JP2555289B2

JP2555289B2 - 電波伝搬特性測定装置

Info

Publication number: JP2555289B2
Application number: JP62307420A
Authority: JP
Inventors: 潔久保井
Original assignee: Nippon Telegraph and Telephone Corp; NTT Mobile Communications Networks Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 1987-12-07
Filing date: 1987-12-07
Publication date: 1996-11-20
Anticipated expiration: 2011-11-20
Also published as: JPH01149567A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、電波伝搬通路において反射、回折、散乱等
により発生する多重波の遅延特性（遅延時間、振幅値）
および到来波の振幅周波数特性を瞬時に同時に測定する
装置に関する。

〔従来の技術〕

送信機から受信機に伝搬する電波は、すべてが最短距
離で伝搬するのではなく、反射、回折、散乱等により、
最短距離で伝搬した電波に遅れて受信機に到達する成分
が生ずる。このような成分を多重波という。

送信機から受信機までの電波伝搬通路を評価するため
には、このような多重波の遅延時間および各々の振幅値
と電波伝搬通路の振幅周波数特性との両特性を、瞬時に
同一測定条件（同時）で測定することが必要となる。

電波伝搬特性を測定する方法としては、従来、周波数
相関法、PN信号相関法、テレビ放送波利用法、周波数掃
引法等が用いられている。

これらの測定方法について以下に説明する。

（ｉ）周波数相関法周波数相関法では、周波数差Δｆが非常に近接した二
つの周波数を用いて、受信電界強度の異なる受信点間の
周波数相関関数ρΔｆ（ｍ）を求める。

周波数相関関数ρΔｆ（ｍ）は、で表わされる。ここで、Ｘ（ｎ）,Y（ｎ）：各周波数の電界強度、 N:計算に用いるデータ数、 m:位置のずれ、＜ｍ＞:mを越えない整数である。

この関係式を用いて、あらかじめ計算により求めた伝
搬モデルと比較することにより多重波の伝搬通路長差を
推定する。

この方法については、電子通信学会技術研究報告AP81
−23、「市街地伝搬モデルと周波数相関特性」に詳しく
説明されている。

（ii）PN信号相関法 PN信号の自己相関関数は、時間的に同期して同一波形
となったときに最大となる性質を利用する。

送信側では、精度の高い基準時間をもつPN信号を送信
する。受信側では、遅延時間を可変に設定しながら送信
側と同一波形のPN信号を発生し、送信側から到来した信
号との相関検波を行なう。このとき、相関検波の出力が
最大となるような受信側PN信号の遅延時間が多重波伝搬
路長差による遅延時間に等しくなる。

したがって、主波の検波出力値と相対検波出力値との
比が、相対的な多重波振幅値となる。

この方法によれば、相関検波出力と受信PN信号遅延時
間とから、多重波の伝搬遅延特性と相対振幅特性とを同
時に求めることができる。

この方法については、「コリレーション・バンドウィ
ドス・アンド・ディレイ・スプレッド・マルチパス・プ
ロパゲーション・スタティスティクス・フォー・910MHz
アーバン・モービル・ラジオ・チャネルズ」、IEEEト
ランザクション第COM−23巻第11号1975年第1271〜1280
頁（“Correlation Bandwidth and Delay Spread Multi
path Propagation statistics for 910MHz Urban Mobil
e Radio Channels",IEEE Trans.COM−23,No.11,pp1271
−1280,1975）に詳しく説明されている。

（iii）搬送波パルス法送信側では、測定しようとする周波数の搬送波を短い
時間間隔で断続的に送信する。受信側では、受信した多
重波を直接検波してその特性を測定する。

（iv）テレビ放送波利用法この測定方法では、テレビ放送波に含まれる色バース
ト信号の位相差と水平同期信号の遅延時間とを測定し、
これらの測定値により遅延通路差を求める。

基準となる受信信号と被測定受信信号とは、伝搬路長
差に応じて色バースト信号の色副搬送波に位相のずれが
生じる。この位相差を測定することにより伝搬路長差を
求めることができる。

しかし、色バースト信号の位相差を測定するだけで
は、色副搬送波（NTSC方式の場合には約3.5MHz）の波長
の整数倍を加えた距離と区別できない。そこで、水平同
期信号の遅延時間によりおおよその時間を求めて測定す
る。

この方法については、電子通信学会技術研究報告AP76
−101「市街地における多重波伝搬時間の測定」に詳し
く説明されている。

（ｖ）周波数掃引法送信側の搬送波周波数を掃引し、受信した各々のレベ
ルから伝搬路の振幅周波数特性を求める。この周波数特
性から伝搬路長差を求めることができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、以上の方法にはそれぞれ以下のような欠点が
ある。

（ｉ）周波数相関法この方法では、無数に存在する多重波の数を有限（２
波程度）のモデルで推定するため、複雑な多重波モデル
では誤差が大きくなる。

また、モデル化等の推定を行なうための計算量が多
く、瞬時に推定値を求めることはできない。さらに、こ
の方法では、遅延波の振幅値の推定および伝搬路の振幅
周波数特性の測定は困難である。

（ii）PN信号相関法この方法では、相関検波を行なうために、送信側およ
び受信側の双方に同期している高精度の周波数基準が必
要となるため、測定を行なうためには振動や温度等の場
所的制約があり、迅速に測定結果を得ることはできな
い。

また、この方法では振幅周波数特性は測定できない。

（iii）搬送波パルス法この方法では、断続された搬送波を測定するため、精
度を高めるためには、パルス幅を非常に狭くする必要が
ある。このような非常にパルス幅の狭い電波を安定に受
信復調することは、受信機の特性上困難であり、狭いパ
ルス幅で受信機を高精度に較正し、到来した電波の振幅
特性を精度よく測定することは容易ではない。

また、本方法においても前項測定方法と同様に振幅周
波数特性は測定できない。

（iv）テレビ放送波利用法この方法では、テレビ放送局からの位相精度の高い色
バースト信号を利用しているため、高精度に遅延時間を
測定できるが、測定基準用と測定用の二つの受信系が必
要であり、また、各々の系を相互に較正しなければ精度
がとれないため、装置が大規模となる。

また、多重波を分離できないので、２以上の多重波が
存在する場合には測定できない。

さらに、任意の区間で測定しようとすると、送信信号
の色バースト信号の位相をテレビ放送局で使用している
程度に高精度にする必要がある。

本測定方法も振幅周波数特性は測定できない。

（ｖ）周波数掃引法伝搬路の振幅周波数特性のみが測定できるが、遅延特
性は多重波を直接に測定するわけではないので誤差が大
きく、また送信側の掃引周波数に受信側の測定周波数を
同期させる必要があるため、瞬時に測定することは困難
である。

本発明は、以上のような従来の問題点を解決し、伝搬
路の振幅周波数特性と、遅延特性（多重波の伝搬通路長
による伝搬遅延時間と、各々の多重波の振幅値）とを同
時にかつ瞬時に直接測定することのできる電波伝搬特性
の測定装置を提供することを目的としている。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明によれば、上述の目的は前記特許請求の範囲に
記載した手段により達成される。

すなわち、本発明は、電波伝搬通路において、反射、
散乱または回折により発生する複数の伝搬路を含む電波
伝搬路を経由して伝搬する信号の振幅周波数特性と、遅
延特性とを同時に瞬時に測定する装置であることを最も
主要な特徴とするものであって、例えば、送信側におい
て、遅延特性を測定するための、受信側で多重波伝搬通
路による歪が発生しても、実質的に一定の振幅値が得ら
れる程度にパルス幅の長い同期信号（Ｈ）と、上記複数
の伝搬通路長により生じる遅延時間差に比較して、短い
パルス幅の測定信号との複合信号の繰返し信号と同期信
号（Ｖ）の合成信号と、振幅周波数特性を測定するための、上記、同期信号
（Ｈ）と測定しようとする振幅周波数特性の最低周波数
（f min）から最高周波数（f max）までの間を任意の周
波数マーカの信号を含む掃引した正弦波との複合信号の
パターンと同期信号（Ｖ）との合成信号とを、繰り返した測定信号を残留側波帯振幅変調（VSB
−AM）を行ない送信する。

そして、受信側では各伝搬路を経由して到来した受信
測定信号の振幅を上記同期信号（Ｈ）の受信振幅値によ
り補正して真の振幅値を求め、上記受信測定信号の時間
差から遅延時間差を求める。

また、掃引信号の包絡線成分から振幅周波数特性を求
める。この測定において、各々の周波数読み取りは、マ
ーカ信号を基準として行なう。

上記遅延特性と本振幅周波数特性は、同期信号（Ｖ）
により同期をとり交互に行うことにより、同時に測定す
ることができる。

従来の技術と比べると、測定用信号に振幅および周波
数の基準値を含むため、測定精度が高く、測定結果を得
るために計算機によるデータ処理を必要としない。

従って、本発明は瞬時に伝搬通路の振幅周波数特性と
多重波の遅延特性（遅延時間値および遅延波振幅値）と
の両特性を同時に測定することができるものであり、こ
の点において従来の技術と異なる。

〔実施例〕

第１図は、本発明の一実施例の構成を示すブロック図
である。測定信号発生部４の遅延特性測定信号発生器１
および振幅周波数特性測定信号発生器２において、発生
した各々の測定信号は、信号切換器３に入力される。

信号切換器３においては、遅延特性測定信号と振幅周
波数特性測定信号をある任意の時間毎に交互に切換え
て、変調部５に入力する。

変調部５においては、入力された測定信号を残留側波
帯振幅変調（VSB−AM）をほどこす。この時に、後述す
るように測定する目的に応じて、正変調と負変調の２種
類の変調方法の内のいずれか一つを用いる。

変調部５において、変調された測定用信号は、送信部
６により希望する周波数に変換され、アンテナから多重
波を有する電波伝搬通路７に送信する。本送信部６は、
送信しようとする測定信号が歪を受けないようにするた
め、直線増幅器でなければならない。

最短の距離では電波を伝搬する主波伝搬通路と、反
射、屈折、散乱等により生じる多重波が発生する多重波
伝搬通路を含む電波伝搬通路７を経由して、受信部８に
到来した信号は、歪が発生しないように同期検波された
後、測定信号処理部９に入力される。

測定信号処理部９において、自動車等走行中に測定す
る場合等フェージング発生時には、後述のように測定信
号に含まれる同期信号（Ｈ）15によりフェージング補償
を行なう。そして、遅延特性測定時には雑音除去のため
平均値化の処理を行ない、振幅周波数特性測定時には振
幅成分の包絡線成分を取り出す。

処理を施された測定信号は、表示・記録部10において
表示および記録される。

なお、受信部８の出力信号は、処理部９を経由せずに
表示・記録部10に入力することもできる。

第２図は本測定装置において使用する測定用信号の波
形の例を示す図である。

測定用信号は、遅延特性測定信号11と振幅周波数特性
測定信号12および同期信号（Ｖ）13の３種類の信号で構
成される。

本例は、各々の信号を１波ごとに交互に切換えたもの
であるが、この波数は任意の数でよい。遅延特性測定信
号11は、第３図（本図は、第２図に英字符Ｇで示す部分
を更に詳細に示したものである）に示すように多重波の
遅延時間および振幅値を測定するための遅延特性測定パ
ルス14と、時間および振幅値の基準となる同期信号
（Ｈ）15の２種類のパルスを組み合わせた複合信号の反
復からなるパターンを持つ信号で構成される。

振幅周波数特性信号12には、第４図（本図は、第２図
に英字符Ｈで示す部分を更に詳細に示したものである）
に示すように、周波数f min16から周波数f max17の間の
周波数を連続して掃引する一定振幅値の正弦波と、同期
信号（Ｈ）15および周波数マーカ信号18の３種類の信号
を組み合わせた複合信号で構成される信号である。

この周波数f minは、測定しようとする振幅周波数特
性の下限であり、周波数f maxは最高周波数である。

また、周波数読み取りを容易にするため任意の周波数
において伝搬路において振幅値を歪を受けない時間幅の
周波数マーカ信号18を挿入しておく。

次に、測定原理について説明を行なう。

まず、遅延特性測定について述べる。

第３図において、測定パルス14に対して、受信側では
各伝搬路を経由して到来した受信測定信号の振幅を上記
基準信号の受信振幅値により補正して振幅特性を求め、
上記受信測定信号の時間差から遅延特性を求めることが
できる。

ここで、同期信号（Ｈ）15および測定パルス14の振幅
値をそれぞれC,Dとする。また、送信信号の周期期間を
Ｅとし、測定パルス14から次の同期信号（Ｈ）15までの
時間をＦとする。同期信号（Ｈ）15の時間幅Ｃのパルス
幅は、電波伝搬通路７において多重波のために波形歪が
発生した場合でも、波形の一部分に基準幅値を保持でき
る値に設定される。時間Ｆは、測定しようとする伝搬遅
延時間の最大値より長く設定される。時間値Ｄは、多重
波伝搬路による伝搬遅延時間の最小値より短く設定され
る。

第５図は受信部８が検波した受信信号の波形の一例を
示す。

この受信信号は、同期信号（Ｈ）15に対応する受信同
期信号（Ｈ）15′と、測定信号に対応する受信測定信号
とを含む。受信測定信号は、主波伝搬路を経由した主波
信号14⁽⁰⁾および多重波伝搬路を経由した多重波信号14
⁽¹⁾、14⁽²⁾、14⁽³⁾、……を含む。受信同期信号（Ｈ）1
5′および受信測定信号の振幅は、それぞれＡ′、
B₀′、B₂′、B₃′である。多重波信号14⁽¹⁾、14⁽²⁾、14
⁽³⁾、……は、その伝搬通路長により、主波信号14⁽⁰⁾が
到来してから、それぞれ遅延時間F₁、F₂、F₃、……の後
に到来する。

ここで、受信同期信号（Ｈ）15′に多重波による歪が
生じる場合でも、送信側に同期信号（Ｈ）15のパルス幅
を適当に選ぶことにより基準振幅値を保持できる。伝搬
通路長差は光速を遅延時間F₁、F₂、F₃、……で除算する
ことにより得られる。

第６図は受信信号の他の波形の例を示す図である。

この例では、受信同期信号（Ｈ）15′の振幅Ａ′と主
波信号14⁽⁰⁾の振幅B₀′との比が、送信側の同期信号
（Ｈ）15の振幅Ａと測定信号14の振幅Ｂとの比と異な
る。

このときには、Ｂ′＝（Ａ′/A）×Ｂとして主波の振幅比の絶対測定を行なうことができる。

第７図は、基準信号の多重波成分を含む受信波形を示
す図である。

受信波形に基準信号の多重波成分19が含まれる場合に
は、送信側で同期信号（Ｈ）15と測定信号14との時間間
隔を測定しようとする多重波の遅延時間の最大値以上に
選択する。これにより、基準信号の多重波成分19が受信
測定信号の領域で発生しないようにすることができる。

第８図は、基準信号の多重波成分を含む他の受信波形
を示す図である。

遅延特性測定信号発生器１は、測定信号14を含まない
送信信号と、同期信号（Ｈ）15および測定信号14を含む
送信信号とを一周期毎に交互に発生する。測定信号処理
部９では、測定信号14を含まない周期Ｇにおける基準信
号の多重波成分を記憶し、この値により測定信号14を含
む周期Ｈにおける受信信号を補正する。

次に、振幅周波数特性の測定について述べる。周波数
f minからf maxまでの一定振幅値の正弦波を掃引した振
幅周波数特性測定信号12が、多重波電波伝搬路７を経由
して変調、検波された波形の一例を第９図に示す。

送信側で一定の振幅値の各掃引周波数成分が、電波伝
搬通路の特性によって各々の周波数において応じた減衰
を受け、第９図のように歪を受ける。この包絡線成分が
振幅周波数特性となる。

また、f₁からf_nの各周波数マーカ信号18は多重波電波
伝搬通路７において歪を受けない時間幅となっているた
め、マーカ信号の振幅値Ｍ′との比較によって減衰量と
容量で次式により計算できる。

L:減衰量（dB）Ａ（ｆ）：ある周波数ｆにおける振幅値Ｍ′：受信マーカ信号の振幅値前述のように、本装置は残留側波帯振幅変調（VSB−A
M）を用いているが、変調方式には正変調と負変調の二
つの変調を用いることができる。

それぞれの変調波形を第10図に示す。

入力信号波が（ａ）の時、負変調の変調波形が
（ｂ）、正変調の変調波形が（ｃ）となる。

負変調は、振幅値が低い波形の方が変調の後搬送波振
幅値が大きくなることから、遅延特性測定のような受信
時に低振幅値信号を測定する場合に適している。

また、正変調は、逆に振幅値が高い波形の方が変調後
の搬送波振幅値が大きくなることから、振幅周波数特性
測定に適している。

そこで、遅延特性測定には負変調を用い、振幅周波数
特性測定には正変調を用いるように変調部５および受信
部８を切り換える。この切換信号は、同期信号（Ｖ）13
を用いて切り換えることができる本測定装置を走行中の自動車等において用いる時は、
多重波のためフェージングが発生する。このような測定
条件においては、遅延特性測定のフェージング周期に比
べ非常に短時間で測定ができるので影響はないが、測定
周期が長い振幅周波数特性測定時には、発生するフェー
ジングにより受信入力電界強度が変動するため、第11図
のような伝搬路の周波数特性波形に大きなうねりが重畳
したような波形となる。

なお、フェージングについては、電子通信学会発行
「移動通信の基礎」の第61〜72頁に詳しく説明されてい
る。

これを補償するためには、同期信号（Ｈ）15の振幅値
が一定であることを利用して、第11図の一部分（英字符
Ｊで示す部分）を拡大した第12図において、振幅値S⁽¹⁾
をＳに、A₁ ⁽¹⁾をA₁に、S⁽²⁾をＳに、A₂ ⁽²⁾をA₂に戻して
やればよい。

このような補償方法としては、通常カラーテレビジョ
ン受像機において用いられているキードAGC回路を用い
ることにより実現できる。

このAGC回路については、「日本放送協会編NHKテレビ
ジョン技術教科書（上）」の128頁〜130頁に詳しく説明
されている。

最後に、遅延特性測定器における雑音除去方法につい
て説明する。

前述のように、第３図のように遅延特性測定波形は単
一パルスを含む複合信号の繰り返しであるので、受信側
において各繰り返し波形を任意の回数だけ平均値化を行
なうことによって不規則に発生する雑音を除去すること
ができる。この方法は、通常「スムージング」と呼ば
れ、一般的に用いられている。

試作した本測定装置による実際の測定波形を第13図お
よび第14図に示す。

すなわち、第13図は、実際の遅延特性測定受信波形の
一例を示しており、また、第14図は、実際の振幅周波数
特性測定受信波形の一例を示している。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明は、電波伝搬通路におい
て、反射・回折・散乱等により発生した多重波の伝搬通
路長に起因する遅延時間および各遅延波の振幅値の遅延
特性と、電波伝搬通路の振幅周波数特性の二つの特性を
瞬時に同時に測定することであるから、短時間に同一測
定条件（同一場所）で多くの測定が可能であり、自動車
等により走行中においても両特性を測定することができ
る利点がある。

本発明の測定装置による方法と従来の各方法との比較
を第１表に示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の測定装置のブロック構成
図、第２図は測定用信号の波形の例を示す図、第３図は
遅延特性測定信号の波形の詳細を示す図、第４図は振幅
周波数特性測定信号の波形の詳細を示す図、第５図は遅
延特性測定信号の受信波形の一例を示す図、第６図は遅
延特性測定信号の受信波形の他の例を示す図、第７図は
基準信号の多重波成分を含む受信波形を示す図、第８図
は基準信号の多重波成分を含む他の受信波形を示す図、
第９図は振幅周波数特性測定信号の受信波形の一例を示
す図、第10図は負変調および正変調の変調波形の一例を
示す図、第11図はフェージング発生時の振幅周波数特性
測定信号の受信波形の一例を示す図、第12図はフェージ
ング発生時の振幅周波数特性測定信号の受信波形の一部
分を拡大した一例を示す図、第13図は実際の遅延特性測
定受信波形の一例を示す図、第14図は実際の振幅周波数
特性測定受信波形の一例を示す図である。１……遅延特性測定信号発生器、２……振幅周波数特性
測定信号発生器、３……信号切換器、４……測定信号発
生部、５……変調部、６……送信部、７……電波伝搬通
路、８……受信部、９……測定信号処理部、10……表示
・記録部、11……遅延特性測定信号、12……振幅周波数
特性測定信号、13……同期信号（Ｖ）、14,14₀〜14₃…
…遅延特性測定パルス、15……同期信号（Ｈ）、15′…
…受信同期信号、16……掃引周波数の下限（f min）、1
7……掃引周波数の上限（f max）、18……周波数マーカ
信号

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】反射、散乱または回折により生ずる複数の
伝搬路を含む電波伝搬路を経由して伝搬する信号の遅延
特性および振幅特性を測定する電波伝搬特性測定装置で
あって、送信側に、遅延特性を測定するための、受信側で多重波伝搬通路に
よる歪が発生しても、実質的に一定の振幅値が得られる
程度にパルス幅の長い基準信号と、上記複数の伝搬通路
長により生じる遅延時間差に比較して短いパルス幅の測
定信号との複合信号の繰り返し信号と同期信号の合成信
号と、振幅周波数特性を測定するための、上記、基準信号と測
定しようとする振幅周波数特性の最低周波数から最高周
波数までの間を任意の周波数マーカの信号を含む掃引し
た正弦波との複合信号のパターンと同期信号との合成信
号とを、繰り返した測定信号を振幅変調を行なって送信
する手段を設けるとともに、受信側に、各伝搬路を経由して到来した受信測定信号の振幅を上記
基準信号の受信振幅値により補正して真の振幅値を求
め、上記受信測定信号の時間差から遅延時間差を求める
手段と、上記掃引信号の包絡線成分から、各々の周波数を前記周
波数マーカ信号を基準として読み取り振幅周波数特性を
求める手段と、前記遅延特性と振幅周波数特性とを同期信号により同期
をとり交互に行う手段とを設けたことを特徴とする電波
伝搬特性測定装置。
【請求項２】測定信号発生部は、遅延特性測定信号発生
器、振幅周波数特性測定信号発生器および、これらの測
定信号を交互に切り換える信号切換器からなる特許請求
の範囲第（１）項記載の電波伝搬特性測定装置。
【請求項３】変調部は、残留側波帯振幅変調を用いる特
許請求の範囲第（１）項または第（２）項記載の電波伝
搬特性測定装置。
【請求項４】復調部は、同期検波を用いる特許請求の範
囲第（１）項〜第（３）項記載の電波伝搬特性測定装
置。
【請求項５】測定信号処理部は、平均値化演算器、包絡
線化演算器、フェージング等化器を有する構成である特
許請求の範囲第（１）項〜第（４）項記載の電波伝搬特
性測定装置。