JP7088475B2 - 電波伝搬特性測定システム、動的な伝搬パラメータの推定方法、受信機及び電波伝搬特性測定プログラム - Google Patents
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Description
本発明は、電波伝搬特性測定システム、動的な伝搬パラメータの推定方法、受信機及び電波伝搬特性測定プログラムに関する。
高周波数帯での伝搬チャネル測定では、装置構成の単純化や小型化が期待できる合成開口方式のチャネルサウンダが用いられることが多い。合成開口チャネルサウンダは、アンテナ素子が回転台等に取り付けられて回転することにより、次々と測定位置を変えながら伝搬チャネルの測定を行う。
Hung-Anh Nguyen et al. ,"Instantaneous Direction of Arrival Measurements in Mobile Radio Channels Using Virtual Circular Array Antennas", 2016 IEEE Globecom Workshops (GC Wkshps), Washington, DC, 2016, pp.1-7.
Jeffrey A. Fessler et al., "Space-Alternating GeneralizedExpectation-Maximization Algorithm", IEEE Transactions on Signal Processing, vol.42, no.10, Oct 1994. pp.2664-2677
従来の伝搬チャネル解析では、測定中に伝搬チャネルが変化しない静的条件を仮定して解析が行われていた。しかしながら、乗り物等によって移動するユーザの伝搬チャネル特性等を解析する場合、伝搬チャネルが変化しない静的条件は必ずしも成り立たない。
本発明は、測定中に伝搬チャネルが変化する動的条件であっても、伝搬パラメータを精度よく推定することができる電波伝搬特性測定システム、動的な伝搬パラメータの推定方法、受信機及び電波伝搬特性測定プログラムを提供することを目的とする。
本発明の一態様にかかる電波伝搬特性測定システムは、電波を送信する送信機と、前記送信機が送信する電波を合成開口方式によって受信する受信機とを備えた電波伝搬特性測定システムにおいて、前記受信機が、合成開口方式により電波を受信するアンテナと、到来波ごとの到来角、ドップラーシフト及び伝搬遅延に基づいて到来波信号を推定する到来波信号推定部と、前記到来波信号推定部が推定した到来波信号に基づいて、到来波ごとにパワースペクトラムを最大にして伝搬パラメータを推定する伝搬パラメータ推定部と、前記伝搬パラメータ推定部が推定した伝搬パラメータに基づいて、到来波ごとに複素振幅を更新する更新部とを有することを特徴とする。
また、本発明の一態様にかかる動的な伝搬パラメータの推定方法は、合成開口方式の電波伝搬特性測定システムを用いた動的な伝搬パラメータの推定方法において、到来波ごとの到来角、ドップラーシフト及び伝搬遅延に基づいて到来波信号を推定する到来波信号推定工程と、推定した到来波信号に基づいて、到来波ごとにパワースペクトラムを最大にして伝搬パラメータを推定する伝搬パラメータ推定工程と、推定した伝搬パラメータに基づいて、到来波ごとに複素振幅を更新する更新工程とを含む一連の処理を繰り返すことを含むことを特徴とする。
また、本発明の一態様にかかる受信機は、合成開口方式により電波を受信するアンテナと、到来波ごとの到来角、ドップラーシフト及び伝搬遅延に基づいて到来波信号を推定する到来波信号推定部と、前記到来波信号推定部が推定した到来波信号に基づいて、到来波ごとにパワースペクトラムを最大にして伝搬パラメータを推定する伝搬パラメータ推定部と、前記伝搬パラメータ推定部が推定した伝搬パラメータに基づいて、到来波ごとに複素振幅を更新する更新部とを有することを特徴とする。
本発明によれば、測定中に伝搬チャネルが変化する動的条件であっても、伝搬パラメータを精度よく推定することができる。
以下に、図面を用いて電波伝搬特性測定システム（チャネルサウンダ）の一実施形態を説明する。図１は、一実施形態にかかる電波伝搬特性測定システム１の構成例を示す図である。図１に示すように、電波伝搬特性測定システム１は、例えば送信機２及び受信機３を有する。
送信機２は、送信アンテナ２０を備え、例えばＯＦＤＭ（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）などの複数のサブキャリアからなるマルチキャリア信号となる電波を受信機３に対して送信する。受信機３は、例えば回転台３０によって円周上を回転させられる１本の受信アンテナ３２を有し、送信機２が送信する電波を合成開口方式によって受信して解析する。
一般に、電波伝搬特性測定システムに用いられる等間隔円形アレーアンテナ（ＵＣＡ：Uniform Circular Array Antenna）は、複数のアンテナが円周上に等間隔に配置され、それぞれのアンテナが無線信号を受信する。受信機３は、ＵＣＡを備えていてもよいが、ここでは受信アンテナ３２が円周上を移動しながら順次に無線信号を受信し、受信信号を合成することによってＵＣＡと同様に動作する仮想ＵＣＡを用いている。
図２は、受信機３が受信する電波の動的伝搬チャネルの信号モデルを模式的に示す図である。受信機３は、複数の異なる方向から到来波（到来波の数：Ｋ）を受信する。以下、Ｋ個の到来波におけるｋ番目の到来波を＃ｋ（１≦ｋ≦Ｋ）と記す。
また、到来波の伝搬パラメータをθｋ＝［τｋ（ｔ），φｋ（ｔ），μｋ］とする。ここで、τｋ（ｔ）は到来波の伝搬遅延、φｋ（ｔ）は到来角、γｋは複素振幅、μｋはドップラーシフトを表す。
図３は、受信アンテナ３２の回転を模式的に示す図である。受信アンテナ３２が円周上を回転するため、受信アンテナ３２が受信する信号の位相は、受信アンテナ３２の移動にともなうドップラーシフトに応じて変化する。つまり、受信アンテナ３２の回転に応じて、受信アンテナ３２が受信するチャネルの伝搬パラメータは変化する。
このとき、伝搬パラメータθｋを用いて、下式（１）に示すようにモードベクトルα（θ）を定義する。
ＵＣＡモードベクトルαＵＣＡ（φ）は、下式（２）によって表される。
ＵＣＡモードベクトルαＵＣＡ（φ）をドップラーシフトに基づいて補正するドップラー補正αｄｏｐ（μ）は、下式（３）によって表される。
伝搬遅延ベクトルατ（τ）は、下式（４）によって表される。
電波伝搬特性測定システム１においては、送信機２が受信する信号の伝搬チャネルが様々な方位から到来する到来波の重ね合せで表されることから、各到来波の動的チャネル信号を下式（５）に示したモデルによって示すこととする。
以下、上式（５）について説明する。ドップラー補正後のＵＣＡモードベクトルαＡＯＡ（φ，μ）は、下式（６）によって表される。
次に、受信機３について詳述する。図４は、受信機３が有する機能を示す機能ブロック図である。図４に示すように、受信機３は、記憶部４０、入力部４１、初期設定部４２、到来波信号推定部４３、伝搬パラメータ推定部４４、更新部４５、出力部４６及びチャネル信号算出部４７を有する。
記憶部４０は、受信機３が受信アンテナ３２を介して受信した電波の測定データ（受信信号）ｘ、後述する各データ及びプログラムなどを記憶するデータベースであり、メモリなどの記憶装置によって構成される。入力部４１は、記憶部４０が記憶する測定データｘを読出し、初期設定部４２に対して入力する。
初期設定部４２は、例えば下式（７）に示す伝搬パラメータ初期値を設定し、設定した伝搬パラメータ初期値を記憶部４０及び到来波信号推定部４３に対して出力する。
初期設定部４２は、上式（７）によって定義されるパワースペクトラムのピーク値によって伝搬パラメータ初期値を設定することに限定されず、任意の値を伝搬パラメータ初期値に設定してもよい。
到来波信号推定部４３は、下式（８）を用いて、到来波＃ｋの到来角、ドップラーシフト及び伝搬遅延に基づく到来波信号を推定し、推定した到来波信号を記憶部４０及び伝搬パラメータ推定部４４に対して出力する。
伝搬パラメータ推定部４４は、下式（９）を用いることにより、パワースペクトラムを最大化するパラメータによって到来波＃ｋの伝搬パラメータを推定し、推定した伝搬パラメータ推定値を記憶部４０及び更新部４５に対して出力する。
また、伝搬パラメータ推定部４４は、繰り返し回数（ｉｔｒ）が所定値に達した場合、伝搬パラメータの推定結果θｋを出力部４６に対して出力する。
更新部４５は、ｉｔｒをインクリメントし、下式（１０）を用いて到来波＃ｋの複素振幅を更新し、更新結果を到来波信号推定部４３に対して出力する。
出力部４６は、伝搬パラメータ推定部４４が出力した伝搬パラメータの推定結果θｋを記憶部４０に対して出力する。
チャネル信号算出部４７は、例えば上式（５）など、及び記憶部４０が記憶する各データを用いて、各到来波の動的チャネル信号等を算出する。
次に、受信機３の動作例について説明する。図５は、受信機３の動作例を示すフローチャートである。図５に示すように、受信機３は、まず入力部４１が受信信号ｘを初期設定部４２に対して入力する（Ｓ１００）。
次に、初期設定部４２は、例えば上式（７）などを用いて伝搬パラメータの初期値を設定する（Ｓ１０２）。
そして、到来波信号推定部４３が到来波信号を推定し（Ｓ１０４）、伝搬パラメータ推定部４４が伝搬パラメータを推定する（Ｓ１０６）。また、伝搬パラメータ推定部４４は、ｉｔｒが所定値に達したか否かを判定し（Ｓ１０８）、ｉｔｒが所定値に達していない場合（Ｓ１０８：Ｎ）にはＳ１１０の処理に進み、ｉｔｒが所定値に達した場合（Ｓ１０８：Ｙ）にはＳ１１２の処理に進む。
Ｓ１１０の処理において、更新部４５は、ｉｔｒをインクリメントし、上式（１０）を用いて到来波＃ｋの複素振幅を更新する。つまり、受信機３は、Ｓ１０４、Ｓ１０６及びＳ１１０の処理を所定回繰り返す。
Ｓ１１２の処理において、出力部４６は、伝搬パラメータの推定結果を記憶部４０に対して出力し、記憶させる。記憶部４０が記憶した伝搬パラメータの推定結果は、チャネル信号算出部４７が各到来波の動的チャネル信号等を算出するために用いられる。
このように、電波伝搬特性測定システム１は、送信機２が送信する電波のドップラーシフトに基づいて伝搬パラメータを推定するので、測定中に伝搬チャネルが変化する動的条件であっても、伝搬パラメータを精度よく推定することができる。
なお、図４に示した受信機３が有する各機能は、それぞれ一部又は全部がハードウェアによって構成されてもよいし、図示しないプロセッサが実行するプログラムとして構成されてもよい。
すなわち、本発明にかかる電波伝搬特性測定システム１は、コンピュータとプログラムを用いて実現することができ、プログラムを記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。
以上述べた実施形態は、本発明の実施形態を例示的に示すものであって、限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様でも実施することができる。
１・・・電波伝搬特性測定システム、２・・・送信機、３・・・受信機、３０・・・回転台、３２・・・受信アンテナ、４０・・・記憶部、４１・・・入力部、４２・・・初期設定部、４３・・・到来波信号推定部、４４・・・伝搬パラメータ推定部、４５・・・更新部、４６・・・出力部、４７・・・チャネル信号算出部
Claims (5)
- 電波を送信する送信機と、
前記送信機が送信する電波を合成開口方式によって受信する受信機と
を備えた電波伝搬特性測定システムにおいて、
前記受信機は、
合成開口方式により電波を受信するアンテナと、
到来波ごとの到来角、ドップラーシフト及び伝搬遅延に基づいて到来波信号を推定する到来波信号推定部と、
前記到来波信号推定部が推定した到来波信号に基づいて、到来波ごとにパワースペクトラムを最大にして伝搬パラメータを推定する伝搬パラメータ推定部と、
前記伝搬パラメータ推定部が推定した伝搬パラメータに基づいて、到来波ごとに複素振幅を更新する更新部と
を有することを特徴とする電波伝搬特性測定システム。 - 前記更新部が所定回数の更新を行った複素振幅に基づいて動的チャネル信号を算出するチャネル信号算出部
をさらに有することを特徴とする請求項１に記載の電波伝搬特性測定システム。 - 合成開口方式の電波伝搬特性測定システムを用いた動的な伝搬パラメータの推定方法において、
到来波ごとの到来角、ドップラーシフト及び伝搬遅延に基づいて到来波信号を推定する到来波信号推定工程と、
推定した到来波信号に基づいて、到来波ごとにパワースペクトラムを最大にして伝搬パラメータを推定する伝搬パラメータ推定工程と、
推定した伝搬パラメータに基づいて、到来波ごとに複素振幅を更新する更新工程と
を含む一連の処理を繰り返すことを含むことを特徴とする動的な伝搬パラメータの推定方法。 - 合成開口方式により電波を受信するアンテナと、
到来波ごとの到来角、ドップラーシフト及び伝搬遅延に基づいて到来波信号を推定する到来波信号推定部と、
前記到来波信号推定部が推定した到来波信号に基づいて、到来波ごとにパワースペクトラムを最大にして伝搬パラメータを推定する伝搬パラメータ推定部と、
前記伝搬パラメータ推定部が推定した伝搬パラメータに基づいて、到来波ごとに複素振幅を更新する更新部と
を有することを特徴とする受信機。 - 請求項４に記載の受信機の各部としてコンピュータを機能させるための電波伝搬特性測定プログラム。
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