JP2012504887A

JP2012504887A - 無線テスト

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Publication number: JP2012504887A
Application number: JP2011529589A
Authority: JP
Inventors: キュヨスティ，ペッカ; ヌーティネン，ユッカ−ペッカ
Original assignee: エレクトロビット・システム・テスト・オサケユキテュア
Priority date: 2008-10-06
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2012-02-23
Anticipated expiration: 2029-02-25
Also published as: JP5280544B2; EP2345183A1; TWI434527B; TW201015885A; US11152717B2; CA2739042A1; WO2010040887A1; KR20110087281A; EP2347531A4; KR101308212B1; JP2012504886A; WO2010040889A1; EP2347531B1; KR101328760B1; TWI453675B; EP2345183A4; EP2347531A1; KR20110087279A; TW201015442A; CA2738111A1

Abstract

テストシステムは、アンテナ素子４０２〜４１６の重みを求めるための、該アンテナ素子４０２〜４１６を用いて得られた理論的空間相互相関及び空間相関のコスト関数を最適化し、無反響室内のエミュレータ４１８に結合された複数のアンテナ素子４０２〜４１６のうちの少なくとも２つのアンテナ素子４０２〜４１６を用いて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビームを形成する。少なくとも２つのアンテナ素子がビームを既知の方法で偏波することができる。

Description

本発明は、無反響室（電波暗室）におけるデバイスの無線テストに関する。

無線周波数信号が送信機から受信機に送信されるとき、信号は異なる到来角、信号遅延、及び電力を有する１つ又は複数のパス（経路）に沿った無線チャネルにおいて伝播し、これによって受信信号において異なる持続時間及び強度のフェージングが生じる。さらに、他の送信機によって生じた雑音及び干渉が無線接続と干渉する。

送信機及び受信機は、実際の環境をエミュレートする無線チャネルエミュレータを用いてテストすることができる。デジタル無線チャネルエミュレータにおいて、チャネルは通例、ＦＩＲフィルタ（有限インパルス応答フィルタ）を用いてモデル化される。ＦＩＲフィルタは、異なる遅延で遅延された印加された信号をチャネル係数、すなわちタップ係数を用いて重み付けし、重み付けされた信号成分を合算することによって、チャネルモデルと該信号との間の畳み込みを生成する。チャネル係数は実際のチャネルの時間的挙動に対応するための時間の関数である。従来の無線チャネルエミュレータテストは、送信機及び受信機がケーブルを介して共に結合されるように、伝導接続を介して実行される。

加入者端末と無線システムの基地局との間の通信は、ＯＴＡ（無線）テストを用いてテストすることができる。無反響室では、実際の加入者端末が、エミュレータの複数のアンテナによって取り囲まれる。基地局に結合されるか又は基地局の役割を果たす場合があるエミュレータが、チャネルモデルに従って加入者端末と基地局との間のパスをエミュレートする。テストにおいて、パスの方向はアンテナの方向に依存し、このためパスの方向は限定され、より良好なＯＴＡテスト解決策が必要とされる。
本発明の目的は、改善された解決策を提供することである。

本発明の一態様によれば、エミュレータのシミュレートされた無線チャネルを通じて、テストを受けている電子デバイスと通信する方法が提供される。この方法は、アンテナ素子の重み付の重みを求めるための、該アンテナ素子を用いて得られた理論的空間相互の相関及び空間相関のコスト関数を最適化するステップと、前記重みに基づいて、無反響室内のエミュレータに結合された複数のアンテナ素子の少なくとも２つのアンテナ素子を用いて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビームを形成するステップとを含む。

本発明の別の態様によれば、エミュレータのシミュレートされた無線チャネルを通じて、テストを受けている電子デバイスと通信する方法が提供される。この方法は、アンテナ素子の重み付けの重みを求めるために、該アンテナ素子を用いて得られた理論的空間相互の相関及び空間相関のコスト関数を最適化するステップと、前記重みに基づいて、無反響室内のエミュレータに結合された複数のアンテナ素子の少なくとも２つのアンテナ素子を用いて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビームを形成するステップであって、前記少なくとも２つのアンテナ素子は前記ビームを既知の方法で偏波する、形成するステップとを含む。

本発明の別の態様によれば、エミュレータのシミュレートされた無線チャネルを通じて、テストを受けている電子デバイスと通信するテストシステムが提供される。このテストシステムは、アンテナ素子の重み付のための重みを求めるための、該アンテナ素子を用いて得られた理論的空間相互の相関及び空間相関のコスト関数を最適化し、前記重みに基づいて、無反響室内のエミュレータに結合された複数のアンテナ素子の少なくとも２つのアンテナ素子を用いて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビームを形成するように構成されている。

本発明の別の態様によれば、エミュレータのシミュレートされた無線チャネルを通じて、テストを受けている電子デバイスと通信するテストシステムが提供される。このテストシステムは、アンテナ素子の重み付けのための重みを求めるための、該アンテナ素子を用いて得られた理論的空間相互の相関及び空間相関のコスト関数を最適化し、前記重みに基づいて、無反響室内のエミュレータに結合された複数のアンテナ素子の少なくとも２つのアンテナ素子を用いて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビームを形成するように構成され、前記少なくとも２つのアンテナ素子は前記ビームを既知の方法で偏波するように構成されている。

本発明はいくつかの利点を提供することができる。空間相関特性及び／又は偏波特性をアンテナ素子の重みにおいて考慮に入れることができる。
以下において、実施形態及び添付の図面を参照して、本発明をより詳細に説明する。

無線信号の伝播を示す図である。受信ビームの電力方位スペクトルを示す図である。送信ビームの電力方位スペクトルを示す図である。ＯＴＡテストチャンバにおける測定構成を示す図である。アンテナ素子によってモデル化されるビームを示す図である。アンテナ素子のグループ及び関連するアンテナグループ切替えネットワークを示す図である。アンテナ素子のグループによって取り囲まれたＤＵＴを示す図である。ＭＩＭＯ構成におけるアンテナの遅延の制御を表す図である。ＯＴＡチャンバにおけるアンテナの遅延の制御を表す図である。ＯＴＡチャンバにおけるＡｏＡを表す図である。図１０のアンテナ素子のアンテナ重み付けを表す図である。３つのアンテナ素子の空間相関を表す図である。アンテナ素子の重み及び結果としてのＰＡＳを表す図である。理論的相関及び理想空間相関を表す図である。６つのクラスタのＰＤＰを表す図である。８つのチャネルの遅延タップマッピングを表す図である。ＤＵＴ空間分解能がアンテナ素子の間隔よりも狭い状況を表す図である。図１７の状況におけるＰＡＳを表す図である。ＤＵＴ空間分解能がアンテナ素子の間隔よりも広い状況を表す図である図１９の状況におけるＰＡＳを表す図である。３つのアンテナ素子及び５つのアンテナ素子のＰＡＳを表す図である。偏波アンテナ素子を表す図である。Ｌ^ｐノルムを最適化する方法のフローチャートである。偏波アンテナ素子を用いてＬ^ｐノルムを最適化する方法のフローチャートである。

ＯＴＡにおけるチャネルインパルス応答及びアンテナ重み付けの最適化は、正確な相関、到来角、及び偏波特性がＤＵＴのために可能となるように、形成される。

図１は、送信機と受信機との間の無線信号の伝播を示している。送信機１００は、少なくとも１つのアンテナ素子１０４〜１１０からなるアンテナ１０２を備えている。アンテナは、例えば、ＵＬＡ（均一線形アレイ）アンテナとすることができ、ここでアンテナ素子間の間隔は一定であり、例えば無線信号の波長の半分である。この例において、送信機１００は無線システムの基地局である。それに応じて、受信機１１２は少なくとも１つのアンテナ素子１１６〜１２２からなるアンテナ１１４を備えている。この例では、受信機１１２は無線システムの加入者端末である。送信機１００が無線信号を送信するとき、送信ビーム１２４は角度φ₁に向けられ、その角度広がりはδ_φとなり、これはｘδ_φ ^stdである。ここで、ｘは１以上の実数であり、δ_φ ^stdは角度φ₁の標準偏差である。送信ビーム１２４は少なくとも１つのクラスタ１２６、１２８にぶつかる場合があり、該クラスタはその送信ビームの放射を反射及び／又は散乱する。各クラスタ１２６、１２８は複数のアクティブ領域１２６０〜１２６４、１２８０〜１２８４を有し、これらの領域はクラスタ１２６、１２８において主に反射及び／散乱する。クラスタ１２６、１２８は固定であっても移動していてもよく、クラスタ１２６、１２８は、建物、電車、山等のような、自然物体又は人工物体とすることができる。アクティブ領域は物体上の何らかのより精緻な構造的特徴であってもよい。

反射及び／又は散乱されたビームは、受信機１１２のアンテナ１１４に向けられる。アンテナ１１４は受信角ψ₁を有し、その角度広がりはδ_ψとなり、これはｙδ_ψ ^stdである。ただし、ｙは１以上の実数であり、δ_ψ ^stdはψ₁の標準偏差である。クラスタ１２６から反射及び／又は散乱されたビーム１３０は、次に受信される。同様に、アンテナ１１４は受信角ψ₂からのビームも有し、その角度広がりはδ_ψ2となる。送信機１００から少なくとも１つのクラスタ１２６、１２８を介した受信機１１２への伝播によって、見通し線に沿って一直線に進む信号に対して、さらなる遅延が生じる。

無線チャネルにおけるクラスタ１２６、１２８は、マルチパス伝播を生じさせる。パス（経路）及びクラスタ１２６、１２８は、１つの受信パスが１つのクラスタから来るような対応を有すると近似することができる。このため、無線チャネルを、クラスタ電力、遅延、公称ＡｏＡ（到来角）及びＡｏＤ（発射角）、並びに到着端及び離脱端の双方におけるクラスタの角度広がりによって記述することができる。さらに、受信アンテナアレイ及び送信アンテナアレイに関する情報が必要とされる。情報は、アンテナアレイジオメトリ及びアンテナフィールドパターン（ビーム）のパラメータ値を含む。加入者端末速度ベクトル及び／又はクラスタドップラ周波数成分も必要とされる場合がある。

以下の表１は、都市環境における無線チャネルのクラスタ化された遅延線モデルの例を表している。クラスタ１及び３は、異なる遅延及び電力を有する３つのアクティブ領域を有する。

ＡＳＤ（発射角度広がり）は、全てのクラスタに関して一定であると仮定することができる。この例ではＡＳＤ＝２°である。それに応じて、ＡＳＡ（到来角度広がり）を全てのクラスタに関して一定であると仮定することができる。この例ではＡＳＡ＝１５°である。加えて、ＸＰＲ（交差偏波電力比）も全てのクラスタに関して一定であると仮定することができる。この例ではＸＰＲ＝７ｄＢである。これらは、異なるクラスタに関して異なることもできる。

無線チャネルのインパルス応答推定値Ｈ_u,s,n（ｔ，τ）は、以下のような数式で表すことができる。

ここで、Ｆ_tx,sは送信アンテナフィールドパターン（すなわち送信ビーム）であり、Ｆ_rx,uは受信アンテナフィールドパターン（すなわち受信ビーム）であり、ｄ_sはＵＬＡ送信アンテナにおけるアンテナ素子間の距離であり、ｄ_uはＵＬＡ受信アンテナにおけるアンテナ素子間の距離であり、ｋは波数（ｋ＝２π／λ_０、λ_０：無線信号の波長）であり、Ｐ_nはクラスタ電力を意味し、Ｍはクラスタ内のアクティブ領域の数を意味し、ｍはアクティブ領域のインデックスであり、ｎはクラスタのインデックスであり、Φ_n,mは散乱体ｎ，ｍの定数の位相項であり、υ_n,mはインデックスｎ，ｍを有するアクティブ領域のドップラ周波数であり、τは遅延である。

インデックスｎ，ｍを有するアクティブ領域のドップラ周波数は以下のように表すことができ。

ここで、頂部にバー付きのｖは速度ベクトルであり、||ｖ||（ただし、ｖは頂部にバー付き）は、アクティブ領域と受信機との間の相対速度である。

式（１）におけるインパルス応答推定は、受信アンテナが全方向性であると仮定したとき、以下の式（３）に単純化することができる。

ＳＣＭ、ＳＣＭＥ、ＷＩＮＮＥＲ、及びＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄのようなチャネルモデルは、双方向クラスタを含む幾何学的モデルである。送信機端及び受信機端における電力方位スペクトルは、図２及び図３の例と同様である。チャネル係数の生成は、式（１）において放射線（離散方向）を合算することによって実行されるが、クラスタは、上述したパラメータによって規定することができる。換言すれば、鏡面散乱体はモデルの必須部分ではなく、チャネル係数を生成するためのツールに過ぎない。

ドップラ及び可能性のあるＢＳアンテナ相関、並びにチャネル電力遅延プロファイルを含むフェージングが、チャネル係数に含まれる。
ＤＵＴアンテナの相関及び他のＤＵＴアンテナ効果のみが、ＯＴＡチャンバにおける実際の無線送信に残される。

ドップラ周波数ν_n,mはＡｏＡ角に基づいて求めることができる。結果は、ベクトル係数Ｈ_n（ｔ，ｔ）を有する離散インパルス応答となる。Ｈ_n（ｔ，ｔ）の次元は１×Ｓであり、ＳはＢＳアンテナの数である。このステップは、幾何学的チャネルモデル、例えばＮＥＷＣＯＭモデルのＭａｔｌａｂによって行うことができる。
クラスタｎのマッピングは、クラスタ公称方向及びクラスタ角度広がりに依存して、適切なエミュレータチャネル及びＯＴＡアンテナに対して実行することができる。

２つのＯＴＡアンテナによるクラスタ到来角度広がりの近似は、誤りのもととなる可能性がある。特に、スパースＯＴＡアンテナレイアウト及び狭いクラスタ、すなわちΔθ≫ＡｏＡ角度広がりの場合である。ＤＵＴ端におけるクラスタ角度広がりの値は、モデル化されたシナリオに依存して、例えば、ＳＣＭでは３５度、ＷＩＮＮＥＲでは３度〜２２度、ＩＭＴ−Ａｄｖａｎｃｅｄでは３度〜２２度、及びＴＧｎでは１４度〜５５度となる。

可能なＤＵＴアンテナ間の非相関を生成するために、単一のクラスタを少なくとも２つのＯＴＡアンテナに分割することが必要である。信号が単一のＯＴＡアンテナからのみ送信される場合、このケースはＤＵＴにおける角度広がり及び完全相関のない鏡面反射に等しい。

図２は、５つのクラスタからの受信ビームの電力方位スペクトルを示している。図２において、ｘ軸は度単位の角度であり、ｙ軸はデシベル単位の電力である。５つのビーム、２００、２０２、２０４、２０６、及び２０８は、異なる到来角で受信される。ビーム２００、２０２、２０４、２０６、及び２０８は、異なる時点において受信され、すなわち、それらのうちの少なくとも１つが他のビームに対して異なる遅延を有している。

図３は、図２の例による同じ５つのクラスタに対する送信ビームの電力方位スペクトルを示している。図３において、ｘ軸は度単位の角度であり、ｙ軸はデシベル単位の電力である。５つのビーム３００、３０２、３０４、３０６、及び３０８は、わずかに異なる発射角で送信される。これは、反射及び／又は散乱するクラスタは角度においてわずかに分散しているだけであるからである。

図４はＯＴＡテストチャンバを表している。ＤＵＴ４００は中央にあり、チャンバンテナ素子４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、及び４１６は、均一な間隔（例えば８素子で４５度）でＤＵＴ４００を囲む円内にある。Ｋ個のＯＴＡアンテナの方向をθ_k（ｋ＝１、．．，Ｋ）で表し、角度ドメインにおけるアンテナの間隔をΔθで表す。アンテナのそれぞれが単一のエミュレータ出力ポートに接続される。単一のアンテナ素子を用いる場合、エミュレータ構成は１×８ＳＩＭＯであり、２つのアンテナ素子の場合、２×８ＭＩＭＯ、等である。
ＭＳ（ＤＵＴ）アンテナ特性は未知であると仮定する。他では、この情報はＯＴＡモデル化において用いられない場合がある。

テストチャンバは無反響室である。加入者端末等のＤＵＴ４００は、アンテナ素子４０２、４０４、４０６、４０８、４１０、４１２、４１４、及び４１６に取り囲まれ、これらのアンテナは、例えばＥＢ（Ｅｌｅｋｔｒｏｂｉｔ）Ｐｒｏｐｓｉｍ（登録商標）Ｃ８であるエミュレータ４１８に接続される。エミュレータ４１８は、プロセッサ、メモリ、及び適切なコンピュータプログラムを備えている。この例において、４５度の一定の角度だけ離された円内に８つのアンテナ素子が存在する。通常、少なくとも２つのアンテナ素子４０２〜４１６を用い、相互に分離角Δθだけ離すことができる。少なくとも３つのアンテナ素子４０２〜４１６を用いる場合、分離角Δθは任意の２つの連続するアンテナ素子４０２〜４１６について同じであっても異なっていてもよい。アンテナ素子４０２〜４１６はＤＵＴ４００から同じ距離にあっても異なる距離にあってもよく、アンテナ素子４０２〜４１６は、全角度又は全立体角に配置される代わりに、セクタ内にのみ配置されてもよい。ＤＵＴ４００はアンテナ内に１つ又は複数の素子を有することもできる。

ＤＵＴ４００との無線通信によって、アンテナ設計、偏波、及び配置の効果を、パス方向がテスト内に自由に含まれ得るようにテストすることが可能になる。これは、エミュレータ４１８とＤＵＴ４００との間でケーブル接続が用いた場合、可能でない。
エミュレータ４１８は、テストのためのチャネルモデルを有する。チャネルモデルは、テストを遂行する人物によって選択することができる。さらに、干渉及び雑音を、所望の形態、所望の程度で、テストに入力することができる。用いられるチャネルモデルは、実際の無線システムからの記録されたチャネルに基づくプレイバックモデルであってもよく、人工的に生成されたモデルであってもよく、プレイバックモデル及び人工的に生成されたモデルを組み合わせたものであってもよい。

ここで、エミュレータ４１８が、無線システムの基地局に結合されているか、又は無線システムの基地局の役割を果たし、アンテナ素子４０２〜４１６が、無線システムの受信加入者端末の役割を果たすＤＵＴ４００に送信していると仮定する。ＤＵＴアンテナ特性は未知であり、その情報は以下の例で無視することができると仮定する。ＯＴＡアンテナ素子４０２〜４１６は、ＤＵＴからの方向の角度θ_kにあると仮定し、ここでｋは１，．．．，Ｋのアンテナ素子の数である。アンテナ素子４０２〜４１６の角度間隔は一定とし、θ_k+1−θ_k＝Δθである。

エミュレータ４１８における幾何学的チャネルモデルは、ＯＴＡアンテナ素子４０２〜４１６にマッピングすることができる。エミュレータ４１８は基地局からの送信放射がクラスタにぶつかる状況をシミュレートする。エミュレータ４１８は、各クラスタから反射及び／又は散乱されたビームも形成し、離脱電力及びクラスタの遅延を、少なくとも１つのアンテナ素子４０２〜４１６に適切に分割する。このため、アンテナ素子４０２〜４１６は、クラスタの反射及び／又は散乱されたビームを再生するように制御される。

多くの場合、クラスタから反射及び／又は散乱されたビームを表すビームの角度は、たとえば１度とすることができる閾値よりも大きくアンテナ素子４０２〜４１６の角度θ_kと異なる。そして、そのようなビームは、少なくとも２つのアンテナ素子４０２〜４１６を用いて送信することができる。

一実施形態では、シミュレートされたクラスタの電力は、アンテナ角θ_k及びクラスタ角ψ_nに基づいて２つのアンテナ素子間で分割することができる。クラスタ角ψ_ｎに最も近いアンテナ素子ｋの角度θ_kを、以下の数式に従って求めることができる。

ここで、minは、θ_jの全ての値の中でのminの式の最小値を表し、intは、このintの除算式の整数値（０を含む）を表す。ｋの値は

である。このとき、第２のアンテナ素子ｋ＋１は角度θ_k＋Δθ＝θ_k+1を有するアンテナ素子である。したがって、選択されたアンテナ素子は、アンテナ素子のうちの、主にクラスタから反射及び／又は散乱されたビームがＤＵＴ４００に関するアンテナ素子とすることができる。

クラスタｎのためのＯＴＡアンテナの選択は、θ_k〜ＡｏＡ公称角φ_nの２つの最も近い値を選択することによって行うことができる。クラスタｎの電力は、θ_kとψ_nとの間の角度距離に依存して２つのＯＴＡアンテナ間で分割される。例えばψ_nがθ_kとθ_k+1のちょうど中央にある場合、電力はそれぞれに５０％ずつに分割される。

アンテナ素子４０２〜４１６毎の重みｗ_nk+iは、以下のように計算される。

ここで、ｉは１又は２であり、ｋはクラスタｎの角度ψ_nに最も近いアンテナ素子のインデックスである。アンテナ素子ｋへのクラスタｎの電力Ｐ_nは、Ｐ_k＋Ｐ_k+1＝Ｐ_nとなるように重みｗ_n,kを乗算される。

図１０は、ＯＴＡチャンバのＡｏＡを表している。ライン１０００はＡｏＡベクトルであり、円はＤＵＴ４００の周りのＯＴＡアンテナ素子である。
図１１は、図１０のアンテナ素子のアンテナ重みを表している。曲線１１００は、受信機が捕捉するアンテナ素子のビームを示している。アンテナ素子の２つの重み１１０２、１１０４がゼロでなく、残りはゼロである。

ＤＵＴの周りの円内に８つのアンテナ素子がある、すなわちＫ＝８及びΔθ＝４５度であり、単一の基地局アンテナ、単一のクラスタ、クラスタ電力２、ＡｏＡφ_n＝３７度であると仮定する。アンテナ素子４０２（アンテナｋ）の電力Ｐ_kは、

となる。アンテナ素子４０４（アンテナｋ＋１）の電力Ｐ_k+1は、

となる。

図５は、計算された電力分割を有するアンテナ素子４０２、４０４によって形成されるビーム５００を示している。異なるアンテナ素子に供給される信号は、方向電力スペクトルを変更することができるように互いに対してシフトされた位相とすることもできる。位相シフトは、信号の電力及び相対遅延を設定する適切な複素係数でベースバンド信号を重み付けすることによって実行することができる。位相シフトは、無線周波数信号を相互に遅延させることによって実行することもできる。たとえば、所望の遅延をデジタル遅延のバンク（たとえば、デジタル有限インパルス応答フィルタ構造）から適切に選択することができる。シミュレートされた無線チャネルの異なるパスの異なるビームを異なる時点で形成することができる。シミュレートされた無線チャネルのパスのビームは、異なる時点で形成することができる。シミュレートされた無線チャネルの異なるパスの複数の異なるビームを１つの時点で形成することができる。

図６は、アンテナ素子のグループ６００を表している。一実施形態では、アンテナはアンテナ素子６００２、６００４、６００６、６００８、６０１０の少なくとも１つのグループ６００である。このため、たとえば、アンテナ素子４０２の代わりに、１つのアンテナ素子だけでなくいくつかの素子６００２、６００４、６００６、６００８、６０１０のグループが存在する。各アンテナ素子４０２〜４１６は、たとえば５つの素子を含む。通常、アンテナ素子４０２〜４１６の代わりに、アンテナ素子６００２、６００４、６００６、６００８、６０１０の少なくとも２つからなるグループ６００であってもよい。

ＯＴＡアンテナ素子へのマッピングは、単一のＯＴＡアンテナ素子がアンテナ素子６００２、６００４、６００６、６００８、６０１０のグループ６００によって置き換えられる場合、より単純でかつより正確になることができる。グループがＧ個のアンテナ素子６００２、６００４、６００６、６００８、６０１０を含むと仮定する。

各アンテナグループ６００に供給される素子６００２、６００４、６００６、６００８、６０１０の数は、（クラスタあたりの）チャネルモデル到達方位広がりに基づいて選択することができる。各グループは、単一のエミュレータ出力ポートを備え、各グループのアンテナ素子６００２、６００４、６００６、６００８、６０１０は、スイッチングネットワーク６２０を用いてエミュレータに接続することができる。スイッチングネットワーク６２０は、少なくとも１つのスプリッタ、コンバイナ、減衰器、及び／又は移相器を備えることができる。一実施形態では、切替え（すなわち、アンテナ素子の選択）は、全てのグループについて類似であり、測定あたり１回しか行わなくてもよい。

ビームコントローラ６２２は、エミュレータからの信号に基づいて、グループのいくつのアンテナ素子がビームに必要とされるかを制御することができる。通常、最大値までの任意の正の整数個のアンテナ素子を用いることができる。
一実施形態では、奇数個の素子を用いることができる。たとえば、Ｇ＝５のとき、選択は、チャネルモデルのシナリオに依存して１、３、又は５個の素子とすることができる。チャネルモデル内に狭いクラスタが存在する場合、３個の素子がビームに十分である。クラスタがより広い場合、最大個数の素子をビームに用いることができる。

グループ内のアンテナ素子の選択は、以下のように数学的に表すことができる。

ここで、Ｚ＝Ｇ−２ｊであり、ｊは０，．．．，（Ｇ−３）／２であり、roundは除算の最も近い整数値（最小値は１）への丸めを意味する。

チャネルモデルのＯＴＡアンテナへのマッピングは、以下のルールを適用することによって実行することができる。クラスタの公称方向に依拠してクラスタのそれぞれを適切なエミュレータチャネル及びＯＴＡアンテナ素子にセットする。クラスタｎのためのＯＴＡアンテナ素子の選択は、クラスタの公称ＡｏＡψ_nの最も近いＯＴＡアンテナグループ中心θ_kを採用する。スイッチ６２２によって、グループ内のアンテナ素子の数、たとえばＺ’を選択する。

図７は、アンテナ素子のグループ６００〜６１４によって取り囲まれるＤＵＴ４００を表している。この例では、各グループ６００〜６１４が３つのアンテナ素子を有する。ビーム７００はグループ６０２を用いて形成することができる。８つのグループ及び各グループ内の５つの素子を用いて、円全体を、均一に位置するアンテナ素子でカバーすることができる。クラスタが過度に広く、非常に広いビーム、たとえばΔθよりも広いビームを必要とする場合、クラスタは２つ以上のアンテナグループにマッピングする。

ビームを形成するのにいくつかのグループを用いることもできる。グループは、２つのアンテナ素子の選択について式（４）及び式（５）に関して説明したのと同じ方式で、選択することができる。次に、２つのアンテナ素子を選択する代わりに、ビームのためにアンテナ素子の２つのグループを選択することができる。図７において、ビーム７００はグループ６００及び６０２を用いて形成することができる。
一実施形態において、固定の重みは、たとえば、ガウス又はラプラス形状のクラスタ電力方位スペクトルを再現することができるように、アンテナ素子に対して実現することができる。

対応する方式で、少なくとも２つのアンテナ素子を用いた受信が実行される。このため、本方法を、アップリンク及びダウンリンクの双方に適用することができる。ここで、アンテナ素子４０２〜４１６がＤＵＴ４００から信号を受信していると仮定する。少なくとも２つのアンテナ素子４０２〜４１６によって受信された信号は、エミュレータ４１８において、シミュレートされた無線チャネルのパスの信号の受信ビームを形成するために結合される。この結合は、２つのアンテナ素子又はアンテナ素子のグループからの電力を、式（４）及び式（５）において計算された重みｗ_nk+1を用いて重み付けすることを含む。さらに、ビームの形状及び方向は、複素係数又は別の種類の位相シフトを用いて重み付けすることができる。

実施形態は、３ＧＰＰ（第３世代パートナーシッププロフェクト）ＬＴＥ（ロングタームエボリューション）、ＷｉＭＡＸ（マイクロ波アクセス世界的相互運用性）、Ｗｉ−Ｆｉ、及び／又はＷＣＤＭＡ（広帯域符号分割多元接続）に適用することができる。これも可能な適用形態であるＭＩＭＯ（多入力多出力）では、信号は本実施形態に対して異なる方式で複数のアンテナ素子に分割される。図８は２つの送信アンテナ素子８００、８０２及び２つの受信アンテナ素子８０４、８０６を有するＭＩＭＯ構成を示している。エミュレータ８１２の遅延素子８１４〜８２０における異なるパスを表す２つの遅延タップ８０８、８１０が存在する。各送信アンテナ素子８００、８０２からの信号は、同じ遅延（タップ８０８、８１０）で信号を遅延させる遅延素子８１４〜８２０に供給される。双方の遅延（タップ８０８、８１０）で遅延させる遅延素子８１４及び８２０の出力が結合され、アンテナ素子８０６に供給される。それに応じて、これもまた双方の遅延（遅延タップ８０８、８１０）で遅延させる遅延素子８１６及び８１８の出力が結合され、アンテナ素子８０４に供給される。

図９は、本実施形態の一例を示している。この例にも、ＯＴＡテストの無反響室９２２内の複数のアンテナ素子のうちの、２つの送信アンテナ素子９００、９０２及び２つの受信アンテナ素子９０４、９０６が存在する。エミュレータ９１２の遅延素子９１４〜９２０における異なるパスを表す２つの遅延タップ９０８、９１０が存在する。送信アンテナ９００からの信号は遅延素子９１４、９１６に供給される。遅延素子９１４は遅延タップ９０８に対応する遅延で信号を遅延させ、遅延素子９１６は遅延タップ９１０に対応する遅延で信号を遅延させる。

送信アンテナ９０２からの信号が遅延素子９１８、９２０に供給される。遅延素子９１８は遅延タップ９１０に対応する遅延で信号を遅延させ、遅延素子９２０は遅延タップ９０８に対応する遅延で信号を遅延させる。同じ遅延（遅延タップ９０８）で遅延させる遅延素子９１４及び９２０の出力が結合され、アンテナ素子９０６に供給される。それに応じて、同じ遅延（遅延タップ９１０）で遅延させる遅延素子９１６及び９１８の出力が結合され、アンテナ素子９０４に供給される。このため、異なるアンテナ素子９０４、９０６が異なるＡｏＡを表す場合、異なる遅延タップが該異なるアンテナ素子に供給される。

ＯＴＡチャンバ内の空間効果の生成によって、正弦和に基づくチャネルモデル化が想起される。Ｌ^pノルム法と呼ばれる、時空間チャネルモデルのパラメータ計算のための技法を、ＯＴＡチャネルモデル化のために精緻化することができる。正確な空間相関モデル化のために、Ｌ²ノルムＥ_p（ｇ₁，ｇ₂，．．．，ｇ_K）のようなコスト関数を最適化することができる。

ここで、ρ（Δ_m，ψ₀σ_ψ）は、アンテナ素子の離隔Δ_mに対する理論的空間の相互相関であり、ψ₀は公称ＡｏＡであり、σ_ψは角度広がりであり、ρ（Δ_m）（ただし、ρの上部に付き）は、ＯＴＡアンテナ素子を用いて得られた空間相関である。アンテナ素子の重みに対して上記のコスト関数を最小化することによって、ＯＴＡアンテナ素子の重みｇ_kを求めることが目的である。代替的に、勾配法、半空間法等によって最適化を実行してもよい。

ラプラス形状ＰＡＳのための理論的相互相関関数は以下のように定義される。

実際には、これはトランケートされたラプラスＰＡＳに関して計算することができ、又は離散近似によって計算することができる。ＯＴＡアンテナ素子を用いて得られる空間相関は、

として定義することができる。

空間アンテナの８つのＯＴＡ素子の解決策を用いると、Ｋ’＝３，θ_k∈｛０度、４５度、９０度、１３５度、１８０度、２２５度、２７０度、３１５度、３６０度｝を選択し、ｇ_kは、ｇ_k⊂［０，１］となるように制限する。Δ_ｍの実際の値は０．６であり、Ｍは約５０である。式（８）は凸関数であるため、Ｋ’次元空間においてバイナリ検索を適用することによって最適化を数値的に実行することができる。バイナリ検索の場合、約log₂Ｌ^K’＝Ｋ’log₂Ｌ回の反復（すなわち式（８）の計算）のみが必要とされる。ここで、Ｌはｇ_k⊂［０，１］の点の数である。例えば、Ｌ＝１０００及びＫ’＝３の場合、３０回の反復しか必要とされない。これらのパラメータを用いた場合、総当り法では式（８）を１０００^３＝１０^９回解くことが必要となる。

式（８）は、式（９）及び式（１０）を適用し、勾配法、及び半空間法等の数値最適化方法を用いることによって計算することができる。ここで、式はより解析的な形式に開かれる。表記を単純にするために、重みをベクトル
Ｇ＝（ｇ₁，ｇ₂，．．．，ｇ_K）（１１）
として表記し、位相項のセットをベクトル

と表記し、理論的相互相関をスカラー
ρ_m＝ρ（Δ_m，ψ₀，σ_ψ）（１３）
として表記する。

ここでゼロの勾配を解くことによってＥ_pを最小にすることができる。

式（１４）において、ｕ_kはｋ番目の単位基底ベクトルである。上記の勾配方程式は、Ｋ’個の方程式のセットになるように処理することができる。これは重みｇ_kについて解くことができる。

式（１５）は式の解析集合を表し、すなわち勾配（１４）をゼロにする。

正確な相関モデル化のために、式（１０）及び式（１１）の公称到来角ψ₀を最も近いＯＴＡアンテナ素子方向θ_kiに丸めることができる。次に、Ｋ’個のＯＴＡアンテナ素子（奇数個のアンテナ）を、アンテナｋ_iの周りで対称的に選択することができる。経験則として、数Ｋ’は１８０度未満でなくてはならない。例えば、Ｋ’＝３及びΔθ＝４５°度である場合、式（１０）に関してアンテナ素子角θ_ki＝−４５°、θ_ki＝０°、θ_ki＝４５°をセットする。そして、式（８）を最小にすることによって係数｛ｇ_ki−１，ｇ_ki，ｇ_ki＋１｝を求めることができる。他の係数ｇ_kはゼロに等しい。最後に、クラスタｎ及びアンテナ素子ｋの重みｗ_n,kを以下のように表すことができる。
ｗ_n,k＝√ｇ_k （１６）
ただし、係数ｇ_kはクラスタｎごとに別個に求められる。

図１２は、３つのアンテナ素子の理論的空間相関１２００、及び３５度のラプラスＰＡＳの、４５度の間隔を有する８個のアンテナ素子の理想的空間相関１２０２の例を表している。
ＯＴＡチャンバでは、アンテナ素子の位置は固定である。任意の到来角（ＡｏＡ）をモデル化するとき、ＯＴＡアンテナ間の方向を補間する必要がある。これは、丸めを行うことなく実際の公称到来角ψ₀を用いることにより式（６）のノルムを最小にすることによって、行うことができる。その他の点で、手順は上述した通りである。

図１３及び図１４の例において、同時最適化によってアンテナ素子の重みが求められた。図１３は、アンテナ素子の重み１３０２、１３０４、１３０６、１３０８、及び１３１０、並びに結果としてのＰＡＳ１３００を表している。図１４は、３つのアンテナ素子の理論的空間相関１４００及び理想的空間相関１４０２を表している。この例は、受信機上の２つの素子ＵＬＡ、４５度の間隔を有する８つのＯＴＡアンテナ、ＡｏＡ＝１００度を指す。ターゲットＡｏＡは１００度であり、０．５波長離隔でのターゲット相互相関｜ρ｜＝０．２４７６であった。結果としての相関行列Rrx＿absが以下のように得られ、また、図４のＰＡＳの得られる最大値は１０１°である。

無線チャネルエミュレーションにおいて、チャネルインパルス応答がエミュレータに提供され、送信信号を用いて畳み込みされる。従来のエミュレーションでは、異なるＭＩＭＯチャネル（Ｔｘ／Ｒｘアンテナ対）のインパルス応答は等しい電力遅延プロファイル及びタップ数を有する。ＯＴＡ環境のモデル化は困難である。チャネルインパルス応答は、クラスタ（タップ）のＡｏＡ情報に基づいて異なるＯＴＡアンテナ素子に分解及び再組立てすることができる。ＳＣＭモデルの実現例の６つのクラスタ１５００、１５０２、１５０４、１５０６、１５０８、及び１５１０の元のＰＤＰ（電力遅延プロファイル）が図１５に示される。ＯＴＡエミュレーションの場合の８つのチャネルの遅延タップマッピングが図１６に示されている。それぞれ異なる遅延を有する６つのクラスタが存在する。

タップを電力重み付けを用いてＯＴＡアンテナにマッピングすることに加え、元のフェージング信号はドップラシフトによって変更される必要もある。これは所望の相関及びＡｏＡ効果を得るのに必要である。各幾何学的チャネルモデルにおいて、移動している移動端末を仮定することができる。端末の動きは進行角度θ_vの特定の方向を有する速度ベクトルによって表される。

平面波が、方向ψ_nの代わりにアンテナ素子ｋの方向θ_kを有する場合、式（２）は以下のように表すことができる。

ＯＴＡアンテナ素子ｋ及びクラスタｎについて、ドップラ補正項は、結果として以下となる。
Ｃ_k,n＝υ_k−υ_n （１８）

最後に、電力重み付けに加えて、ＯＴＡアンテナ素子ｋによって送信されるクラスタｎのドップラスペクトルを、周波数シフト

によってシフトすることができる。Ｈ_s,n（ｔ，τ）は式（１）からのチャネル係数である。

ＯＴＡチャネルモデル化の正確度も考慮に入れることができる。図１７は、ＤＵＴ空間分解能が２４°であり、ＯＴＡアンテナ素子の数が８であり、アンテナ素子の間隔が４５°である状況を表している。ＯＴＡアンテナ素子は円でマーキングされる。参照番号１７００はＡｏＡベクトルを指し、参照番号１７０２は速度ベクトルを指している。

図１８は、図１７において説明された状況において受信機が捕捉するＰＡＳ１８００を表している。円１８０２は、アンテナ素子の相対電力を表す。ＰＡＳ１８００は２つのピークを有しており、これは望ましくない。

図１９は、ＤＵＴ空間分解能が２４°であり、ＯＴＡアンテナ素子の数が１６であり、アンテナ素子の間隔が２２．５°である状況を表している。ＯＴＡアンテナ素子は円でマーキングされる。参照番号１９００はＡｏＡベクトルを指し、参照番号１９０２は速度ベクトルを表している。

図２０は、図１９において説明した状況において受信機が捕捉するＰＡＳ２０００を表している。円２００２はアンテナ素子の相対電力を表す。ＰＡＳ２０００は１つのみのピークを有し、これは望ましい。ＤＵＴアンテナアレイサイズは空間分解能を確定する。１／２ＵＬＡの場合の経験則の分解能は、９６°／＃ＤＵＴアンテナである。例えば、２アンテナＵＬＡは結果として４８°のＡｏＡとなり、４アンテナＵＬＡは結果として２４°のＡｏＡとなる。このため、ＯＴＡアンテナ素子間の間隔は、ＤＵＴの空間分解能よりも小さいことが望ましい。

ラプラス形状ＰＡＳ及び３５°ｒｍｓの方位広がりのとき、ＯＴＡチャンバの８つのアンテナ素子を有する１波長サイズのアレイ、及びＯＴＡチャンバの１６個のアンテナ素子を有する２波長サイズのアレイを制御することが可能である。
クラスタＰＡＳモデル化に用いられるＯＴＡアンテナの数は、どの程度の大きさのＤＵＴアレイサイズが正確な相関を有し得るかを求める。ＤＵＴのサイズは小さくするべきであるが、ＯＴＡ内のアンテナ素子が多くなるほど、ＤＵＴが有し得る寸法が大きくなる。

図２１は、５つの送信アンテナ素子を有するＰＡＳ２１００及び３つの送信アンテナ素子を有するＰＡＳ２１０２を表している。
ＯＴＡのアンテナ素子のドップラ相関及び可能な相関を含むフェージング、並びにチャネル電力遅延プロファイルは、チャネル係数に含めることができる。

チャネル係数は、式（１８）の変形によって生成することができる。

ＯＴＡチャンバが二重偏波アンテナ素子を有する場合、チャネル係数式は、Ｖ偏波及びＨ偏波について別個に書くことができる。

Ｆ_tx,s ^V、Ｆ_tx,s ^Hは、アンテナ素子のＶ（垂直）偏波のフィールドパターン、及びＨ（水平）偏波のフィールドパターンである。位相項Φ_n,m ^vv等は、ランダム初期位相∈［０，２π］であり、κ_n,mは交差偏波電力比（ＸＰＲ）である。

ドップラ周波数ν_n,mは依然としてＡｏＡ角に基づいて求められることに留意されたい。結果は、行列係数Ｈ_n（ｔ，τ）を有する離散インパルス応答である。Ｈ_n（ｔ，τ）の次元は、単一偏波の場合１×Ｓであり、二重偏波の場合２×Ｓである。ＳはＯＴＡアンテナ素子の数である。このステップは、幾何学的チャネルモデル、例えばＳＣＭＥモデル又はＷＩＮＮＥＲモデルのＭａｔｌａｂによって行うことができる。

次に、クラスタ公称方向及びクラスタ角度広がりに依存して、クラスタｎの適切なエミュレータチャネル及びＯＴＡアンテナ素子へのマッピングを実行することができる。選択された方法は、正確なＡｏＡ（式（５）を参照）が強調されるか、正確な空間相関（式（１６）を参照）が強調されるか、又は双方の平衡した組み合わせ（図１４及びその説明を参照）が強調されるかに依存することができる。方法は、単一偏波の場合に関して説明されるが、二重偏波の場合にも適用可能である。唯一の差異は、二重偏波の場合、式（２１）及び式（２２）からのＶ（垂直）偏波チャネルインパルス応答及びＨ（水平）偏波チャネルインパルス応答をＶ偏波ＯＴＡアンテナ素子及びＨ偏波ＯＴＡアンテナ素子に別個にマッピングすることができる。

図２２は、８つの均一に離間された二重偏波チャンバンテナ素子２２０２、２２０４、２２０６、２２０８、２２１０、２２１２、２２１４、及び２２１６を用いたＯＴＡチャンバンテナセットアップを表している。図２２では、Ｖ偏波素子は、紙面（方位平面）に対して実際に直交している。

図２３は、方法のフローチャートを表している。ステップ２３００において、アンテナ素子を用いて得られた理論的空間相互相関及び空間相関のコスト関数が、アンテナ素子の重みを求めるために最適化される。ステップ２３０２において、重みに基づいて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビームが、無反響室内のエミュレータに結合された複数のアンテナ素子の少なくとも２つのアンテナ素子を用いて生成される。

図２４は、方法のフローチャートを表している。ステップ２４００において、アンテナ素子を用いて得られた理論的空間相互相関及び空間相関のコスト関数が、アンテナ素子の重みを求めるために最適化される。ステップ２４０２において、重みに基づいて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビームが、無反響室内のエミュレータに結合された複数のアンテナ素子の少なくとも２つのアンテナ素子を用いて形成され、少なくとも２つのアンテナ素子が既知の方法でビームを偏波する。

実施形態は、例えば、ＡＳＩＣ回路又はＶＬＳＩ回路（特定用途向け集積回路、超大規模集積）を用いて実装することができる。代替的に又は付加的に、方法ステップの実施形態は、エミュレータのシミュレートされた無線チャネルを通じてテストを受ける電子デバイスと通信するためのコンピュータプロセスを実行するための命令を含むコンピュータプログラムとして実装することができる。エミュレータは、電子回路及び／又はコンピュータプログラムに基づいて、無反響室におけるアンテナ素子の使用及びビームの形成を制御することができる。

コンピュータプログラムは、コンピュータ又はプロセッサによって読み出し可能なコンピュータプログラム配布媒体上に格納することができる。コンピュータプログラム媒体は、例えば、電子、磁気、光、赤外線、若しくは半導体のシステム、デバイス、又は伝送媒体とすることができるがこれらに限定されない。コンピュータプログラム媒体は、以下の媒体、すなわち、コンピュータ可読媒体、プログラムストレージ媒体、記録媒体、コンピュータ可読メモリ、ランダムアクセスメモリ、消去可能プログラマブル読み出し専用メモリ、コンピュータ可読ソフトウェア配布パッケージ、コンピュータ可読信号、コンピュータ可読通信信号、コンピュータ可読印刷物、及びコンピュータ可読圧縮ソフトウェアパッケージのうちの少なくとも１つを含むことができる。

本発明は、添付の図面による例を参照して上述されてきたが、本発明はそれらに限定されず、添付の特許請求の範囲内でいくつかの形で変更することができることが明らかである。

Claims

エミュレータ（４１８）のシミュレートされた無線チャネルを通じて、テストを受けている電子デバイス（４００）と通信する方法であって、
アンテナ素子（４０２〜４１６、６００２〜６０１０）を重み付用の重みを求めるために、該アンテナ素子（４０２〜４１６、６００２〜６０１０）を用いて得られた理論的空間相互相関及び空間相関のコスト関数を最適化するステップと（２３００）、
前記重みに基づいて、無反響室内のエミュレータ（４１８）に結合された複数のアンテナ素子（４０２〜４１６、６００２〜６０１０）の少なくとも２つのアンテナ素子（４０２〜４１６、６００２〜６０１０）を用いて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビーム（５００、７００）を形成するステップと（２３０２）
を含んでいることを特徴とする方法。
エミュレータ（４１８）のシミュレートされた無線チャネルを通じて、テストを受けている電子デバイス（４００）と通信する方法であって、
アンテナ素子（２２０２〜２２１６）の重みを求めるために、該アンテナ素子（２２０２〜２２１６）を用いて得られた理論的空間相互相関及び空間相関のコスト関数を最適化するステップと（２４００）、
前記重みに基づいて、無反響室内のエミュレータ（４１８）に結合された複数のアンテナ素子（２２０２〜２２１６）の少なくとも２つのアンテナ素子（２２０２〜２２１６）であって、前記ビーム（５００、７００）を既知の方法で偏波する少なくとも２つのアンテナ素子を用いて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビーム（５００、７００）を形成するステップ（２４０２）と
を含んでいることを特徴とする方法。
エミュレータ（４１８）のシミュレートされた無線チャネルを通じて、テストを受けている電子デバイス（４００）と通信するテストシステムであって、
アンテナ素子の重みを求めるために、該アンテナ素子を用いて得られた理論的空間相互相関及び空間相関のコスト関数を最適化し、
前記重みに基づいて、無反響室内のエミュレータ（４１８）に結合された複数のアンテナ素子（４０２〜４１６、６００２〜６０１０）の少なくとも２つのアンテナ素子（４０２〜４１６、６００２〜６０１０）を用いて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビーム（５００、７００）を形成する
よう構成されていることを特徴とするテストシステム。
エミュレータ（４１８）のシミュレートされた無線チャネルを通じて、テストを受けている電子デバイス（４００）と通信するテストシステムであって、
アンテナ素子（２２０２〜２２１６）の重みを求めるために、該アンテナ素子（２２０２〜２２１６）を用いて得られた理論的空間相互相関及び空間相関のコスト関数を最適化し、
前記重みに基づいて、無反響室内のエミュレータ（４１８）に結合された複数のアンテナ素子（２２０２〜２２１６）のうちの少なくとも２つのアンテナ素子（２２０２〜２２１６）であって、前記ビーム（５００、７００）を既知の方法で偏波する少なくとも２つのアンテナ素子を用いて、シミュレートされた無線チャネルの少なくとも１つのパスの信号のビーム（５００、７００）を形成する
よう構成されていることを特徴とするテストシステム。