JP2011103583A - Mimo evaluation device, and mimo evaluation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、MIMO評価装置及びMIMO評価方法の送信方法に関する。 The present invention relates to a MIMO evaluation apparatus and a transmission method for a MIMO evaluation method.
近年、無線通信の分野の発展はめざましく、更なる伝送速度の高速化に向け研究が続けられている。伝送速度の高速化を実現する技術の一つとして、MIMO(Multiple Input Multiple Output)伝送技術がある。 In recent years, the field of wireless communication has been remarkably developed, and research has been continued to further increase the transmission speed. One of the techniques for realizing an increase in transmission speed is a MIMO (Multiple Input Multiple Output) transmission technique.
MIMO伝送は、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナを用いて、同一周波数上で複数のストリームを同時に伝送する通信方式である。MIMO伝送では、受信機(例えば携帯端末)は、送信機(例えば基地局)から同一周波数上で送信された複数のストリームを分離する処理を行う。 MIMO transmission is a communication method in which a plurality of streams are simultaneously transmitted on the same frequency using a plurality of transmission antennas and a plurality of reception antennas. In MIMO transmission, a receiver (for example, a mobile terminal) performs a process of separating a plurality of streams transmitted on the same frequency from a transmitter (for example, a base station).
このとき、伝搬路(チャネル)条件により、受信機の受信特性が変化する。そのため、送信機と受信機との間でデータ通信が行われる各エリア(つまり、MIMO通信サービスが行われるエリア)での受信端での到来信号の特性を把握する必要がある。ここで、MIMO伝送では、受信端における到来信号の電界強度の測定に加え、受信端での通信容量の限界値を測定することで、受信機における受信特性を把握する必要がある。 At this time, the reception characteristic of the receiver changes depending on the propagation path (channel) condition. Therefore, it is necessary to grasp the characteristics of the incoming signal at the receiving end in each area where data communication is performed between the transmitter and the receiver (that is, the area where the MIMO communication service is performed). Here, in the MIMO transmission, it is necessary to grasp the reception characteristics at the receiver by measuring the limit value of the communication capacity at the reception end in addition to the measurement of the electric field strength of the incoming signal at the reception end.
そこで、受信機における受信特性を評価するために、MIMO通信サービスが行われる各エリアでの最大スループット(例えば、シャノンの通信路容量等の理想状態における伝送品質)を測定することが考えられる。最大スループット(シャノンの通信路容量)は、受信信号の帯域幅(BW:Band Width)、SN比(SNR:Signal to Noise Ratio)、及び、複数の送信アンテナと複数の受信アンテナとの間のチャネル推定値を示すチャネル行列(MIMOチャネル行列)を用いて算出される。 Therefore, in order to evaluate the reception characteristics at the receiver, it is conceivable to measure the maximum throughput (for example, transmission quality in an ideal state such as Shannon's channel capacity) in each area where the MIMO communication service is performed. The maximum throughput (Shannon's channel capacity) is the bandwidth of the received signal (BW: Band Width), the signal-to-noise ratio (SNR), and the channel between multiple transmit antennas and multiple receive antennas. It is calculated using a channel matrix (MIMO channel matrix) indicating the estimated value.
例えば、MIMO通信システムにおける受信機の受信特性(最大スループット)を評価するために、複数の受信アンテナを有する携帯端末が、複数の送信アンテナから送信された信号を受信して、チャネル行列を得ることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。 For example, in order to evaluate the reception characteristics (maximum throughput) of a receiver in a MIMO communication system, a mobile terminal having a plurality of reception antennas receives signals transmitted from the plurality of transmission antennas and obtains a channel matrix. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、携帯端末は、チャネル環境(すなわち、チャネル推定値の測定環境)に応じて、自端末に割り当てられるデータ領域を可変に制御される。そのため、上記受信特性を評価する携帯端末以外にも他の携帯端末が同一エリア内に存在する場合等には、受信特性を評価する携帯端末のデータ領域が変更されることがあり得る。よって、得られる受信特性(最大スループット)は、受信特性を評価する携帯端末に割り当てられるデータ領域に応じて変化してしまう可能性がある。 However, the mobile terminal is variably controlled in the data area allocated to the own terminal according to the channel environment (that is, the channel estimation value measurement environment). For this reason, when other mobile terminals other than the mobile terminal that evaluates the reception characteristics exist in the same area, the data area of the mobile terminal that evaluates the reception characteristics may be changed. Therefore, the obtained reception characteristics (maximum throughput) may change depending on the data area allocated to the mobile terminal whose reception characteristics are evaluated.
また、携帯端末のアンテナは携帯端末のデザイン等も考慮して配置位置が決定されるため、受信特性(最大スループット)を評価するための理想的な位置に受信アンテナを配置できない制約がある。つまり、MIMO伝送における携帯端末(受信機)の受信特性を評価する際、携帯端末のアンテナ配置は携帯端末の種類によって異なり、得られる受信特性はその携帯端末固有の値となってしまう。したがって、携帯端末自体で受信特性を評価しようとすると、携帯端末の種類の数だけ評価を行わなければならず、評価作業は煩雑となる。 Moreover, since the arrangement position of the antenna of the mobile terminal is determined in consideration of the design of the mobile terminal and the like, there is a restriction that the reception antenna cannot be arranged at an ideal position for evaluating reception characteristics (maximum throughput). That is, when evaluating the reception characteristics of a mobile terminal (receiver) in MIMO transmission, the antenna arrangement of the mobile terminal varies depending on the type of mobile terminal, and the obtained reception characteristics are values specific to the mobile terminal. Therefore, if it is intended to evaluate the reception characteristics with the mobile terminal itself, the evaluation must be performed for the number of types of mobile terminals, and the evaluation work becomes complicated.
そこで、複数のアンテナを有する、受信特性を評価するための専用装置であるMIMO評価装置を用いることが考えられる。これにより、MIMO伝送の受信特性(最大スループット)を理想的なアンテナ配置で評価することが可能となる。しかしながら、得られる受信特性(最大スループット)は、複数の受信アンテナの物理的な構成(例えば、アンテナ間の距離又は送信機に対するアンテナの向き等)に依存した結果となる。つまり、上記MIMO評価装置では、アンテナの物理的な構成に依存した受信特性しか得られなくなってしまう。 Therefore, it is conceivable to use a MIMO evaluation apparatus that has a plurality of antennas and is a dedicated apparatus for evaluating reception characteristics. This makes it possible to evaluate the reception characteristics (maximum throughput) of MIMO transmission with an ideal antenna arrangement. However, the obtained reception characteristic (maximum throughput) is a result depending on the physical configuration of a plurality of reception antennas (for example, the distance between the antennas or the orientation of the antenna with respect to the transmitter). That is, the MIMO evaluation apparatus can obtain only reception characteristics depending on the physical configuration of the antenna.
本発明の目的は、アンテナの配置に依存することなく、複数の受信アンテナを有する受信機の受信特性を測定することができるMIMO評価装置、及び、MIMO評価方法を提供することである。 An object of the present invention is to provide a MIMO evaluation apparatus and a MIMO evaluation method capable of measuring reception characteristics of a receiver having a plurality of reception antennas without depending on the arrangement of antennas.
本発明のMIMO評価装置は、M本の送信アンテナを有する送信機から送信された信号をN本の受信アンテナで受信する受信機の受信特性を評価するMIMO評価装置であって、前記M本の送信アンテナからそれぞれ送信された信号を、1本の評価アンテナで受信する受信手段と、受信された信号に基づいて、前記M本の送信アンテナそれぞれと前記評価アンテナとの間のM個のチャネル推定値を推定する推定手段と、前記M個のチャネル推定値、および、前記N本の受信アンテナの相関行列を用いて、前記M本の送信アンテナと前記N本の受信アンテナとの間のチャネル行列を算出する算出手段と、前記チャネル行列を用いて、前記受信特性を評価する評価手段と、を具備する構成を採る。 The MIMO evaluation apparatus according to the present invention is a MIMO evaluation apparatus that evaluates reception characteristics of a receiver that receives signals transmitted from a transmitter having M transmission antennas by N reception antennas, Receiving means for receiving signals transmitted from the transmitting antennas with one evaluation antenna, and M channel estimation between each of the M transmitting antennas and the evaluation antenna based on the received signals A channel matrix between the M transmit antennas and the N receive antennas using an estimation means for estimating a value, the M channel estimate values, and a correlation matrix of the N receive antennas A configuration is provided that includes calculation means for calculating the reception characteristics and evaluation means for evaluating the reception characteristics using the channel matrix.
本発明のMIMO評価方法は、M本の送信アンテナを有する送信機から送信された信号をN本の受信アンテナで受信する受信機の受信特性を評価するMIMO評価方法であって、前記M本の送信アンテナからそれぞれ送信された信号を、1本の評価アンテナで受信する受信ステップと、受信された信号に基づいて、前記M本の送信アンテナそれぞれと前記評価アンテナとの間のM個のチャネル推定値を推定する推定ステップと、前記M個のチャネル推定値、および、前記N本の受信アンテナの相関行列を用いて、前記M本の送信アンテナと前記N本の受信アンテナとの間のチャネル行列を算出する算出ステップと、前記チャネル行列を用いて、前記受信特性を評価する評価ステップと、を具備する。 The MIMO evaluation method of the present invention is a MIMO evaluation method for evaluating the reception characteristics of a receiver that receives signals transmitted from a transmitter having M transmission antennas by N reception antennas. A reception step of receiving signals transmitted from the transmission antennas by one evaluation antenna, and M channel estimation between each of the M transmission antennas and the evaluation antenna based on the received signals A channel matrix between the M transmit antennas and the N receive antennas using an estimation step for estimating a value, the M channel estimate values, and a correlation matrix of the N receive antennas And a calculation step for calculating the reception characteristic using the channel matrix.
本発明によれば、アンテナの配置に依存することなく、複数の受信アンテナを有する受信機での受信特性を評価することができる。 According to the present invention, it is possible to evaluate reception characteristics of a receiver having a plurality of reception antennas without depending on the antenna arrangement.
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.
図1は、本実施の形態に係るMIMO評価装置の構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、MIMO評価装置は、M本の送信アンテナを有する送信機(基地局)から送信された信号をN本の受信アンテナで受信する受信機(携帯端末)の受信特性(最大スループット)を評価する。 FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the MIMO evaluation apparatus according to the present embodiment. In the following description, the MIMO evaluation apparatus receives reception characteristics (maximum) of a receiver (mobile terminal) that receives a signal transmitted from a transmitter (base station) having M transmission antennas by N reception antennas. Throughput).
図1に示すMIMO評価装置100は1本のアンテナ101(評価アンテナ)を有する。MIMO評価装置100において、無線受信部102は、送信機(基地局)のM本の送信アンテナから送信された信号をアンテナ101を介して受信し、受信信号に対しダウンコンバート、A/D変換等の受信処理を行う。そして、無線受信部102は、受信処理後の受信信号をデータ演算部103に出力する。なお、受信信号には、送信機(基地局)の各送信アンテナから送信されたパイロット信号(Pilot signal、又は参照信号(Reference Signal)と呼ばれることもある)(送受信側で既知である信号)及びデータ信号を含む。
A
データ演算部103は、無線受信部102から入力される受信信号を用いて、チャネル推定値、受信信号の帯域幅(BW)及びS/N比(SNR)を求める。具体的には、データ演算部103は、受信信号に含まれるパイロット信号に基づいて、送信機(基地局)の各送信アンテナとアンテナ101(評価アンテナ)との間のチャネル推定値を推定する。つまり、データ演算部103は、送信機(基地局)のM本の送信アンテナそれぞれとアンテナ101との間のM個のチャネル推定値、すなわち、(M×1)のチャネル推定値を推定する。また、データ演算部103は、受信信号を復調することにより、受信信号の帯域幅及びSNRを求める。そして、データ演算部103は、求めたチャネル推定値、受信信号の帯域幅及びSNRをデータ統合処理部105の算出部106に出力する。
The
情報取得部104には、GPSデータ又は車速パルス等から得られる、MIMO評価装置100の位置(エリア)を示す情報又はMIMO評価装置100の位置の進み具合を示す情報等を含む位置情報を、外部の処理部(図示せず)から取得する。また、情報取得部104は、上記位置情報に含まれる情報が計測された時刻を示す時間情報を、外部の処理部(図示せず)から取得する。そして、情報取得部104は、取得した位置情報を、データ統合処理部105の統合部108に出力する。なお、情報取得部104は、内部にGPS処理機能を有し、そのGPS処理機能を用いて位置情報を取得してもよい。
In the
データ統合処理部105は、算出部106、評価部107及び統合部108を備えている。また、データ統合処理部105は、評価対象である受信機のN本の受信アンテナ構成固有の相関行列(受信アンテナ構成をモデル化した行列)を保持している。具体的には、受信アンテナの相関行列は、受信アンテナ構成固有の値(例えば、アンテナ間隔等)を定義して、受信アンテナが受信する信号(到来波)の到来角度又は信号(到来波)の角度広がり(角度スプレッド)を定数化した行列である。
The data integration processing unit 105 includes a
算出部106は、データ演算部103から入力されるM個のチャネル推定値、および、N本の受信アンテナの相関行列を用いて、M本の送信アンテナとN本の受信アンテナとの間のチャネル行列を算出する。具体的には、算出部106は、まず、送信機(基地局)のM本の送信アンテナとアンテナ101との間の(M×1)のチャネル推定値を行方向にN個並べて、(M×N)のチャネル推定値を生成する。そして、算出部106は、(N×N)の相関行列と、生成した(M×N)のチャネル推定値とを乗算して、(M×N)のチャネル行列を算出する。そして、算出部106は、受信信号の帯域幅、SNR、及び、算出したチャネル行列を評価部107に出力する。
The
評価部107は、算出部106から入力される受信信号の帯域幅、SNR、及び、チャネル行列を用いて、N本の受信アンテナを有する受信機の受信特性(最大スループット)を評価する。そして、評価部107は、得られた受信特性(最大スループット)を含む情報を、統合部108に出力する。
The
統合部108は、評価部107から入力される受信特性(最大スループット)と、情報取得部104から入力される情報(時間情報、位置情報等)とを統合する。すなわち、統合部108では、受信特性(最大スループット)と、その受信特性を評価した時刻又は位置(エリア)とを関連付ける。そして、統合部108は、統合したデータを、蓄積部109及び表示部110に出力する。
The
蓄積部109は、統合部108から入力されるデータを蓄積する。
The
表示部110は、統合部108から入力されるデータ、又は、蓄積部109から入力されるデータ(過去のデータ)を表示する。例えば、表示部110は、地図データ(図示せず)に基づいて、最大スループットを評価した各エリア上に、その最大スループットの大きさを示すマークをプロットして表示してもよい。または、表示部110は、ある特定のエリアにおける最大スループットの大きさを、異なる送信機(基地局)毎に、例えば棒グラフ又は折れ線グラフ等で表示してもよい。
The
次に、MIMO評価装置100の動作について詳細に説明する。
Next, the operation of the
以下の説明では、送信機(基地局)から送信されるパイロット信号は、ストリーム毎に独立して送信される。例えば、図2は、3GPP LTE(3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution)において最大のフォーマットである(4×4)のMIMO通信を行う際のパイロット信号配置例を示す。図2に示す‘1’、‘2’、‘3’、‘4’は、4本の送信アンテナ1〜4のそれぞれから送信されるパイロット信号を表す。よって、受信機の各受信アンテナでは、送信機(基地局)からの複数のストリームのチャネル推定を個別に行うことが可能となる。
In the following description, the pilot signal transmitted from the transmitter (base station) is transmitted independently for each stream. For example, FIG. 2 shows an example of pilot signal arrangement when performing (4 × 4) MIMO communication which is the maximum format in 3GPP LTE (3rd Generation Partnership Project Long Term Evolution). ‘1’, ‘2’, ‘3’, and ‘4’ illustrated in FIG. 2 represent pilot signals transmitted from each of the four
また、以下の説明では、図3に示すMIMO通信システムにおいて、送信機(基地局)の送信アンテナ本数Mを2本(アンテナ#T1,#T2)とし、受信機(携帯端末)の受信アンテナ本数Nを2本(アンテナ#R1,#R2)とする。つまり、本実施の形態に係るMIMO評価装置100は、(2×2)のMIMO通信を行う際の受信機(携帯端末)の受信特性(最大スループット)を評価する。なお、図3では、MIMO評価装置100のアンテナ101は、受信機の受信アンテナ#R1に対応する。
Further, in the following description, in the MIMO communication system shown in FIG. 3, the number of transmitting antennas M of the transmitter (base station) is two (antennas # T1 and # T2), and the number of receiving antennas of the receiver (mobile terminal). Let N be two (antennas # R1, # R2). That is,
また、図3において、S1(t)は、送信機(基地局)の送信アンテナ#T1から送信される信号であり、S2(t)は、送信機(基地局)の送信アンテナ#T2から送信される信号である。また、図3において、h11(f)は、送信アンテナ#T1の信号S1(t)が受信アンテナ#R1(アンテナ101)で受信される場合のチャネル推定値である。また、h12(f)は、送信アンテナ#T2の信号S2(t)が受信アンテナ#R1(アンテナ101)で受信される場合のチャネル推定値である。また、図3において、h21(f)は、送信アンテナ#T1の信号S1(t)が受信アンテナ#R2で受信される場合のチャネル推定値であり、h22(f)は、送信アンテナ#T2の信号S2(t)が携帯端末の受信アンテナ#R2で受信される場合のチャネル推定値である。 In FIG. 3, S 1 (t) is a signal transmitted from the transmission antenna # T1 of the transmitter (base station), and S 2 (t) is a transmission antenna # T2 of the transmitter (base station). It is a signal transmitted from. In FIG. 3, h 11 (f) is a channel estimation value when signal S 1 (t) of transmission antenna #T 1 is received by reception antenna #R 1 (antenna 101). H 12 (f) is a channel estimation value when the signal S 2 (t) of the transmission antenna # T2 is received by the reception antenna # R1 (antenna 101). In FIG. 3, h 21 (f) is a channel estimation value when the signal S 1 (t) of the transmission antenna # T1 is received by the reception antenna # R2, and h 22 (f) is a transmission antenna. This is a channel estimation value when the signal S 2 (t) of # T2 is received by the reception antenna # R2 of the mobile terminal.
よって、図1に示すMIMO評価装置100のデータ演算部103は、送信機(基地局)の各送信アンテナ#T1,#T2からそれぞれ送信されるパイロット信号に基づいて、2(=M)個のチャネル推定値(送信アンテナ#T1とアンテナ101との間のチャネル推定値h11(f)、及び、送信アンテナ#T2とアンテナ101との間のチャネル推定値h12(f))を推定する。
Therefore, the
次いで、データ統合処理部105の算出部106は、データ演算部103で得られた、(2×1)のチャネル推定値[h11(f) h12(f)]を、評価対象受信機の受信アンテナ本数分(図3ではN=2本)だけ行方向に並べて、(2×2)のチャネル推定値を生成する。つまり、算出部106は、データ演算部103で得られた(M×1)のチャネル推定値をN個並べて、(M×N)のチャネル推定値を生成する。
Next, the
次いで、算出部106は、N(=2)本の受信アンテナの(N×N)の相関行列、及び、生成した(M×N)のチャネル推定(ここでは、(2×2)の行列)を用いて、次式(1)に従って、M(=2)本の送信アンテナとN(=2)本の受信アンテナとの間の(M×N)のチャネル行列(ここでは、(2×2)の行列)を算出する。
式(1)において、相関行列に含まれるρa(0)及びρa(Δx)は、複素空間相関係数を示し、Δxは受信アンテナ間の間隔を示す。また、ρa(0)=1であるのに対して、ρa(Δx)は次式(2)で表される。
式(2)において、θは複数の受信アンテナが配置されるベースラインに対する受信信号の到来角度を示し、Ω(θ)は角度空間プロファイルを示す。つまり、複素空間相関係数ρa(Δx)は、受信アンテナの位置の変移による素波(受信信号)の位相の変化を考慮して、角度空間上をプロファイル(Ω(θ))で重み付けした積分値である。 In Expression (2), θ represents an arrival angle of a received signal with respect to a baseline where a plurality of receiving antennas are arranged, and Ω (θ) represents an angular space profile. That is, the complex spatial correlation coefficient ρ a (Δx) is weighted with a profile (Ω (θ)) on the angle space in consideration of a change in the phase of the wave (received signal) due to a change in the position of the receiving antenna. It is an integral value.
ここで、送受信間の伝搬路(チャネル)において想定される受信レベル変動の分布によって、複素空間相関係数ρaの導出方法は異なる。以下、複素空間相関係数ρaの導出の一例として、受信レベル変動の分布がレイリー分布(導出例1)又は角度分布(導出例2)である場合について説明する。ただし、受信機では、ベースライン上に全ての受信アンテナが配置されているとする(つまり、受信機のアンテナ構成はリニアアレーであるとする)。 Here, the distribution of the received level variation assumed in the propagation path between the transmitting and receiving (channel), a method of deriving a complex spatial correlation coefficient [rho a is different. Hereinafter, as an example of the derivation of the complex spatial correlation coefficient ρa, a case where the distribution of the reception level fluctuation is the Rayleigh distribution (derivation example 1) or the angle distribution (derivation example 2) will be described. However, in the receiver, it is assumed that all receiving antennas are arranged on the baseline (that is, the antenna configuration of the receiver is a linear array).
[導出例1:レイリー分布]
レイリー分布は、見通し波のような卓越した波が存在しない場合等のチャネル環境(以下、レイリー環境という)をモデル化している。レイリー環境における角度空間プロファイルΩ(θ)は、次式(3)のようになる。ただし、ここでは、受信アンテナはオムニ指向性を有し、受信アンテナ間は直交するものとする。
The Rayleigh distribution models a channel environment (hereinafter referred to as a Rayleigh environment) when there is no excellent wave such as a line-of-sight wave. The angular space profile Ω (θ) in the Rayleigh environment is expressed by the following equation (3). However, here, the receiving antennas have omni directivity, and the receiving antennas are orthogonal to each other.
ここで、PRは受信電力を示す。よって、レイリー環境における複素空間相関係数ρaは、次式(4)で表される。
つまり、レイリー環境であることを条件とすれば、上式(4)に示すように、相関行列に含まれる複素空間相関係数ρaの理論値は、受信機の複数の受信アンテナの位置関係(Δx)によって導出することができる。 In other words, if it is a Rayleigh environment, the theoretical value of the complex spatial correlation coefficient ρ a included in the correlation matrix is the positional relationship between the plurality of receiving antennas of the receiver, as shown in the above equation (4). It can be derived by (Δx).
[導出例2:角度分布]
角度分布は、受信アンテナが指向性を有する場合、又は、送信機(基地局)が送信する信号の到来波が一様に分布していない場合等のチャネル環境をモデル化している。角度分布を用いる際の角度空間プロファイルΩ(θ)は、次式(5)のようになる。
The angular distribution models a channel environment such as when the receiving antenna has directivity or when the incoming waves of signals transmitted by the transmitter (base station) are not uniformly distributed. The angular space profile Ω (θ) when using the angular distribution is expressed by the following equation (5).
ここで、θ0は、送信機からの電波の受信アンテナへの到来角度を示し、σθは角度スプレッドを示す。よって、角度分布を用いる際の複素空間相関係数ρaは、次式(6)で表される。
上式(6)に示すように、角度分布を用いる際には、受信アンテナ間の間隔Δxだけでなく、到来角度θ0及び角度スプレッドσθも既知である必要がある(式(4)に示すレイリー分布では、到来角度θ0及び角度スプレッドσθは既知である必要が無い)。 As shown in the above equation (6), when using the angle distribution, not only the interval Δx between the receiving antennas but also the arrival angle θ 0 and the angle spread σ θ need to be known (in equation (4)). In the Rayleigh distribution shown, the arrival angle θ 0 and the angle spread σ θ need not be known).
以上、複素空間相関係数ρaの導出例について説明した。 The example of deriving the complex spatial correlation coefficient ρ a has been described above.
これにより、算出部106は、式(1)に示すように、アンテナ101のみで受信した受信信号に基づいて得られたチャネル推定値[h11(f) h12(f)](図3に示す実線矢印)を用いて、h21(f)=ρa(Δx)h11(f)、及び、h22(f)=ρa(Δx)h12(f))(図3に示す点線矢印)を算出することができる。換言すると、算出部106は、図3に示す送信アンテナ#T1,#T2それぞれと受信アンテナ#R2との間のチャネル推定値[h21(f) h22(f)]を、実測せずに得ることができる。これにより、MIMO評価装置100は、1本のアンテナ101(評価アンテナ)のみを用いるだけで、2(=M)本の送信アンテナと2(=N)本の受信アンテナとの間のチャネル推定値を示す(2×2)のチャネル行列を算出することができる。
Thereby, as shown in Expression (1), the
そして、評価部107は、受信信号の帯域幅、SNR、及び、式(1)に示すチャネル行列を用いて、受信特性(最大スループット)を評価する。
Then, the
このように、MIMO評価装置100は、複数M本の送信アンテナから送信された信号を1本の受信アンテナで受信する。つまり、MIMO評価装置100は、1本のアンテナ101を用いることで、受信アンテナの配置(アンテナ間の距離又は送信機に対するアンテナの向き等)に依らず、外部環境(送受信間のチャネル環境)のみに依存するチャネル推定値を推定できる。また、受信アンテナ構成をモデル化(定数化)した相関行列は、送受信間のチャネル環境に依存せず、受信アンテナ間のみに依存する行列である。
As described above, the
すなわち、MIMO評価装置100は、式(1)に示すように、M本の送信アンテナとN本の受信アンテナとの間のチャネル行列(式(1)ではM=N=2)を、受信アンテナ構成のみに依存する相関行列と、送受信間のチャネル環境のみに依存するチャネル推定値とを用いて算出する。つまり、MIMO評価装置100では、アンテナ構成に依存する相関行列と、チャネル環境に依存するチャネル推定値とを個別に求めることで、M本の送信アンテナとN本の受信アンテナとの間の受信特性(最大スループット)を評価することができる。すなわち、MIMO評価装置100は、受信機の受信アンテナ構成に依らず、MIMO性能を示す受信特性(最大スループット)を評価することができる。
That is, as shown in Equation (1),
また、MIMO評価装置100で推定(測定)されるチャネル推定値は受信アンテナの配置に依存しないため、チャネル推定値の推定(測定)の再現性が高い。よって、MIMO評価装置100は、送受信間のチャネル環境のみに依存するチャネル推定値をそのまま利用しつつ、受信アンテナの相関行列の定義を変えるだけで、様々な受信アンテナ構成の受信機における受信特性(最大スループット)を評価することができる。つまり、MIMO評価装置100では、様々な受信アンテナ構成を有する受信機毎のチャネル推定値を実測することなく、様々な受信アンテナ構成を有する受信機の受信特性(最大スループット)を評価することができる。
Further, since the channel estimation value estimated (measured) by the
このようにして、本実施の形態によれば、アンテナの配置に依存することなく、受信機での受信特性を評価することができる。 Thus, according to the present embodiment, it is possible to evaluate the reception characteristics at the receiver without depending on the arrangement of the antennas.
さらに、本実施の形態によれば、MIMO評価装置100が有する1本のアンテナのみでチャネル推定値を推定するため、受信特性の評価処理を行う回路(ハードウェアリソース)は1本のアンテナ分だけでよい。つまり、複数の受信アンテナを有するMIMO評価装置では、受信特性の評価処理を行う回路が受信アンテナ数だけ必要となるのに対し、本実施の形態に係るMIMO評価装置では、受信特性の評価処理を行う回路を最小限に抑えることができる。これにより、MIMO評価装置100での消費電力を抑えることができ、さらに、MIMO評価装置100に掛かるコストを抑えることができる。
Furthermore, according to the present embodiment, since the channel estimation value is estimated using only one antenna included in
なお、本実施の形態では、理想の受信機(理想受信機)を想定した理論値を用いて、チャネル行列を算出する場合について説明した。しかし、さらに、実際の受信機(実用受信機)においてチャネル行列を実測してもよい。そして、実測したチャネル行列を用いて得られる最大スループットと、理論値から算出されたチャネル行列を用いて得られる最大スループットとを比較することにより、理想受信機に対する実用受信機での劣化量を把握することが可能となる。 In this embodiment, a case has been described in which a channel matrix is calculated using theoretical values assuming an ideal receiver (ideal receiver). However, the channel matrix may be actually measured in an actual receiver (practical receiver). Then, by comparing the maximum throughput obtained using the measured channel matrix and the maximum throughput obtained using the channel matrix calculated from the theoretical values, the amount of degradation in the practical receiver relative to the ideal receiver can be grasped. It becomes possible to do.
また、本実施の形態では、受信アンテナの相関行列として、レイリー分布又は角度分布に基づく相関行列を用いる場合について説明したが、受信アンテナの相関行列はこれらに限定されない。例えば、受信アンテナの相関行列に含まれる複素空間相関係数を実測により予め求めてもよい。 In this embodiment, the case where a correlation matrix based on a Rayleigh distribution or an angular distribution is used as the correlation matrix of the reception antenna has been described. However, the correlation matrix of the reception antenna is not limited thereto. For example, the complex spatial correlation coefficient included in the correlation matrix of the receiving antenna may be obtained in advance by actual measurement.
本発明のMIMO評価装置、及び、MIMO評価方法は、アンテナ配置に依存することなく、受信機での受信特性を評価するものとして有用である。 The MIMO evaluation apparatus and the MIMO evaluation method of the present invention are useful for evaluating reception characteristics at a receiver without depending on antenna arrangement.
100 MIMO評価装置
101 アンテナ
102 無線受信部
103 データ演算部
104 情報取得部
105 データ統合処理部
106 算出部
107 評価部
108 統合部
109 蓄積部
110 表示部
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記M本の送信アンテナからそれぞれ送信された信号を、1本の評価アンテナで受信する受信手段と、
受信された信号に基づいて、前記M本の送信アンテナそれぞれと前記評価アンテナとの間のM個のチャネル推定値を推定する推定手段と、
前記M個のチャネル推定値、および、前記N本の受信アンテナの相関行列を用いて、前記M本の送信アンテナと前記N本の受信アンテナとの間のチャネル行列を算出する算出手段と、
前記チャネル行列を用いて、前記受信特性を評価する評価手段と、
を具備するMIMO評価装置。 A MIMO evaluation apparatus that evaluates reception characteristics of a receiver that receives signals transmitted from a transmitter having M transmission antennas by N reception antennas,
Receiving means for receiving the signals respectively transmitted from the M transmitting antennas by one evaluation antenna;
Estimating means for estimating M channel estimates between each of the M transmit antennas and the evaluation antenna based on received signals;
Calculating means for calculating a channel matrix between the M transmitting antennas and the N receiving antennas using the M channel estimation values and a correlation matrix of the N receiving antennas;
An evaluation means for evaluating the reception characteristics using the channel matrix;
A MIMO evaluation apparatus comprising:
前記M本の送信アンテナからそれぞれ送信された信号を、1本の評価アンテナで受信する受信ステップと、
受信された信号に基づいて、前記M本の送信アンテナそれぞれと前記評価アンテナとの間のM個のチャネル推定値を推定する推定ステップと、
前記M個のチャネル推定値、および、前記N本の受信アンテナの相関行列を用いて、前記M本の送信アンテナと前記N本の受信アンテナとの間のチャネル行列を算出する算出ステップと、
前記チャネル行列を用いて、前記受信特性を評価する評価ステップと、
を具備するMIMO評価方法。 A MIMO evaluation method for evaluating reception characteristics of a receiver that receives signals transmitted from a transmitter having M transmission antennas by N reception antennas,
A reception step of receiving signals transmitted from the M transmission antennas by one evaluation antenna;
An estimation step for estimating M channel estimates between each of the M transmit antennas and the evaluation antenna based on a received signal;
A calculation step of calculating a channel matrix between the M transmission antennas and the N reception antennas using the M channel estimation values and a correlation matrix of the N reception antennas;
An evaluation step of evaluating the reception characteristics using the channel matrix;
A MIMO evaluation method comprising:
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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