JP4439474B2 - 無線伝搬路模擬回路 - Google Patents

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Description

本発明は、無線通信機器が通信する無線伝搬路を模擬する導体で構成した回路に関する。
無線通信機器の開発において、実際に電波を放射して動作を確認する必要がある。無線通信機の実用化には、実際に使用される環境で実験を行ってみないと、実用上の問題点が明らかにならない。しかし、電波を放射して実験を行うには、放射した電波が他のシステムに影響を及ぼさないように対策を講じる必要がある。例えば、電磁遮蔽した空間で実験を行ったり、用いられていない周波数の電波を使用して通信を行うことや、離れた場所で送信電力を弱くして干渉が発生しないようにする。また、電波を放射して実験を行うには、対象となる電波を使用する認可が必要である。
無線通信機器が実用される環境で電波を放射して実験を行うには、ほぼ実用化することが見込まれなければ実施できない。ところが、実用化の確証を得るためには、実際の環境で実験を行う必要がある。全く新しい無線通信システムを開発する場合は、これは相反する要求である。
無線通信機器の試験を、空中に電波を放射せずに電気回路を用いて行う方法がある。例えば、特許文献1は、無線通信設備をテストするための無線周波数条件を提供するための装置および方法を提供する。特許文献1は、セルラ網の無線周波数(RF)条件を再現するための装置および方法であって、現場テストデータから重要なRF挙動を抽出し、マルチチャネル減衰器を用いて可変RF減衰を再現する技術が記載されている。より詳細には、現場データプロセッサは、現場テストデータを、マルチチャネル減衰器の各チャネルに対する時間的に変動する制御値に変換する。実験室内の、マルチチャネル減衰器に接続された移動機は、現場環境で観測されるのと同一レベルの搬送波信号および干渉信号を経験(模擬)することができ、このため、セルラ通信設備の試験を、現場テストを幾度も反復することなく行なうことが可能になる。
また、特許文献2は、伝搬路の設定条件を任意に変化させ得ると共に干渉雑音量を任意に変化させ得る装置を実現することが記載されている。特許文献2の技術は、無線通信機器からの入力信号を複数の経路に分岐し、それぞれ遅延回路とフェージング発生回路と減衰器を経て合成される。このとき、伝搬データベース及びトラヒックデータベースにより上記伝搬各減衰器の減衰量及び各遅延回路の遅延量を制御するように構成する。また、トラヒックデータベース及び伝搬データベースから干渉雑音電力を演算して減衰量データとして記憶回路に記憶しておき、各減衰器及び遅延回路の制御を行なうごとに減衰量のデータを読み出してガウス雑音発生回路の出力を減衰器で制御し、その出力を合成回路の出力信号と合成して出力するように構成する。
特開2000−224119号公報 特開平10−107745号公報
しかしながら、特許文献1の技術は現場テストデータを用いるものであり、新しい通信システムの試験を行うことはできない。また、特許文献1及び2は、1対1の通信において無線伝搬路の減衰やフェージングといった特性を模擬するものであって、複数の無線通信機器が送信を行うような通信システムを模擬するものではない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、無線通信機の実用化実験のために、他のシステムに影響を与えずに、実際の使用環境に近い実験環境を提供することを目的とする。
本発明の第1の観点に係る無線伝搬路模擬回路は、複数の無線通信端末と、前記複数の無線通信端末と通信する中継器とを接続する分配合成回路から構成される無線伝搬路模擬回路であって、
前記複数の無線通信端末のそれぞれに接続し、前記無線通信端末が送信する搬送波の1/4波長の線路長さを有するインピーダンス変換器と、
前記インピーダンス変換器の無線通信端末側端子の間を接続する吸収抵抗と、を備え、
前記吸収抵抗のうち少なくとも一つは、前記無線通信端末同士のアイソレーションをとるために前記無線通信端末の負荷抵抗から算出される抵抗値とは異なる抵抗値を有する、
ことを特徴とする。
本発明の第2の観点に係る無線伝搬路模擬回路は、分配合成回路の分配側端子に、さらに分配合成回路を接続した多段分配合成回路から構成され、複数の無線通信端末と、前記複数の無線通信端末と通信する中継器とを接続する無線伝搬路模擬回路であって、
前記分配側端子にさらに分配合成回路が接続される上段の分配合成回路は、
前記分配側端子に接続する分配合成回路に接続し、前記無線通信端末が送信する搬送波の1/4波長の線路長さを有するインピーダンス変換器と、
前記インピーダンス変換器の前記分配側端子の間を接続する上段の吸収抵抗と、を備え、
前記上段の分配合成回路の分配側端子に接続される下段の分配合成回路は、
前記複数の無線通信端末のそれぞれに接続し、前記無線通信端末が送信する搬送波の1/4波長の線路長さを有するインピーダンス変換器と、
前記インピーダンス変換器の無線通信端末側端子の間を接続する下段の吸収抵抗と、を備え、
前記上段の吸収抵抗は、前記下段の分配合成回路同士のアイソレーションをとるために必要な抵抗値を有し、
前記下段の吸収抵抗のうち少なくとも一つは、前記下段の分配合成回路に接続される無線通信端末同士のアイソレーションをとるために前記無線通信端末の負荷抵抗から算出される抵抗値とは異なる抵抗値を有する、
ことを特徴とする。
本発明の無線伝搬路模擬回路によれば、空中線によって電波を放射しなくても、3以上の複数の無線通信機器について、実際の無線通信伝送路を模擬した通信実験を行うことができる。
(実施の形態1)
以下、本発明の一実施の形態に係る無線伝搬路模擬回路を、図面を参照して説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係る無線伝搬路模擬回路1の最も小さい構成の一例を示す構成図である。
本実施の形態に係る無線伝搬路模擬回路1は、2台の無線通信端末5a、5bが端子7aおよび7bにそれぞれ接続されている。また、中継器4が中継器端子6に接続されている。理解を容易にするために、中継器端子6に接続される無線機を中継器4としているが、中継器4は他の無線通信端末5a等と同じ構成であってよい。
無線通信端末5a、5b及び中継器4は、負荷抵抗を50Ωとして説明する。無線通信端末5a及び5bは、それぞれ端子7a及び7bに接続されている。端子7aはインピーダンス変換器8aに接続している。端子7bはインピーダンス変換器8bに接続している。また端子7aと7bの間は、吸収抵抗9a及び9bで接続されている。インピーダンス変換器8a及び8bの他方の端子は、それぞれ中継器4が接続される中継器端子6に接続している。
インピーダンス変換器8a及び8bは、特性インピーダンスが70.7Ωで、無線通信端末5a及び5bが送信する電波の波長の1/4の長さを有する伝送路から構成されている。例えば、インピーダンス変換器8a、8bは、送信電波の角周波数をωとして、
ω・(LC)1/2・l=π/2
を満たす長さl、単位長さあたりの分布インダクタンスL、分布静電容量Cのマイクロストリップ線路で構成される。
端子6からインピーダンス変換器8aを見たインピーダンスは、100Ωである。同様に端子6からインピーダンス変換器8bを見たインピーダンスは、100Ωである。したがって、端子6から左の分岐点を見たインピーダンスは、50Ωである。その結果、端子6の両側のインピーダンスは50Ωで等しいので、端子6では信号の反射が起こらずに、双方向に通信できる。
図1は、分配合成回路の分岐が2の場合の無線伝搬路模擬回路1である。
分岐数をnとして一般化した場合は、インピーダンス変換器8a等の特性インピーダンスを、(nの平方根)×(無線通信端末5a等の負荷抵抗)とする。
無線通信端末5aと5bのアイソレーションをとるには、次のようにする。無線通信端末5aから端子7a、インピーダンス変換器8a、インピーダンス変換器8bを経由して端子7bに到達する信号と、端子7aから吸収抵抗9a及び9bを経由して端子7bに到達する信号がちょうど位相が反転して振幅が等しくなり、打ち消しあうようにする。インピーダンス変換器8a、8bを経由する信号は半波長(1/4波長×2)だけ位相差が生じる。2つの経路の信号を打ち消しあうようにするためには、吸収抵抗9a及び9bを無線通信端末5a等の負荷抵抗に等しい抵抗値とする。すなわち、図1の回路では、2つの吸収抵抗9aと9bの抵抗値Rを50Ωとすると、2つの経路を経由した信号が打ち消しあって、無線通信端末5aの信号は端子7bには現れない。同様に、無線通信端末5bの信号は端子7aには現れない。このように、分配合成回路でアイソレーションをとる構成は、ウィルキンソン型電力分配合成器として一般に知られている。
図1では、分岐数をnとして一般化した場合を想定して、吸収抵抗9a、9bを2つに分割して記載しているが、2分岐の場合は、2つの吸収抵抗9a及び9bを1つの抵抗とみなしてかまわない。その場合、無線通信端末5aと5bのアイソレーションをとるための吸収抵抗9a及び9bの値は、直列抵抗として100Ωである。
ここで、吸収抵抗9a及び9bの抵抗値を、前記のアイソレーションをとる場合の抵抗値(=50Ω)とは異なる抵抗値とすると、2つのインピーダンス変換器8a、8bを経由する信号と、吸収抵抗9a及び9bを経由する信号が打ち消し合わないので、無線通信端末5aの信号は、ある振幅で端子7bに現れることになる。
例えば、吸収抵抗9a及び9bを47Ωとすると、吸収抵抗9a、9bを経由する信号の方がインピーダンス変換器8a及び8bを経由する信号より振幅が大きいので、無線通信端末5aの信号について位相差が0の信号が端子7bに現れる。これは、無線通信端末5aの信号が直接無線通信端末5bにも伝達される場合に相当する。
また、例えば、吸収抵抗9a及び9bを51Ωとすると、吸収抵抗を経由する信号の方がインピーダンス変換器8a及び8bを経由する信号より振幅が小さいので、無線通信端末5aの信号について位相差がπ(180°)の信号が端子7bに現れる。これは、無線通信端末5aの信号が物体に反射して無線通信端末5bに伝達される場合に相当する。
なお、これまで無線通信端末5aから無線通信端末5bに信号を伝達する場合に関する説明をしてきたが、無線通信端末5bから無線通信端末5aに信号を伝達することも可能であり、その場合の動作も上記と同様に考えればよい。
吸収抵抗9a及び9bを、無線通信端末5a及び5bのアイソレーションをとるための抵抗値とは異なる抵抗値にした場合でも、無線通信端末5a及び5bの信号は中継器4に伝達され、中継器4の信号は無線通信端末5a及び5bに伝達される。
以上説明したように、本実施の形態では、分配合成回路において吸収抵抗9a、9bの抵抗値を、無線通信端末5a及び5bの間のアイソレーションをとるための抵抗値とは異なる抵抗値とすることにより、無線通信端末5aと5bの間で所定の振幅で信号が伝送されるように構成されている。その結果、2台の無線通信端末5a、5bと中継器4の間で無線信号が伝達される実際の通信環境を模擬することができる。
図2は、分配合成回路の分岐数が3の場合の無線伝搬路模擬回路1の構成例を示す。図2の無線伝搬路模擬回路1においても、端子7a〜7cに接続される無線通信端末5a〜5cの負荷抵抗を50Ωとしている。分岐数が3なので、インピーダンス変換器8a〜8cの特性インピーダンスは、3の平方根(=1.732)×負荷抵抗(=50Ω)で、86.6Ωである。インピーダンス変換器8a〜8cは、無線通信端末5a〜5cが送信する電波の波長の1/4の長さを有する伝送路から構成されている。
図2に示すように、吸収抵抗9a、9b、9cは接続点10に接続されるY型配線になっている。図2の無線伝搬路模擬回路1は、図1に示す2分配の場合の無線伝搬路模擬回路1に、1分岐を付け加えた構成になっている。つまり、図1の中継器端子6に、インピーダンス変換器8cを接続し、吸収抵抗9cを吸収抵抗9a及び9bの接続点10に接続した構成である。但し、インピーダンス変換器8a〜8cの特性インピーダンスは、分岐数に合わせて変更する。この場合も、無線通信端末間のアイソレーションをとるための吸収抵抗9a〜9cの抵抗値は、それぞれ無線通信端末5a〜5cの負荷抵抗と同じ50Ωである。そこで、吸収抵抗9a〜9cの抵抗値をアイソレーションをとるための抵抗値(=50Ω)とは異なる抵抗値とすることにより、無線通信端末5a、5b、5c間で信号が伝達される。
図3は、図2の無線伝搬路模擬回路1の無線通信端末5a〜5cと吸収抵抗9a〜9cの図面上の配置を変えて記載した回路図である。図3の回路は図2の回路と同じ構成である。分配合成回路の分岐数を増やすには、図3の構成の下に吸収抵抗とインピーダンス変換器の回路を追加すればよい。但し、インピーダンス変換器8a等の特性インピーダンスは(分岐数の平方根)×(無線通信端末の負荷抵抗)とする。
図4は、無線伝搬路模擬回路1の分配合成回路の分岐数が3の場合に、吸収抵抗をΔ型配線とした場合の構成例を示す図である。吸収抵抗11a〜11cがΔ型配線の場合は、無線通信端末間のアイソレーションをとるための抵抗値は、それぞれ負荷抵抗の3倍である。すなわち、R’=150Ωとすると無線通信端末間のアイソレーションをとることができる。そこで、R’を無線通信端末間のアイソレーションをとる抵抗値である150Ωと異なる抵抗値とすると、無線通信端末間で信号が伝達される。
なお、吸収抵抗9a〜9c、又は吸収抵抗11a〜11cの抵抗値は、統一する必要はなく、それぞれ異なる抵抗値としてもよい。その場合は、無線通信端末の組み合わせによって、伝達される信号の大きさが異なることになる。
以上説明したように、無線通信端末の数が3の場合でも、図2乃至4に示す回路構成によって、無線伝搬路模擬回路1を構成することができる。さらに分配合成回路の分岐を追加することによって、無線通信端末の数が4以上の場合でも、無線伝搬路模擬回路1を構成することができる。
(実施の形態2)
次に、分配合成回路が多段の場合の本発明に係る無線伝搬路模擬回路1について説明する。図5は、分配合成回路が2段の場合の無線伝搬路模擬回路1の一例を示す構成図である。本実施の形態でも、無線通信端末の負荷抵抗を50Ωとして説明する。
図5の無線伝搬路模擬回路1は、中継器4が接続される上段の分配合成回路2に、無線通信端末が接続される下段の分配合成回路3a、3bが接続された構成になっている。上段の分配合成回路2は、2分岐であり、それぞれの分岐に下段の分配合成回路3a、3bが接続されている。下段の分配合成回路3a、3bはそれぞれ4分岐である。
上段の分配合成回路2のインピーダンス変換器13a、13bの特性インピーダンスは、2分岐なので70.7Ωである。下段の分配合成回路3a、3bのインピーダンス変換器8a〜8hの特性インピーダンスは、分配合成回路3a、3bがそれぞれ4分岐なので、4の平方根(=2)×負荷抵抗(=50Ω)で100Ωである。それぞれのインピーダンス変換器13a、13b、8a〜8hは、無線通信端末が送信する電波の波長の1/4の長さを有する伝送路から構成されている。したがって接続点12a又は12bから下段の分配合成回路3a又は3bをみたインピーダンスは50Ωであり、接続点12a又は12bからインピーダンス変換器13a又は13bを見たインピーダンスは50Ωである。また、中継器端子6からみた上段の分配合成回路2のインピーダンスは50Ωである。その結果、すべての無線通信端末5a〜5hの信号は中継器4に伝達され、また、中継器4の信号はすべての無線通信端末5a〜5hに伝達される。
上段の分配合成回路2における吸収抵抗の抵抗値は、下段の分配合成回路3a、3b同士のアイソレーションをとるための抵抗値である100Ω(50Ω×2)である。そのため、下段の分配合成回路3aと3bの間では信号が伝達されない。
下段の分配合成回路3a、3bにおける吸収抵抗9a〜9hの抵抗値は、無線通信端末同士のアイソレーションをとるための抵抗値50Ωとは異なる抵抗値とする。例えば、下段の分配合成回路3aの吸収抵抗9a〜9dはR1=47Ωとし、分配合成回路3bの吸収抵抗9e〜9hはR2=51Ωとする。そのため、下段の分配合成回路3a又は3b内では、無線通信端末5a〜5d又は5e〜5h同士のアイソレーションはとられず、無線通信端末間で信号が伝達される。
すなわち、無線通信端末5a、5b、5c、5dの間では信号が伝達されるが、例えば、無線通信端末5aと無線通信端末5eでは信号が伝達されない。
図6は、交差点に通じる、ある角度で交差する2つの道路に、それぞれ無線通信端末が分散して通信する場合の通信状況を模式的に表す図である。図6に示すように、道路Aにある無線通信端末5cの電波は、建物Sによって遮られるので、道路Bにある無線通信端末5eに伝達されない。同様に、道路Bにある無線通信端末5eの電波は建物によって遮られるので、道路Aにある無線通信端末5cには伝達されない。道路Aにある無線通信端末5a〜5cと道路Bにある無線通信端末5e〜5gから送信された電波は、交差点Cに設置された中継器4に到達する。また、中継器4から送信された電波は道路AおよびBにある無線通信端末5a〜5cと5e〜5gに到達する。
図5の無線伝搬路模擬回路1は、例えば、図6のように交差点Cに中継器4を設置したとき、その交差点Cに通じるある角度をもった2つの道路A、Bに、それぞれ無線通信端末が分散して通信する場合を模擬していると考えることができる。
以上説明したように、本実施の形態では、無線伝搬路模擬回路1の分配合成回路を多段構成とすることにより、複数の無線通信端末において、所与の振幅で信号が伝送される無線通信端末と、アイソレーションがとられて無線通信端末間で信号が伝送されない無線通信端末に分けて、実際の通信環境を模擬することができる。
なお、下段の1つの分配合成回路3a又は3bの中で、吸収抵抗9a〜9d又は9e〜9hの抵抗値を統一しなくてもよい。その場合は、下段の1つの分配合成回路3a又は3bの中で、任意の無線通信端末の組み合わせによって、伝達される信号の大きさが異なることになる。
あるいは、下段の吸収抵抗9a〜9d又は9e〜9hの値をアイソレーションをとるための抵抗値と違う値にしたために、上段から見た下段の分配合成回路3a、3bのインピーダンスが変わっている場合には、それに合わせて上段のインピーダンス変換器13a、13bの特性インピーダンスや吸収抵抗14の抵抗値を変えてもよい。
また、上段の分配合成回路2の吸収抵抗14の抵抗値を、下段の分配合成回路3a、3b間のアイソレーションをとる抵抗値と異なる抵抗値として、下段の分配合成回路3a、3b間で信号が伝達されるように構成することもできる。例えば、図6に示すような通信環境で、建物Tの反射等によって道路A、B間で信号が伝達されるような場合を想定して、上段の分配合成回路2の吸収抵抗14の抵抗値を選定することによって、実際の通信環境を模擬した無線伝搬路模擬回路1を構成することができる。
さらに、図5の上段の分配合成回路2の分岐数を増やしたり、分配合成回路の段数を増やして、図6よりも複雑な実際の通信環境を模擬することができる。
その他、前記のハードウエア構成は一例であり、任意に変更及び修正が可能である。例えば、実施の形態2における分配合成回路は、分岐数が1の場合を含むとしてもよい。分配合成回路の分岐数が1の場合は、分配合成回路はインピーダンス変換器としての機能を有する。上段の分配合成回路の分岐数が1の場合は、実施の形態1と同じ回路構成になる。また、いずれかの下段の分配合成回路の分岐数は1以上であればよく、特に上限は無い。また、全ての下段の分配合成回路の分岐数が1の場合は、実施の形態1と同じ回路構成とみなすことができる。
本発明の実施の形態に係る無線伝搬路模擬回路の最も小さい構成の一例を示す構成図である。 分配合成回路の分岐数が3の場合の無線伝搬路模擬回路の構成例を示す図である。 図2の無線伝搬路模擬回路の無線通信端末と吸収抵抗の図面上の配置を変えて記載した図である。 無線伝搬路模擬回路の分配合成回路の分岐数が3の場合に、吸収抵抗をΔ型配線とした場合の構成例を示す図である。 分配合成回路が2段の場合の無線伝搬路模擬回路の一例を示す構成図である。 交差点に通じる、ある角度で交差する2つの道路に、それぞれ無線通信端末が分散して配置する場合の通信状況を模式的に表す図である。
符号の説明
1 無線伝搬路模擬回路
2 上段の分配合成回路
3a、3b 下段の分配合成回路
4 中継器
5a、5b、5c、5d、5e、5f、5g、5h 無線通信端末
6 中継器端子
7a、7b、7c、7d、7e、7f、7g、7h 端子
8a、8b、8c、8d、8e、8f、8g、8h インピーダンス変換器
9a、9b、9c、9d、9e、9f、9g、9h 吸収抵抗
10、10a、10b 接続点
11a、11b、11c 吸収抵抗
12a、12b 接続点
13a、13b インピーダンス変換器
14 吸収抵抗

Claims (2)

  1. 複数の無線通信端末と、前記複数の無線通信端末と通信する中継器とを接続する分配合成回路から構成される無線伝搬路模擬回路であって、
    前記複数の無線通信端末のそれぞれに接続し、前記無線通信端末が送信する搬送波の1/4波長の線路長さを有するインピーダンス変換器と、
    前記インピーダンス変換器の無線通信端末側端子の間を接続する吸収抵抗と、を備え、
    前記吸収抵抗のうち少なくとも一つは、前記無線通信端末同士のアイソレーションをとるために前記無線通信端末の負荷抵抗から算出される抵抗値とは異なる抵抗値を有する、
    ことを特徴とする無線伝搬路模擬回路。
  2. 分配合成回路の分配側端子に、さらに分配合成回路を接続した多段分配合成回路から構成され、複数の無線通信端末と、前記複数の無線通信端末と通信する中継器とを接続する無線伝搬路模擬回路であって、
    前記分配側端子にさらに分配合成回路が接続される上段の分配合成回路は、
    前記分配側端子に接続する分配合成回路に接続し、前記無線通信端末が送信する搬送波の1/4波長の線路長さを有するインピーダンス変換器と、
    前記インピーダンス変換器の前記分配側端子の間を接続する上段の吸収抵抗と、を備え、
    前記上段の分配合成回路の分配側端子に接続される下段の分配合成回路は、
    前記複数の無線通信端末のそれぞれに接続し、前記無線通信端末が送信する搬送波の1/4波長の線路長さを有するインピーダンス変換器と、
    前記インピーダンス変換器の無線通信端末側端子の間を接続する下段の吸収抵抗と、を備え、
    前記上段の吸収抵抗は、前記下段の分配合成回路同士のアイソレーションをとるために必要な抵抗値を有し、
    前記下段の吸収抵抗のうち少なくとも一つは、前記下段の分配合成回路に接続される無線通信端末同士のアイソレーションをとるために前記無線通信端末の負荷抵抗から算出される抵抗値とは異なる抵抗値を有する、
    ことを特徴とする無線伝搬路模擬回路。
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