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技術 3次元遅延分散推定方法

出願人 株式会社アドバンテスト
発明者 北吉均
出願日 1995年1月23日 (24年9ヶ月経過) 出願番号 1995-008497
公開日 1996年8月9日 (23年3ヶ月経過) 公開番号 1996-201460
状態 特許登録済
技術分野 その他の電気量の測定 雑音の除去
主要キーワード 時系列デジタル信号 通信用送受信機 開平演算 時間応答関数 取壊し 固定無線機 フーリエ積分 周波数応答関数
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この項目の情報は公開日時点(1996年8月9日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

目的

特殊変調を行うことなく、狭帯域電波の測定で、簡単かつ短時間に求めることができる。

構成

既知の位置(ξ0 ,η0 )から放射されている電波を観測して少くとも二つの周波数ω1 ,ω2 について干渉データ(電波ホログラム)H(x,y,ω1 )、H(x,y,ω2 )を測定し、これら干渉データをそれぞれ2次元フーリエ積分して二次波源像I(ξ,η,ω1 )、I(ξ,η,ω2 )を得る。各二次波源の3次元空間位置を求め、その3次元空間内の任意の位置から、各再配置波源までの距離に応じた遅延時間と強度減衰とを求めて遅延平均値と遅延の標準偏差とを求める。

概要

背景

前記遅延分散通信品質の評価に利用され、例えば遅延分散の値から通信可能な最大ビットレートが決まる。従来においては例えばIEEE Transactions on Antenas and Propagation,Vol.42,No.10.Oct.,1994,PP.1369〜1376「A New Approach for Estinating Indoor Radio Propagation Characteristics」に示されているように、PNコード変調した電波を送信し、測定したい位置に設けた受信機で前記送信波を受信して測定している。

概要

特殊変調を行うことなく、狭帯域電波の測定で、簡単かつ短時間に求めることができる。

既知の位置(ξ0 ,η0 )から放射されている電波を観測して少くとも二つの周波数ω1 ,ω2 について干渉データ(電波ホログラム)H(x,y,ω1 )、H(x,y,ω2 )を測定し、これら干渉データをそれぞれ2次元フーリエ積分して二次波源像I(ξ,η,ω1 )、I(ξ,η,ω2 )を得る。各二次波源の3次元空間位置を求め、その3次元空間内の任意の位置から、各再配置波源までの距離に応じた遅延時間と強度減衰とを求めて遅延平均値と遅延の標準偏差とを求める。

目的

効果

実績

技術文献被引用数
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牽制数
1件

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請求項1

一次波源を見ることができ、かつ推定したい波動場空間を見渡せる位置で上記波動の2次元干渉データ少くとも周波数で測定し、上記測定した2次元干渉データを用いて波源像を再生し、その再生波源像の上記一次波源に対する伝搬遅延時間をその波源の位相から求め、上記再生波源像、上記伝搬遅延時間、推定したい周波数で観測された波源の位相を用いて各波源を3次元空間中再配置し、評価したい受信点から、上記再配置された各波源までの距離に応じた遅延時間と強度減衰量とを求め遅延平均値と遅延の標準偏差とを算出することを特徴とする3次元遅延分散推定方法

請求項2

上記波動の周波数帯域を制限し、その周波数帯域では上記再配置された波源の強度及び位相が一定として、上記距離に応じた強度の減衰量と、遅延とを考慮した伝搬路周波数応答を求め、その周波数応答関数から時間応答関数を求め、その時間応答関数から上記遅延平均と遅延の標準偏差の算出を行うことを特徴とする請求項1記載の3次元遅延分散推定方法。

技術分野

0001

この発明は無線通信においてアンテナから放射された電波反射回析を繰り返して作る3次元的なマルチパス遅延波の分散を推定する方法に関する。

背景技術

0002

前記遅延分散通信品質の評価に利用され、例えば遅延分散の値から通信可能な最大ビットレートが決まる。従来においては例えばIEEE Transactions on Antenas and Propagation,Vol.42,No.10.Oct.,1994,PP.1369〜1376「A New Approach for Estinating Indoor Radio Propagation Characteristics」に示されているように、PNコード変調した電波を送信し、測定したい位置に設けた受信機で前記送信波を受信して測定している。

発明が解決しようとする課題

0003

従来においては評価したい各場所に、いちいち受信機を設置して、直接測定しているため、測定作業が大変で時間も掛る。PNコードで変調しているため、変調周波数帯域幅を十分広げないと短かい遅延を分離することができず、測定精度も悪い。

課題を解決するための手段

0004

この発明によれば一次波源を見ることでき、かつ推定したい波動場空間を見渡せる位置で波動の2次元干渉データ少くとも周波数で測定し、この測定した2次元干渉データを用いて波源像を再生し、その再生波源像の一次波源に対する伝搬遅延時間をその波源の位相から求め、更に再生波源像と伝搬遅延時間と、推定したい周波数で観測された波源の位相を用いて各波源を3次元空間中再配置し、評価したい受信点から、再配置された各波源までの距離に応じた遅延時間と強度減衰量とを求め遅延平均値遅延分散値とを算出する。

0005

以下この発明を、構内における電波の3次元遅延分散の推定に適用した実施例につき説明する。この実施例では一次波源を見ることができ、かつ推定したい電磁場空間を見渡せる位置で電磁波の2次元干渉データを少くとも2周波数で測定する。例えば図1に示すように構内11内に一次波源として周波数f1 の電波と周波数f2 の電波とを放射する放射器12が用いられ、この放射器12を見ることができ、かつ推定したい電磁場空間を見渡せる位置に観測面13を配し、観測面13の各点に走査アンテナ14を位置させて受信すると共に、これと比較的接近した位置に固定的に設けた固定アンテナ15で受信する。アンテナ14,15の各受信出力前置増幅器16,17を通じ、更にフィルタ18,19で不要波が除去された後、周波数混合器21,22で局部発振器23よりの局部信号周波数混合され、その各差周波数成分(例えば21.4MHz)が帯域通過フィルタ24,25でそれぞれ取出され、これらは更に周波数混合器26,27で局部発振器28の局部信号(例えば22.4MHz)と周波数混合され、その各差周波数成分(例えば1MHz)が低域通過フィルタ29,31でそれぞれ取出される。フィルタ29,31の各出力はフーリエ積分器32,33に供給され、発振器34からのパルス(例えば10.24MHz)によりそれぞれサンプリングされ、各サンプル値ディジタル信号に変換され、それぞれ離散的フーリエ積分される。これらフーリエ積分結果Sm (x,y),Sr はホログラム演算部35において、フーリエ積分器33の出力Sr を基準としたホログラム演算
H(x,y)=(Sm (x,y)/Sr )・|Sr | …(1)
がなされ干渉データが得られる。x,yは観測面13上の直交座標の各点を示す。発振器23,28,34は基準発振器36からの安定した基準信号(例えば10MHz)により同期化されている。局部発振器23の周波数を調整して、周波数f1 の電波を受信した時の複素ホログラム(二次元干渉データ)と、周波数f2 の電波を受信した時の複素ホログラムとを測定する。観測面13の大きさは例えば28×28cm2 であり、走査アンテナ14のx,yの各方向における移動ピッチはそれぞれ例えば0.45cmである。

0006

H(x,y)は観測面13における各点の固定アンテナ15の受信波を基準とした受信信号振幅と位相とを求めたことになる。このH(x,y)を二次元フーリエ積分すると、
I(ξ,η)exp (jθ(ξ,η))
=K-1(ξ,η,z)∫∫H(x,y)exp(−j2π(ξx+ηy) )dx dy
…(2)
となる。zは観測面13と垂直なz軸上の観測面13からの距離、ξはz軸に対する方位角、ηはz軸に対する仰角である。

0007

このI(ξ,η)は観測面13から各方向を見た時の振幅と、位相とが求まり、電波源像が再生されたことになる。この再生波源像の一次波源である放射器12の波動に対する各伝搬遅延時間をその波源の位相から求める。即ち一次波源である放射器12の位置を(ξ0 ,η0 )、放射器12の観測面13からの距離をγ0 とし、電波の速度をc、ω1 =2πf1 、ω2 =2πf2 とすると再生波源像、つまり観測面から見た二次波源および一次波源の伝搬遅延時間D(ξ,η)は次式より求まる。
D(ξ,η)=γ0 /c+{(θ(ξ,η,ω1 )−θ(ξ0 ,η0 ,ω1 ))
−((θ(ξ,η,ω2 )−θ(ξ0 ,η0 ,ω2 ))}
/(ω2 −ω1 ) …(3)
更に上記再生波源像I(ξ,η)exp(jθ(ξ,η))と、伝搬遅延時間D(ξ,η)と、推定したい周波数2πf=ωにより観測された波源の位相とを用いて各波源を3次元空間に再配置する。つまり各波源の絶対座標は次式で与えられる。

0008

γ(ξ,η)=D(ξ,η)・cとすると、
X(ξ,η)=γ(ξ,η)・ξ・cos(sin-1(η)) …(4)
Y(ξ,η)=γ(ξ,η)・η・cos(sin-1(ξ)) …(5)
Z(ξ,η)=√(γ(ξ,η)2 −X(ξ,η)2 −Y(ξ,η)2 …(6)
この時の各波源の放射強度と位相は次式となる。

0009

I′(ξ,η,ω)=γ(ξ,η)・I(ξ,η,ω) …(7)
θ′(ξ,η,ω)=θ(ξ,η,ω)+2πγ(ξ,η)f …(8)
再生像座標(ξ,η)で決る3次元空間の各位置つまり(4),(5),(6)式で与えられる座標X,Y,Z上に(7)式及び(8)式で与えられる波源が存在することになる。

0010

ここで3次元空間の任意の位置(x′,y′,z′)における遅延平均値τm、遅延の標準差τrms は、その位置(x′,y′,z′)から各波源までの距離γ′(ξ,η)に応じた遅延時間γ′(ξ,η)/cと強度(I′(ξ,η,ω)/r(ξ,η))2とからそれぞれ次式により求まる。
τm =ΣΣ(1/(c・γ′(ξ,η)) )・(I′(ξ,η,ω))2/ΣΣ
((1/γ′(ξ,η))・I′(ξ,η,ω))2 …(9)

0011

ID=000003HE=040 WI=124 LX=0430 LY=2000
(9),(10)式でΣΣはそれぞれξ,ηの各値についての加算であり、
r′(ξ,η)=√{(X(ξ,η)−x′)2 +(Y(ξ,η)−y′)2
+(Z(ξ,η)−z′)2 } …(10)
このようにしてホログラム観測面13から見える3次元空間の任意の位置(x′,y′,z′)における遅延平均τm 、遅延の標準偏差τrms をそれぞれ(9),(10)式を演算することにより求めることができる。上述の処理手順図2に示す。なお遅延波分散量は(9)式において開平演算を行うものであるが、(9)式を遅延分散と呼ぶこともある。

0012

通常の電波による通信においては有限周波数帯域で行われる。従って有限帯域ω±Δωの範囲では各波源の強度I′(ξ,η,ω)位相θ′(ξ,η,ω)は変化が小さいと考えられ、それぞれをI′(ξ,η)、θ′(ξ,η)とし、アンテナ指向特性をA(ξ,η)とすると、任意の位置(x′,y′,z′)における伝搬路周波数応答を次式で求めることができる。

0013

G(ω)=ΣΣ(A(ξ,η)/γ′(ξ,η))・I′(ξ,η)・exp
(j(θ′(ξ,η)−γ′(ξ,η)・ω/c)) …(11)
更に周波数帯域制限関数をB(ω)とすると、伝搬路の時間応答関数g(t)は次式で表すことができる。
g(t)=∫G(ω)・B(ω)・exp(jωt)dω
∫は制限されている周波数範囲の積分
この時間応答関数から、任意の位置(x′,y′,z′)における遅延平均τm 、遅延の標準偏差τrms はそれぞれ次式で求めることができる。

0014

τm =∫t・|g(t)|2 dt/∫|g(t)|2 dt …(12)
τrms =√{∫(t−τm )2 |g(t)|2 dt/∫|g(t)|2 dt}
…(13)
電波ホログラム(干渉データ)H(x,y)を得るにはスペクトル領域ではなく、時間領域での積分により求めることもできる。その例を図3に、図1と対応する部分に同一符号を付けて示す。低域通過フィルタ29、31よりのベースバンド信号乗算器64,65ヘ供給される。一方基準となる固定アンテナ15側の帯域通過フィルタ25の出力は、局部発振器28の出力を移相器66でπ/2ずらされたものと乗算器67で乗算され、その乗算出力は低域通過フィルタ68によりベースバンド信号が取出される。低域通過フィルタ31,68の各出力はそれぞれ乗算器64,65へ供給される。つまり帯域通過フィルタ25の出力は直交検波されるその検波出力同相成分と、直交成分とが走査アンテナ14側のベースバンド信号と乗算器64,65で乗算される。乗算器64,65の各出力は積分器71,72で発振器34からのクロックによりサンプリングされ、時系列デジタル信号にされた後、それぞれ時間領域で積分され、実部Re 、虚部Imとして演算部73へ供される。この例では図に示していない固定無線機よりの電波をアンテナ14,15で受信すると共に、前記固定無線機との通信用送受信機74によリ得られている受信電界強度|Sr |が演算部73へ供給される。演算部73ではRe +jIm =Sm ・Sr * を演算し、これを|Sr |で割算して、電波ホログラムH(x,y)を得る。またこの例では送受信機74が受信した特定のIDコードを検出した時に、乗算器64,65の各出力を積分器71,72へ供給するようにすることもできる。また送受信機74での受信電波の選択と対応して、局部発振器23の発振周波数を自動的に制御するようにされている。

0015

このようにすると、運用中の通信システムの電波を利用して、その電波の伝搬路の3次元空間の各部の遅延平均τm と遅延標準偏差τrms を求めることにより、ビルディングの設置、取壊しなどで電波環境が変化したことにもとずく通信品質の劣化などを評価することができる。

発明の効果

0016

以上述べたようにこの発明によれば、干渉データを観測し、その波源像を再生し、これを3次元空間の再配置し、ホログラム観測面から見ることができる任意の位置の各波源との距離に対応した減衰と遅延とを求めて遅延平均τm と遅延標準偏差τrms とを求めているため、各位置に受信機を移動させて測定する従来技術と比較して簡単かつ短時間に求めることができ、しかも特別な変調を必要とせず、狭帯域で測定して、短かい遅延も分離することができる。

図面の簡単な説明

0017

図1干渉データを得るための構成例を示すブロック図。
図2この発明による方法の処理手順を示す図。
図3干渉データを得る他の構成例を示すブロック図。

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