JP2017204676A - アンテナ特性測定装置及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ＭＩＭＯ伝送に用いる受信アンテナについて、ＭＩＭＯ復調の観点を含め総合的に評価するための特性を測定する。【解決手段】アンテナ特性測定装置１の伝送路推定部１５は、受信信号ＹH，ＹV、受信電力ＰH，ＰV及び既知信号ＸH，ＸVに基づいて、水平偏波及び垂直偏波の受信電力差を正確に反映させた伝送路行列Ｈ’を推定する。これにより、受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路行列Ｈ’が得られる。条件数算出部１６は、伝送路行列Ｈ’に基づいて、全ての周波数における条件数Ｋ（Ｈ’）を算出し、全ての周波数に渡って平均値を算出することで平均条件数を求める。これにより、受信アンテナ６の角度Ｘ°における条件数が得られる。【選択図】図３

Description

本発明は、受信アンテナを評価するためのアンテナ特性を測定するアンテナ特性測定装置及びプログラムに関する。

８Ｋスーパーハイビジョンの伝送を目指して、衛星放送だけでなく次世代地上放送の検討が進められている。その中で、水平偏波及び垂直偏波を同時に使い、伝送容量を２倍に拡大させるＭＩＭＯ技術が注目されている。ＭＩＭＯ技術では、複数のアンテナ間の相関を低くすることにより、伝送容量を増加させることができる。特に、ＵＨＦ帯のＭＩＭＯ伝送システムにおいては、偏波を使用して相関を低くし、偏波共用アンテナを用いることにより、アンテナをコンパクトに製作しかつ設置することができる。

このようなＭＩＭＯ伝送システムに用いる受信アンテナの性能を評価するための技術が知られている。例えば、受信アンテナの性能を評価する環境として、電波のマルチパス伝搬によるフェージング及び遅延を含む多重波を伝搬する状況を提供する技術がある（例えば特許文献１を参照）。

前述の特許文献１の技術は受信アンテナの性能を直接評価するものではないが、特許文献１に記載された環境を用いる等して、偏波共用受信アンテナの性能が評価されるものと考えられる。具体的には、片偏波用受信アンテナと同様に、アンテナ正面の利得、半値角、前後比等と合わせて、裏偏波から漏れ込む電波の量である交差偏波識別度を測定する。

特開２０１１−８７１１４号公報

しかしながら、これらの基本特性は受信アンテナ単体の特性であることから、複数の受信アンテナにより構成される偏波共用受信アンテナ全体の性能を的確に評価することができないという問題があった。

例えば、水平偏波及び垂直偏波を用いるＭＩＭＯ伝送システムにおいては、電波が裏偏波から漏れ込むだけでなく、水平偏波及び垂直偏波のレベル差が生じることによっても、復調精度は劣化する。これは、信号の伝搬過程に起因するだけでなく、偏波共用受信アンテナの性能にも起因して生じる事象である。偏波共用受信アンテナの性能を評価する場合には、両偏波の特性に基づいて総合的に評価することが重要となる。

尚、交差偏波識別度は、裏偏波から漏れ込む電波の量を示すが、復調精度を示すものではないことから、この交差偏波識別度では復調への影響を把握することができない。

このように、偏波共用受信アンテナの性能を評価する場合、片偏波の利得、半値角、及び交差偏波識別度等の基本特性を測定することに加え、水平偏波及び垂直偏波の水平面指向性の差等を含め、ＭＩＭＯ復調の観点から総合的に評価することが重要となる。

従来、偏波共用受信アンテナの性能について、ＭＩＭＯ復調の観点から総合的に評価する技術は提案されていない。特に、放送受信用のアンテナは一般的に指向性が強いため、角度によって特性が変動しやすく、角度に対するＭＩＭＯ復調精度の評価を行うことは一層重要となる。

従来、偏波共用受信アンテナの特性を測定するためには、例えば、送信側が、送信アンテナを介して、水平偏波及び垂直偏波の基準信号を送信し、受信側が、評価対象である受信アンテナを所定の設置状態で固定し、水平偏波及び垂直偏波の基準信号を受信する。

図８は、従来手法により測定される受信アンテナの基本特性の一例を示す図である。横軸は角度を示し、縦軸は利得を示す。ここで、角度は、受信アンテナの中心軸（後述する図９の受信アンテナ６−１の箇所を参照）を受信アンテナの水平偏波面内で回転させたときの角度を示す。具体的には、送信側における送信アンテナの水平偏波面及び垂直偏波面の最大利得方向と、受信側における受信アンテナの水平偏波面及び垂直偏波面の最大利得方向との向きを合わせた正対している状態を基準状態とした場合に、この基準状態の角度を０°とする。角度は、受信アンテナの中心軸を受信アンテナの水平偏波面内で回転させたときの、基準状態に対する角度をいう。

図８には、水平偏波の指向性、垂直偏波の指向性、及び垂直偏波に漏れ込む電波の指向性が示されている。角度Ｘ°における水平偏波の指向性の利得と垂直偏波の指向性の利得との間の差が、当該角度における水平偏波及び垂直偏波のレベル差である。また、角度Ｘ°における垂直偏波の指向性の利得と垂直偏波に漏れ込む電波の指向性の利得との間の差が、交差偏波識別度である。

図８によれば、角度Ｘ°における片偏波の利得、両偏波のレベル差及び交差偏波識別度等の基本特性を得ることができる。しかし、この基本特性では、前述のとおり、偏波共用受信アンテナについて、ＭＩＭＯ復調の観点から総合的に評価することが困難である。

ところで、図８に示した基本特性を得るためには、まず、送信側の偏波共用送信アンテナの中心軸と受信側の偏波共用受信アンテナの中心軸とを合わせると共に、両アンテナの偏波面も正対させることで、基準利得を測定する必要がある。

しかしながら、受信側の偏波共用受信アンテナが、送信側の偏波共用送信アンテナの偏波面に対して傾いて設置された場合には、偏波間の直交性が崩れるため、主偏波の受信電力が低下し、交差偏波の受信電力が上昇する。このときの交差偏波識別度は、本来の値より小さい値として測定され、測定誤差が生じてしまう。一般に、送受信アンテナの偏波面を完全に正対させることは困難である。

図９は、従来手法の測定例、及び受信アンテナの基本特性の他の例を示す図である。図９の右側に示す送信アンテナ５は、送信側の偏波共用送信アンテナであり、当該偏波共用送信アンテナを介して、水平偏波の送信信号及び垂直偏波の送信信号が送信される。

図９の左側上段に示す受信アンテナ６−１は、受信側の偏波共用受信アンテナであり、大地に対して水平面に設けられた第１のアンテナ群、及び大地に対して垂直面に設けられた第２のアンテナ群が一体的に設けられている。第１のアンテナ群と第２のアンテナ群とは約９０度で交差している。

図９の左側下段に示す受信アンテナ６−２は、受信側の偏波共用受信アンテナであり、図９の左側上段に示した受信アンテナ６−１の中心軸を基準に約４５度回転させた第３のアンテナ群及び第４のアンテナ群が一体的に設けられている。第３のアンテナ群と第４のアンテナ群とは約９０度で交差している。

図９の左上段及び左下段に示した受信アンテナ６−１，６−２の下側に、一方のアンテナ群で受信される主偏波の指向性、交差偏波の指向性がそれぞれ示されている。横軸は角度を示し、縦軸は利得を示し、ある角度に着目した際、主偏波の利得と交差偏波の利得の差は、交差偏波識別度に相当する。これらの基本特性によれば、交差偏波識別度は、全角度に渡って、受信アンテナ６−１よりも受信アンテナ６−２の方が小さいことがわかる。これは、受信アンテナ６−１，６−２の中心軸の設置精度により、交差偏波識別度の測定値に差が生じることを意味する。

このように、図８及び図９に示した基本特性では、偏波共用受信アンテナについて、ＭＩＭＯ復調の観点から総合的に評価することが困難であると共に、これらの基本特性には測定誤差が含まれていることが想定される。

そこで、本発明は前記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、ＭＩＭＯ伝送に用いる受信アンテナについて、ＭＩＭＯ復調の観点を含め総合的に評価するための特性を測定可能なアンテナ特性測定装置及びプログラムを提供することにある。

前記課題を解決するために、請求項１のアンテナ特性測定装置は、複数のアンテナからなる送信アンテナを介して送信された信号を、ＭＩＭＯ伝送路及び複数のアンテナからなる受信アンテナを介して受信し、受信信号に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性を測定するアンテナ特性測定装置において、前記受信アンテナを介して受信した受信信号に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を推定する伝送路推定部と、前記伝送路推定部により推定された前記伝送路行列に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性として条件数を算出する条件数算出部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項２のアンテナ特性測定装置は、複数のアンテナからなる送信アンテナを介して送信された信号を、ＭＩＭＯ伝送路及び複数のアンテナからなる受信アンテナを介して受信し、受信信号に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性を測定するアンテナ特性測定装置において、前記送信アンテナに対する角度を前記受信アンテナの角度とし、前記受信アンテナの角度を変更したときの前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して受信した受信信号に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を推定する伝送路推定部と、前記伝送路推定部により推定された前記受信アンテナの所定角度毎の前記伝送路行列に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性として前記受信アンテナの所定角度毎の条件数を算出する条件数算出部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項３のアンテナ特性測定装置は、複数のアンテナからなる送信アンテナを介して送信された水平偏波の変調信号及び垂直偏波の変調信号を、ＭＩＭＯ伝送路及び複数のアンテナからなる受信アンテナを介して受信し、水平偏波の受信信号及び垂直偏波の受信信号に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性を測定するアンテナ特性測定装置において、前記受信アンテナを当該受信アンテナの水平偏波面内で回転させたときの角度を、前記受信アンテナの角度とし、前記受信アンテナの角度を変更したときの前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して受信した前記水平偏波の受信信号に基づいて、前記水平偏波の受信信号の受信電力を測定し、前記垂直偏波の受信信号に基づいて、前記垂直偏波の受信信号の受信電力を測定する受信電力測定部と、前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して受信した前記水平偏波の受信信号及び前記垂直偏波の受信信号、前記送信アンテナを介して送信された前記水平偏波の変調信号及び前記垂直偏波の変調信号に含まれる既知信号、並びに、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力及び前記垂直偏波の受信信号の受信電力に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を推定する伝送路推定部と、前記伝送路推定部により推定された前記受信アンテナの所定角度毎の前記伝送路行列に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性として前記受信アンテナの所定角度毎の条件数を算出する条件数算出部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項４のアンテナ特性測定装置は、請求項３に記載のアンテナ特性測定装置において、前記伝送路推定部が、前記受信アンテナを介して受信した前記水平偏波の受信信号及び前記垂直偏波の受信信号に含まれるパイロット信号、及び前記送信アンテナを介して送信された前記水平偏波の変調信号及び前記垂直偏波の変調信号に含まれる既知のパイロット信号に基づいて、前記受信アンテナにおける水平偏波用アンテナ及び垂直偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける水平偏波用アンテナ及び垂直偏波用アンテナとの間のそれぞれの伝送路特性を算出する伝送路特性算出部と、前記伝送路特性算出部により算出された前記受信アンテナにおける水平偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける水平偏波用アンテナとの間の伝送路特性に基づいて、水平偏波用アンテナ間の伝送路特性を算出し、前記受信アンテナにおける垂直偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける垂直偏波用アンテナとの間の伝送路特性に基づいて、垂直偏波用アンテナ間の伝送路特性を算出し、前記伝送路特性算出部により算出された前記それぞれの伝送路特性、前記水平偏波用アンテナ間の伝送路特性及び前記垂直偏波用アンテナ間の伝送路特性、並びに、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力及び前記垂直偏波の受信信号の受信電力に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を算出する伝送路行列算出部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項５のアンテナ特性測定装置は、複数のアンテナからなる送信アンテナを介して交互に送信された水平偏波の無変調信号及び垂直偏波の無変調信号を、ＭＩＭＯ伝送路及び複数のアンテナからなる受信アンテナを介して受信し、水平偏波の受信信号及び垂直偏波の受信信号に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性を測定するアンテナ特性測定装置において、前記受信アンテナを当該受信アンテナの水平偏波面内で回転させたときの角度を、前記受信アンテナの角度とし、前記受信アンテナの角度を変更したときの前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して交互に受信した前記水平偏波の受信信号に基づいて、前記水平偏波の受信信号の受信電力を測定し、前記垂直偏波の受信信号に基づいて、前記垂直偏波の受信信号の受信電力を測定する受信電力測定部と、前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して交互に受信した前記水平偏波の受信信号、及び前記送信アンテナを介して交互に送信された前記水平偏波の無変調信号と同じ予め設定された無変調信号に基づいて、前記水平偏波の受信信号の位相を計算し、前記垂直偏波の受信信号、及び前記垂直偏波の無変調信号と同じ予め設定された無変調信号に基づいて、前記垂直偏波の受信信号の位相を計算する位相計算部と、前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力及び前記垂直偏波の受信信号の受信電力、並びに、前記位相計算部により計算された前記水平偏波の受信信号の位相及び前記垂直偏波の受信信号の位相に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を推定する伝送路推定部と、前記伝送路推定部により推定された前記受信アンテナの所定角度毎の前記伝送路行列に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性として前記受信アンテナの所定角度毎の条件数を算出する条件数算出部と、を備えたことを特徴とする。

また、請求項６のアンテナ特性測定装置は、請求項５に記載のアンテナ特性測定装置において、前記伝送路推定部が、前記送信アンテナを介して前記水平偏波の無変調信号のみが送信された状態にて、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力、及び前記位相計算部により計算された前記水平偏波の受信信号の位相に基づいて、前記受信アンテナにおける水平偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける水平偏波用アンテナとの間の伝送路特性を算出すると共に、前記受信電力測定部により測定された前記垂直偏波の受信信号の受信電力、及び前記位相計算部により計算された前記垂直偏波の受信信号の位相に基づいて、前記受信アンテナにおける垂直偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける水平偏波用アンテナとの間の伝送路特性を算出し、前記送信アンテナから前記垂直偏波の無変調信号のみが送信された状態にて、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力、及び前記位相計算部により計算された前記水平偏波の受信信号の位相に基づいて、前記受信アンテナにおける水平偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける垂直偏波用アンテナとの間の伝送路特性を算出すると共に、前記受信電力測定部により測定された前記垂直偏波の受信信号の受信電力、及び前記位相計算部により計算された前記垂直偏波の受信信号の位相に基づいて、前記受信アンテナにおける垂直偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける垂直偏波用アンテナとの間の伝送路特性を算出する伝送路特性算出部と、前記伝送路特性算出部により算出された前記伝送路特性を要素として、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を生成する伝送路行列算出部と、を備えたことを特徴とする。

さらに、請求項７のアンテナ特性測定プログラムは、コンピュータを、請求項１から６までのいずれか一項に記載のアンテナ特性測定装置として機能させることを特徴とする。

以上のように、本発明によれば、ＭＩＭＯ伝送に用いる受信アンテナについて、ＭＩＭＯ復調の観点を含め総合的に評価するための特性を測定することが可能となる。

受信アンテナの性能を評価する全体システムの構成例を示す概略図である。 実施例１において、送信アンテナを介して送信される送信信号のフォーマットの一例を説明する図である。 実施例１のアンテナ特性測定装置の構成例を示すブロック図である。 実施例１の伝送路推定部の構成例を示すブロック図である。 実施例２のアンテナ特性測定装置の構成例を示すブロック図である。 実施例２の伝送路推定部の構成例を示すブロック図である。 実施例１により測定される受信アンテナの特性の一例を示す図である。 従来手法により測定される受信アンテナの基本特性の一例を示す図である。 従来手法の測定例、及び受信アンテナの基本特性の他の例を示す図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて詳細に説明する。
〔本発明の概要〕
まず、本発明の概要について説明する。本発明は、ＭＩＭＯ伝送路に用いる受信アンテナを評価するために、ＭＩＭＯ伝送路の状態を表す指標である条件数（Condition Number）を測定することを特徴とする。これにより、ＭＩＭＯ伝送路に用いる受信アンテナについて、ＭＩＭＯ復調の観点を含め総合的に評価することができる。

条件数の詳細については、以下の文献を参照されたい。
“ＬＴＥテストにおけるＭＩＭＯ性能とコンディション・ナンバー”、［online］、アジレント・テクノロジー株式会社、［平成２８年２月１５日検索］、インターネット＜http://cp.literature.agilent.com/litweb/pdf/5990-4759JAJP.pdf＞

以下、水平偏波及び垂直偏波を用いた２×２のＭＩＭＯ伝送システムを例に挙げて説明する。図９に示したように、ＭＩＭＯ伝送路に用いる送信アンテナは、水平偏波用アンテナ及び垂直偏波用アンテナからなる偏波共用送信アンテナであり、受信アンテナは、水平偏波用アンテナ及び垂直偏波用アンテナからなる偏波共用受信アンテナである。ＭＩＭＯ伝送路を数式で表すと、以下のようになる。

前記数式（１）において、Ｙ_Hは、水平偏波の受信信号、Ｙ_Vは垂直偏波の受信信号、Ｘ_Hは、水平偏波の送信信号、Ｘ_Vは垂直偏波の送信信号、ｎ_Hは水平偏波の雑音、ｎ_Vは垂直偏波の雑音をそれぞれ示す。

ｈ_HHは、受信側の水平偏波のアンテナ素子（水平偏波用アンテナ）と送信側の水平偏波のアンテナ素子（水平偏波用アンテナ）との間の伝送路特性を示す。ｈ_VVは、受信側の垂直偏波のアンテナ素子（垂直偏波用アンテナ）と送信側の垂直偏波のアンテナ素子（垂直偏波用アンテナ）との間の伝送路特性を示す。これらは、受信アンテナの性能評価のために取得する水平偏波及び垂直偏波の指向性利得に相当する。

ｈ_HVは、受信側の水平偏波のアンテナ素子（水平偏波用アンテナ）と送信側の垂直偏波のアンテナ素子（垂直偏波用アンテナ）との間の伝送路特性を示し、垂直偏波から水平偏波に漏れ込む信号の伝送路特性に相当する。ｈ_VHは、受信側の垂直偏波のアンテナ素子（垂直偏波用アンテナ）と送信側の水平偏波のアンテナ素子（水平偏波用アンテナ）との間の伝送路特性を示し、水平偏波から垂直偏波に漏れ込む信号の伝送路特性に相当する。

以下の数式のように、これらの伝送路特性ｈ_HH，ｈ_VV，ｈ_HV，ｈ_VHを要素として、伝送路行列Ｈが生成される。

従来のアンテナ特性測定装置は、これら４つの伝送路特性ｈ_HH，ｈ_VV，ｈ_HV，ｈ_VHの利得及び位相を個別に測定することで、受信アンテナの水平面指向性を評価する。

条件数Ｋ（Ｈ）は、以下の数式のように、伝送路行列Ｈを固有値分解して得られる第１固有値λ₁及び第２固有値λ₂のうち、最大値λ_maxと最小値λ_minとの間の比にて算出される。

ここで、条件数Ｋ（Ｈ）は１以上の値をとる。条件数Ｋ（Ｈ）が１に近い小さい値の場合、伝送路行列Ｈは良条件の行列であり、精度の高いＭＩＭＯ復調を実現できることを示している。一方、条件数Ｋ（Ｈ）が大きい値の場合、伝送路行列Ｈは悪条件の行列であり、精度が低く誤差の生じるＭＩＭＯ復調が実現されることを示している。

ＭＩＭＯ伝送路が理想的であり、受信アンテナを構成する水平偏波用アンテナにおける受信利得と垂直偏波用アンテナにおける受信利得とが完全に一致し、交差偏波識別度が∞である場合、以下の数式で表される。この場合、ＭＩＭＯ復調にて受信信号を理想的に分離し、送信信号を復元することができる。

しかしながら、例えば、受信アンテナを構成する水平偏波用アンテナと垂直偏波用アンテナとの間の指向性の違いに起因して、水平偏波と垂直偏波との間に受信利得の差（受信ベル差）が生じることがある。交差偏波識別度が一定の値である場合には、この受信レベル差が伝送路行列Ｈの対角位置の要素値の差となり、条件数Ｋ（Ｈ）は１に近くない大きい値となり、結果としてＭＩＭＯ復調に誤差が生じる。つまり、両アンテナの受信レベル差によるＭＩＭＯ復調の誤差は、条件数Ｋ（Ｈ）に反映される。

そこで、本発明では、ＭＩＭＯ伝送路に用いる受信アンテナを評価するための指標として、条件数を算出してこれを用いる。条件数とＭＩＭＯ復調の誤差との間には、条件数が大きいほどＭＩＭＯ復調の誤差が大きくなり、条件数が小さいほどＭＩＭＯ復調の誤差が小さくなる関係がある。したがって、条件数を算出することで、ＭＩＭＯ伝送路に用いる受信アンテナについて、ＭＩＭＯ復調の観点を含め総合的にかつ明確に評価することが可能となる。

一方で、条件数Ｋ（Ｈ）は、受信アンテナの水平偏波面の傾きに影響を受けないことが知られている。このため、この状態で受信アンテナの水平偏波面の傾きが変わったとしても、条件数Ｋ（Ｈ）の測定誤差は限りなく小さいから、受信アンテナの水平偏波面の傾きの影響を受けることなく、受信アンテナを精度高く評価することができる。

ここで、受信アンテナの水平偏波面の傾きとは、受信アンテナの中心軸（図９を参照）を変えないで、中心軸に対し水平偏波面を回転させたときの傾きを示す。具体的には、送信アンテナと受信アンテナとが正対している状態を基準状態とした場合に、この基準状態では傾きがないものとする。つまり、傾きは、受信アンテナの中心軸に対し水平偏波面を回転させたときの、基準状態に対する傾き（送信アンテナの水平偏波面に対する受信アンテナの水平偏波面の傾き）をいう。

受信アンテナの偏波面に傾きがある場合のＭＩＭＯ伝送路を数式で表すと、以下のようになる。

θは、受信アンテナの水平偏波面の傾きを表す角度を示し、Ｒは、その角度θによって決定される回転行列を示す。Ｈ’は、受信アンテナの偏波面に傾きがある場合の伝送路行列を示し、回転行列Ｒと伝送路行列Ｈとを乗算することで求められる。

ここで、回転行列Ｒはエルミート転置行列であるから、当該回転行列Ｒは、伝送路行列Ｈ’の条件数Ｋ（Ｈ’）を算出する過程において単位行列Ａとなる。したがって、条件数Ｋ（Ｒ）＝１であり、Ｈ’＝ＲＨであることから、条件数Ｋ（Ｈ’）は、本来の伝送路行列Ｈとしての値が算出され、伝送路行列Ｈの条件数Ｋ（Ｈ）と同値となる（Ｋ（Ｈ’）＝Ｋ（Ｈ））。

そこで、本発明では、水平偏波及び垂直偏波を用いる場合、条件数Ｋ（Ｈ）が受信アンテナの水平偏波面の傾きに影響を受けないことに着目し、ＭＩＭＯ伝送路に用いる受信アンテナを評価するための指標として、条件数を算出してこれを用いる。したがって、条件数を算出することで、ＭＩＭＯ伝送路に用いる受信アンテナについて、その設置精度に依存し難い、安定した測定及び評価を行うことが可能となる。

〔全体システム〕
以下、本発明のアンテナ特性測定装置について、実施例を挙げて具体的に説明する。説明の簡略化のため、２×２の偏波ＭＩＭＯ伝送システムを例に挙げて説明する。図１は、受信アンテナの性能を評価する全体システムの構成例を示す概略図である。このＭＩＭＯ伝送システムは、電波の反射を最小限に抑えた無響室に設けられる。送信側は、偏波共用送信アンテナである送信アンテナ５を備え、受信側は、偏波共用受信アンテナである受信アンテナ６が設けられた回転台７、及びアンテナ特性測定装置１，２を備えている。

送信側は、固定設置された送信アンテナ５を介して、基準信号である水平偏波の信号及び垂直偏波の信号を送信する。受信側は、送信側から送信された水平偏波の信号及び垂直偏波の信号を、回転台７に設けられた受信アンテナ６を介して受信する。送信アンテナ５と受信アンテナ６とが正対した状態においては、送信アンテナ５及び受信アンテナ６の中心軸が一致すると共に、両アンテナの水平偏波面及び垂直偏波面が同一である。

回転台７は、支柱を中心にして、受信アンテナ６を、水平偏波面内で図１に示す回転の方向に回転させる回転機構を備えている。受信アンテナ６は、ユーザにより手動にて、または所定の制御部（図示せず）により自動にて回転させることができる。受信アンテナ６を回転させることにより、両アンテナの水平偏波面を同一とした状態のままで、送信アンテナ５の中心軸に対する受信アンテナ６の中心軸の向きを変更することができる。

回転台７は、受信アンテナ６を介して、水平偏波用アンテナが受信した受信信号Ｙ_H、及び垂直偏波用アンテナが受信した受信信号Ｙ_Vをアンテナ特性測定装置１，２に出力する。また、回転台７は、受信アンテナ６の水平偏波面内における回転角度を示す情報を角度情報としてアンテナ特性測定装置１，２に出力する。

ここで、回転台７が出力する角度情報は、図８に示した角度と同義であり、受信アンテナ６の中心軸を、送信アンテナ５及び受信アンテナ６の水平偏波面内で回転させたときの角度に関する情報である。

アンテナ特性測定装置１，２は、受信アンテナ６を介して受信信号Ｙ_H及び受信信号Ｙ_Vを入力すると共に、回転台７から角度情報を入力する。そして、アンテナ特性測定装置１，２は、角度情報が示す所定角度毎に、受信アンテナ６の性能を評価するための条件数等の特性を算出し、これを測定結果として出力する。

〔実施例１〕
次に、実施例１のアンテナ特性測定装置１について説明する。実施例１では、送信側の送信アンテナ５を介して送信する送信信号として、ＯＦＤＭまたはシングルキャリア等の変調信号を用いる。通常、この送信信号には、伝送路行列Ｈ，Ｈ’を推定するための既知信号（本例の場合はパイロット信号）が含まれている。

図２は、実施例１において、送信アンテナ５を介して送信される送信信号のフォーマットの一例を説明する図である。図２（ａ）は、送信アンテナ５の水平偏波用アンテナから送信される信号（水平偏波送信信号）のフォーマットを示し、図２（ｂ）は、送信アンテナ５の垂直偏波用アンテナから送信される信号（垂直偏波送信信号）のフォーマットを示す。横軸は周波数（キャリア番号）を示し、縦軸は時間（シンボル番号）を示す。黒塗りで表した位置の信号は、既知のＳＰ（Scattered Pilot）信号であり、斜め横線で表した位置の信号は、既知のヌル（Null）信号であり、白塗りで表した位置の信号はデータである。

図２（ａ）の水平偏波送信信号では、基準信号であるＳＰ信号及びヌル信号が所定の周波数間隔及び時間間隔で配置され、図２（ｂ）の垂直偏波送信信号においても、基準信号であるＳＰ信号及びヌル信号が同じ所定の周波数間隔及び時間間隔で配置されている。図２（ａ）の水平偏波送信信号におけるＳＰ信号が配置された位置には、図２（ｂ）の垂直偏波送信信号におけるヌル信号が配置されている。また、図２（ａ）の水平偏波送信信号におけるヌル信号が配置された位置には、図２（ｂ）の垂直偏波送信信号におけるＳＰ信号が配置されている。

このようなＳＰ信号及びヌル信号の配置により、水平偏波と垂直偏波との間で直交性を持たせることができるから、受信側のアンテナ特性測定装置１は、送信アンテナ５と受信アンテナ６との間の伝送路行列Ｈ，Ｈ’の各要素を個別に求めることができる。

図３は、実施例１のアンテナ特性測定装置１の構成例を示すブロック図である。このアンテナ特性測定装置１は、受信電力測定部１０−１，１０−２、基準電力記録部１１−１，１１−２、利得計算部１２−１，１２−２、位相計算部１３−１，１３−２、既知信号発生部１４、伝送路推定部１５、条件数算出部１６及び測定結果出力部１７を備えている。

まず、送信アンテナ５に対して受信アンテナ６を正対させた状態において、アンテナ特性測定装置１は、受信アンテナ６の角度を０°とした測定を行う。そして、送信アンテナ５に対して受信アンテナ６を０°から３６０°まで回転させることで、アンテナ特性測定装置１は、受信アンテナ６の所定角度毎の測定を行う。これにより、０°から３６０°までの間で受信アンテナ６の特性を測定することで、受信アンテナ６の性能を評価することができる。

受信電力測定部１０−１は、受信アンテナ６を介して受信した受信信号Ｙ_Hを入力し、受信信号Ｙ_Hに基づいて、回転台７に備えた受信アンテナ６の角度情報が示す角度（受信アンテナ６の角度）Ｘ°における受信電力Ｐ_Hを測定する。

受信電力Ｐ_Hは、受信アンテナ６の角度Ｘ＝０°（送信アンテナ５と受信アンテナ６とが正対しているときの角度）を中心として、受信アンテナ６の回転に伴う所定角度毎に算出される。

受信電力測定部１０−１は、受信アンテナ６の角度Ｘ＝０°のときの受信電力Ｐ_H0を基準電力として、基準電力記録部１１−１に記録する。また、受信電力測定部１０−１は、受信アンテナ６の回転に伴う所定角度毎（受信アンテナ６の角度Ｘ°）の受信電力Ｐ_Hを、利得計算部１２−１及び伝送路推定部１５に出力すると共に、入力した受信信号Ｙ_Hを位相計算部１３−１に出力する。

利得計算部１２−１は、受信電力測定部１０−１から受信電力Ｐ_Hを入力すると共に、基準電力記録部１１−１から受信アンテナ６の角度Ｘ＝０°における受信電力Ｐ_H0を読み出す。そして、利得計算部１２−１は、受信電力Ｐ_H及び受信電力Ｐ_H0に基づいて、以下の数式により、利得Ｇ_Hを計算する。

利得計算部１２−１は、受信アンテナ６の角度Ｘ°における利得Ｇ_Hを測定結果出力部１７に出力する。

位相計算部１３−１は、受信電力測定部１０−１から受信信号Ｙ_Hを入力し、受信信号Ｙ_Hの位相φ_Hを計算し、受信アンテナ６の角度Ｘ°における位相φ_Hを測定結果出力部１７に出力する。

受信電力測定部１０−２は、受信アンテナ６を介して受信した受信信号Ｙ_Vを入力し、受信信号Ｙ_Vに基づいて受信電力Ｐ_Hを測定する。そして、受信電力測定部１０−２は、受信アンテナ６の角度Ｘ＝０°における受信電力Ｐ_V0を基準電力として、基準電力記録部１１−２に記録する。また、受信電力測定部１０−２は、受信アンテナ６の角度Ｘ°における受信電力Ｐ_Vを、利得計算部１２−２及び伝送路推定部１５に出力すると共に、入力した受信信号Ｙ_Vを位相計算部１３−２に出力する。

利得計算部１２−２は、受信電力測定部１０−２から受信電力Ｐ_Vを入力すると共に、基準電力記録部１１−２から受信電力Ｐ_V0を読み出し、前記数式（６）に従い、利得Ｇ_Vを計算し、受信アンテナ６の角度Ｘ°における利得Ｇ_Vを測定結果出力部１７に出力する。

位相計算部１３−２は、受信電力測定部１０−２から受信信号Ｙ_Vを入力し、受信信号Ｙ_Vの位相φ_Vを計算し、受信アンテナ６の角度Ｘ°における位相φ_Vを測定結果出力部１７に出力する。

既知信号発生部１４は、予め設定された既知信号（図２に示したＳＰ信号及びヌル信号）を生成し、既知信号Ｘ_H，Ｘ_Vを伝送路推定部１５に出力すると共に、送信側へ送信する。既知信号Ｘ_Hは、水平偏波に使用するＳＰ信号及びヌル信号であり、既知信号Ｘ_Vは、垂直偏波に使用するＳＰ信号及びヌル信号である。

伝送路推定部１５は、受信アンテナ６を介して受信した受信信号Ｙ_H，Ｙ_Vを入力すると共に、受信電力測定部１０−１，１０−２から受信電力Ｐ_H，Ｐ_Vを入力し、さらに、既知信号発生部１４から既知信号Ｘ_H，Ｘ_Vを入力する。

伝送路推定部１５は、受信信号Ｙ_H，Ｙ_V、受信電力Ｐ_H，Ｐ_V及び既知信号Ｘ_H，Ｘ_Vに基づいて、水平偏波及び垂直偏波の受信電力差を正確に反映させた伝送路行列Ｈ’を推定する。そして、伝送路推定部１５は、受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路行列Ｈ’を条件数算出部１６に出力する。

ＭＩＭＯ伝送路を数式で表した前記数式（１）を展開すると、水平偏波の受信信号Ｙ_H及び垂直偏波の受信信号Ｙ_Vは、以下の数式で表される。尚、雑音ｎ_H，ｎ_Vは０とする。

伝送路推定部１５は、伝送路特性ｈ_HH，ｈ_VV，ｈ_HV，ｈ_VHを算出し、これらを要素とした伝送路行列Ｈに対し、水平偏波及び垂直偏波の受信電力差を正確に反映させた伝送路行列Ｈ’を推定する。

図４は、実施例１の伝送路推定部１５の構成例を示すブロック図である。この伝送路推定部１５は、周波数変換部３０−１，３０−２、Ａ／Ｄ変換部３１−１，３１−２、ＦＦＴ部３２−１，３２−２、パイロット抽出部３３−１，３３−２、伝送路特性算出部３４−１，３４−２及び伝送路行列算出部３５を備えている。

周波数変換部３０−１は、受信アンテナ６を介して受信した受信信号Ｙ_Hを入力し、後段のＡ／Ｄ変換部３１−１にてＡ／Ｄ変換を行うための周波数に変換し、周波数変換後の受信信号Ｙ_HをＡ／Ｄ変換部３１−１に出力する。

Ａ／Ｄ変換部３１−１は、周波数変換部３０−１から周波数変換後の受信信号Ｙ_Hを入力し、受信信号Ｙ_Hのアナログ信号をデジタル信号にＡ／Ｄ変換し、デジタルの受信信号Ｙ_HをＦＦＴ部３２−１に出力する。

ＦＦＴ部３２−１は、Ａ／Ｄ変換部３１−１からデジタルの受信信号Ｙ_Hを入力し、デジタルの受信信号Ｙ_Hの時間領域信号を周波数領域信号に変換し、周波数領域信号をパイロット抽出部３３−１に出力する。

パイロット抽出部３３−１は、ＦＦＴ部３２−１から周波数領域信号を入力し、周波数領域信号のうち既知信号が送信された位置のパイロット信号（ＳＰ信号及びヌル信号）を抽出し、受信パイロット信号として伝送路特性算出部３４−１に出力する。

伝送路特性算出部３４−１は、パイロット抽出部３３−１から受信パイロット信号を入力すると共に、既知信号発生部１４から既知信号Ｘ_H，Ｘ_V（送信側から送信された基準信号と同じ信号、送信パイロット信号）を入力する。

伝送路特性算出部３４−１は、受信パイロット信号を送信パイロット信号で除算し、ＭＩＭＯ伝送路の周波数特性である伝送路特性ｈ_HH，ｈ_HVを算出する。そして、伝送路特性算出部３４−１は、受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路特性ｈ_HH，ｈ_HVを伝送路行列算出部３５に出力する。

送信側から送信される基準信号は、水平偏波及び垂直偏波の間で直交性が保たれているから、前記数式（７）の第１項及び第２項における伝送路特性ｈ_HH，ｈ_HVを分離することができる。これにより、受信信号Ｙ_Hから、伝送路行列Ｈを構成する要素のうち、伝送路特性ｈ_HH，ｈ_HVが個別に算出される。

周波数変換部３０−２、Ａ／Ｄ変換部３１−２、ＦＦＴ部３２−２及びパイロット抽出部３３−２は、受信信号Ｙ_Vについて、前述の周波数変換部３０−１、Ａ／Ｄ変換部３１−１、ＦＦＴ部３２−１及びパイロット抽出部３３−１と同様の処理をそれぞれ行う。

伝送路特性算出部３４−２も、前述の伝送路特性算出部３４−１と同様の処理を行う。伝送路特性算出部３４−２は、パイロット抽出部３３−２から受信パイロット信号を入力すると共に、既知信号発生部１４から既知信号Ｘ_H，Ｘ_V（送信パイロット信号）を入力し、伝送路特性ｈ_VV，ｈ_VHを算出する。そして、伝送路特性算出部３４−２は、受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路特性ｈ_VV，ｈ_VHを伝送路行列算出部３５に出力する。

送信側から送信される基準信号は、水平偏波及び垂直偏波の間で直交性が保たれているから、前記数式（８）の第１項及び第２項における伝送路特性ｈ_VV，ｈ_VHを分離することができる。これにより、受信信号Ｙ_Vから、伝送路行列Ｈを構成する要素のうち、伝送路特性ｈ_VV，ｈ_VHが個別に算出される。

伝送路行列算出部３５は、伝送路特性算出部３４−１から伝送路特性ｈ_HH，ｈ_HVを入力すると共に、伝送路特性算出部３４−２から伝送路特性ｈ_VV，ｈ_VHを入力し、さらに、受信電力測定部１０−１，１０−２から受信電力Ｐ_H，Ｐ_Vを入力する。そして、伝送路行列算出部３５は、伝送路特性ｈ_HH，ｈ_VVに基づいて、伝送路特性ｈ_HH，ｈ_VVの電力Ｐ’_H，Ｐ’_Vをそれぞれ算出する。

伝送路行列算出部３５は、伝送路特性ｈ_HH，ｈ_HV，ｈ_VV，ｈ_VH、受信電力Ｐ_H，Ｐ_V及び電力Ｐ’_H，Ｐ’_Vに基づいて、以下の数式により、伝送路行列Ｈ’を算出する。そして、伝送路行列算出部３５は、伝送路行列Ｈ’を条件数算出部１６に出力する

これにより、水平偏波及び垂直偏波の受信電力差を正確に反映させた電力補正後の伝送路行列Ｈ’が算出される。この伝送路行列Ｈ’は、全帯域においてキャリア毎に算出される。

図３に戻って、条件数算出部１６は、伝送路推定部１５から受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路行列Ｈ’を入力する。そして、条件数算出部１６は、キャリア毎に伝送路行列Ｈ’に基づいて条件数Ｋ（Ｈ’）を算出し、全帯域に渡る条件数Ｋ（Ｈ’）の平均値を算出することで、平均条件数を求める。そして、条件数算出部１６は、平均条件数を受信アンテナ６の角度Ｘ°における条件数として、測定結果出力部１７に出力する。

条件数Ｋ（Ｈ’）の算出手法は、特異値分解、固有値分解による手法等、複数の手法がある。例えば、エルミート行列の固有値分解手法については、以下の文献を参照されたい。
“エルミート行列の固有値分解アルゴリズム” ［online］、［平成２８年２月１５日検索］、 インターネット＜http://kosugitti.sakura.ne.jp/wp/wp-content/uploads/2013/08/qr.pdf＞

測定結果出力部１７は、利得計算部１２−１，１２−２から受信信号Ｙ_Hの利得Ｇ_H及び受信信号Ｙ_Vの利得Ｇ_Vを入力すると共に、位相計算部１３−１，１３−２から受信信号Ｙ_Hの位相φ_H及び受信信号Ｙ_Vの位相φ_Vを入力する。また、測定結果出力部１７は、条件数算出部１６から条件数を入力すると共に、回転台７から受信アンテナ６の角度Ｘ°を示す角度情報を入力する。

測定結果出力部１７は、受信信号Ｙ_Hの利得Ｇ_H、受信信号Ｙ_Vの利得Ｇ_V、受信信号Ｙ_Hの位相φ_H、受信信号Ｙ_Vの位相φ_V及び条件数を、受信アンテナ６の角度Ｘ°における特性の測定結果として出力する。受信アンテナ６の角度Ｘ°における特性の測定結果は、受信アンテナ６の性能を評価するために用いられる。

図７は、実施例１により測定される受信アンテナの特性の一例を示す図である。横軸は角度を示し、縦軸は受信電力値（ｄＢｍ）及び条件数（ｄＢ）を示す。ａは、水平偏波の指向性利得（利得Ｇ_H）を示し、ｂは、垂直偏波の指向性利得（利得Ｇ_V）を示し、ｃは条件数を示す。水平偏波の指向性利得（利得Ｇ_H）ａ及び垂直偏波の指向性利得（利得Ｇ_V）ｂの基本特性、並びに条件数ｃの特性は、図３に示した測定結果出力部１７により出力される測定結果である。

図７に示す特性から、例えば条件数ｃ＝２ｄＢを基準に受信アンテナ６を評価する場合には、角度が約−８５°〜７０°の範囲において、受信アンテナ６が高性能に機能するものと判断することができる。後述する実施例２についても同様である。ここで、図７における横軸の角度は−１８０°〜１８０°で表しているが、このうちの角度−１８０°〜０°は、前記説明における角度１８０°〜３６０°と等価である。

尚、測定結果出力部１７は、図７に示した３つの特性に加え、垂直偏波に漏れ込む電波の指向性、水平偏波に漏れ込む電波の指向性及び交差偏波識別度を測定結果として出力するようにしてもよい。

以上のように、実施例１のアンテナ特性測定装置１によれば、受信アンテナ６の角度Ｘ°を０°から３６０°までの範囲で変化させた状態で、送信側から送信された既知信号を含む水平偏波の変調信号及び垂直偏波の変調信号を、受信アンテナ６を介して受信する。

伝送路推定部１５は、受信信号Ｙ_H，Ｙ_V、受信電力Ｐ_H，Ｐ_V及び既知信号Ｘ_H，Ｘ_Vに基づいて、水平偏波及び垂直偏波の受信電力差を反映させた伝送路行列Ｈ’を推定する。これにより、受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路行列Ｈ’が得られる。

条件数算出部１６は、キャリア毎に、伝送路行列Ｈ’に基づいて条件数Ｋ（Ｈ’）を算出し、全キャリアの平均値を算出することで、平均条件数を求める。これにより、受信アンテナ６の角度Ｘ°における条件数が得られる。

測定結果出力部１７は、受信信号Ｙ_Hの利得Ｇ_H、受信信号Ｙ_Vの利得Ｇ_V、受信信号Ｙ_Hの位相φ_H、受信信号Ｙ_Vの位相φ_V及び条件数を、受信アンテナ６の角度Ｘ°における特性の測定結果として出力する。

これにより、受信アンテナ６の角度Ｘ°における条件数等の特性の測定結果は、受信アンテナ６の性能を評価するために用いられる。つまり、受信アンテナ６の性能を評価するために、従来の受信信号Ｙ_Hの利得Ｇ_H等の基本特性に加え、ＭＩＭＯ復調の誤差の程度を判断可能な条件数の特性も用いることができる。したがって、ＭＩＭＯ伝送に用いる受信アンテナ６について、ＭＩＭＯ復調の観点を含め総合的な性能を評価することが可能となる。

また、受信アンテナ６の性能を評価するための条件数は、受信アンテナ６の水平偏波面の傾きに影響を受けない。これにより、受信アンテナ６の水平偏波面が傾いたとしてもアンテナ特性測定装置１は、安定した条件数を算出することができる。したがって、ＭＩＭＯ伝送に用いる受信アンテナ６について、その設置精度に依存し難い、安定した測定及び評価を行うことが可能となる。

〔実施例２〕
次に、実施例２のアンテナ特性測定装置２について説明する。実施例２では、送信側の送信アンテナ５を介して送信する送信信号として、ＣＷ（Carrier Wave：搬送波）等の無変調信号を用いる。ＣＷ等の無変調信号は、実施例１に示したＯＦＤＭまたはシングルキャリア等の変調信号のような既知信号ではない。このため、無変調信号そのものについての受信電力、利得及び位相から伝送路行列Ｈ’を算出することで、条件数Ｋ（Ｈ’）の測定が可能となる。

実施例２において、図１に示した全体システムにおいて、送信側は、送信アンテナ５を介して、水平偏波及び垂直偏波を用いてＣＷ信号を送信する際に、水平偏波と垂直偏波とを交互に切り替え、一方の偏波に使用するＣＷ信号を交互に送信する。受信側は、水平偏波に使用するＣＷ信号及び垂直偏波に使用するＣＷ信号うち、一方の偏波のＣＷ信号のみを交互に受信する。

図５は、実施例２のアンテナ特性測定装置２の構成例を示すブロック図である。このアンテナ特性測定装置２は、受信電力測定部２０−１，２０−２、基準電力記録部２１−１，２１−２、利得計算部２２−１，２２−２、位相計算部２３−１，２３−２、基準信号発生部２４、伝送路推定部２５、条件数算出部２６及び測定結果出力部２７を備えている。

まず、送信アンテナ５に対して受信アンテナ６を正対させた状態において、送信側は、水平偏波に使用するＣＷ信号と垂直偏波に使用するＣＷ信号とを交互に切り替えて送信する。そして、アンテナ特性測定装置２は、受信アンテナ６の角度Ｘ＝０°とした測定を行う。そして、送信アンテナ５に対して受信アンテナ６を０°から３６０°まで回転させることで、送信側は、水平偏波に使用するＣＷ信号と垂直偏波に使用するＣＷ信号とを交互に切り替えて送信する。アンテナ特性測定装置２は、受信アンテナ６の所定角度毎の測定を行う。これにより、０°から３６０°までの間で受信アンテナ６の特性を測定することで、受信アンテナ６の性能を評価することができる。

受信電力測定部２０−１，２０−２は、実施例１と同様に、受信アンテナ６の角度Ｘ°における受信電力Ｐ_H，Ｐ_Vを測定する。基準電力記録部２１−１，２１−２には、受信アンテナ６の角度Ｘ＝０°における受信電力Ｐ_H0，Ｐ_V0が基準電力として記録される。

利得計算部２２−１，２２−２は、受信電力測定部２０−１，２０−２から受信電力Ｐ_H，Ｐ_Vを入力すると共に、基準電力記録部２１−１，２１−２から受信アンテナ６の角度Ｘ＝０°における受信電力Ｐ_H0，Ｐ_V0を読み出す。また、利得計算部２２−１，２２−２は、後述の基準信号発生部２４からＣＷ信号を入力する。そして、利得計算部２２−１，２２−２は、受信電力Ｐ_H，Ｐ_V、受信電力Ｐ_H0，Ｐ_V0及びＣＷ信号に基づいて、利得Ｇ_H，Ｇ_Vを計算する。利得計算部２２−１，２２−２は、受信アンテナ６の角度Ｘ°における利得Ｇ_H，Ｇ_Vを測定結果出力部２７に出力する。

位相計算部２３−１，２３−２は、受信電力測定部２０−１，２０−２から受信信号Ｙ_H，Ｙ_Vを入力すると共に、後述の基準信号発生部２４からＣＷ信号を入力する。そして、位相計算部２３−１，２３−２は、受信信号Ｙ_H，Ｙ_V及びＣＷ信号に基づいて、受信信号Ｙ_H，Ｙ_Vの位相φ_H，φ_Vを計算し、受信アンテナ６の角度Ｘ°における位相φ_H，φ_Vを測定結果出力部２７に出力する。

基準信号発生部２４は、送信側から送信アンテナ５を介して送信された無変調信号であるＣＷ信号と同じ信号を、予め設定された基準信号として生成し、基準信号であるＣＷ信号を利得計算部２２−１，２２−２及び位相計算部２３−１，２３−２に出力する。ＣＷ信号は、送信側から送信される水平偏波に使用するＣＷ信号、及び垂直偏波に使用するＣＷ信号である。

伝送路推定部２５は、受信電力測定部２０−１，２０−２から受信電力Ｐ_H，Ｐ_Vを入力すると共に、位相計算部２３−１，２３−２から位相φ_H，φ_Vを入力する。そして、伝送路推定部２５は、受信電力Ｐ_H，Ｐ_V及び位相φ_H，φ_Vに基づいて、水平偏波及び垂直偏波の受信電力差を正確に反映させた伝送路行列Ｈ’を推定する。そして、伝送路推定部２５は、受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路行列Ｈ’を条件数算出部２６に出力する。

前述のとおり、実施例２において、送信側は、水平偏波に使用するＣＷ信号と垂直偏波に使用するＣＷ信号とを交互に切り替え、一方の偏波のＣＷ信号を交互に送信する。受信側は、水平偏波に使用するＣＷ信号と垂直偏波に使用するＣＷ信号を、交互に受信する。

送信側から水平偏波のＣＷのみが送信された場合、ＭＩＭＯ伝送路を数式で表した前記数式（１）を展開すると、水平偏波の受信信号Ｙ_H及び垂直偏波の受信信号Ｙ_Vは、以下の数式で表される。尚、雑音ｎ_H，ｎ_Vは０とする。

また、送信側から垂直偏波のＣＷのみが送信された場合、受信信号Ｙ_H，Ｙ_Vは、以下のように表される。尚、雑音ｎ_H，ｎ_Vは０とする。

このように、送信側から一方の偏波のＣＷのみが送信された場合、受信アンテナ６を介して受信される受信信号Ｙ_H，Ｙ_Vには、１つの伝送路特性の情報のみが含まれる。伝送路推定部２５は、伝送路特性ｈ_HH，ｈ_VV，ｈ_HV，ｈ_VHを算出し、これらを要素とした伝送路行列Ｈに対し、水平偏波及び垂直偏波の受信電力差を正確に反映させた伝送路行列Ｈ’を推定する。

図６は、実施例２の伝送路推定部２５の構成例を示すブロック図である。この伝送路推定部２５は、伝送路特性算出部４０−１，４０−２及び伝送路行列算出部４１を備えている。

送信側から水平偏波に使用したＣＷ信号のみが送信された状態において、伝送路特性算出部４０−１は、受信電力測定部２０−１から受信電力Ｐ_Hを入力すると共に、位相計算部２３−１から位相φ_Hを入力する。そして、伝送路特性算出部４０−１は、受信電力Ｐ_H及び位相φ_Hに基づいて、後述の数式（１４）にて伝送路特性ｈ_HH’を算出する。

同様の状態において、伝送路特性算出部４０−２は、受信電力測定部２０−２から受信電力Ｐ_Vを入力すると共に、位相計算部２３−２から位相φ_Vを入力する。そして、伝送路特性算出部４０−２は、受信電力Ｐ_V及び位相φ_Vに基づいて、後述の数式（１４）にて伝送路特性ｈ_VH’を算出する。

また、送信側から垂直偏波に使用したＣＷ信号のみが送信された状態において、伝送路特性算出部４０−１は、受信電力Ｐ_H及び位相φ_Hに基づいて、後述の数式（１５）にて伝送路特性ｈ_HV’を算出する。

同様の状態において、伝送路特性算出部４０−２は、受信電力Ｐ_V及び位相φ_Vに基づいて、後述の数式（１５）にて伝送路特性ｈ_VV’を算出する。

伝送路行列算出部４１は、伝送路特性算出部４０−１から受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路特性ｈ_HH’，ｈ_HV’を入力すると共に、伝送路特性算出部４０−２から受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路特性ｈ_VH’，ｈ_VV’を入力する。そして、伝送路行列算出部４１は、伝送路特性ｈ_HH’，ｈ_HV’，ｈ_VH’，ｈ_VV’を要素とした伝送路行列Ｈ’を生成する。

これにより、水平偏波及び垂直偏波の受信電力差を正確に反映させた電力補正後の伝送路行列Ｈ’が算出される。

図５に戻って、条件数算出部２６は、伝送路推定部２５から受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路行列Ｈ’を入力し、伝送路行列Ｈ’に基づいて条件数Ｋ（Ｈ’）を算出し、これを条件数として測定結果出力部２７に出力する。

測定結果出力部２７は、利得計算部２２−１，２２−２から受信信号Ｙ_Hの利得Ｇ_H及び受信信号Ｙ_Vの利得Ｇ_Vを入力すると共に、位相計算部２３−１，２３−２から受信信号Ｙ_Hの位相φ_Hを及び受信信号Ｙ_Vの位相φ_Vを入力する。また、測定結果出力部２７は、条件数算出部２６から条件数を入力すると共に、回転台７から受信アンテナ６の角度Ｘ°を示す角度情報を入力する。

測定結果出力部２７は、受信信号Ｙ_Hの利得Ｇ_H、受信信号Ｙ_Vの利得Ｇ_V、受信信号Ｙ_Hの位相φ_H、受信信号Ｙ_Vの位相φ_V及び条件数を、受信アンテナ６の角度Ｘ°における特性の測定結果として出力する。受信アンテナ６の角度Ｘ°における特性の測定結果は、受信アンテナ６の性能を評価するために用いられる。

以上のように、実施例２のアンテナ特性測定装置２によれば、受信アンテナ６の角度Ｘ°を０°から３６０°までの範囲で変化させた状態で、送信側から送信された水平偏波及び垂直偏波のＣＷ信号を、受信アンテナ６を介して受信する。

伝送路推定部２５は、受信電力測定部２０−１，２０−２により測定された受信信号Ｙ_H，Ｙ_Vの受信電力Ｐ_H，Ｐ_V、及び位相計算部２３−１，２３−２により計算された受信信号Ｙ_H，Ｙ_Vの位相φ_H，φ_Vを入力する。そして、伝送路推定部２５は、送信側から水平偏波のＣＷ信号のみが送信された状態において、受信電力Ｐ_H及び位相φ_Hに基づいて伝送路特性ｈ_HH’を算出し、受信電力Ｐ_V及び位相φ_Vに基づいて伝送路特性ｈ_VH’を算出する。また、伝送路推定部２５は、送信側から垂直偏波のＣＷ信号のみが送信された状態において、受信電力Ｐ_H及び位相φ_Hに基づいて伝送路特性ｈ_HV’を算出し、受信電力Ｐ_V及び位相φ_Vに基づいて伝送路特性ｈ_VV’を算出する。

伝送路推定部２５は、伝送路特性ｈ_HH’，ｈ_HV’，ｈ_VH’，ｈ_VV’を要素とした伝送路行列Ｈ’を生成する。これにより、受信アンテナ６の角度Ｘ°における伝送路行列Ｈ’が得られる。

条件数算出部２６は、伝送路行列Ｈ’に基づいて条件数を算出する。これにより、受信アンテナ６の角度Ｘ°における条件数が得られる。

測定結果出力部２７は、実施例１と同様に、受信信号Ｙ_Hの利得Ｇ_H、受信信号Ｙ_Vの利得Ｇ_V、受信信号Ｙ_Hの位相φ_H、受信信号Ｙ_Vの位相φ_V及び条件数を、受信アンテナ６の角度Ｘ°における特性の測定結果として出力する。

これにより、実施例１と同様に、ＭＩＭＯ伝送に用いる受信アンテナ６について、ＭＩＭＯ復調の観点を含め総合的な性能を評価することが可能となる。また、受信アンテナ６の設置精度に依存し難い、安定した測定及び評価を行うことが可能となる。

以上、実施例１，２を挙げて本発明を説明したが、本発明は前記実施例１，２に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、図１に示したＭＩＭＯ伝送システム、図３に示した実施例１及び図５に示した実施例２では、水平偏波及び垂直偏波を用いた２×２のＭＩＭＯ伝送システムについて説明した。本発明は、送信アンテナ５の本数を２に限定するものではなく、受信アンテナ６の本数も２に限定するものでもなく、他の本数にも適用がある。また、本発明は、水平偏波及び垂直偏波に限定するものではなく、他の種類の偏波にも適用があり、偏波以外の電波にも適用がある。

また、図３に示した実施例１において、アンテナ特性測定装置１の既知信号発生部１４は、既知信号Ｘ_H，Ｘ_Vを送信側へ送信するようにしたが、送信側へ送信しないようにしてもよい。この場合、送信側は、既知信号Ｘ_H，Ｘ_Vを予め認識しているものとする。

また、図３に示した実施例１において、送信信号のフォーマットは、図２に示したフォーマットに限定するものではなく、図２とは異なる配置のフォーマットを用いるようにしてもよいし、他のパイロット信号を用いるようにしてもよい。また、周波数軸及び時間軸方向に連続して挿入される既知信号を用いるようにしてもよい。また、直交化の手法として、ヌル信号の代わりに、アダマール符号、Ａｌａｍｏｕｔｉ符号を用いるようにしてもよい。

また、実施例１，２のアンテナ特性測定装置１，２を含む図１に示したＭＩＭＯ伝送システムでは、回転台７は、受信アンテナ６を、水平偏波面内で図１に示す回転の方向に回転させる回転機構を備えている。これに対し、回転台７は、受信アンテナ６を、垂直偏波面内で回転させる回転機構を備えるようにしてもよい。この場合、回転台７は、受信アンテナ６の垂直偏波面における回転角度を示す情報を角度情報としてアンテナ特性測定装置１，２に出力する。アンテナ特性測定装置１，２は、回転台７からこの角度情報を入力し、垂直偏波面内で回転させた角度毎に、受信アンテナ６の性能を評価するための条件数等の特性を算出し、これを測定結果として出力する。

また、実施例１，２では、アンテナ特性測定装置１，２について説明したが、ＭＩＭＯ受信装置が、図３または図５に示したアンテナ特性測定装置１，２の各構成部を備えるようにしてもよい。この場合、ＭＩＭＯ受信装置は、条件数等の測定結果を表示する機能を有する。

尚、本発明の実施例１，２のアンテナ特性測定装置１，２のハードウェア構成としては、通常のコンピュータを使用することができる。アンテナ特性測定装置１，２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ等の揮発性の記憶媒体、ＲＯＭ等の不揮発性の記憶媒体、及びインターフェース等を備えたコンピュータによって構成される。

アンテナ特性測定装置１に備えた受信電力測定部１０−１，１０−２、基準電力記録部１１−１，１１−２、利得計算部１２−１，１２−２、位相計算部１３−１，１３−２、既知信号発生部１４、伝送路推定部１５、条件数算出部１６及び測定結果出力部１７の各機能は、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。

また、アンテナ特性測定装置２に備えた受信電力測定部２０−１，２０−２、基準電力記録部２１−１，２１−２、利得計算部２２−１，２２−２、位相計算部２３−１，２３−２、基準信号発生部２４、伝送路推定部２５、条件数算出部２６及び測定結果出力部２７の各機能も、これらの機能を記述したプログラムをＣＰＵに実行させることによりそれぞれ実現される。

これらのプログラム（アンテナ特性測定プログラム）は、磁気ディスク（フロッピー（登録商標）ディスク、ハードディスク等）、光ディスク（ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ等）、半導体メモリ等の記憶媒体に格納して頒布することもでき、ネットワークを介して送受信することもできる。

１，２ アンテナ特性測定装置
５ 送信アンテナ
６ 受信アンテナ
７ 回転台
１０，２０ 受信電力測定部
１１，２１ 基準電力記録部
１２，２２ 利得計算部
１３，２３ 位相計算部
１４ 既知信号発生部
１５，２５ 伝送路推定部
１６，２６ 条件数算出部
１７，２７ 測定結果出力部
２４ 基準信号発生部
３０ 周波数変換部
３１ Ａ／Ｄ変換部
３２ ＦＦＴ部
３３ パイロット抽出部
３４，４０ 伝送路特性算出部
３５，４１ 伝送路行列算出部

Claims (7)

1. 複数のアンテナからなる送信アンテナを介して送信された信号を、ＭＩＭＯ伝送路及び複数のアンテナからなる受信アンテナを介して受信し、受信信号に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性を測定するアンテナ特性測定装置において、
   前記受信アンテナを介して受信した受信信号に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を推定する伝送路推定部と、
   前記伝送路推定部により推定された前記伝送路行列に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性として条件数を算出する条件数算出部と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ特性測定装置。
2. 複数のアンテナからなる送信アンテナを介して送信された信号を、ＭＩＭＯ伝送路及び複数のアンテナからなる受信アンテナを介して受信し、受信信号に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性を測定するアンテナ特性測定装置において、
   前記送信アンテナに対する角度を前記受信アンテナの角度とし、
   前記受信アンテナの角度を変更したときの前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して受信した受信信号に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を推定する伝送路推定部と、
   前記伝送路推定部により推定された前記受信アンテナの所定角度毎の前記伝送路行列に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性として前記受信アンテナの所定角度毎の条件数を算出する条件数算出部と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ特性測定装置。
3. 複数のアンテナからなる送信アンテナを介して送信された水平偏波の変調信号及び垂直偏波の変調信号を、ＭＩＭＯ伝送路及び複数のアンテナからなる受信アンテナを介して受信し、水平偏波の受信信号及び垂直偏波の受信信号に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性を測定するアンテナ特性測定装置において、
   前記受信アンテナを当該受信アンテナの水平偏波面内で回転させたときの角度を、前記受信アンテナの角度とし、
   前記受信アンテナの角度を変更したときの前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して受信した前記水平偏波の受信信号に基づいて、前記水平偏波の受信信号の受信電力を測定し、前記垂直偏波の受信信号に基づいて、前記垂直偏波の受信信号の受信電力を測定する受信電力測定部と、
   前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して受信した前記水平偏波の受信信号及び前記垂直偏波の受信信号、前記送信アンテナを介して送信された前記水平偏波の変調信号及び前記垂直偏波の変調信号に含まれる既知信号、並びに、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力及び前記垂直偏波の受信信号の受信電力に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を推定する伝送路推定部と、
   前記伝送路推定部により推定された前記受信アンテナの所定角度毎の前記伝送路行列に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性として前記受信アンテナの所定角度毎の条件数を算出する条件数算出部と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ特性測定装置。
4. 請求項３に記載のアンテナ特性測定装置において、
   前記伝送路推定部は、
   前記受信アンテナを介して受信した前記水平偏波の受信信号及び前記垂直偏波の受信信号に含まれるパイロット信号、及び前記送信アンテナを介して送信された前記水平偏波の変調信号及び前記垂直偏波の変調信号に含まれる既知のパイロット信号に基づいて、前記受信アンテナにおける水平偏波用アンテナ及び垂直偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける水平偏波用アンテナ及び垂直偏波用アンテナとの間のそれぞれの伝送路特性を算出する伝送路特性算出部と、
   前記伝送路特性算出部により算出された前記受信アンテナにおける水平偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける水平偏波用アンテナとの間の伝送路特性に基づいて、水平偏波用アンテナ間の伝送路特性を算出し、前記受信アンテナにおける垂直偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける垂直偏波用アンテナとの間の伝送路特性に基づいて、垂直偏波用アンテナ間の伝送路特性を算出し、
   前記伝送路特性算出部により算出された前記それぞれの伝送路特性、前記水平偏波用アンテナ間の伝送路特性及び前記垂直偏波用アンテナ間の伝送路特性、並びに、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力及び前記垂直偏波の受信信号の受信電力に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を算出する伝送路行列算出部と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ特性測定装置。
5. 複数のアンテナからなる送信アンテナを介して交互に送信された水平偏波の無変調信号及び垂直偏波の無変調信号を、ＭＩＭＯ伝送路及び複数のアンテナからなる受信アンテナを介して受信し、水平偏波の受信信号及び垂直偏波の受信信号に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性を測定するアンテナ特性測定装置において、
   前記受信アンテナを当該受信アンテナの水平偏波面内で回転させたときの角度を、前記受信アンテナの角度とし、
   前記受信アンテナの角度を変更したときの前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して交互に受信した前記水平偏波の受信信号に基づいて、前記水平偏波の受信信号の受信電力を測定し、前記垂直偏波の受信信号に基づいて、前記垂直偏波の受信信号の受信電力を測定する受信電力測定部と、
   前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信アンテナを介して交互に受信した前記水平偏波の受信信号、及び前記送信アンテナを介して交互に送信された前記水平偏波の無変調信号と同じ予め設定された無変調信号に基づいて、前記水平偏波の受信信号の位相を計算し、前記垂直偏波の受信信号、及び前記垂直偏波の無変調信号と同じ予め設定された無変調信号に基づいて、前記垂直偏波の受信信号の位相を計算する位相計算部と、
   前記受信アンテナの所定角度毎に、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力及び前記垂直偏波の受信信号の受信電力、並びに、前記位相計算部により計算された前記水平偏波の受信信号の位相及び前記垂直偏波の受信信号の位相に基づいて、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を推定する伝送路推定部と、
   前記伝送路推定部により推定された前記受信アンテナの所定角度毎の前記伝送路行列に基づいて、前記受信アンテナを評価するための特性として前記受信アンテナの所定角度毎の条件数を算出する条件数算出部と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ特性測定装置。
6. 請求項５に記載のアンテナ特性測定装置において、
   前記伝送路推定部は、
   前記送信アンテナを介して前記水平偏波の無変調信号のみが送信された状態にて、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力、及び前記位相計算部により計算された前記水平偏波の受信信号の位相に基づいて、前記受信アンテナにおける水平偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける水平偏波用アンテナとの間の伝送路特性を算出すると共に、前記受信電力測定部により測定された前記垂直偏波の受信信号の受信電力、及び前記位相計算部により計算された前記垂直偏波の受信信号の位相に基づいて、前記受信アンテナにおける垂直偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける水平偏波用アンテナとの間の伝送路特性を算出し、
   前記送信アンテナから前記垂直偏波の無変調信号のみが送信された状態にて、前記受信電力測定部により測定された前記水平偏波の受信信号の受信電力、及び前記位相計算部により計算された前記水平偏波の受信信号の位相に基づいて、前記受信アンテナにおける水平偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける垂直偏波用アンテナとの間の伝送路特性を算出すると共に、前記受信電力測定部により測定された前記垂直偏波の受信信号の受信電力、及び前記位相計算部により計算された前記垂直偏波の受信信号の位相に基づいて、前記受信アンテナにおける垂直偏波用アンテナと前記送信アンテナにおける垂直偏波用アンテナとの間の伝送路特性を算出する伝送路特性算出部と、
   前記伝送路特性算出部により算出された前記伝送路特性を要素として、前記ＭＩＭＯ伝送路の伝送路行列を生成する伝送路行列算出部と、
   を備えたことを特徴とするアンテナ特性測定装置。
7. コンピュータを、請求項１から６までのいずれか一項に記載のアンテナ特性測定装置として機能させるためのアンテナ特性測定プログラム。

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