JP5211194B2 - MIMO fading simulator - Google Patents
MIMO fading simulator Download PDFInfo
- Publication number
- JP5211194B2 JP5211194B2 JP2011096970A JP2011096970A JP5211194B2 JP 5211194 B2 JP5211194 B2 JP 5211194B2 JP 2011096970 A JP2011096970 A JP 2011096970A JP 2011096970 A JP2011096970 A JP 2011096970A JP 5211194 B2 JP5211194 B2 JP 5211194B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- output
- input
- calibration
- circuit
- channel
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Radio Transmission System (AREA)
Description
本発明は、MIMOフェージングシミュレータに関するものである。 The present invention relates to a MIMO fading simulator.
無線通信において、複数の送受信アンテナを用いて信号伝送を行うMIMO(マルチインプット・マルチアウトプット)が注目されている。MIMOでは、複数の送信アンテナ間で相関のない信号を送信することで信号の空間多重を行い、また、複数の受信アンテナを用いて受信機においてそれらを分離することで高い伝送レートを実現できる。また、時空間符号化によって送信アンテナ間で相関のある信号を送信し、ダイバーシチ利得を向上させることで高信頼な伝送を実現することもできる。 In wireless communication, MIMO (multi-input multi-output), which performs signal transmission using a plurality of transmission / reception antennas, has attracted attention. MIMO performs spatial multiplexing of signals by transmitting uncorrelated signals between a plurality of transmitting antennas, and can achieve a high transmission rate by separating them at a receiver using a plurality of receiving antennas. Also, highly reliable transmission can be realized by transmitting a signal having a correlation between transmitting antennas by space-time coding and improving diversity gain.
MIMOにおける様々な伝送方式を評価するためには、無線伝搬環境をモデル化したチャネルモデルが必要となる。IEEE802.11nによる無線LANの標準化においてもMIMO化の検討が行われており、伝送方式を評価するためのチャネルモデルがすでに非特許文献1で提案されている。
In order to evaluate various transmission schemes in MIMO, a channel model that models the radio propagation environment is required. In standardization of wireless LAN based on IEEE802.11n, examination of MIMO is underway, and a channel model for evaluating a transmission method has already been proposed in
MIMO伝送方式を評価する方法としては、まず、チャネルモデルに基づいて計算機シミュレーションを行う。次に、送信機と受信機の試作を行い、実際にRF信号またはIF信号により室内伝送実験系において評価を行う。その際、実際の伝搬路を模擬するのがフェージングシミュレータである。すなわち、フェージングシミュレータは、RF、或いはIFアナログ入出力でチャネルモデルを実現したものである。MIMO用のフェージングシミュレータも非特許文献1に記載されているチャネルモデルに基づいて作成することができるが、いくつかの問題点が考えられる。
As a method for evaluating the MIMO transmission method, first, a computer simulation is performed based on a channel model. Next, we will make a prototype of a transmitter and a receiver and actually evaluate them in an indoor transmission experiment system using RF or IF signals. At that time, a fading simulator simulates an actual propagation path. That is, the fading simulator realizes a channel model with RF or IF analog input / output. A fading simulator for MIMO can also be created based on the channel model described in Non-Patent
まず、MIMOフェージングシミュレータでは、MIMOに伴ってアナログ入力回路(ダウンコンバータ)及びアナログ出力回路(アップコンバータ)が複数となるため、それらの回路特性のばらつきや回路による歪により設定した通りのチャネルモデルを実現することができない。さらに、MIMOフェージングシミュレータにより歪が増えてしまうので、出力SNRが低下するなどの問題がある。非特許文献1ではこれらの解決法を明示していない。
First, in the MIMO fading simulator, there are multiple analog input circuits (down converters) and analog output circuits (up converters) along with MIMO. Therefore, the channel model as set by the variation in circuit characteristics and distortion by the circuit is used. It cannot be realized. Furthermore, since the distortion is increased by the MIMO fading simulator, there is a problem that the output SNR is lowered. Non-Patent
また、非特許文献1ではオムニアンテナのみを想定しているが、実際には様々なアンテナの使用が考えられるので、非特許文献1に基づいたMIMOフェージングシミュレータではこれらのアンテナに対応できないという問題がある。
In Non-Patent
これらの問題を解決した高精度なMIMOフェージングシミュレータは今まで提案されていない。 A high-precision MIMO fading simulator that solves these problems has not been proposed so far.
従来のMIMOフェージングシミュレータでは、以下のような問題点がある。
1.複数のアナログ入出力回路における回路特性のばらつきや回路による歪により設定
した通りのチャネルモデルを実現できない。
2.アンテナ指向性及び素子間結合係数を考慮に入れることができないので、オムニア
ンテナ以外のアンテナを使用した場合のMIMOチャネルを高精度に実現できない。
以上の点を考慮すると、アナログ入出力回路における回路特性のばらつきや回路による歪を補償でき、アンテナ指向性及び素子間結合係数を考慮に入れてチャネル係数を生成できるMIMOフェージングシミュレータは存在しない。
The conventional MIMO fading simulator has the following problems.
1. It is impossible to realize a channel model as set due to variations in circuit characteristics in a plurality of analog input / output circuits and distortion caused by circuits.
2. Since the antenna directivity and the coupling coefficient between elements cannot be taken into consideration, the MIMO channel when using an antenna other than the omni antenna cannot be realized with high accuracy.
In consideration of the above points, there is no MIMO fading simulator that can compensate for variations in circuit characteristics and circuit distortion in an analog input / output circuit, and that can generate channel coefficients in consideration of antenna directivity and inter-element coupling coefficients.
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、複数のRF、或いはIFのアナログ入出力回路、すなわち、ダウンコンバータ及びアップコンバータにおける回路特性のばらつきや回路による歪を校正でき、さらに、アンテナ指向性及び素子間結合係数を用いてMIMOチャネルの相関係数を導出して、それを用いてチャネル係数を生成することができる高精度なMIMOフェージングシミュレータを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and can calibrate variations in circuit characteristics and distortion caused by circuits in a plurality of RF or IF analog input / output circuits, that is, down converters and up converters. An object of the present invention is to provide a highly accurate MIMO fading simulator capable of deriving a correlation coefficient of a MIMO channel using antenna directivity and an inter-element coupling coefficient and generating a channel coefficient using the MIMO channel correlation coefficient.
本発明によれば、M個の入力端子とN個の出力端子を有し、M個の送信アンテナとN個の受信アンテナ間の伝送路特性をシミュレートするMIMOフェージングシミュレータは、
上記M個の入力端子からの入力信号を複素ベースバンド入力信号に変換するM個のダウンコンバータと、Mは正の整数であり、
上記複素ベースバンド入力信号に対し、上記ダウンコンバータが生成した歪の補償を行って校正後入力信号として出力するM個の入力校正回路と、
上記M個の入力校正回路からの上記校正後入力信号が与えられ、M入力−N出力間にMN個のチャネルをそれぞれJタップの有限インパルス応答フィルタ、以下FIRフィルタと呼ぶ、で形成するチャネル形成回路と、N、Jは正の整数であり、
MN個の上記FIRフィルタにそれぞれのチャネルの特性をシミュレートするJ個のチャネル係数を与えるチャネル係数生成器と、
上記チャネル形成回路のN個の出力が与えられ、それぞれ歪補償を行って複素ベースバンド信号である校正後出力信号として出力するN個の出力校正回路と、
上記N個の出力校正回路の校正後出力信号をそれぞれアップコンバートして上記N個の出力端子に出力するN個のアップコンバータ、
とを含み、上記チャネル係数生成器は、上記M個の送信アンテナとN個の受信アンテナのアンテナ指向性および素子間結合係数を含んだアンテナ・空間相関係数に基づいてそれぞれ上記J個のチャネル係数を生成して上記MN個のFIRフィルタに対し設定し、上記N個の出力校正回路は上記チャネル形成回路のN個の出力に対し、上記N個のアップコンバータが生成する歪をそれぞれ補償するよう処理を行って上記校正後出力信号を生成し、
複素ガウス乱数を生成するMNJ個の複素ガウス乱数生成器と、
上記複素ガウス乱数に対し設定したドップラースペクトルと成るように重み付け係数を畳み込み演算するMNJ個のドップラーフィルタと、
上記アンテナ指向性及び上記素子間結合係数を用いてアンテナ・空間相関係数を生成するアンテナ・空間相関係数生成器と、
上記ドップラーフィルタの出力であるドップラーチャネル係数に上記アンテナ・空間相関係数の出力であるアンテナ・空間相関係数を乗算して相関チャネル係数を生成するJ個のアンテナ・空間相関係数乗算器、
とを更に含み、
上記生成された相関チャネル係数から上記チャネル係数が得られる、
ように構成されている。
According to the present invention, a MIMO fading simulator having M input terminals and N output terminals and simulating transmission path characteristics between M transmission antennas and N reception antennas is provided as follows:
M downconverters that convert input signals from the M input terminals into complex baseband input signals, and M is a positive integer.
M input calibration circuits for compensating the distortion generated by the down converter for the complex baseband input signal and outputting as a post-calibration input signal;
The channel formation formed by the calibrated input signals from the M input calibration circuits and the MN channels between the M inputs and the N outputs, which are respectively called J-tap finite impulse response filters, hereinafter referred to as FIR filters. Circuit, N and J are positive integers,
A channel coefficient generator that gives the MN FIR filters J channel coefficients that simulate the characteristics of each channel;
N output calibration circuits which are provided with N outputs of the channel forming circuit and which respectively perform distortion compensation and output as post-calibration output signals which are complex baseband signals;
N up-converters that up-convert the output signals after calibration of the N output calibration circuits and output the signals to the N output terminals, respectively.
And the channel coefficient generator includes the J channels based on antenna directivity and inter-element coupling coefficients of the M transmitting antennas and the N receiving antennas. Coefficients are generated and set for the MN FIR filters, and the N output calibration circuits compensate for the distortion generated by the N up-converters for the N outputs of the channel forming circuit, respectively. To generate the output signal after calibration,
MNJ complex Gaussian random number generators that generate complex Gaussian random numbers;
MNJ Doppler filters that convolve weighting coefficients so as to be a Doppler spectrum set for the complex Gaussian random number,
An antenna / spatial correlation coefficient generator that generates an antenna / spatial correlation coefficient using the antenna directivity and the inter-element coupling coefficient;
J antenna / spatial correlation coefficient multipliers that generate a correlation channel coefficient by multiplying the Doppler channel coefficient that is the output of the Doppler filter by the antenna / spatial correlation coefficient that is the output of the antenna / spatial correlation coefficient;
Furthermore, look at including a door,
The channel coefficient is obtained from the generated correlation channel coefficient.
It is configured as follows.
この発明のMIMOフェージングシミュレータによれば、入力校正回路、或いは出力校正回路を用いることで、M個のダウンコンバータ、或いはN個のアップコンバータ間の回路特性のばらつきを補償でき、さらに、アンテナ指向性に基づいてMIMOチャネルの相関係数を導出して、それを用いてチャネル係数を生成することで、実環境に近いフェージング伝送路を模擬できる。 According to the MIMO fading simulator of the present invention, by using an input calibration circuit or an output calibration circuit, it is possible to compensate for variations in circuit characteristics among M down-converters or N up-converters, and antenna directivity. By deriving the correlation coefficient of the MIMO channel based on, and generating the channel coefficient using it, a fading transmission path close to the real environment can be simulated.
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, will be described with reference to the drawings forms condition for carrying out the present invention.
まず、MIMOフェージングシミュレータに係るこの発明を実施するための形態について説明する。MIMOフェージングシミュレータの構成を図1に示す。この発明のMIMOフェージングシミュレータは、送信側のM個のアンテナ(図示せず)と受信側のN個のアンテナ(図示せず)との間に形成されるM×Nチャネルの伝送路をシミュレートする。M,Nは1以上の整数である。従って、M個の入力端子11〜1Mは送信側のM個の送信アンテナに対応し、出力端子151〜15Nは受信側のN個の受信アンテナに対応する。
図1に示されるように、本発明に係るMIMOフェージングシミュレータは、M個の入力端子11〜1Mに接続されたM個のダウンコンバータ21〜2Mと、M個のアナログ・ディジタル変換器(以下、ADCと呼ぶ)31〜3Mと、M個の入力校正回路41〜4Mと、チャネル形成回路5と、チャネル係数生成器7と、 N個の加算器81〜8Nと、N個の雑音生成器91〜9Nと、N個の出力校正回路101〜10Nと、N個のディジタル・アナログ変換器(以下、DACと呼ぶ)111〜11Nと、N個のアップコンバータ121〜12Nと、N個の出力端子151〜15Nに接続されたN個の可変減衰器131〜13Nから構成される。
チャネル形成回路5はM入力−N出力間にMN個のチャネルを形成する回路であり、各入力端子1m(m=1, 2, …, M)に対応して設けられたN個のチャネルの伝送特性を規定するN個のFIRフィルタ5m1〜5mNと、各出力端子15n(n=1, 2, …, N)に対応して設けられたM入力加算器6nとから構成されている。
First, a description will be given shape state for carrying out the invention according to the MIMO fading simulator. The configuration of the MIMO fading simulator is shown in FIG. The MIMO fading simulator of the present invention simulates an M × N channel transmission path formed between M antennas (not shown) on the transmission side and N antennas (not shown) on the reception side. To do. M and N are integers of 1 or more. Accordingly,
As shown in FIG. 1, the MIMO fading simulator according to the present invention includes M down-converters 2 1 to 2 M connected to M
The
MIMOフェージングシミュレータは、入力端子11〜1Mから入力されたRF、或いはIFのアナログ入力信号に対して、ダウンコンバータ21〜2Mを用いて周波数変換及び直交復調を行って複素ベースバンド入力信号に変換し、さらに、ADC31〜3Mを用いてサンプリングすることでディジタル信号である入力信号に変換する。
MIMO fading simulator performs frequency conversion and quadrature demodulation using downconverter 2 1 to 2 M for RF or IF analog input signal input from
各入力校正回路41〜4Mは同様の構成であり、図2に入力校正回路4mを示すように入力歪補償回路4Aと歪学習回路4Bとから構成され、後述するように入力信号に対して歪補償を行い、校正後入力信号を出力する。各入力校正回路4mからの校正後入力信号はチャネル形成回路5内のN個のチャネルをシミュレートするN個のFIRフィルタ5m1〜5mNに分配され、それぞれチャネル係数生成器7により設定された伝送路特性の影響が与えられる。各入力端子1mに対応するN個のFIRフィルタ5m1〜5mNのうちのn番目のFIRフィルタ5mnの出力が出力端子15nに対応するM入力加算器6nに与えられ、従って、各M入力加算器6nはM個のFIRフィルタ51n〜5Mnの出力を加算する。
Each input calibration circuit 4 1 to 4 M is the same structure, is composed of an input
受信側のn番目の受信アンテナに対応するM入力加算器6nの出力は加算器8nで雑音生成器9nから与えられた雑音が加算され、加算結果は出力校正回路10nに与えられる。各出力校正回路10nは、図3に示すように出力歪補償回路10Aと、トレーニング信号生成回路10Bと、信号選択スイッチ10Cとから構成され、後述するように出力校正回路10nの入力信号に対しアップコンバータ12nが生成する歪を補償する校正後出力信号を生成する。DAC11nは、校正後出力信号をアナログ信号である複素ベースバンド出力信号に変換する。アップコンバータ12nは、複素ベースバンド出力信号を直交変調及び周波数変換によりRF、或いはIFに変換し、更に、可変減衰器13nは後述するチャネル係数生成器7のパスロス乗算器により設定するパスロスに合わせて出力信号レベルが最適なダイナミックレンジとなるようアップコンバータ12nの出力を減衰させ、出力端子15nよりアナログ出力信号を出力する。N個の校正後出力信号に対してそれぞれこれらの処理が行われる。
The output of the M input adder 6 n corresponding to the nth receiving antenna on the receiving side is added with the noise given from the noise generator 9 n by the adder 8 n , and the addition result is given to the output calibration circuit 10 n. . As shown in FIG. 3, each output calibration circuit 10 n includes an output
以下、より詳細に主要部の説明を行う。
入力校正回路4m(m=1, 2, …, M)の構成を図2に示す。入力校正回路4mは、歪補償回路4Aと歪学習回路4Bから構成される。m番目のダウンコンバータ2mの入力信号をst mとし、ダウンコンバータ2mのDCオフセットを表す2次元のベクトルをad mとし、IQインバランスおよびチャネル間偏差を表す2行2列の行列をDmとすると、ダウコンバータ2mの出力、従ってADC3mの出力sbb mは次式で表される。
歪学習回路4Bでは、以下の3つのステップによりダウンコンバータ2mのDCオフセットを表す2次元のベクトルad mとIQインバランスおよびチャネル間偏差を表す2行2列の行列Dmを求める。
(a) 第1のステップとして基準信号発生器(図示せず)を入力端子1mに接続する。
(b) 第2のステップとして基準信号発生器の出力をオフにした状態、即ちst m=0の状態
でADC3mの出力信号
を観測し、式(1) におけるDCオフセットを表すベクトルad mを推定する。
(c) 第3のステップとして基準信号発生器より予め決められた校正用のトレーニング信号
を入力してADC3mの出力sbb mを測定し、式(1) によりIQインバランスおよびチャネル間偏差を表す行列Dmを推定する。
入力歪補償回路4Aでは以下の式(3) によりADC3mの出力信号sbb mに対してDCオフセットとIQインバランスおよびチャネル間偏差Dmの補償を行い、校正後入力信号
を出力する。
ここでは基準信号発生器を入力端子1mに接続したが、図3に示した出力校正回路10nのトレーニング信号生成回路10Bにおいて出力歪補償を行ったトレーニング信号を生成し、信号選択スイッチ10Cをトレーニング信号生成回路10B側に切り替え、出力端子15nを入力端子1mに結線することによっても同様の校正を行うことができる。
Hereinafter, the main part will be described in more detail.
FIG. 2 shows the configuration of the input calibration circuit 4 m (m = 1, 2,..., M). The input calibration circuit 4 m includes a
In the
(a) As a first step, a reference signal generator (not shown) is connected to the
(b) While the machine is turned off the output of the reference signal generator as a second step, namely s t m = 0 in the state ADC 3 m of the output signal
And a vector a d m representing the DC offset in the equation (1) is estimated.
(c) As a third step, a training signal for calibration predetermined by the reference signal generator
Input to the measured output s bb m of ADC 3 m, to estimate the matrix D m representing the IQ imbalance and interchannel deviation by the formula (1).
Performs compensation of the DC offset and the IQ imbalance and interchannel deviation D m relative to the output signal s bb m of ADC 3 m by the input
Is output.
Here, the reference signal generator is connected to the
チャネル係数生成器7は、チャネル係数を生成して出力する。チャネル係数生成器7の詳細について後述する。チャネル形成回路5のJタップFIRフィルタ5mnは、m(m=1,2,…,M)番目の入力端子1mから入力された信号に対してチャネル係数を畳み込み、n(n=1,2,…, N)番目の出力端子15nに出力する。さらに、このFIRフィルタ5mn用のチャネル係数hmn,j(tk)(j=1, 2, …, J)とする。ここで、tkはサンプリング時刻であり、サンプリング間隔Δtの整数倍である。FIRフィルタ5mnは、m番目の入力校正回路4の出力である校正後入力信号sm(tk)を入力し、重み付け係数としてチャネル係数hmn,j(tk)を用いて、チャネル信号smn(tk)を生成する。このとき、チャネル信号smn(tk)は
となる。さらに、M入力加算器6nは、smn(tk)をmに関してM個加算してn番目の出力端子15nから出力されるチャネル受信信号yn(tk)を生成する。チャネル受信信号yn(tk)は
となる。
The
It becomes. Further, the M input adder 6 n adds M s mn (t k ) with respect to m to generate a channel reception signal y n (t k ) output from the nth
It becomes.
雑音生成器9nは、雑音として平均が0で、分散が設定値となる複素ガウス乱数wn(tk)を生成する。さらに、加算器8nは、チャネル受信信号yn(tk)と、雑音wn(tk)とを加算して出力信号
rn(tk)=yn(tk)+wn(tk) (6)
を出力する。
The noise generator 9 n generates a complex Gaussian random number w n (t k ) whose mean is 0 as noise and whose variance is a set value. Further, the adder 8 n adds the channel reception signal y n (t k ) and the noise w n (t k ) to output a signal.
r n (t k ) = y n (t k ) + w n (t k ) (6)
Is output.
出力校正回路10nは、図3に示したように出力歪補償回路10Aと、トレーニング信号生成回路10Bと、信号選択スイッチ10Cから構成され、出力信号に対して歪補償を行い、校正後出力信号を出力する。n番目のアップコンバータ12nのDCオフセットを表す2次元ベクトルをau nとし、IQインバランスおよびチャネル間偏差を表す2行2列の行列をMnとし、トレーニング信号生成回路10Bが生成するトレーニング信号をrt nとし、アップコンバータ12nの出力信号をsnとすると、出力信号snは
sn=Mnrt n+Mnau n (7)
と表される。そこで、歪学習を行う場合は、入力校正回路4mの歪学習回路4Bを使って、以下の4つのステップによりアップコンバータ12nのMnとau nを求める。
As shown in FIG. 3, the output calibration circuit 10 n includes an output
s n = M n r t n + M n a u n (7)
It is expressed. Therefore, when performing the distortion learning, using the
(a) 第1のステップとして、信号選択スイッチ10Cをトレーニング信号生成回路10B側に切り替え、出力端子15nを入力端子1mに結線する。
(b) 第2のステップとしてトレーニング信号生成回路10Bの出力をオフにした状態、即ちrt n=0の状態で、歪学習回路4Bにより校正後入力信号smを観測する。ダウンコンバータ2mの歪は入力歪補償回路4Aにより補償されているのでsm=snである。従って、式(7)によりDCオフセットを表すベクトルau nとIQインバランスおよびチャネル間偏差を表す行列Mnの積を推定することができる。
(c) 第3のステップとしてトレーニング信号生成回路10Bにより予め決められた校正用のトレーニング信号
を出力し、その状態で歪学習回路4Bにより校正後入力信号smを観測して式(7) によりIQインバランスおよびチャネル間偏差を表す行列Mnを推定する。
(d) 第4のステップとして、第2のステップで推定したMnau nと第3のステップで推定したMnからDCオフセットを表すベクトルau nを求める。得られたMnとau nは出力校正回路10nの出力歪補償回路10Aに与えられる。
出力歪補償回路10Aでは以下の式(9) により加算器8nの出力信号ベクトル
に対してDCオフセットとIQインバランスおよびチャネル間偏差の補償を行い、校正後出力信号
を出力する。
ここでは出力端子15nを入力端子1mに結線し、歪学習回路4BでDCオフセットとIQインバランスおよびチャネル間偏差を学習したが、出力端子15nに信号解析器を接続して信号の解析を行うことによっても同様の校正を行うことができる。
(a) As a first step, the
(b) While the machine is turned off the output of the training
(c) As a third step, a training signal for calibration predetermined by the training
Outputs, estimates the matrix M n representing the IQ imbalance and interchannel deviation by the formula (7) by observing the calibration after the input signal s m by the
(d) a fourth step, determine the vector a u n representing the DC offset from the M n a u n estimated by the second step M n estimated by the third step. M n and a u n obtained is applied to the output
In the output
DC offset, IQ imbalance and inter-channel deviation compensation, and output signal after calibration
Is output.
Here, the
以上のことから、本発明を実施するための形態によれば、入力校正回路及び出力校正回路を用いることで、M個のダウンコンバータ及びN個のアップコンバータ間のIQインバランス及びDCオフセット等による歪や回路特性のばらつきを補償でき、設定した通りの高精度なMIMOチャネルを実現できる。 From the above, according to the shape condition for carrying out the present invention, by using the input calibration circuit and output the calibration circuit, M-number of the down-converter and the N IQ imbalance and DC offset between up-converter or the like Can compensate for distortions and circuit characteristics variations, and realize a highly accurate MIMO channel as set.
次に、チャネル係数生成器7の構成例を図4に示す。図4に示すように、本発明に係るチャネル係数生成器7は、第1〜第Jパス成分生成器141〜14Jとアンテナ空間相関係数生成器14Kとから構成されている。Jは1以上の整数である。第1パス成分生成器141は、 MN個の複素ガウス乱数生成器14A1〜14AMNと、MN個のドップラーフィルタ14B1〜14BMNと、アンテナ・空間相関係数乗算器14Cと、MN個のパス電力乗算器14D1〜14DMNと、MN個の見通し成分加算器14E1〜14EMNと、MN個の蛍光灯成分加算器14F1〜14FMNと、MN個のパスロス乗算器14G1〜14GMNと、MN個の補間器14H1〜14HMNとから構成されている。他のパス成分生成器142〜14Jも同様の構成である。
Next, a configuration example of the
各パス成分生成器14jは、複素ガウス乱数生成器14A1〜14AMNを用いて複素ガウス乱数を生成し、さらに、ドップラーフィルタ14B1〜14BMNを用いて設定したドップラースペクトラムとなるようにフィルタ処理を行う。この処理はFIRフィルタ、或いは、無限インパルス応答(IIR)フィルタにより複素ガウス乱数に対して重み付け係数を畳み込むことで実現される。チャネルが生成される時刻thにおいて、MN個の複素ガウス乱数生成器14A1〜14AMNとドップラーフィルタ14B1〜14BMNが、それぞれこれらの処理を行う。各複素ガウス乱数生成器14A1〜14AMNは、互いに独立な乱数を発生させる。
Each
アンテナ・空間相関係数生成器14Kは、M個の送信アンテナとN個の受信アンテナに対し予め決めたアンテナ指向性及び電力角度スペクトラムを用いて、MN行MN列のアンテナ・空間相関係数行列Rを生成する。アンテナ指向性を含めた送信のM次元アレー応答ベクトルをat(φt)、受信のN次元アレー応答ベクトルをar(φr)とする。ただし、φtとφrは、送信アンテナからの放射方向と受信アンテナへの到来方向である。このとき、アンテナ指向性を考慮した送信のM行M列のアンテナ・空間相関係数行列Rtと受信のN行N列のアンテナ・空間相関係数行列Rrは、放射方向の電力角度スペクトラムPt(φt)と到来方向の電力角度スペクトラムPr(φr)を用いて、
となる。さらに、送信と受信アンテナの素子間結合を表す係数行列をそれぞれM行M列のQt、N行N列のQrとすると、アンテナ・空間相関係数行列Rは、
となり、アンテナ指向性、電力角度スペクトラム、素子間結合、アレイ応答ベクトルを設定することで、アンテナ・空間相関係数を計算できる。Rは、パス毎に電力角度スペクトラムを設定することで、パス毎に異なったものを生成することも可能である。
The antenna / spatial
It becomes. Furthermore, assuming that the coefficient matrix representing the coupling between the elements of the transmitting and receiving antennas is Q t of M rows and M columns and Q r of N rows and N columns, the antenna-spatial correlation coefficient matrix R is
Thus, the antenna / spatial correlation coefficient can be calculated by setting the antenna directivity, power angle spectrum, inter-element coupling, and array response vector. R can generate different values for each path by setting a power angle spectrum for each path.
第jパス成分生成器14jにおけるアンテナ・空間相関係数乗算器14Cは、ドップラーチャネル係数umn,j(th)にアンテナ・空間相関係数を乗算し、相関チャネル係数gmn,j(th)を生成する。いま、ドップラーチャネル係数を要素に持つMN次元のドップラーチャネル係数ベクトルをuj(th)とすると、相関チャネル係数を要素に持つMN次元の相関チャネル係数ベクトルgj(th)は、アンテナ・空間相関係数生成器14Kの出力Rを用いて
となる。
The antenna / spatial
It becomes.
パス電力乗算器14Dmn,j、見通し成分加算器14Emn,j、蛍光灯加算器14Fmn,j、パスロス乗算器14Gmn,jは、相関チャネル係数gmn,j(th)に対して、設定した電力遅延プロファイルに基づいて相関チャネル係数にパス振幅を乗算し、見通し成分及び蛍光灯によるチャネル変動成分を加算し、さらに、伝搬及びシャドウィングによる減衰係数を乗算して、補間前チャネル係数hmn,j(th)を生成する。その際、減衰係数は設定したい減衰量を可変減衰器15nでも実現することを考慮して量子化雑音が大きくならないように最適に調整する。
The path power multiplier 14D mn, j , line-of-sight component adder 14E mn, j , fluorescent light adder 14F mn, j , and path loss multiplier 14G mn, j are for the correlation channel coefficient g mn, j (t h ) Based on the set power delay profile, the correlation channel coefficient is multiplied by the path amplitude, the line-of-sight component and the channel fluctuation component due to the fluorescent light are added, and the channel coefficient before interpolation is multiplied by the attenuation coefficient due to propagation and shadowing. h mn, j (t h ) is generated. At this time, the attenuation coefficient is optimally adjusted so that the quantization noise does not increase in consideration of realizing the attenuation amount to be set by the
補間器14Hmn,jは、時刻thに生成される補間前チャネル係数hmn,j(th)に対して補間を行って、サンプリング時刻tkのチャネル係数hmn,j(tk)を生成する。 The interpolator 14H mn, j interpolates the pre-interpolation channel coefficient h mn, j (t h ) generated at the time t h to obtain the channel coefficient h mn, j (t k ) at the sampling time t k. Is generated.
以上のことから、本発明を実施するための形態によれば、チャネル係数生成器においてアンテナ指向性及び電力角度スペクトラムに基づいたアンテナ・空間相関係数を用いてチャネル係数を生成することで、アンテナ指向性を考慮に入れたMIMOチャネルのフェージング伝送路を模擬できる。 From the above, according to the shape condition for carrying out the present invention, by generating the channel coefficients using antenna spatial correlation coefficients based on antenna directivity and power angle spectrum in channel coefficient generator, The fading transmission path of the MIMO channel taking into account the antenna directivity can be simulated.
図5はMIMOフェージングシミュレータに係る他の実施例を示す。図5の構成は、図1の構成において各入力校正回路4mとFIRフィルタ5m1〜5mNとの間に歪付加回路16mが挿入されている点を除けば図1の構成と同じなので重複説明は省略する。入力校正回路4m及び出力校正回路10nによって、ダウンコンバータ2m及びアップコンバータ12nによる歪は補償されるため、MIMOフェージングシミュレータを通すことで歪が増えることはない。しかしながら、送信機で発生する歪等の影響を、本発明であるMIMOフェージングシミュレータで検証できるようにするため、歪付加回路161〜16Mを用いる。入力校正回路4mの出力である校正後入力信号は、歪付加回路16mに入力され、設定した関数に基づいた歪を付加され、歪付加入力信号として出力される。歪付加入力信号は、校正後入力信号の代わりにFIRフィルタ5m1〜5mNに入力され、以降の処理は全て同じとなる。 FIG. 5 shows another embodiment according to the MIMO fading simulator. The configuration of FIG. 5 is the same as the configuration of FIG. 1 except that the distortion adding circuit 16 m is inserted between each input calibration circuit 4 m and the FIR filters 5 m1 to 5 mN in the configuration of FIG. A duplicate description is omitted. Since the distortion due to the down converter 2 m and the up converter 12 n is compensated by the input calibration circuit 4 m and the output calibration circuit 10 n , the distortion does not increase by passing through the MIMO fading simulator. However, the distortion adding circuits 16 1 to 16 M are used so that the influence of distortion or the like generated in the transmitter can be verified by the MIMO fading simulator according to the present invention. The post-calibration input signal that is the output of the input calibration circuit 4 m is input to the distortion adding circuit 16 m , added with distortion based on the set function, and output as a distortion added input signal. The distortion-added input signal is input to the FIR filters 5 m1 to 5 mN instead of the post-calibration input signal, and all subsequent processing is the same.
以上のことから、本発明を実施するための形態によれば、歪付加回路を用いて入力信号に対して設定した関数に基づいた歪を付加することにより、任意の歪による影響をMIMOフェージングシミュレータにより検証できる。 From the above, according to the shape condition for carrying out the present invention, by adding the distortion based on the function set for the input signal using a distortion adding circuit, MIMO fading influence by any strain Can be verified by simulator.
なお、上述した各発明を実施するための形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなくその他種々の構成を採り得ることはもちろんである。 The present invention is not limited to the shape condition for carrying out the respective invention described above, it can naturally be adopted various other structures without departing from the gist of the present invention.
11〜1M:入力端子、21〜2M:ダウンコンバータ、31〜3M:ADC、41〜4M:入力校
正回路、5:チャネル形成回路:511〜5MN:JタップFIRフィルタ、61〜6N:M入力加
算器、7:チャネル係数生成器、81〜8N:加算器、91〜9N:雑音生成器、101〜1
0N:出力校正回路、111〜11N:DAC、121〜12N:アップコンバータ、131〜1
3N:可変減衰器、151〜15N:出力端子、141〜14J:パス成分生成器、14A1〜14A
MN:複素ガウス乱数生成器、14B1〜14BMN:ドップラーフィルタ、14C:アンテナ・空
間相関係数乗算器、14K:アンテナ・空間相関係数生成器、14D1〜14DMN:パス電力乗
算器、14E1〜14EMN:見通し成分加算器、14F1〜14FMN:蛍光灯成分加算器、14G1〜14GMN
:パスロス乗算器、14H1〜14HMN:補間器、161〜16M:歪付加回路
1 1 to 1 M : input terminal, 2 1 to 2 M : down converter, 3 1 to 3 M : ADC, 4 1 to 4 M : input calibration circuit, 5: channel forming circuit: 5 11 to 5 MN : J tap FIR filter, 6 1 to 6 N : M input adder, 7: channel coefficient generator, 8 1 to 8 N : adder, 9 1 to 9 N : noise generator, 10 1 to 1
0 N : Output calibration circuit, 11 1 to 11 N : DAC, 12 1 to 12 N : Upconverter, 13 1 to 1
3 N : Variable attenuator, 15 1 to 15 N : Output terminal, 14 1 to 14 J : Path component generator, 14A 1 to 14A
MN: complex Gaussian random number generator, 14B 1 ~14B MN: Doppler filters, 14C: antenna spatial correlation coefficient multiplier, 14K: antenna spatial correlation coefficient generator, 14D 1 ~14D MN: Path power multiplier, 14E 1 to 14E MN : Line-of-sight component adder, 14F 1 to 14F MN : Fluorescent light component adder, 14G 1 to 14G MN
: Path loss multiplier, 14H 1 to 14H MN : Interpolator, 16 1 to 16 M : Distortion adding circuit
Claims (5)
上記M個の入力端子からの入力信号を複素ベースバンド入力信号に変換するM個のダウンコンバータと、Mは正の整数であり、
上記複素ベースバンド入力信号に対し、上記ダウンコンバータが生成した歪の補償を行って校正後入力信号として出力するM個の入力校正回路と、
上記M個の入力校正回路からの上記校正後入力信号が与えられ、M入力−N出力間にMN個のチャネルをそれぞれJタップの有限インパルス応答フィルタ、以下FIRフィルタと呼ぶ、で形成するチャネル形成回路と、N、Jは正の整数であり、
MN個の上記FIRフィルタにそれぞれのチャネルの特性をシミュレートするJ個のチャネル係数を与えるチャネル係数生成器と、
上記チャネル形成回路のN個の出力が与えられ、それぞれ歪補償を行って複素ベースバンド信号である校正後出力信号として出力するN個の出力校正回路と、
上記N個の出力校正回路の校正後出力信号をそれぞれアップコンバートして上記N個の出力端子に出力するN個のアップコンバータ、
とを含み、上記チャネル係数生成器は、上記M個の送信アンテナとN個の受信アンテナのアンテナ指向性および素子間結合係数を含んだアンテナ・空間相関係数に基づいてそれぞれ上記J個のチャネル係数を生成して上記MN個のFIRフィルタに対し設定し、上記N個の出力校正回路は上記チャネル形成回路のN個の出力に対し、上記N個のアップコンバータが生成する歪をそれぞれ補償するよう処理を行って上記校正後出力信号を生成することを特徴とし、
複素ガウス乱数を生成するMNJ個の複素ガウス乱数生成器と、
上記複素ガウス乱数に対し設定したドップラースペクトルと成るように重み付け係数を畳み込み演算するMNJ個のドップラーフィルタと、
上記アンテナ指向性及び上記素子間結合係数を用いてアンテナ・空間相関係数を生成するアンテナ・空間相関係数生成器と、
上記ドップラーフィルタの出力であるドップラーチャネル係数に上記アンテナ・空間相関係数の出力であるアンテナ・空間相関係数を乗算して相関チャネル係数を生成するJ個のアンテナ・空間相関係数乗算器、
とを更に含み、
上記生成された相関チャネル係数から上記チャネル係数が得られる、
ことを特徴とするMIMOフェージングシミュレータ。 In a MIMO fading simulator having M input terminals and N output terminals and simulating transmission path characteristics between M transmitting antennas and N receiving antennas,
M downconverters that convert input signals from the M input terminals into complex baseband input signals, and M is a positive integer.
M input calibration circuits for compensating the distortion generated by the down converter for the complex baseband input signal and outputting as a post-calibration input signal;
The channel formation formed by the calibrated input signals from the M input calibration circuits and the MN channels between the M inputs and the N outputs, which are respectively called J-tap finite impulse response filters, hereinafter referred to as FIR filters. Circuit, N and J are positive integers,
A channel coefficient generator that gives the MN FIR filters J channel coefficients that simulate the characteristics of each channel;
N output calibration circuits which are provided with N outputs of the channel forming circuit and which respectively perform distortion compensation and output as post-calibration output signals which are complex baseband signals;
N up-converters that up-convert the output signals after calibration of the N output calibration circuits and output the signals to the N output terminals, respectively.
And the channel coefficient generator includes the J channels based on antenna directivity and inter-element coupling coefficients of the M transmitting antennas and the N receiving antennas. Coefficients are generated and set for the MN FIR filters, and the N output calibration circuits compensate for the distortion generated by the N up-converters for the N outputs of the channel forming circuit, respectively. And generating the post-calibration output signal by performing processing as described above,
MNJ complex Gaussian random number generators that generate complex Gaussian random numbers;
MNJ Doppler filters that convolve weighting coefficients so as to be a Doppler spectrum set for the complex Gaussian random number,
An antenna / spatial correlation coefficient generator that generates an antenna / spatial correlation coefficient using the antenna directivity and the inter-element coupling coefficient;
J antenna / spatial correlation coefficient multipliers that generate a correlation channel coefficient by multiplying the Doppler channel coefficient that is the output of the Doppler filter by the antenna / spatial correlation coefficient that is the output of the antenna / spatial correlation coefficient;
Furthermore, look at including a door,
The channel coefficient is obtained from the generated correlation channel coefficient.
This is a MIMO fading simulator.
M個の上記ダウンコンバータの出力をそれぞれディジタル信号に変換してM個の上記入力校正回路に与えるM個のアナログ・ディジタルコンバータと、
それぞれ雑音を発生するN個の雑音生成器と、
上記N個の雑音発生器からの雑音をそれぞれ上記チャネル形成回路のN個の出力に加算して加算結果をN個の上記出力校正回路にそれぞれ入力するN個の加算器と、
N個の上記出力校正回路からの上記校正後出力信号をアナログ信号に変換してN個の上記アップコンバータにそれぞれ与えるN個のディジタル・アナログコンバータと、
N個の上記アップコンバータの出力のレベルをそれぞれ調整して出力するN個の可変減衰器、
とを更に含むことを特徴とするMIMOフェージングシミュレータ。 In the MIMO fading simulator according to claim 1,
M analog-to-digital converters that convert the outputs of the M down-converters into digital signals and supply them to the M input calibration circuits,
N noise generators each generating noise,
N adders for adding the noise from the N noise generators to the N outputs of the channel forming circuit and inputting the addition results to the N output calibration circuits, respectively.
N digital-to-analog converters that convert the post-calibration output signals from the N output calibration circuits into analog signals and supply them to the N up-converters, respectively
N variable attenuators for adjusting and outputting the output levels of the N upconverters,
And a MIMO fading simulator.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011096970A JP5211194B2 (en) | 2011-04-25 | 2011-04-25 | MIMO fading simulator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011096970A JP5211194B2 (en) | 2011-04-25 | 2011-04-25 | MIMO fading simulator |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005252585A Division JP4763386B2 (en) | 2005-08-31 | 2005-08-31 | MIMO fading simulator |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2011176873A JP2011176873A (en) | 2011-09-08 |
JP5211194B2 true JP5211194B2 (en) | 2013-06-12 |
Family
ID=44689209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2011096970A Active JP5211194B2 (en) | 2011-04-25 | 2011-04-25 | MIMO fading simulator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5211194B2 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2768914C1 (en) * | 2021-08-19 | 2022-03-25 | Общество с ограниченной ответственностью "Радио Гигабит" | Device for emulating an antenna supporting channel calibration |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FI114596B (en) * | 2001-11-09 | 2004-11-15 | Elektrobit Oy | Method and apparatus for radio channel simulation |
EP1578032A4 (en) * | 2002-12-24 | 2006-05-10 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | Transmission path simulation method and transmission path simulator |
-
2011
- 2011-04-25 JP JP2011096970A patent/JP5211194B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2011176873A (en) | 2011-09-08 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4763386B2 (en) | MIMO fading simulator | |
Zhu et al. | Hybrid beamforming via the Kronecker decomposition for the millimeter-wave massive MIMO systems | |
Bogale et al. | Hybrid analog-digital channel estimation and beamforming: Training-throughput tradeoff | |
Lee et al. | AF relaying for millimeter wave communication systems with hybrid RF/baseband MIMO processing | |
CN103220031B (en) | Calibration in wireless communication system and the method and apparatus of beam shaping | |
JP6666331B2 (en) | Wireless communication control method and wireless communication system | |
JP6202509B2 (en) | Communication method and apparatus using beam forming | |
Jiang et al. | Channel reciprocity calibration in TDD hybrid beamforming massive MIMO systems | |
JP6416869B2 (en) | Wireless communication control method and wireless communication system | |
JP5490827B2 (en) | Method and system for analog beamforming in a wireless communication system | |
WO2016140276A1 (en) | Radio communication control method and radio communication system | |
JP5073809B2 (en) | Channel information prediction system and channel information prediction method | |
JP5367843B2 (en) | Radio signal processing apparatus and radio apparatus | |
CN109104252B (en) | Testing device and testing method for multi-input multi-output mode system | |
JP4481336B2 (en) | Channel information prediction system and channel information prediction method | |
CN109347529B (en) | Channel estimation and hybrid beam forming method for resisting non-ideality of phase shifter | |
WO2011051537A1 (en) | Over-the-air test | |
Chen et al. | Achievable spectral efficiency of hybrid beamforming massive MIMO systems with quantized phase shifters, channel non-reciprocity and estimation errors | |
JP5211194B2 (en) | MIMO fading simulator | |
JP2014060616A (en) | Communication device and signal detection method | |
KR101054090B1 (en) | Mean Internal Cyclic Antenna Calibration Method for Array Antenna System | |
WO2010007855A1 (en) | Mobile communication system, base station, and interference removal method | |
CN109756254B (en) | Hybrid precoding processing method and related equipment | |
Destino et al. | Robust 3D MIMO-OFDM channel estimation with hybrid analog-digital architecture | |
Poutanen et al. | Correlation control in the multichannel fading simulators |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20121002 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20121130 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20130129 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20130225 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160301 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5211194 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |