技術 ＭＩＭＯシステムチャネル分析モデル、ＭＩＭＯシステムチャネルモデル構築方法およびコンピュータ可読記憶媒体

0001

本願は、2017年8月16日に提出された、名称を「MIMOチャネル分析モデル、モデル構築方法およびコンピュータ可読記憶媒体」とする中国特許出願NO.201710701526.6の優先権を主張し、当該中国特許出願の内容を参照により本願に援用する。

0002

本公開は通信技術分野に関わるがこれに限らず、特にMIMOシステムチャネル分析モデル、MIMOシステムチャネルモデル構築方法およびコンピュータ可読記憶媒体に関するものである。

0003

近代的な通信システムは送信機および/または受信機における複数のアンテナに依存してリンク性能を向上させるものである。このような技術はマルチ入力マルチ出力(MIMO、Multiple-Input Multiple-Output)技術といい、これは空間符号化および/または空間復号化を用いることで空間次元を利用する。大規模なMIMO技術は現在の通信システムの重要な研究と発展方向であって、5G無線通信システムにおいて注目を集めている技術の1つであり、高性能ゲインの実現が期待されており、当該性能ゲインは高いデータレートと好ましい信頼性を提供することができ、多くのユーザに対応でき、また、電力消耗が少ないという性能がある。大規模なMIMOシステムは基地局側で大量のアンテナを使用し、プリコーディング技術を使用してエネルギーをターゲットモバイルユーザに集中させて所定チャネルにおける電力を低減し、つまり、無線エネルギーを特定のユーザに向けてチャネルにおける電力を低減するとともに、その他のユーザへの干渉を減らす。

0004

大規模なMIMOシステムのチャネルのモデリングは、大規模なMIMOシステムの設計にとって重要な意義があり、また、大規模なMIMOシステムのチャネルモデルと実際の大規模なMIMOシステムの合致度を向上させることは大規模なMIMOシステムの性能の向上にとって非常に重要である。

0005

本公開は、アンテナ部材と分析モジュールを含み、前記アンテナ部材は、複数の送信アンテナアレイエレメントによって構築される送信アンテナアレイと、複数の受信アンテナアレイエレメントによって構築される受信アンテナアレイとを含み、前記分析モジュールは、前記送信アンテナアレイエレメント間の関連性、前記受信アンテナアレイエレメント間の関連性、前記送信アンテナアレイから前記受信アンテナアレイまでのチャネル行列に基づいて、MIMOシステムのチャネルモデルを構築するように配置される、MIMOシステムチャネル分析モデルを提供する。

0006

本公開は、前記MIMOシステムチャネル分析モデルの送信アンテナアレイにおける送信アンテナアレイエレメント間の関連性、前記MIMOシステムチャネル分析モデルの受信アンテナアレイにおける受信アンテナアレイエレメント間の関連性、前記MIMOシステムチャネル分析モデルの送信アンテナアレイから前記MIMOシステムチャネル分析モデルの受信アンテナアレイまでのチャネル行列に基づいてMIMOシステムのチャネルモデルを構築するステップを含む、上記のMIMOシステムチャネル分析モデルを用いるMIMOシステムチャネルモデル構築方法を提供する。

0007

本公開は、コンピュータプログラムが記憶され、当該コンピュータプログラムが実行されて上記のMIMOシステムチャネルモデル構築方法を実現する、コンピュータ可読記憶媒体を提供する。

0008

図１は本公開の実施例のMIMOシステムチャネル分析モデルの概念図である。
図２は本公開の実施例における隣接する任意の2列のアンテナアレイエレメントがずらして排列される概念図である。
図３は本公開の実施例におけるHFSSソフトウェアにより構築するMIMOシステムのアンテナアレイモデルの概念図である。
図４は本公開の実施例のMIMOシステムチャネルモデル構築方法のフローチャートである。

0009

以下では図面を組み合わせて本公開の実施例の技術案について明瞭、完全に説明する。明らかに、説明する実施例は本公開の一部の実施例に過ぎず、全ての実施例ではない。本公開における実施例に基づき、当業者が創造力を働かせずに得たその他のすべての実施例は本公開の請求範囲に属する。

0010

図1では本公開の実施例のMIMOシステムチャネル分析モデルの概念図が示されている。図1に示すように、前記MIMOシステムチャネル分析モデルは、アンテナ部材101、信号アナログモジュール102、信号受信モジュール103と分析モジュール104を含む。前記アンテナ部材101は、複数の送信アンテナアレイエレメントによって構築される送信アンテナアレイ1011と複数の受信アンテナアレイエレメントによって構築される受信アンテナアレイ1012とを含む。前記信号アナログモジュール102は、前記送信アンテナアレイにより無線信号を送信するように配置される。前記信号受信モジュール103は前記受信アンテナアレイにより無線信号を受信するように配置される。前記分析モジュール104は、前記送信アンテナアレイエレメント間の関連性、前記受信アンテナアレイエレメント間の関連性、前記送信アンテナアレイから前記受信アンテナアレイまでのチャネル行列に基づいてMIMOシステムのチャネルモデルを構築するように配置される。

0011

本公開の実施例では、前記送信アンテナアレイと前記受信アンテナアレイが引き込んだ各リンクの無線信号間の関連性および自由空間伝播期間における各リンクの無線信号間の関連性を組み合わせてMIMOシステムのチャネルモデルを構築しており、得られるMIMOシステムのチャネルモデルは実際の大規模なMIMOシステムのチャネル状況により適合する。本公開の実施例のMIMOシステムチャネル分析モデルを用いて構築したMIMOシステムのチャネルモデルは、無線信号の、MIMOシステムの送信アンテナアレイ内、空間内、およびMIMOシステムの受信アンテナアレイ内の伝播特徴に基づいて、MIMOシステムの送信アンテナアレイと受信アンテナアレイを設計することができる。例えば、需要に応じてMIMOシステムの送信アンテナアレイ内の送信アンテナアレイエレメントの配置方式および受信アンテナアレイ内の受信アンテナアレイエレメントの配置方式を調整することで、MIMOシステムの設計を最適化し、MIMOシステムの性能を向上させる。

0012

本公開の実施例において、前記送信アンテナアレイエレメント間の関連性と前記受信アンテナアレイエレメント間の関連性は、送信アンテナアレイエレメント間の結合度、受信アンテナアレイエレメント間の結合度、送信アンテナアレイエレメントの定常波係数、受信アンテナアレイエレメントの定常波係数、送信アンテナアレイエレメント間の輻射特性、受信アンテナアレイエレメント間の輻射特性、送信アンテナアレイエレメント間の遮蔽度、受信アンテナアレイエレメント間の遮蔽度、送信アンテナアレイエレメントのポート発射状況、受信アンテナアレイエレメントのポート反射状況、送信アンテナアレイエレメント間のリターンロス、受信アンテナアレイエレメント間のリターンロス等における少なくとも1つに関連する。

0013

実際の実験比較により、受信アンテナアレイエレメント間の関連性および送信アンテナ間の関連性を考慮してMIMOシステムのチャネルモデルを構築することは、受信アンテナアレイエレメント間の関連性と送信アンテナアレイエレメント間の関連性を考慮せずにMIMOシステムのチャネルモデルを構築することとの比較において、得られるMIMOシステムのチャネルモデルが体現する無線信号の伝播特徴に明らかな違いがあることが分かっており、実際のMIMOシステムにおいて、送信アンテナアレイエレメント間には関連性があり、受信アンテナアレイエレメント間には関連性がある。MIMOシステムのチャネルモデルの構築時にこれら関連性情報を考慮すると、得られるMIMOシステムのチャネルモデルが体現する無線信号の伝播特徴と実際の無線信号の伝播特徴との間の接近度を向上させることができる。

0014

0015

0016

例として、MATLAB（Matrix Laboratory、行列実験室）ソフトウェアまたはAnsoft社のHFSS（High Frequency Structure Simulator、高周波構造シミュレーション）3次元電磁界シミュレーションソフトウェアを用いてMIMOシステムチャネル分析モデルのアンテナアレイに対してシミュレーションを行うことで、送信アンテナアレイの輻射特性、受信アンテナアレイの輻射特性、送信アンテナアレイエレメント間の結合度および/または受信アンテナアレイエレメント間の結合度を得ることができる。

0017

本公開の実施例において、前記MIMOシステムチャネル分析モデルのアンテナ部材はPCBプリント回路板をさらに含んでもよく、前記送信アンテナアレイエレメントと前記受信アンテナアレイエレメントはパッチアンテナアレイエレメントであり、前記パッチアンテナアレイエレメントは前記PCBプリント回路板に設置されて順に配列される。

0018

本公開の実施例においては、前記アンテナ部材をPCBプリント回路板に設置しており、コストが低く、体積が小さく、実装、使用が容易であると同時に、アンテナアレイエレメントを実装してアンテナアレイエレメント間の配列位置を固定するという役割を効果的に果たすことができる。

0019

本公開の実施例において、前記アンテナ部材は、信号送受信アセンブリをさらに含んでもよく、前記信号アナログモジュールは励振信号発生手段を含んでもよく、前記励振信号発生手段は、例えば同軸線インターフェースを介して前記PCBプリント回路板上の送信アンテナアレイへ給電するように配置されることで、アクセスする前記送信アンテナアレイの各送信アンテナアレイエレメントの励振信号を互いに独立させる。

0020

本公開の実施例において、前記励振信号発生手段は前記PCBプリント回路板の裏面を介して前記アンテナ部材の信号受送信（TR）アセンブリを用いて前記送信アンテナアレイへ給電する。前記給電の操作により、送信アンテナアレイは入力信号を得た後に無線信号を生じ、送信アンテナアレイ以外の空間へ輻射する。

0021

入力信号は前記送信アンテナアレイの送信アンテナアレイエレメント間伝播時に、一定の結合が生じることで、入力信号に一定の関連性を具備させる。本公開の実施例はMIMOシステムのチャネルモデル構築時に、入力信号の送信アンテナアレイエレメント間伝播時の関連性を考慮し、MIMOシステムのチャネルモデルを最適化しており、MIMOシステムのチャネルに対して精確な分析とテストを行うのに役立ち、MIMOシステムの設計を最適化することができる。

0022

このほか、前記受信アンテナアレイが無線信号を受信した後、無線信号は前記受信アンテナアレイエレメント間伝播時に、一定の結合（即ち、関連性）が生じる。本公開の実施例はMIMOシステムのチャネルモデル構築時に、無線信号の受信アンテナアレイエレメント間伝播時の関連性を考慮し、MIMOシステムのチャネルモデルを最適化しており、MIMOシステムのチャネルに対して精確な分析とテストを行うのに役立ち、MIMOシステムの設計を最適化することができる。

0023

本公開の実施例において、前記信号アナログモジュールは波束制御手段をさらに含んでもよく、前記波束制御手段は、前記励振信号の波形パラメーターを制御することで、前記無線信号に対してビームフォーミングを行うように配置され、例えば、送信アンテナアレイにおける各送信アンテナアレイエレメントの重み係数を調整することで、指向性を有する波束を生成する。

0024

例として、送信アンテナアレイにおける送信アンテナアレイエレメントと受信アンテナアレイにおける受信アンテナアレイエレメントを分けることができ、送信アンテナサブアレイ、受信アンテナサブアレイをそれぞれ形成し、送信アンテナアレイに入力される励振信号に対してビームフォーミングを行い、送信アンテナサブアレイが送信した無線信号を特定のユーザに向けることで、明らかなアレイゲインを得ることができる。

0025

本公開の実施例において、前記送信アンテナアレイにおいて隣接する任意の2列の前記送信アンテナアレイエレメントは行方向においてずらして配列してもよい。

0026

本公開の実施例において、前記受信アンテナアレイにおいて隣接する任意の2列の前記受信アンテナアレイエレメントは行方向においてずらして配列してもよい。

0027

言い換えれば、隣接する任意の2列の前記送信アンテナアレイエレメントはずらして配列してもよく、隣接する任意の2列の前記受信アンテナアレイエレメントはずらして配列してもよく、図2では配列方式の例が示されている。図2に示すアンテナアレイエレメント201は送信アンテナアレイエレメントまたは受信アンテナアレイエレメントであってもよい。

0028

図3ではHFSSソフトウェアにより構築するMIMOシステムのアンテナアレイモデルの概念図が示されている。図3に示すように、前記アンテナアレイモデルは送信アンテナアレイモデルまたは受信アンテナアレイモデルであってもよく、示されるアンテナアレイエレメント301は送信アンテナアレイエレメントまたは受信アンテナアレイエレメントであってもよい。

0029

本公開の実施例は本公開の実施例のMIMOシステムチャネル分析モデルを用いるMIMOシステムチャネルモデル構築方法をさらに提供する。図4に示すように、前記MIMOシステムチャネルモデル構築方法はステップ401〜403を含んでもよい。

0030

ステップ401：前記MIMOシステムチャネル分析モデルの送信アンテナアレイにより無線信号を送信する。

0031

ステップ402：前記MIMOシステムチャネル分析モデルの受信アンテナアレイにより前記無線信号を受信する。

0032

ステップ403：前記MIMOシステムチャネル分析モデルの送信アンテナアレイにおける送信アンテナアレイエレメント間の関連性、前記MIMOシステムチャネル分析モデルの受信アンテナアレイにおける受信アンテナアレイエレメント間の関連性、前記MIMOシステムチャネル分析モデルの送信アンテナアレイから前記MIMOシステムチャネル分析モデルの受信アンテナアレイまでのチャネル行列に基づいてMIMOシステムのチャネルモデルを構築する。

0033

上記の記載から分かるように、本公開の実施例が提供するMIMOシステムチャネルモデル構築方法は、本公開の実施例が提供するMIMOシステムチャネル分析モデルを用いて、MIMOシステムのチャネルモデル構築時に、無線信号の送信アンテナアレイ内、空間内、および受信アンテナアレイ内の伝播特徴を組み合わせて、得られるMIMOシステムのチャネルモデルと実際のMIMOシステムのチャネルをより接近させる。

0034

0035

0036

本公開の実施例は、コンピュータプログラムが記憶されているコンピュータ可読記憶媒体をさらに提供し、当該コンピュータプログラムは例えばコンピュータに実行されて本公開の実施例に記載のMIMOシステムチャネルモデル構築方法を実現する。

0037

本公開の実施例が提供するMIMOシステムチャネルモデル構築方法を実現することにより、MIMOシステムのチャネルモデルの構築時に、無線信号の送信アンテナアレイ内、空間内および受信アンテナアレイ内の伝播特徴を組み合わせて、得られるMIMOシステムのチャネルモデルを実際のMIMOシステムのチャネルにより接近させる。

0038

なお、本公開で言及されている「モジュール」、「手段」はソフトウェア、ハードウェアまたはその組み合わせにより実現することができ、前記ハードウェアは、例えばプロセッサ、集積回路等であってもよい。

0039

このほか、本公開で言及されている「行」と「列」は需要に応じて互いに置き換えることができる。

0040

説明した本公開の実施例は本公開を説明、解釈するためのものに過ぎず、本公開を限定するものではない。なお、かち合うことがなければ、本公開の実施例及び実施例における特徴は任意に組み合わせることができると理解すべきである。

0041

明らかに、当業者は本公開の範囲を逸脱しない範囲で本公開の実施例に対して種々の修正と変形を行うことが可能である。これら修正と変形は本公開の請求範囲に含まれる。