JP4610620B2 - チャネル・シミュレーションを実行するための方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、無線チャネルをシミュレーションする方法を実行する方法及び装置に関する。特に、本発明は、マルチ・チャネルのシミュレータの実現に関するものである。

無線システムの基本的な問題は、無線チャネルの特性が時間の関数として急速に変化することである。この問題は特に、携帯電話システムに関係し、該システムにおいては、接続中のパーティの少なくとも１つが移動している。これにより、無線チャネルの減衰及びインパルス応答が、広い変動及び振幅範囲で変動し、１秒あたり数千倍となることもある。このような振る舞いはランダムに生じるが、統計的に表すことができる。統計的手法に加えて、例えば、以降で説明する幾何学的な手法又は組み合わせ等の他の手法も存在する。上記した特性変動の現象は、使用する無線接続及び装置の設計に障害を生じる。

無線チャネルにおける変動の原因として多数の原因がある。送信機から受信機への無線周波数信号の送信中、信号は、１又は複数の経路に沿った無線チャネルを伝搬する。各経路において、信号の位相及び振幅が変動し、それにより、異なる存続期間で異なる強度のフェーディングが信号に生じる。さらに、他の送信機によって生じるノイズ及び干渉もまた、無線接続に混信する。

無線チャネルは、実際の環境下又は該環境をシミュレートするシミュレータを用いてテストされる。実際の環境下でテストを行うことは困難であり、これは、例えば戸外でテストを行った場合、常に変化する気象及び経年変化の影響を被るからである。同一地点における複数の測定は、その時々で異なる結果を生じることになる。さらに、ある環境（町Ａ）で行ったテストが他の対応する環境（町Ｂ）において必ずしも有効であるわけではない。基本的な問題は、テストに反復性がないことであり、異なるファクタの影響を別々にテストすることができないことである。また、想定されるの最悪の状況を、実際の環境ではテストできない。

リアルタイムのシミュレーションの実現は、シミュレーション設備から多くの結果を必要とする。リアルタイム・シミュレーションとは、シミュレーション時間が実時間であることを意味している。実際の送信機と受信機との間の無線接続をモデル化することには、これら送信機と受信機との間の幾つかの信号伝搬経路を考慮することが必要である。さらに、複数のアンテナ（ＭＩＭＯ：Multiple Input, Multiple Output）が送信機及び受信機の少なくとも一方に用いられている場合、要求される伝搬経路の数がそれに連れて増大する。複数の並列経路を含んでいる伝搬経路が、モデル化すべき１つの無線チャネルに対応する。幾つかの既知のシミュレーション装置において用いられているチャネルの数は、８である。送信機及び受信機の両方に４個のアンテナが用いられている場合には、１６チャネルがシミュレーションに必要である。
チャネル数を追加することは、可能性がある干渉源によって生じることであり、これもまた実際のシミュレーションにおいて考慮しなければならない。

現実的なシミュレーションは、事象の複雑さがあるため、どのような手法であっても実現することが不可能であった。リアル・チャネル・モデルは、単純なＭＩＭＯのみのシミュレーションが最も効果的なハードウエア・シミュレータの使用を必要としていることから、シミュレーションが不可能である。現在のところ、リンク・レベル上のシミュレーションは、極めて粗い近似を使用することによるソフトウエアに基づいてのみ実行されている。例えば、リアル・チャネル・モデルの使用は、どのような手法においても不可能であった。

本発明の目的は、現実的なリアルタイム・シミュレーションを実行することができる手法を実現するための方法及び装置を提供することである。

上記した目的は、送信機と受信機との間の無線接続をリアルタイムでシミュレーションするチャネル・シミュレーション方法によって達成される。本発明の方法は、少なくとも１つの干渉信号源と受信機との間の無線接続をリアルタイムでシミュレーションし、そのシミュレーション結果をメモリに記憶し、送信機と受信機との間の無線接続のシミュレーション中、そのシミュレーション結果に、記憶されたシミュレーション結果をメモリからリアルタイムで読み出して加算するよう構成されている。

本発明はまた、無線チャネル・ブロック及びメモリを備え、チャネル・シミュレーションを実行する装置であって、送信機と受信機との間の無線接続のシミュレーションをリアルタイムで実行するよう構成された装置に関する。この装置は、少なくとも１つの干渉信号源と受信機との間の無線接続をリアルタイムでシミュレーションし、そのシミュレーション結果をメモリに記憶し、送信機と受信機との間の無線接続のシミュレーション中、そのシミュレーション結果に、記憶されたシミュレーション結果をメモリからリアルタイムで読み出して加算するよう構成されている。

本発明の方法及び装置によれば、種々の作用効果を奏することができる。本発明によれば、シミュレーションすべきチャネルの数をほぼ無制限に増大させることもできる。シミュレーション・ファクタを制限する要因はメモリの容量及び速度であるが、これら容量及び速度は必要に応じて増大することができる。

本発明によれば、現実的なシミュレーションを実現することができ、このようなシミュレーションは、従来いかなる手法によっても実現されていなかったものである。本発明は、送信機及び受信機の少なくとも一方に複数のアンテナ即ちアンテナ素子が備えられている場合であっても、適用可能である。

図１を参照して、シミュレーション装置の一例を説明する。該装置に対して、本発明の実施例を適用することができる。この例においては、受信機が干渉源１００〜１０４からの信号を受け取るとともに、送信機１０６からの所望の信号を受け取る。干渉源及び送信機は、外部信号源又はシミュレータにより生成されるもののいずれかである。

この装置は、スイッチ１０８を備え、該スイッチ１０８を介してシミュレートすべき信号源が各特定された時点で無線チャネル・ブロック１１０に切り替えられる。この無線チャネル・ブロック１１０では、信号源の信号への無線チャネルの影響がシミュレーションされる。無線チャネル・ブロックは、送信機と受信機との間の信号に生じる反射及びフェーディング等のあらゆる影響をシミュレーションするよう構成されたデバイスである。スイッチは、ソフトウエアによって制御可能である。スイッチの本質は、ロジックであり、例えば、時間分割の手段によって実現することができる。無線チャネル・ブロックからの信号は、メモリ１１２又は加算器１１４に供給され、加算器にはメモリ１１２からの信号も供給される。加算器からの出力信号１１６は、受信機の無線周波数部分に供給される。

本発明の実施例による解決策においては、１又は複数の干渉信号源１００〜１０４と受信機との間の無線接続がリアルタイムでシミュレーションされ、シミュレーションの結果がメモリ１１２に記憶される。そして、送信機と受信機との間の無線接続のシミュレーションの間、記憶されたシミュレーション結果がリアルタイムで読み出され、読み出された結果がシミュレーションに加算される。以下に、図２の（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、本発明の実施例を説明する。

第１の干渉信号源１００が、図２の（Ａ）に示すようにスイッチ１０８によって接続されて、無線チャネル・ブロック１１０に接続され、このブロックでは、該干渉信号源と受信機との間の信号への無線チャネルによる影響がリアルタイムでシミュレーションされる。シミュレーションされた無線接続は、シミュレーションすべき複数の伝搬経路で構成されている。無線チャネル・ブロックから、シミュレーション結果がメモリ１１２に提供される。

次いで、図２の（Ｂ）に示すように、スイッチ１０８によって第２の干渉信号源１０２に切り替えられて無線チャネル・ブロック１１０に接続され、このブロックにおいて、該干渉信号源と受信機との間の信号への無線チャネルによる影響がリアルタイムでシミュレーションされる。シミュレーションされた無線接続は、シミュレーションすべき複数の伝搬経路で構成されている。無線チャネル・ブロックから、シミュレーション結果がメモリ１１２に提供される。そして、シミュレーション結果は、以前に記憶されたシミュレーション結果と同期されて結合される。

同様にして、干渉信号源がスイッチ１０８によって順次切り替えられて無線チャネル・ブロック１１０に接続され、これは、最後の干渉信号源１０６が割り当てられるまで継続する。図２の（Ｃ）に示すように、スイッチ１０８によって最後のｎ番目の干渉信号源１０４に切り替えられて無線チャネル・ブロック１１０に接続され、このブロックにおいて、該干渉信号源と受信機との間の信号への無線チャネルによる影響がシミュレーションされる。シミュレーション結果はメモリ１１２に提供され、そして、シミュレーション結果は、以前に記憶されたシミュレーション結果と同期されて結合される。したがって、この時点では、全ての干渉信号源１００〜１０４のシミュレーション結果がメモリに記憶されることになる。

次に、図２の（Ｄ）に示すように、スイッチ１０８によって、送信機１０４が無線チャネル・ブロック１１０に接続され、送信機と受信機との間の無線チャネルがリアルタイムでシミュレーションされる。シミュレーション結果は、加算器１１４に入力される。加算器には、第２の入力としてメモリ１１２からの信号が入力される。加算器では、上記した干渉信号源のシミュレーション結果が、送信機と受信機との間での信号のシミュレーション結果に同期して加算される。最終的なシミュレーション結果１６は、受信機の無線周波数部分に供給される。

マルチチャネルのシミュレータが使用された場合、各干渉信号源及び送信機のシミュレーション中に、複数の伝搬経路が同時にシミュレーションされる。同様に、複数の信号源を同時にシミュレーションしてそれらのシミュレーション結果をメモリ１１２にリアルタイムで記憶することができる。
一実施例においては、送信機の切替及びシミュレーションの実行は、適宜のソフトエアによって実行される。この場合、信号源によって生成される信号は、ソフトエアによってリアルタイム又は非リアルタイムで生成され、同様にしてシミュレータに供給される。

図３は、本発明の実施例の動作のブロック図を示している。
ステップ３００において、シミュレーション・パラメータが設定される。このステップでは、シミュレーションで使用するチャネル・モデル、信号源、及び他のパラメータの選択及びシミュレータへの提供が行われる。
ステップ３０２において、信号源が無線チャネル・ブロックに切り替え接続される。

ステップ３０４において、信号源のリアルタイム・シミュレーションが実行され、そのシミュレーション結果がメモリに記憶される。メモリが以前に実行された信号源のシミュレーション結果を既に記憶している場合には、シミュレーション結果が時間的に同期するように結合される。
ステップ３０６において、さらにシミュレーションすべき信号源が残存しているかどうかが判定される。複数の信号源が残っている場合、ステップ３０２に戻り、信号源が１つだけ残っている場合、ステップ３０８に進む。

ステップ３０８では、シミュレーションすべき最後の信号源が無線チャネル・ブロックに接続される。
ステップ３１０において、無線チャネル・ブロックにおいて、最後の信号源の信号のシミュレーションが実行される。同時に、それまでに記憶されたシミュレーション結果がメモリから読み出されて、加算器において、結合される。このようにして、全ての信号源のシミュレーション結果が加算器の出力に同時に現れる。

例えば、送信機と受信機との間の無線チャネルをシミュレーションする際、送信機と受信機とにそれぞれ４つのアンテナ即ちアンテナ素子が使用されている場合を想定する。言い換えると、４×４のＭＩＭＯを必要としているものとする。さらに、この状況に、近くにある５つのＭＩＭＯ送信機がどのように影響するかをテストするものとする。５つの送信機は連続的にシミュレーションすることができ、そして、上記したように、それらのシミュレーション結果をメモリに記憶することができる。シミュレーションの実行中、シミュレータに組み込まれているか又は外部の１つの信号源が、近隣の５つのＭＩＭＯ送信機のシミュレーションに使用することができる。これにより、低コスト化することができる。たとえば、各シミュレーション時間が１５分である場合、全体のシミュレーション時間は６×１５＝９０分となる。この時間は、ソフトウエア・ベースのシミュレータで実行されるシミュレーションの時間に対比して短い時間である。

シミュレーションすべき信号源の数には制限がない。使用するメモリの容量は大容量のものを選択すべきである。メモリは、１又は複数のハード・ディスクで構成することができ、ハード・ディスクの数は必要に応じて増大させることができる。以前に記憶されたデータは、同時に読み出され、新しく得られたシミュレーション結果が読み出された結果に結合され、そして、結合された結果が記憶されるようにすることが必要である。一実施例においては、受信機当たり２つのハード・ディスクが使用される。１つのハード・ディスクは読み出しに使用され、他のハード・ディスクは書き込みに使用される。そして、次のステップでは、ハード・ディスクの機能が交換される。

次に、必要なメモリ容量について検討する。各シミュレーション時間が１５分であり、周波数８０ＭＨｚでサンプルがシミュレーション中に算定されるものとする。算定されるサンプルは、１６ビットであり、信号のＩ及びＱ分岐毎に分離して算定される。したがって、記憶すべきデータ量は、２８８ＧＢで３２０ＭＢ／秒である。現在のハード・ディスクの最高速のデータ転送速度は、１５０〜６００ＭＢ／秒であり、これは、用いるインターフェースのタイプに依存している。ハード・ディスクは通常、大容量（８〜１６ＭＢ）の内部キャッシュ・メモリを有しており、したがって、必要なデータ転送容量は、２つのハード・ディスクによって実現することができる。
一実施例においては、最終的なシミュレーション結果もメモリに記憶される。これにより、後に受信機の動作をテストする際に、このシミュレーション結果を使用することができる。

図４の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明の解決手法が適用可能なシミュレーション環境の一例を示している。図４は、送信機ＴＸ１、及び該送信機からの信号を受け取る受信機ＲＸ１を示している。送信機ＴＸ１及び受信機ＲＸ１はそれぞれ、４つのアンテナすなわちアンテナ素子を備えている。図４ではさらに、送信機ＴＸ１と受信機ＲＸ１との間の接続に干渉する２つの端末ＴＸ２及びＴＸ３が存在することを示している。これら端末もそれぞれ４つのアンテナすなわちアンテナ素子を備えている。さらに、それぞれが１つのアンテナを有する２つの送信機ＴＸ４及びＴＸ５も考慮すべきものとして示している。シミュレーションの間、受信機及び全ての送信機は移動可能である。送信信号の方向、偏向、及び他の特性は、時間経過に連れて変動するものとする。図４の（Ａ）は、時点ｔ０におけるそれぞれの装置の位置関係を示している。図４の（Ｂ）は、それから所定時間後の時点ｔ１における装置の位置関係を示している。これら図では、送信機ＴＸ２及びＴＸ３並びに受信機ＲＸ１が移動し、ＴＸ１、ＴＸ４及びＴＸ５は時点ｔ０から位置を変更しなかったことを示している。

このような例において、送信機ＴＸ１と受信機ＲＸ１との間の無線チャネルがどのようにしてシミュレーションされるかを説明する。ここに記述するシミュレーション順番は実行可能な解決法の一例であることを指摘しておく。シミュレーションは、例えば、干渉送信機ＴＸ２と受信機ＲＸ１との間の接続４００をシミュレーションすることから開始される。これら２つの装置は４つのアンテナ即ちアンテナ素子を備え、したがって、接続は、１６の関連するチャネル即ち伝搬経路を有することになる。この状態は、通常のＭＩＭＯシミュレーションによりシミュレートすることができる。したがって、シミュレーションにおいては、受信機ＲＸ１のアンテナ素子Ａ１が送信機ＴＸ２のすべてのアンテナ素子からの信号を受信し、受信機ＲＸ１の他のアンテナ素子Ａ２、Ａ３及びＡ４も同様に受信する。送信機ＴＸ２及び受信機ＲＸ１の両者の任意移動も考慮される。シミュレーション結果は、メモリに記憶される。

次に、送信機ＴＸ３と受信機ＲＸ１との間の接続４０２がシミュレーションされる。このシミュレーションは、先のステップと同様にして行われる。シミュレーション結果は、以前のシミュレーション結果と同期してメモリに記憶される。これにより、メモリには、受信機ＲＸ１における、送信機ＴＸ２及びＴＸ３から信号の結合された影響が記憶される。

次に、送信機ＴＸ４と受信機ＲＸ１との間の接続４０４がシミュレーションされる。送信機ＴＸ４は１つのアンテナを備えており、したがって、この接続は４つの関連するチャネルを有することになる。シミュレーション結果は、以前のシミュレーション結果と同期してメモリに記憶される。これにより、メモリには、受信機ＲＸ１における、送信機ＴＸ２、ＴＸ３及びＴＸ４からの信号の結合された影響が記憶される。

次に、送信機ＴＸ５と受信機ＲＸ１との間の接続４０６がシミュレーションされる。このシミュレーションは、送信機ＴＸ５もまた１つのアンテナを有しているので、先のステップと同様にして行われる。シミュレーション結果は、以前のシミュレーション結果と同期してメモリに記憶される。これにより、メモリには、受信機ＲＸ１における、送信機ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４、及びＴＸ５からの信号の結合された影響が記憶される。

最後に、送信機ＴＸ１と受信機ＲＸ１との間の接続４０８がシミュレーションされる。これら装置はそれぞれ４つのアンテナすなわちアンテナ素子を有しており、したがって、この接続は、１６個の関連するチャネルを有することになる。シミュレーション中、この接続に関するシミュレーション結果に、干渉源ＴＸ２、ＴＸ３、ＴＸ４及びＴＸ５のシミュレーション結果がメモリから読み出されて加算される。このように、最終シミュレーションでは、５６の並列チャネルのシミュレーションが行われる。

異なる送信機に関する個別の信号源が上記した例で必ずしも必要とされない。複数の送信機の複数の接続のシミュレーションが異なる時間に生じるので、該複数の送信機のシミュレーションでは上記と同一の信号源を使用することができる。例えば、送信機ＴＸ１、ＴＸ２及びＴＸ３は、同一の信号源を用いてシミュレーションすることができる。このようにすることにより、シミュレーション装置の価格及び複雑性を低減することができる。

本発明を図面を参照して説明したが、本発明は上記例に限定されるものではなく、特許請求の範囲の技術的範囲内で種々の変更が可能であることは明らかであろう。

シミュレーション装置の一例を示す図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の実施例を示す図である。 フロー図形態で示した実施例を示す図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、シミュレーション環境の一例を示す図である。

Claims (10)

1. 送信機（１０６）と受信機との間のチャネル・シミュレーションを実行する装置であって、
   少なくとも１つの干渉信号源（１００〜１０４）と、
   前記干渉信号源又は送信機（１０６）と接続して無線接続を連続的にシミュレーションする無線チャネル・シミュレーション・ブロック（１１０）と、
   前記干渉信号源（１００〜１０４）が前記無線チャネル・シミュレーション・ブロック（１１０）に接続されている場合、前記無線接続のシミュレーション中、シミュレーション結果を記憶するメモリ（１１２）とを備え、前記装置は、
   前記送信機（１０６）が前記無線チャネル・シミュレーション・ブロック（１１０）に接続されている場合、前記送信機と前記受信機との間の無線接続のリアルタイムのシミュレーション中、前記メモリ（１１２）から前記記憶されたシミュレーション結果を読み出し、前記リアルタイムのシミュレーション結果に、前記読み出されたシミュレーション結果を時間的に同期して加算する
   よう構成されていることを特徴とする装置。
2. 請求項１記載の装置において、シミュレーションすべき１又は複数の無線接続は、シミュレーションすべき複数の伝搬経路を含んでいることを特徴とする装置。
3. 請求項１記載の装置において、前記干渉信号源（１００〜１０４）は外部信号源であることを特徴とする装置。
4. 請求項１記載の装置において、前記干渉信号源（１００〜１０４）は、当該装置の内部の信号源で構成されていることを特徴とする装置。
5. 請求項１記載の装置において、前記干渉信号源（１００〜１０４）のうち２つ以上は、同一の信号源で構成されていることを特徴とする装置。
6. 請求項１記載の装置において、該装置は、シミュレーションすべき信号源を各所定時間にシミュレーション・ブロックに接続させるよう切り替えるためのプログラマブル・スイッチ（１０８）を備えていることを特徴とする装置。
7. 請求項１記載の装置において、送信機（１０６）、受信機、若しくは１又は複数の干渉信号源（１００〜１０４）は、複数のアンテナ素子を備えていることを特徴とする装置。
8. 送信機（１０６）と受信機との間の無線接続のシミュレーションを実行するチャネル・シミュレーション方法において、
   少なくとも１つの干渉信号源（１００〜１０４）と受信機との間の無線接続をシミュレーションし、そのシミュレーション結果をメモリ（１１２）に記憶するステップと、
   前記送信機と前記受信機との間の無線接続のリアルタイムのシミュレーション中、前記メモリ（１１２）から前記記憶されたシミュレーション結果を読み出し、前記リアルタイムのシミュレーション結果に、前記読み出されたシミュレーション結果を時間的に同期して加算するステップと
   からなることを特徴とする方法。
9. 請求項８記載の方法において、複数の干渉信号源（１００〜１０４）が同一の信号源を用いることによって構成されていることを特徴とする方法。
10. 請求項８記載の方法において、該方法は、
    最初の干渉信号源をシミュレーション・ブロックに接続させるステップと、
    該接続された干渉信号源と前記受信機との間の無線接続をシミュレーションするステップと、
    得られたシミュレーション結果をメモリに記憶するステップと、
    次の干渉信号源をシミュレーション・ブロックに接続させるステップと、
    該接続された干渉信号源と前記受信機との間の無線接続をシミュレーションするステップと、
    得られたシミュレーション結果を前記メモリに記憶されたシミュレーション結果と加算するステップと、
    全ての干渉信号源に関するシミュレーションが終了するまで、次の干渉信号源を接続させる前記ステップ、前記シミュレーションするステップ及び前記加算するステップを繰り返すステップと、
    前記送信機をシミュレーション・ブロックに接続するステップと、
    前記送信機と前記受信機との間の無線接続をリアルタイムでシミュレーションするステップと、
    前記メモリから記憶されたシミュレーション結果を読み出すステップと、
    前記送信機と前記受信機との間の無線接続のシミュレーション結果に、前記メモリから読み出されたシミュレーション結果を時間的に同期して加算するステップと
    からなることを特徴とする方法。

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