JP6307474B2 - フェージングシミュレータ及びフェージング信号生成方法 - Google Patents

Description

本発明は、移動体通信端末と基地局との間の空間伝搬によって生じるフェージングを模擬するフェージング処理の技術に関する。特に、本発明は、無線信号（以下、ＲＦ信号と言うことがある）を受けてベースバンド信号を抽出し、抽出したベースバンド信号をフェージング処理し、再びＲＦ信号に変換して移動体通信端末に送り、試験を行う技術に関する。

電波の振幅及び位相がランダムに変化する伝搬経路内を移動体通信端末が移動しながら基地局からの電波を受信する場合にはフェージングが生じる。このため、移動体通信端末の通信性能を評価する際には、基地局を模擬する基地局擬似装置とともに、電波伝搬環境を模擬するフェージングシミュレータと呼ばれる装置が利用されている（例えば、特許文献１参照）。

近年、移動体通信端末では、インターネットからの情報をダウンロードすることが多くなっている。このため、下りの情報伝達量を増加させる一つの方式として、ＭＩＭＯ（Multiple Input Multiple Output）方式やマルチキャリア方式（例えばキャリアアグリゲーション）等が提案されている。ＭＩＭＯ方式における移動体通信端末は、多アンテナを有し、複数のＲＦ信号を受信する。

一般に、この多アンテナ形の移動体通信端末に対し、基地局疑似装置を用いて受信特性等に係る通常の試験を行う場合には、異なるベースバンドで変調されたＲＦ信号をアンテナ数に相当する数だけ試験信号として出力する送信装置が用意され、その試験信号が送信装置から移動体通信端末に送信され、試験が行われる。

また、多アンテナ形の移動体通信端末のフェージングに係る試験では、ベースバンド信号にフェージングを生じさせるフェージング処理が行われ、そのフェージング処理が行われたベースバンド信号がＲＦ信号に変換されてフェージングシミュレーションの試験信号とされることがある。この場合には、信号発生器はＲＦ信号ではなく、異なる複数のベースバンド信号を発生する。

特開平８−２６５１８７号公報

ところで、上記のように通常の試験は、複数のＲＦ信号を試験信号として行われるため、それらのＲＦ信号を使ってフェージングに係る試験を行いたいという要求がある。つまり、前述の通常の試験に用いた上記のＲＦ信号を発生する送信装置からＲＦ信号を受信し、受信したＲＦ信号から得られるベースバンド信号に対してフェージングを与えるフェージングシミュレータによって、フェージングシミュレーションを実施したいという要求がある。

この場合、上記の送信装置は、デジタルのベースバンド信号を発生し、これをアナログに変換したうえで、ＲＦ信号に変換して試験信号として出力する。フェージングシミュレータは、送信装置から出力されたＲＦ信号をＲＦ受信部により受信し、受信したＲＦ信号の周波数を変換してベースバンド信号を抽出する。そして、フェージングシミュレータは、抽出したベースバンド信号に所定のフェージング処理を行ってフェージング信号を生成し、そのフェージング信号を再びＲＦ帯に周波数変換してＲＦ信号を試験信号として移動体通信端末に送信する。

しかし、この場合、デジタルのベースバンド信号がその生成後からフェージングシミュレータのＲＦ受信部で受信されるまでの間に、ＲＦ帯での周波数変換等の特性影響を受けて、フェージングを生じさせる対象であるベースバンド信号の品質が変化してしまう可能性がある。例えば、上記のＲＦ受信部に外部からノイズが混入した場合、ＲＦ受信部の性能（例えばノイズ除去機能）が低いときには、ＲＦ受信部から出力されるベースバンド信号の品質が悪くなり、フェージング信号も品質が劣化した状態で生成されてしまう。

この対策としては、例えば、ＲＦ受信部の性能を上げることが考えられる。ところが、その場合には、一つのＲＦ受信部の構成規模が大きくなる上に、多アンテナ形の移動体通信端末のフェージング試験を行うときには、複数のＲＦ受信部を設ける必要があり、さらに規模が大きいものになるという欠点がある。

本発明の目的は、ＲＦ信号を受けてそのＲＦ信号から抽出されたベースバンド信号にフェージングを生じさせてフェージング信号を生成するフェージングシミュレータにおいて、そのＲＦ信号の特性の影響を軽減したフェージング信号を生成することができる技術を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、ベースバンド信号をそれぞれ含む複数の無線信号を受信する移動体通信端末（３）に対してフェージング試験を行うフェージングシミュレータ（２）であって、ノイズを除去するノイズ除去機能を有し、前記複数の無線信号を受信して個々の周波数を変換し、前記複数の無線信号から個別にベースバンド信号を抽出するものであり、前記ノイズ除去機能を超えるレベルのノイズが外部から混入された場合にビットエラーを生じた状態で前記ベースバンド信号を抽出する複数の受信部（２００Ｆ）と、前記複数の受信部により抽出された前記ビットエラーを生じた状態の複数のベースバンド信号に対して個別に再生処理を行い、複数の新たなベースバンド信号を生成する複数の再生処理部（２１０Ｈ）と、前記複数の再生処理部により生成された前記複数の新たなベースバンド信号に対して個別にフェージング処理を行い、複数のフェージング信号を生成するフェージング演算部（２２０）と、前記フェージング演算部により生成された前記複数のフェージング信号を個別に無線信号に変換し、前記移動体通信端末への試験信号として出力する複数の送信部（２３０Ｋ）と、を備えることを特徴とするフェージングシミュレータである。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のフェージングシミュレータであって、前記複数の再生処理部は、前記受信部により抽出された前記ベースバンド信号に対して復調・復号処理を行って前記ベースバンド信号をビットストリーム信号に変換して出力するとともに、誤り検出を行って誤りがあれば前記ビットストリーム信号を訂正して出力する復調・復号部（２１１）と、前記復調・復号部により出力された前記ビットストリーム信号を前記新たなベースバンド信号に変換する符号化・変調部（２１２）と、をそれぞれ具備することを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のフェージングシミュレータであって、前記複数の受信部により抽出された前記複数のベースバンド信号に基づいて、前記複数の受信部により受信された前記複数の無線信号の個々の信号品質を評価し、それらの信号品質の評価結果を出力する評価部（２６０）をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のフェージングシミュレータであって、前記複数の復調・復号部により抽出された前記複数のビットストリーム信号に基づいて、前記複数の受信部により受信された前記複数の無線信号の個々の信号品質を評価し、それらの信号品質の評価結果を出力する評価部（２６０）をさらに備えることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、ベースバンド信号をそれぞれ含む複数の無線信号を受信する移動体通信端末に対してフェージング試験を行うためのフェージング信号生成方法であって、前記複数の無線信号を受信して個々の周波数を変換し、前記複数の無線信号から個別にベースバンド信号を抽出するステップであり、ノイズを除去するノイズ除去機能を超えるレベルのノイズが外部から混入された場合にビットエラーを生じた状態で前記ベースバンド信号を抽出する受信ステップと、前記受信ステップにより抽出された前記ビットエラーを生じた状態の複数のベースバンド信号に対して個別に再生処理を行い、複数の新たなベースバンド信号を生成する再生処理ステップと、前記再生処理ステップにより生成された前記複数の新たなベースバンド信号に対して個別にフェージング処理を行い、複数のフェージング信号を生成するフェージング演算ステップと、前記フェージング演算ステップにより生成された前記複数のフェージング信号を個別に無線信号に変換し、前記移動体通信端末への試験信号として出力する送信ステップと、を有することを特徴とするフェージング信号生成方法である。

本発明に係るフェージングシミュレータは、品質劣化の恐れがある受信部の後段に再生処理部を有している。この再生処理部は、受信部から出力されたデジタルのベースバンド信号に対して再生処理をし、新たなデジタルのベースバンド信号を生成する。したがって、例えば、受信部から出力されるベースバンド信号が雑音（ノイズ）に起因するビットエラーを生じているような場合でも、再生処理によってその後に誤り訂正等がなされた新たなベースバンド信号を生成し、その新たなベースバンド信号に対してフェージング効果を与えることが可能になる。これにより、ＲＦ帯における特性の悪影響を軽減することができ、もって適切な試験信号を出力することができる。

本発明の実施形態の構成を示すブロック図である。

本発明の実施形態について図１を参照しながら説明する。本実施形態に係る移動体通信端末試験システムは、送信装置１と、フェージングシミュレータ２と、移動体通信端末３とを備えている。これにより、移動体通信端末３に対するフェージング試験が行われる。なお、移動体通信端末３としては、一例として、多アンテナ形の移動体通信端末が用いられる。

送信装置１は、複数のＲＦ送信部１００Ｅ１〜Ｅｎを含んでいる。また、フェージングシミュレータ２は、複数の受信部２００Ｆ１〜Ｆｎと、複数の再生処理部２１０Ｈ１〜Ｈｎと、フェージング演算部２２０と、複数の送信部２３０Ｋ１〜Ｋｍと、設定部２４０と、変調設定格納部２５０と、評価部２６０と、表示部２７０とを含んでいる。

各受信部２００Ｆ１〜Ｆｎは、それぞれＲＦ受信部２０１とＡ／Ｄ変換部２０２を有し、後述する所定の無線受信処理を行う。各再生処理部２１０Ｈ１〜Ｈｎは、それぞれ復調・復号部２１１と符号化・変調部２１２を有し、後述する所定の再生処理（信号品質の向上処理）を行う。各送信部２３０Ｋ１〜Ｋｍは、それぞれＤ／Ａ変換部２３１とＲＦ送信部２３２を有し、後述する所定の無線送信処理を行う。

ここで、図１の記載で同一の符号（例えば、「１００Ｅ」、「２００Ｆ」及び「２１０Ｈ」）に添え字１〜ｎが付された要部（例えば、「ＲＦ送信部」、「受信部」及び「再生処理部」）は、同一機能を有する。同様に、同一の符号（例えば、「２３０Ｋ」）に添え字１〜ｍが付された要部（例えば、「送信部」）は、同一機能を有する。

以下の説明では、同一機能のものが複数ある場合には、代表の一つを説明することがある。また、ＲＦ送信部１００Ｅ１〜Ｅｎを代表してＲＦ送信部１００Ｅと言うことがある。受信部２００Ｆ１〜Ｆｎを代表して受信部２００Ｆと言うことがある。再生処理部２１０Ｈ１〜Ｈｎを代表して再生処理部２１０Ｈと言うことがある。送信部２３０Ｋ１〜Ｋｍを代表して送信部２３０Ｋと言うことがある。

なお、ｎ個の受信部２００Ｆは、送信装置１のｎ個のＲＦ送信部１００Ｅ（１００Ｅ１〜Ｅｎ）に１対１で対応している。フェージングシミュレータ２のｍ個の送信部２３０Ｋ（２３０Ｋ１〜Ｋｍ）は、移動体通信端末３のアンテナ数ｍと対応している。ｎ＝ｍの場合には、各部が１対１でアンテナ数と対応する。ただし、フェージング演算部２２０の出力の数をｎと違う値のｍにすることも可能である。

送信装置１において、ＲＦ送信部１００Ｅは、元データであるベースバンド信号に誤り訂正用符号（例えば、パリティ符号等のデータ）を付し、デジタルのベースバンド信号を生成する。次いで、ＲＦ送信部１００Ｅは、誤り訂正用符号を含むベースバンド信号に対して、所定通信方式に応じたフォーマットの送信フレーム（例えばＯＦＤＭフレーム等）の生成処理及び符号化等を含むデジタル信号処理を行う。そして、送信装置１のＲＦ送信部１００Ｅは、デジタル信号処理された信号をアナログに変換したうえで、その周波数を変換し、ベースバンド信号である信号波を搬送波に含ませてＲＦ帯のｎ個のＲＦ信号（無線信号）として出力する。なお、誤り訂正用符号としては、上記したパリティ符号（誤り検出、訂正を行うための冗長性）の他に、リードソロモン符号（ＲＳ符号）、畳み込み符号（Convolutional Code）、ターボ符号（Turbo Code）等が挙げられる。

フェージングシミュレータ２において、受信部２００ＦのＲＦ受信部２０１は、受信したＲＦ信号の周波数を変換し、ＲＦ信号から搬送波成分を取り除き信号波成分、すなわちアナログのベースバンド信号を抽出して出力する。ここでは、ＲＦ受信部２０１として、信号の品質を幾らか劣化させる恐れのある簡易な構成のものが採用される。なお、ベースバンド信号は誤り訂正用符号を含んでいる。

受信部２００ＦのＡ／Ｄ変換部２０２は、ＲＦ受信部２０１から出力されたアナログのベースバンド信号をデジタルのベースバンド信号に変換して出力する。

なお、受信部２００ＦのＲＦ受信部２０１は、受信したＲＦ信号の周波数を変換して出力し、受信部２００ＦのＡ／Ｄ変換部２０２でＲＦ受信部２０１から出力された信号をデジタル信号に変換した後、このデジタル信号からデジタルのベースバンド信号を抽出するようにしても良い。

再生処理部２１０Ｈの復調・復号部２１１は、復調部、復号部及び誤り訂正部２１１ａを有する。復調部は、Ａ／Ｄ変換部２０２から出力されたデジタルのベースバンド信号に対して復調処理（例えばＱＰＳＫ復調やＯＦＤＭ復調等）を行う。

復号部は、復調処理が行われたデジタルのベースバンド信号に対して、所定の通信方式に応じた復号処理を行い、ビット列としてのビットストリーム信号を取得するとともに、誤り訂正部２１１ａにより誤り検出を行う。復号部は、ビットストリーム信号に誤りがない場合、そのままビットストリーム信号を出力し、ビットストリーム信号に誤りがある場合、その誤りを誤り訂正部２１１ａにより訂正し、訂正されたビットストリーム信号を出力する。

誤り訂正部２１１ａは、例えば、送信装置１のＲＦ送信部１００Ｅから送信されたＲＦ信号に、誤り訂正用符号としてパリティビットが付加されている場合、そのパリティビットを抽出して誤り検出を行い、検出されたビットエラーに対して誤り訂正のアルゴリズムを用いて誤り訂正を行う。

再生処理部２１０Ｈの符号化・変調部２１２は、再生処理部２１０Ｈの復調・復号部２１１から出力されたビットストリーム信号に対して符号化処理及び変調処理（例えばＱＰＳＫ変調やＯＦＤＭ変調等）を行い、そのビットストリーム信号から新たなベースバンド信号を生成する。

上記のように復調・復号部２１１によって、ベースバンド信号は、ビットストリーム信号に変換される。そのビットストリーム信号に対して誤り訂正部２１１ａによって誤り訂正が施され、誤りのないビットストリーム信号として再生される。そのビットストリーム信号が符号化・変調部２１２によって新たなベースバンド信号に変換されて、後述するフェージング演算部２２０に入力されることになる。新たなベースバンド信号の品質は、送信装置１のＲＦ送信部１００Ｅにより出力されるＲＦ信号内のベースバンド信号と同等（理想的）となる。

設定部２４０は、ユーザによる、通信方式に応じた復調・復号の条件の設定、ならびに符号化・変調の条件の設定（例えば、ＲＳ符号、畳み込み符号、ターボ符号等の符号化率や符号化アルゴリズム等）を受ける。そして、設定部２４０は、それぞれの条件を復調・復号部２１１に出力し、さらに、変調設定格納部２５０を介して符号化・変調部２１２に出力する。また、設定部２４０は、ユーザによるフェージング処理の切替設定を受け、フェージング演算部２２０に出力する。

変調設定格納部２５０は、例えば、設定部２４０を介してユーザから与えられる通信方式に応じた変調の条件を予め記憶する。そして、変調設定格納部２５０は、各復調・復号部２１１からそれぞれ出力される各ビットストリームに対応した変調の条件を、予め記憶した条件から選択し、それぞれ各符号化・変調部２１２に出力する。また、ユーザ自身が設定部２４０により条件を選択して設定することもできる。

なお、符号化、変調のパラメータは、設定部２４０がユーザにより用いられ直接設定されてもよい。例えば、試験ごとに通信方式（ＬＴＥ、ＩＳＤＢ等）が異なるような場合には、選択された通信方式における所定の復調、復号のパラメータに対応する符号化、変調のパラメータを設定する必要がある。この場合、ユーザは、設定部２４０により、対応する変調パラメータを設定し、所定の符号化・変調処理を設定することができる。

また、符号化、変調のパラメータは、各復調・復号部２１１からそれぞれ出力される各ビットストリームに含まれるパラメータを取得し、それを用いるようにしても良い。

フェージング演算部２２０は、各符号化・変調部２１２から出力されたｎ個のデジタルのベースバンド信号にそれぞれフェージング処理を行い、所定のフェージング効果を与え、フェージング効果が与えられたフェージング信号を出力する。このフェージング演算部２２０は、例えば、ｎ個のフェージング演算回路により構成されているが、これに限るものではない。

ここで、例えば、ＭＩＭＯ方式を用いた場合には、下記式（１）に示すように、フェージング演算部２２０に入力されるベースバンド信号ＢＸ１〜ＢＸｎのそれぞれに、伝送路の伝達状態を示すパラメータＨ_１１〜Ｈ_ｎｍで表される重み付けをして計算を行う。これにより、ｍ個分のフェージンングされたベースバンド帯のフェージング信号ＦＸ１〜ＦＸｍを生成することができる。演算の条件や効果は設定部２４０により設定可能である。下記式（１）は、ＭＩＭＯ方式を用いた場合の一例である。

なお、上記の説明では、フェージング演算部２２０が、各符号化・変調部２１２から出力された個々のベースバンド信号に所定のフェージング処理を行っている。ところが、フェージング演算部２２０は、設定部２４０を介して通知されるユーザ設定によって、各Ａ／Ｄ変換部２０２からデジタルのベースバンド信号を受けてフェージング処理を行うこともできる（図１の点線矢印の経路を参照）。

送信部２３０ＫのＤ／Ａ変換部２３１は、フェージング演算部２２０から送信されたデジタルのフェージング信号をアナログのフェージング信号に変換する。

送信部２３０ＫのＲＦ送信部２３２は、Ｄ／Ａ変換部２３１から出力されたアナログのフェージング信号をＲＦ帯（無線周波数帯）に周波数変換して搬送波に含ませ、ＲＦ信号（無線信号）を生成する。そして、ＲＦ送信部２３２は、生成されたＲＦ信号を試験信号として移動体通信端末３に出力する。

評価部２６０は、各復調・復号部２１１からの誤り検出情報（エラー検出情報）及びビットストリーム信号を基に、各ＲＦ受信部２０１により受信された信号の品質を評価するための計測機能を有している。この評価部２６０は、各復調・復号部２１１から誤り検出情報を受けた場合、誤り率を算出し、その算出結果を表示部２７０に出力して表示させる。なお、誤り率は算出せず、表示部２７０に誤りの有無を表示するようにしても良い。

例えば、評価部２６０は、エラー・ベクトル振幅（ＥＶＭ）測定、ＳＮ比測定等を行う。エラー・ベクトル振幅測定とは、受信されたＲＦ信号の品質やパフォーマンスを読み取るための測定である。ＥＶＭ測定を用いることで、受信されたＲＦ信号の障害や歪みの原因を発見してそれに対処することができる。ＥＶＭ測定の結果とＳＮ比測定の結果は表示部２７０に出力され、表示部２７０によって表示される。このようにエラー・ベクトル振幅測定、ＳＮ比測定等を行うことによって、フェージングシミュレータ２での受信状況の確認を行うことができる。

以上説明したように、本実施の形態に係るフェージングシミュレータ２は、品質劣化の恐れがある受信部２００Ｆの後段に再生処理部２１０Ｈを有している。この再生処理部２１０Ｈは、受信部２００Ｆから出力されたデジタルのベースバンド信号に対して再生処理をして新たなデジタルのベースバンド信号を生成する。つまり、たとえ受信部２００Ｆから出力されるベースバンド信号が例えば雑音（ノイズ）に起因するビットエラーを含む信号であったとしても、再生処理部２１０Ｈによる再生処理によって誤り訂正等がなされた新たなベースバンド信号が生成される。これにより、品質の劣化がキャンセルされたベースバンド信号に対してフェージング効果を与えることが可能になる。したがって、ＲＦ帯における特性の悪影響を軽減することができ、もって適切な試験信号を出力することができる。

また、評価部２６０が誤り検出情報を受けた場合、評価部２６０により誤り率が算出され、その算出結果または誤りの有無が表示部２７０に表示されるので、入力されたベースバンド信号の品質を視認することができる。したがって、ユーザはリアルタイムに信号の品質を把握することができる。

１ 送信装置
２ フェージングシミュレータ
３ 移動体通信端末
１００Ｅ１〜Ｅｎ ＲＦ送信部
２００Ｆ１〜Ｆｎ 受信部
２０１ ＲＦ受信部
２０２ Ａ／Ｄ変換部
２１０Ｈ１〜Ｈｎ 再生処理部
２１１ 復調・復号部
２１１ａ 誤り訂正部
２１２ 符号化・変調部
２２０ フェージング演算部
２３０Ｋ１〜Ｋｍ 送信部
２３１ Ｄ／Ａ変換部
２３２ ＲＦ送信部
２４０ 設定部
２５０ 変調設定格納部
２６０ 評価部
２７０ 表示部

Claims (5)

1. ベースバンド信号をそれぞれ含む複数の無線信号を受信する移動体通信端末（３）に対してフェージング試験を行うフェージングシミュレータ（２）であって、
   ノイズを除去するノイズ除去機能を有し、前記複数の無線信号を受信して個々の周波数を変換し、前記複数の無線信号から個別にベースバンド信号を抽出するものであり、前記ノイズ除去機能を超えるレベルのノイズが外部から混入された場合にビットエラーを生じた状態で前記ベースバンド信号を抽出する複数の受信部（２００Ｆ）と、
   前記複数の受信部により抽出された前記ビットエラーを生じた状態の複数のベースバンド信号に対して個別に再生処理を行い、複数の新たなベースバンド信号を生成する複数の再生処理部（２１０Ｈ）と、
   前記複数の再生処理部により生成された前記複数の新たなベースバンド信号に対して個別にフェージング処理を行い、複数のフェージング信号を生成するフェージング演算部（２２０）と、
   前記フェージング演算部により生成された前記複数のフェージング信号を個別に無線信号に変換し、前記移動体通信端末への試験信号として出力する複数の送信部（２３０Ｋ）と、
   を備えることを特徴とするフェージングシミュレータ。
2. 前記複数の再生処理部は、
   前記受信部により抽出された前記ベースバンド信号に対して復調・復号処理を行って前記ベースバンド信号をビットストリーム信号に変換して出力するとともに、誤り検出を行って誤りがあれば前記ビットストリーム信号を訂正して出力する復調・復号部（２１１）と、
   前記復調・復号部により出力された前記ビットストリーム信号を前記新たなベースバンド信号に変換する符号化・変調部（２１２）と、
   をそれぞれ具備することを特徴とする請求項１に記載のフェージングシミュレータ。
3. 前記複数の受信部により抽出された前記複数のベースバンド信号に基づいて、前記複数の受信部により受信された前記複数の無線信号の個々の信号品質を評価し、それらの信号品質の評価結果を出力する評価部（２６０）
   をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のフェージングシミュレータ。
4. 前記複数の復調・復号部により抽出された前記複数のビットストリーム信号に基づいて、前記複数の受信部により受信された前記複数の無線信号の個々の信号品質を評価し、それらの信号品質の評価結果を出力する評価部（２６０）
   をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載のフェージングシミュレータ。
5. ベースバンド信号をそれぞれ含む複数の無線信号を受信する移動体通信端末に対してフェージング試験を行うためのフェージング信号生成方法であって、
   前記複数の無線信号を受信して個々の周波数を変換し、前記複数の無線信号から個別にベースバンド信号を抽出するステップであり、ノイズを除去するノイズ除去機能を超えるレベルのノイズが外部から混入された場合にビットエラーを生じた状態で前記ベースバンド信号を抽出する受信ステップと、
   前記受信ステップにより抽出された前記ビットエラーを生じた状態の複数のベースバンド信号に対して個別に再生処理を行い、複数の新たなベースバンド信号を生成する再生処理ステップと、
   前記再生処理ステップにより生成された前記複数の新たなベースバンド信号に対して個別にフェージング処理を行い、複数のフェージング信号を生成するフェージング演算ステップと、
   前記フェージング演算ステップにより生成された前記複数のフェージング信号を個別に無線信号に変換し、前記移動体通信端末への試験信号として出力する送信ステップと、
   を有することを特徴とするフェージング信号生成方法。

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