JP5320643B2

JP5320643B2 - フィールドシミュレータおよびその制御プログラム

Info

Publication number: JP5320643B2
Application number: JP2009197882A
Authority: JP
Inventors: 宏之新井; 稔泰田中
Original assignee: Ｔ＆Ａ株式会社
Priority date: 2009-08-28
Filing date: 2009-08-28
Publication date: 2013-10-23
Anticipated expiration: 2029-08-28
Also published as: JP2011047854A

Description

本発明は、携帯電話機などの移動端末の性能を測定するために用いるフィールドシミュレータ、およびそのシミュレータを制御するコンピュータに適用される制御プログラムに関するものである。

従来から、携帯電話機などの移動端末から放射される輻射電力に基づいて当該端末の性能を評価する方法が知られている。移動端末は、送受信に係る電波をアンテナを介して発するので、端末の性能を評価する際にそのアンテナの放射指向性を考慮することが重要である。

また、移動端末が使用される環境では、市街地や障害物が多数存在し、さらに多重波が往来するので、端末において送受信される電磁波の強度はランダムに変動する。したがって、端末の性能を評価する際に、測定環境における電磁波のランダム性も考慮すべきである。

このような移動端末の輻射電力の測定として、電波暗室における測定、屋外の環境におけるランダムフィールド測定、Wheeler Cap法を用いた測定、およびシールドボックスを用いた測定が知られている。

たとえば、シールドボックスを用いた測定では、シールドボックス内に設置した撹拌機を機械的に動作させてボックス内部の電磁界を撹拌し、統計的に均一な電磁界を発生させるもので、ランダムな電波環境における測定をすることができる。

また、移動端末は、人体に近接して使用されるものであり、人体と移動端末のアンテナとが相互作用することによって電磁波の放射方向や強度に影響を与えることを考慮し、人体を模擬したファントムに移動端末を持たせて測定することも知られている。

さらに特許文献１および特許文献２に記載の電磁界環境特性評価システムでは、シールドボックスの一つの壁面に複数の送信用アンテナを配設し、ボックス内の無線端末機がこれらのアンテナから無線信号を受信し、無線機端末がその受信信号に関する情報信号をボックスの外部に送信している。

特許第３６４３２１７号特許第３６４５０７３号

しかしながら、従来のフィールドシミュレータは、ローテータや撹拌器などの大掛かりな機械的な機構を使用し、また、移動端末の操作者または使用者などの人自体が内部に入ることを想定して大型のシールドボックスを必要としているので、屋内のシミュレーションには不都合である。たとえば、特許文献１および特許文献２では、シールドボックスの体積を大きくすることによって良好な評価環境を得ることが開示されている。

また、より正確なシミュレーションを実現するためには、屋外のランダムフィールド環境下での測定のように、さまざまな使用環境を再現する必要があるが、従来のフィールドシミュレータで再現される使用環境は十分ではない。

本発明はこのような課題に鑑み、移動端末機の指向性に影響を受けることなく、より簡単な設備で構成され、屋内で使用することができるフィールドシミュレータおよびその制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明は上述の課題を解決するために、内部空間が外部と電磁的に遮断されているシールドボックスの内部に、性能を評価する対象である移動端末を配置し、このボックス内にこの移動端末の使用環境を再現するフィールドシミュレータは、このシールドボックスの壁面にて配置されてこのボックスの内部の電波を受信する複数のアンテナと、これらの複数のアンテナのそれぞれと接続して、各アンテナを介して受信した受信信号の位相を変化させる複数の移相手段と、これらの複数の移相手段で位相を変えた受信信号を合成する合成手段とを含み、この合成手段の結果である合成受信信号の受信環境に相当する擬似的な電磁界が、多様に変化するようにこれらの複数の移相手段を制御することを特徴とする。

また、内部空間が外部と電磁的に遮断されているシールドボックスの内部に、性能を評価する対象である移動端末を配置し、このボックス内にこの移動端末の使用環境を再現するフィールドシミュレータに適用される制御プログラムは、このシールドボックスの壁面にて配置されてこのボックスの内部の電波を受信する複数のアンテナと、これらの複数のアンテナのそれぞれと接続して、各アンテナを介して受信した受信信号の位相を変化させる複数の移相手段と、これらの複数の移相手段で位相を変えた受信信号を合成する合成手段とを含むこのフィールドシミュレータに適用され、この合成手段の結果である合成受信信号の受信環境に相当する擬似的な電磁界が、多様に変化するようにこれらの複数の移相手段を制御することを特徴とする。

本発明によれば、フィールドシミュレータは、壁面に複数の受信アンテナを設けた小型シールドボックスの内部に移動端末を配置し、これらの受信アンテナによって移動端末から受信した信号を、ボックスの外部に備えた複数の移相器がさまざまな位相に変化させて合成することによって、移動端末の指向性に影響を受けることなく、より簡単な設備でさまざまな電磁界の環境での受信信号を擬似的に得ることができる。

また、本フィールドシミュレータでは、シールドボックス内部に人体ファントムを備え、この人体ファントムに移動端末を持たせることにより、より小型な構成で安定的な運用を行うことができ、実際の使用環境により近づけて、より多様な電磁界環境を再現することができる。

さらに、本フィールドシミュレータは、上記のような構成を有することにより、シールドボックスをより小型化して移動端末の電力を測定しても、レイリー分布とほぼ同じ結果を得ることができる。

本発明に係るフィールドシミュレータの一実施例を示す投影図である。図１に示す実施例のフィールドシミュレータで測定された受信電力の累積確率分布を示すグラフである。

次に添付図面を参照して本発明によるフィールドシミュレータの実施例を詳細に説明する。たとえば、本実施例のフィールドシミュレータ10は、図１に示すように、小型シールドボックス12内に移動端末14を配置し、また、このボックス12の壁面に複数の受信アンテナ16〜22を設けている。このフィールドシミュレータ10は、ボックス12の外部に備えた複数の移相器24〜30が複数の受信アンテナ16〜22で受信される電波をさまざまな位相に変化させ、変化後の信号を出力部32で合成するので、さまざまな電磁界の環境での受信信号を擬似的に得ることができる。なお、本発明の理解に直接関係のない部分は、図示を省略し、冗長な説明を避ける。

フィールドシミュレータ10は、図示しないが、移動端末14からの受信信号を解析する信号解析部、移動端末14が発信する送信信号を生成する信号生成部、および本シミュレータを統括制御する制御部36を有して構成されてよい。たとえば、制御部36には、パーソナルコンピュータなどの制御システムが適用されてよく、また、本シミュレータ10の動作手順をソフトウエアまたはプログラムに実装して本シミュレータ10内の記録媒体または外部の記録媒体に記録し、制御部36によって実行することができる。

また、フィールドシミュレータ10は、電界の変化のランダム性、また、移動端末14の使用環境を考慮して、人体ファントム34をボックス12の内部に設置するとよい。ファントム34は、移動端末14を近接して配置できるように構成され、たとえばファントム34の側頭部および手の近辺に配置可能に構成される。ファントム34を設置することにより、さまざまなレベルの電界がボックス12内に生じ、レイリー環境により近づけることができる。

小型シールドボックス12は、内部に空洞を有し、その内部空間が外部と電磁的に遮断されている反射箱である。本実施例のシールドボックス12は、６枚の壁を有して直方体の形状に形成されるものであるが、多角形の底面を有する角柱や円柱などの他の形状でもよい。シールドボックス12の壁は、銅板などの金属板で形成されてよく、少なくとも一つの壁が開閉可能に構成される。

本実施例ではとくに、シールドボックス12は、その大きさが小型であり、たとえば、測定対象の周波数を基準にして、１辺がその波長λの数倍、たとえば長さ５λの立方体で構成され、または人体の上半身を擬似化した人体ファントムが納まる範囲内の大きさの立方体で構成されてよい。シールドボックス12の内部に、人体の上半身を擬似化した人体ファントム34を配置する場合には、シールドボックス12が十分に小さく構成されていても、この人体ファントム34の影響によって、移動端末14の使用環境を十分に再現することができる。たとえば、シールドボックス12は、一辺が４０ｃｍ〜６０ｃｍの立方体で構成されてよい。

また、シールドボックス12の各壁は、ボックス12の内部側で電波を送受信する受信アンテナ16〜22を設置できるように構成される。各壁は、受信アンテナ16〜22を取り外しできるように構成されてもよく、また、複数の設置位置を用意して、ユーザが所望する位置に受信アンテナ16〜22を付け替えできるように構成されてもよい。

移動端末14は、携帯電話機などの移動型の端末でよく、本シミュレータ10の測定対象となるもので、測定者が測定を所望する機器が適用される。移動端末14は、無線信号を発信する送信アンテナを有し、通話およびパケット通信で用いられる周波数や、BluetoothやWiFiでの通信で用いられる周波数の無線信号を発信することができ、幅広い範囲の周波数をサポートすることができる。

この移動端末14は、たとえば、所望の周波数の送信信号を生成する信号生成部を有し、生成した送信信号を送信アンテナを介して無線電波として周囲に発信する。信号生成部は、操作者に直接的または間接的に操作されて、送信信号を生成するものでよく、たとえば、他の端末への発呼を促す通信信号や、外部機器からの発呼に応じた応答信号を生成する。

また、本実施例では、図１に示すように、ボックス12内に移動端末14を配置しているが、送信アンテナの性能を評価する場合には、この移動端末14に備えられる送信アンテナのみを配置してもよい。この場合、上記のような信号生成部を用意して送信アンテナに接続するとよい。

複数の受信アンテナ16〜22は、電磁波を受信するアンテナで、本実施例ではとくに、その受信部分がシールドボックス12内にあるので移動端末14が発信した無線信号を受信する。受信アンテナ16〜22は、それぞれ移相器24〜30と接続し、受信した電磁波を受信信号として移相器24〜30に供給する。

本実施例において、複数の受信アンテナ16〜22は、電波の送受信を行う一方の端部がシールドボックス12の内部に現れ、他方の端部が外部に現れるようにその壁に設置される。また、受信アンテナ16〜22は、受信信号に基づく電力の振幅および位相がアンテナごとに異なるように、向きおよび方向を変えて設置される。

複数の移相器24〜30は、それぞれ、受信アンテナ16〜22を介して受信した信号の位相を変化させるものである。移相器24〜30は、たとえば、制御部36の制御に応じて受信信号の位相を変化させる。また、出力部32は、移相器24〜30のそれぞれで得られた受信信号を合成して合成受信信号を得る。

たとえば、制御部36がランダムな位相制御電圧を移相器24〜30に供給し、移相器24〜30がその位相制御電圧に応じて受信信号の位相を変化させる。制御部36は、出力部32で得られる合成受信信号の受信環境に相当する擬似的な電磁界が、時系列で多様に変化し、その変化のランダム性が高まるように、位相制御電圧を時系列で変化させて移相器24〜30を制御するとよい。

このように、本実施例におけるフィールドシミュレータ10によれば、ランダム性の高い、多様な電磁界環境において移動端末14からの無線信号を受信することになるので、出力部32で得られた合成受信信号を観測すれば、移動端末14の性能をより正確に評価することができる。

たとえば、本フィールドシミュレータ10について、１辺が５０ｃｍの立方体からなるシールドボックス12を用意し、４本の受信アンテナ16、18、20および22を人体ファントム34の正面側の異なる壁面に備える。また、周波数が1.85
GHzの無線信号を移動端末14から送信し、出力部32で得られる合成受信信号を観測する。このとき、受信電力の累積確率分布102は、図２のように示され、移動端末14のアンテナの指向性に拘らずレイリー分布104と非常に近く、累積確率分布102とレイリー分布104の理論値とのRMS（Root Mean Square）は約0.01となり、とくに累積確率の中央電力値はレイリー分布とほぼ一致する。

このように、本フィールドシミュレータ10は、より多くのさまざまな定常状態を作り出してその定常状態ごとに移動端末のアンテナの輻射電力を測定することができ、移動端末の性能を評価するために、高度なシミュレーションを実現できることが分かる。

この実施例では、シールドボックス12の壁面に備えたアンテナ16〜22が、無線信号を受信するアンテナとして使用される例を説明したが、本発明のフィールドシミュレータ10において、シールドボックス12の壁面におけるアンテナ16〜22は、無線信号を送信するアンテナとして使用されてもよい。

この場合、フィールドシミュレータ10は、送信信号を分配して移相器24〜30に供給する分配器を備える。移相器24〜30は、たとえば、制御部36の制御に応じて送信信号の位相を変化させてアンテナ16〜22に送り、アンテナ16〜22は、送信信号を無線信号として発信する。

このフィールドシミュレータ10は、たとえば、移動端末14に受信させるための送信信号を生成する信号生成部を有してよく、この信号生成部は、制御部36に制御されて送信信号を生成し、分配器に供給する。また、本シミュレータ10は、移動端末14が受信した信号について解析する信号解析手段を有してよく、移動端末14が受信信号から所要の情報を抽出し、この情報を示す信号を有線または無線でボックス12の外部に出力し、外部の解析部においてこの情報信号を解析することができる。

このときも、制御部36は、ランダムな位相制御電圧を移相器24〜30に供給し、移相器24〜30がその位相制御電圧に応じて送信信号の位相を変化させる。制御部36は、それらの送信信号によって生じる移動端末14の受信環境に相当する擬似的な電磁界が、時系列で多様に変化し、その変化のランダム性が高まるように、位相制御電圧を時系列で変化させて移相器24〜30を制御するとよい。

このように、本発明のフィールドシミュレータ10によれば、ランダム性の高い、多様な電磁界環境において移動端末14が無線信号を受信することになるので、移動端末4における受信信号に基づく情報信号を観測すれば、移動端末14の性能をより正確に評価することができる。

さらに、本発明のフィールドシミュレータ10は、複数の移相器24〜30による受信信号または送信信号の位相の変化を制御するソフトウエアまたはプログラムを適用してもよい。このプログラムは、制御部36によって実行され、たとえば、移相器24〜30を制御する位相制御電圧を決定するもので、出力部32で得られる合成受信信号の受信環境に相当する擬似的な電磁界が、時系列で多様に変化するような位相制御電圧を移相器24〜30に供給する。

10 フィールドシミュレータ
12 シールドボックス
14 移動端末
16、18、20、22 受信アンテナ
24、26、28、30 移相器
32 出力部
34 人体ファントム
36 制御部

Claims

内部空間が外部と電磁的に遮断されているシールドボックスの内部に、性能を評価する対象である移動端末を配置し、該ボックス内に前記移動端末の使用環境を再現するフィールドシミュレータにおいて、該フィールドシミュレータは、
前記シールドボックスの壁面にて配置されて、該ボックスの内部の電波を受信する複数のアンテナと、
該複数のアンテナのそれぞれと接続して、各アンテナを介して受信した受信信号の位相を変化させる複数の移相手段と、
該複数の移相手段で位相を変えた前記受信信号を合成する合成手段とを含み、
該合成手段の結果である合成受信信号の受信環境に相当する擬似的な電磁界が、多様に変化するように前記複数の移相手段を制御することを特徴とするフィールドシミュレータ。
請求項１に記載のフィールドシミュレータにおいて、該フィールドシミュレータは、
人体の少なくとも一部を擬似化した人体ファントムを前記シールドボックス内に配置し、前記人体ファントムに前記移動端末を持たせることを特徴とするフィールドシミュレータ。
請求項２に記載のフィールドシミュレータにおいて、
前記シールドボックスは、その１辺が、前記移動端末が使用する電波の波長の数倍の長さで構成されることを特徴とするフィールドシミュレータ。
請求項２に記載のフィールドシミュレータにおいて、
前記シールドボックスは、人体の上半身を擬似化した前記人体ファントムをその内部に配置し、該人体ファントムの影響によって、前記移動端末の使用環境が十分に再現されるように、十分に小さく構成されることを特徴とするフィールドシミュレータ。
請求項２に記載のフィールドシミュレータにおいて、
前記複数のアンテナは、前記人体ファントムの正面側における前記シールドボックスの壁面に設置されることを特徴とするフィールドシミュレータ。
請求項１に記載のフィールドシミュレータにおいて、
前記複数のアンテナは、該アンテナで受信した信号に基づく電力の振幅および位相がアンテナごとに異なるように、向きおよび方向を変えて設置されることを特徴とするフィールドシミュレータ。
請求項１に記載のフィールドシミュレータにおいて、
前記複数のアンテナは、前記シールドボックスのそれぞれ異なる壁面に設置されることを特徴とするフィールドシミュレータ。
請求項２に記載のフィールドシミュレータにおいて、該フィールドシミュレータは、
前記移動端末に受信させるための送信信号を生成し、前記複数の移相手段に分配して供給する信号生成手段を含み、
前記複数の移相手段は、前記送信信号の位相を変化させてそれぞれ前記複数のアンテナに供給し、
前記複数のアンテナは、それぞれ、前記複数の移相手段から得られる異なる位相を有する複数の送信信号を発信して、前記人体ファントムを含む前記シールドボックスの内部空間に前記複数の送信信号からなる擬似的な電磁界を発生させ、
該フィールドシミュレータは、前記シールドボックスの内部空間における擬似的な電磁界が、多様に変化するように前記複数の移相手段を制御することを特徴とするフィールドシミュレータ。
内部空間が外部と電磁的に遮断されているシールドボックスの内部に、性能を評価する対象である移動端末を配置し、該ボックス内に前記移動端末の使用環境を再現するフィールドシミュレータを制御する制御システムに適用される制御プログラムにおいて、
前記フィールドシミュレータは、
前記シールドボックスの壁面にて配置されて、該ボックスの内部の電波を受信する複数のアンテナと、
該複数のアンテナのそれぞれと接続して、各アンテナを介して受信した受信信号の位相を変化させる複数の移相手段と、
該複数の移相手段で位相を変えた前記受信信号を合成する合成手段とを含み、
該制御プログラムは、
前記合成手段の結果である合成受信信号の受信環境に相当する擬似的な電磁界が、多様に変化するように前記複数の移相手段を制御することを特徴とする制御プログラム。
請求項９に記載の制御プログラムにおいて、前記フィールドシミュレータは、人体の少なくとも一部を擬似化した人体ファントムを前記シールドボックス内に配置し、前記人体ファントムに前記移動端末を持たせて構成されることを特徴とする制御プログラム。
請求項１０に記載の制御プログラムにおいて、
前記フィールドシミュレータは、
前記移動端末に受信させるための送信信号を生成し、前記複数の移相手段に分配して供給する信号生成手段を含み、
該制御プログラムは、
前記複数の移相手段が、前記送信信号の位相を変化させてそれぞれ前記複数のアンテナに供給し、
前記複数のアンテナが、それぞれ、前記複数の移相手段から得られる異なる位相を有する複数の送信信号を発信して、前記人体ファントムを含む前記シールドボックスの内部空間に前記複数の送信信号からなる擬似的な電磁界を発生させるとき、
前記シールドボックスの内部空間における擬似的な電磁界が、多様に変化するように前記複数の移相手段を制御することを特徴とする制御プログラム。