しい角度広がりＡＳを有するラプラス分布モデルを模擬することができる。言い換えれば、第一実施形態のアンテナ測定システム及び方法により、４５°以下の角度広がりＡＳを有するクラスタモデルを模擬することができる。

〔実施例２〕
互いに隣接する３つ測定用アンテナがなす中心角が４５°以下である少なくとも３個の測定用アンテナで、４５°の角度広がりＡＳが２つ、つまり最大９０°までの角度広がりＡＳを有するクラスタモデルを模擬することを考える。

そのために、測定用アンテナ３は、被測定機器１を中心とする円周上に位置し互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が４５°以下である少なくとも３個の測定用アンテナ３ａ，３ｂ，３ｃを含むとする。そして、振幅位相制御装置４は、互いに無相関な３つの信号を生成して、切替装置５に送る。切替装置５は、複数の測定用アンテナ３の中から、互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が４５°以下である少なくとも３個の測定用アンテナ３ａ，３ｂ，３ｃを選択し、互いに無相関な３つの信号をそれぞれ３つの測定用アンテナ３ａ，３ｂ，３ｃに供給する。この状態におけるアンテナ測定システムを図９に示す。なお、図９では、同時に使用しない他の測定用アンテナ３、振幅位相制御装置４及び切替装置５を省略して記載している。

図１０に、３波モデルとラプラス分布モデルに基づく電波が到来方向ＡｏＡから被測定機器１に向けて放射された場合の、被測定機器１の受信電力、及び、被測定機器１が備える２つのアンテナ素子１ａ，１ｂが受信した信号の相関係数についてのシミュレーション結果を示す。なお、座標の対称性から到来方向ＡｏＡの範囲は０から９０°としている。図１０（ａ）は、測定用アンテナ３ａ，３ｂのなす角度が３０°であり測定用アンテナ３ｂ，３ｃのなす角度が３０°であり、角度広がりＡＳが３０°＋３０＝６０°≦９０°のシミュレーション結果である。図１０（ｂ）は、測定用アンテナ３ａ，３ｂのなす角度が６０°であり測定用アンテナ３ｂ，３ｃのなす角度が６０°であり、角度広がりＡＳが６０°＋６０°＝１２０°＞９０°のシミュレーション結果である。線を束ねる矢印付きの表示が示すように、実線は受信電力を示し、点線は相関係数を示す。また、●付きの線は３波モデルのシミュレーション結果を示し、●なしの線はラプラス分布モデルのシミュレーション結果を示す。

図１０より、角度広がりＡＳ＝６０°であり９０°以下である場合には、３波モデル及びラプラス分布モデルの受信電力及び相関係数は共によく一致していることがわかる。一方、角度広がりＡＳ＝１２０°であり９０°よりも大きい場合には、３波モデル及びラプラス分布の受信電力及び相関係数は共に一致しておらず、差異が生じている。
実際の多重波伝搬環境では、被測定機器１に到来するクラスタの角度広がりＡＳとして６０°程度を見込む場合もあることが知られている（例えば、参考文献２参照。）。
〔参考文献２〕3GPP TR.25.996, “Spacial channel model for Multiple Input Multiple Output (MIMO) simulations”.

以上のように、第一実施形態の実施例２のアンテナ測定システム及び方法により、互いに隣接する測定用アンテナと４５°以下の中心角Θをなす３個の測定用アンテナで、９０°以下の角度広がりＡＳを有するクラスタモデルを模擬することができる。

〔実施例３〕
４５°以下の中心角をなす測定用アンテナのペアを２個用いて、４５°の角度広がりＡＳを有する２つのクラスタを有するクラスタモデルを模擬することを考える。

そのために、測定用アンテナ３は、４５°以下の中心角をなす測定用アンテナのペアを少なくとも２個含むとする。そして、振幅位相制御装置４は、互いに無相関な４つの信号を生成して、切替装置５に送る。切替装置５は、４５°以下の中心角をなす測定用アンテナの２つのペアを構成する測定用アンテナ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄを選択し、互いに無相関な４つの信号をそれぞれ４つの測定用アンテナ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに供給する。この状態におけるアンテナ測定システムを図１１に示す。なお、図１１では、同時に使用しない他の測定用アンテナ３、振幅位相制御装置４及び切替装置５を省略して記載している。

図１２に、４波モデルとラプラス分布モデルに基づく電波が到来方向ＡｏＡから被測定機器１に向けて放射された場合の、被測定機器１の受信電力、及び、被測定機器１が備える２つのアンテナ素子１ａ，１ｂが受信した信号の相関係数についてのシミュレーション結果を示す。なお、座標の対称性から到来方向ＡｏＡの範囲は０から９０°としている。図１２（ａ）は、測定用アンテナの各ペアの角度広がりＡＳを２０°にした場合、すなわち、測定用アンテナ３ａ，３ｂのなす角度が２０°であり、測定用アンテナ３ｃ，３ｄのなす角度が２０°である場合のシミュレーション結果である。図１２（ｂ）は、測定用アンテナの各ペアの角度広がりＡＳを６０°にした場合、すなわち、測定用アンテナ３ａ，３ｂのなす角度が６０°であり、測定用アンテナ３ｃ，３ｄのなす角度が６０°である場合のシミュレーション結果である。線を束ねる矢印付きの表示が示すように、実線は受信電力を示し、点線は相関係数を示す。また、●付きの線は４波モデルのシミュレーション結果を示し、●なしの線はラプラス分布モデルのシミュレーション結果を示す。

図１２より、測定用アンテナの各ペアの角度広がりＡＳが２０°であり４５°以下である場合には、４波モデル及びラプラス分布モデルの受信電力及び相関係数は共によく一致していることがわかる。一方、測定用アンテナの各ペアの角度広がりＡＳが６０°であり４５°よりも大きい場合には、４波モデル及びラプラス分布の受信電力及び相関係数は共に一致しておらず、差異が生じている。

以上のように、第一実施形態の実施例３のアンテナ測定システム及び方法により、４５°以下の中心角をなす測定用アンテナのペアを２個用いて、４５°の角度広がりＡＳを有する２つのクラスタを有するクラスタモデルを模擬することができる。

〔実施例４〕
互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が等しい少なくとも８個の測定用アンテナ３を用いて、一様分布モデルを模擬することを考える。この例では、互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が等しい測定用アンテナ３の数は８個であるとする。すなわち、互いに隣接する測定用アンテナのなす中心角は４５°であるとする。測定用アンテナ３が９個以上の場合も、８個の場合と同様に構成できるので説明は省略する。

測定用アンテナ３は、互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が等しい８個の測定用アンテナであるとする。そして、振幅位相制御装置４は、互いに無相関な８つの信号を生成して、切替装置５に送る。切替装置５は、互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が等しい８個の測定用アンテナを選択し、互いに無相関な８つの信号をそれぞれ８つの測定用アンテナ３に供給する。この状態におけるアンテナ測定システムを図１３に示す。なお、図１３では、振幅位相制御装置４及び切替装置５を省略して記載している。

図１４に、８個の測定用アンテナから電波が被測定機器１に向けて放射された場合の、被測定機器１の受信電力、及び、被測定機器１が備える２つのアンテナ素子１ａ，１ｂが受信した信号の相関係数についてのシミュレーション結果を示す。比較のために、互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が等しい４個の測定用アンテナから電波が放射された場合のシミュレーション結果を一点鎖線で、互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が等しい６個の測定用アンテナから電波が放射された場合のシミュレーション結果を点線で併せて示す。図１４（ａ）は被測定機器１のアンテナ素子１ａ，１ｂの間隔が０．２波長の場合のシミュレーション結果、図１４（ｂ）は被測定機器１のアンテナ素子１ａ，１ｂの間隔が０．５波長の場合のシミュレーション結果、図１４（ｃ）は被測定機器１のアンテナ素子１ａ，１ｂの間隔が１．０波長の場合のシミュレーション結果である。

ここで、被測定機器１の方位角を−１８０°から１８０°まで変えたときに、受信電力及び相関係数が一定の値を取り、変化しない場合には、一様分布であると評価することができる。ここで、被測定機器１の方位角とは、被測定機器１の回転台２の回転軸周りの角度を意味する。

図１４（ａ）によると、被測定機器１のアンテナ素子１ａ，１ｂの間隔が０．２波長の場合には、被測定機器１の方位角を変化させても、測定用アンテナ３の数によらず受信電力及び相関係数は大きく変化しないことがわかる。また、図１４（ｂ）によると、被測定機器１のアンテナ素子１ａ，１ｂの間隔が０．５波長の場合、測定用アンテナ３の数が４個のとき、つまり９０°間隔で測定用アンテナを配置したとき、被測定機器１の方位角を変化させると、受信電力及び相関係数は大きく変化してしまうことがわかる。さらに、図１４（ｃ）によると、被測定機器１のアンテナ素子１ａ，１ｂの間隔が１．０波長の場合、測定用アンテナ３の数が６個のときにも、つまり６０°間隔で測定用アンテナを配置したときにも、被測定機器１の方位角を変化させると、受信電力及び相関係数は大きく変化してしまうことがわかる。一方、測定用アンテナ３の数が８個の場合には、つまり４５°間隔で測定用アンテナを配置した場合には、被測定機器１のアンテナ素子１ａ，１ｂの間隔によらず、被測定機器１の方位角を変化させても、受信電力及び相関係数は変化しない又は大きく変化しない。

以上のように、第一実施形態の実施例４のアンテナ測定システム及び方法により、互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が等しい少なくとも８個の測定用アンテナ３を用いて、一様分布モデルを模擬することができる。

［第二実施形態］
第二実施形態のアンテナ測定システムにおいては、図１５に例示するように、被測定機器１を中心とする球面上であって、垂直方向（＝鉛直方向）において異なる２つの位置のそれぞれに測定用アンテナ３が配置されている。この点のみが第一実施形態と異なり、他の点については第一実施形態と同様である。

垂直方向において異なる２つの位置をそれぞれ上段位置、下段位置とすると、図１５に示す例では、上段位置に複数の測定用アンテナ３を配置し、下段位置に複数の測定用アンテナ３を配置している。下段位置は、被測定機器１の垂直方向における位置とほぼ同じである。上段位置に配置される各測定用アンテナは、被測定機器１を中心とする球において、下段位置に配置される何れかの測定用アンテナと４５°以下の中心角をなす。

また、図１６に例示するように、上段位置に１つの測定用アンテナＴｘ１を配置して、下段位置に２つの測定用アンテナＴｘ２，Ｔｘ３を配置してもよい。２つの測定用アンテナＴｘ２，Ｔｘ３は、４５°の中心角をなし、第一実施形態の測定用アンテナ３ａ，３ｂのペアに相当するものである。そして、測定用アンテナＴｘ１は、測定用アンテナＴｘ２，Ｔｘ３のそれぞれと４５°の中心角をなす。下段位置は、被測定機器１の垂直方向における位置とほぼ同じである。なお、測定用アンテナＴｘ１，Ｔｘ２，Ｔｘ３は、測定用アンテナ３と同様のものである。なお、図１７（ａ）に図１６のアンテナ測定システムをｚ軸方向から見た図を示し、図１７（ｂ）に図１６のアンテナ測定システムをｘ軸方向から見た図を示す。

一般に、端末周辺の垂直面（図１７（ｂ）に例示する面）内到来波分布については、水平面（図１７（ａ）に例示する面）からわずかに仰角方向に偏った方向を中心として一定の角度広がりＡＳを有する分布となることが知られている（例えば、参考文献３参照。）。
〔参考文献３〕K. Kalliola et al., IEEE Trans. VT., vol. 51, no. 5, Sept. 2002.

このように、垂直方向において異なる２つの位置に測定用アンテナを配置することにより、水平方向の角度広がりだけではなく、垂直方向の角度広がりを考慮したクラスタモデルを模擬することができる。これにより、被測定機器１の性能評価を実伝搬環境により忠実な条件のもとで行うことができる。

［第三実施形態］
図１８を参照して、第三実施形態のアンテナ測定システムについて説明する。
第三実施形態のアンテナ測定システムは、被測定機器１が用いられる実際の環境をできる限り忠実に模擬するために、被測定機器１と通信可能な擬似基地局装置６を備え、被測定機器１で生成された受信信号品質情報を擬似基地局装置６に送る。すなわち、測定用アンテナ３から被測定機器１に送信される下り信号の電波だけではなく、被測定機器１から擬似基地局装置６に送信される上り信号の電波がある環境で、アンテナの測定を行う。この点のみが第一実施形態及び第二実施形態と異なり、他の点（例えば、測定用アンテナ３の配置等の点）については同様であるため重複説明を省略する。

擬似基地局装置６には、音声、音楽、文字、画像及び動画等のデータを蓄積するサーバ７が接続されている。サーバ７は、蓄積されたデータを擬似基地局装置６に送る。擬似基地局装置６は、データを下り信号として振幅位相制御装置４に送る。振幅位相制御装置４は、データを互いに無相関な信号に変換して、切替装置５を介して、切替装置５が選択した同時に用いる複数の測定用アンテナ３に送る。測定用アンテナ３は、供給された信号に対応する電波を被測定機器１に向けて放射する。被測定機器１が電波を受信すると、被測定機器１内の図示していない受信信号品質情報生成部はその電波についての受信信号品質情報を生成する。被測定機器１は、生成された受信信号品質情報を、その上り無線回線を介して、擬似基地局装置６に送信する。その上り無線回線とは、被測定機器１が実際に使われるときに用いられる上り回線である。

受信信号品質情報はの受信信号の品質を表す情報である。受信信号品質情報としては、受信信号強度（RSSI：Received Signal Strength Indicator）、受信電力（RSCP：Received Signal Code Power）、信号対雑音電力比（SNR：Signal to Noise Ratio）、信号対干渉電力比（SIR：Signal to Interference Signal）、信号対干渉雑音電力比（SINR：Signal to Interference and Noise Ratio）、搬送波対雑音電力比（CNR：Carrier to Noise Ratio）、搬送波対干渉電力比（CIR：Carrier to Interference Ratio）、搬送波対干渉雑音電力比（CINR：Carrier to Interference and Noise Ratio）等を少なくとも１つを含む情報を用いることができる。

被測定機器１の上り無線回線を介して受信信号品質情報を取得することにより、被測定機器１に受信信号品質情報を取得するための改造を施す必要がなく、動作状態にある実際の被測定機器１についての特性を評価することができる。また、被測定機器１の上り無線回線を介して受信信号品質情報を取得することにより、受信信号品質情報を容易に取得することができる。

また、受信信号品質情報には、通信用アンテナの特性に関連する受信電力や相関係数の影響が反映される。また、受信信号品質情報には、実際に動作する携帯端末を用いることにより、被測定機器１の無線部の特性に関連する受信感度や信号処理の影響も反映される。したがって、この受信信号品質情報を用いることにより、アンテナを含む携帯端末の総合無線性能評価が実際の多重波環境を模擬した環境において実現されるとともに、伝送特性を評価も可能となる。

なお、擬似基地局装置６が、測定用アンテナ３から被測定機器１までの伝搬環境に応じて最適な変調方式及び符号化率を選択する適応変調部６１を備えていてもよい。この場合、被測定装置１は、擬似基地局装置６の適応変調手段に対応する適応復調部（図示せず）を備える。これにより、いわゆる適応変復調機能を有する実際の擬似基地局装置６及び被測定機器１が生み出す多重波伝搬環境をより忠実に模擬することができる。

例えば、適応変調部６１は、被測定機器１から取得した受信信号品質情報が示す受信信号品質が良い場合には多値数の大きい変調方式を用いて符号化率を高い値に設定し、同情報が示す受信信号品質が悪い場合には多値数の小さい変調方式を用いて符号化率を低い値に設定する。なお、受信信号品質の良悪を判断するために、擬似基地局装置６又は被測定装置１が、サーバ７から被測定機器１に至るまでの経路における通信速度を測定する通信速度測定手段を備えていてもよい。

［変形例等］
被測定機器１として、携帯端末以外の機器又はマルチアンテナ以外のアンテナ等の電磁波を受信する装置を用いてもよい。
各測定用アンテナ３は、１つ以上の放射素子を備えていてもよい。例えば、垂直偏波を放射する素子及び水平偏波を放射する素子の２つの放射素子を備えていてもよい。これにより、いわゆる交差偏波電力比を考慮した多重波環境を模擬することが可能となる。例えば、交差偏波電力比は、垂直偏波の電力／水平偏波の電力と定義される。なお、各測定用アンテナ３は、垂直偏波を放射する素子及び水平偏波を放射する素子の２つの放射素子を備えていてもよいことを示すために、各図において各測定用アンテナ３を、それぞれ垂直偏波を放射する素子と水平偏波を放射する素子とに対応する２つの線分のクロスで表している。もっとも、これは、各測定用アンテナ３が必ず２つの放射素子を備えていなければいけないことを意味するものではない。各測定用アンテナ３は、１つの放射素子のみを備えていてもよい。

振幅位相制御装置４が生成し出力する信号は、互いに無相関でありレイリー変動する信号、すなわちフェージング信号であってもよい。これにより、送信側と受信側に見通し条件が成立しない見通し外環境を想定したフェージング環境を模擬することが可能となる。
その他、この発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。

第一実施形態のアンテナ測定システムの機能構成を例示する図。 被測定機器１の周辺の伝搬環境を示す図。 第一実施形態の第一実施例の状況を例示する図。 角度広がりＡＳの概念を説明するための図。 （ａ）はラプラス分布モデルを例示する図、（ｂ）は２波モデルを例示する図。 第一実施例について、到来方向に対する受信電力及び相関係数の変動の比較を示す図。 ２波モデルのラプラス分布モデルからの二乗平均平方根（ＲＭＳ）誤差を示す図。 受信電力及び相関係数がＭＩＭＯ伝送容量に与える影響を示す図。 第一実施形態の第二実施例の状況を例示する図。 第二実施例について、到来方向に対する受信電力及び相関係数の変動の比較を示す図。 第一実施形態の第三実施例の状況を例示する図。 第三実施例について、到来方向に対する受信電力及び相関係数の変動の比較を示す図。 第一実施形態の第四実施例の状況を例示する図。 第四実施例について、方位角に対する受信電力及び相関係数の変動の比較を示す図。 第二実施形態のアンテナ測定システムの機能構成を例示する図。 第二実施形態のアンテナ測定システムの機能構成を例示する図。 （ａ）は図１６をｚ軸方向から見た図、（ｂ）は図１６をｘ軸方向から見た図。 第三実施形態のアンテナ測定システムの機能構成を例示する図。 従来技術による放射指向性測定を説明するための図。 従来技術によるアンテナ測定装置の機能構成を例示する図。 従来技術によるアンテナ測定装置の機能構成を例示する図。

符号の説明

１ 被測定機器
２ 回転台
３ 測定用アンテナ
４ 振幅位相制御装置
５ 切替装置
６ 擬似基地局装置
６１ 適応変調部
７ サーバ

Claims (12)

1. 被測定機器と、
   上記被測定機器を中心とする円周上に位置し４５°以下の中心角をなす測定用アンテナのペアを含む複数の測定用アンテナと、
   上記測定用アンテナから同時に用いる２以上の測定用アンテナを選択する切替装置と、
   各上記選択された測定用アンテナに互いに無相関な信号を上記切替装置を介して出力する振幅位相制御装置と、
   を含むアンテナ測定システム。
2. 請求項１に記載のアンテナ測定システムにおいて、
   上記被測定機器を回転させる回転台を更に含む、
   ことを特徴とするアンテナ測定システム。
3. 請求項１又は２に記載のアンテナ測定システムにおいて、
   上記複数の測定用アンテナは、上記被測定機器を中心とする円周上に位置し互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が４５°以下である少なくとも３個の測定用アンテナである、
   ことを特徴とするアンテナ測定システム。
4. 請求項１又は２に記載のアンテナ測定システムにおいて、
   上記複数の測定用アンテナは、上記被測定機器を中心とする円周上に位置し４５°以下の中心角をなす測定用アンテナのペアを少なくとも２個含む、
   ことを特徴とするアンテナ測定システム。
5. 請求項１又は２に記載のアンテナ測定システムにおいて、
   上記複数の測定用アンテナは、互いに隣接する測定用アンテナがなす中心角が等しい少なくとも８個の測定用アンテナである、
   ことを特徴とするアンテナ測定システム。
6. 請求項１又は２に記載のアンテナ測定システムにおいて、
   上記複数の測定用アンテナは、上記被測定機器を中心とする球面上に位置し、垂直方向において異なる２つの位置に配置されている、
   ことを特徴とするアンテナ測定システム。
7. 請求項１又は２に記載のアンテナ測定システムにおいて、
   上記複数の測定用アンテナは、上記被測定機器を中心とする球面上に位置し、その球面上に、上記測定用アンテナのペアを構成するそれぞれの測定用アンテナと４５°以下の中心角をなす測定用アンテナを更に含む、
   ことを特徴とするアンテナ測定システム。
8. 請求項１から７の何れかに記載のアンテナ測定システムにおいて、
   上記信号は、レイリー変動することを特徴とする、
   ことを特徴とするアンテナ測定システム。
9. 請求項１から８の何れかに記載のアンテナ測定システムにおいて、
   各上記測定用アンテナは、垂直偏波を放射する素子及び水平偏波を放射する素子を含む、
   ことを特徴とするアンテナ測定システム。
10. 請求項１から９の何れかに記載のアンテナ測定システムにおいて、
    上記被測定機器と通信可能な擬似基地局装置を更に含み、
    上記被測定機器は、受信信号の品質を表す情報である受信信号品質情報を生成する受信信号品質情報生成部を含み、その上り回線を介して、上記受信信号品質情報を上記擬似基地局装置に送る、
    ことを特徴とするアンテナ測定システム。
11. 請求項１０に記載のアンテナ測定システムにおいて、
    上記擬似基地局は、伝搬環境に応じて最適な変調方式を選択する適応変調手段を更に含む、
    ことを特徴とするアンテナ測定システム。
12. 被測定機器を中心とする円周上に位置し４５°以下の中心角をなす測定用アンテナのペアを含む複数の測定用アンテナから同時に用いる２以上の測定用アンテナを選択する切替ステップと、
    各上記選択された測定用アンテナに互いに無相関な信号を上記切替装置を介して出力する振幅位相制御ステップと、
    を含むアンテナ測定方法。

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