天线指向性控制系统的制作方法_2

文档序号:9732309
Matrix Indicator:预编码矩阵指标)、RI(Rank Indicator:秩指标) 等。
[0042] 控制器31从预先准备并存储在存储器32中的指向性图案候选中选择对天线11、12 设定的指向性图案,并向指向性控制电路21、22输出与所选择出的指向性图案对应的控制 信号。预先存储在存储器32中的指向性图案候选是用于在天线11、12各自中独立地实现多 个不同的指向性图案的图案数据,是天线11、12各自的专用的指向性图案的组合的数据。控 制器31例如是具备CPU的微型计算机。存储器32是设置于控制器31的内部或外部的存储装 置。
[0043] 控制器31是根据与天线11、12的接收信号有关的接收信号质量的测定值和信道质 量的测定值来从预先准备的多个指向性图案候选中选择对天线11、12设定的指向性图案的 选择单元的一例。
[0044] 指向性控制电路21、22是按照从控制器31指示的控制信号对天线11、12设定由控 制器31选择出的指向性图案的设定单元的一例。指向性控制电路21、22例如具有与天线11、 12有关的电抗可变电路。
[0045] 因而,根据与天线11、12的接收信号有关的接收信号质量的测定值和信道质量的 测定值来从多个指向性图案候选中选择对天线11、12设定的指向性图案,因此能够追随电 波传播环境的变动来选择恰当的指向性图案。例如,将接收信号质量的测定值设为Msq,将 信道质量的测定值设为Mcq。
[0046] 例如,在Msq为第一阔值W上且Mcq为第二阔值W上的情况下,控制器31从存储器 32内的指向性图案候选中选择与在Mcq小于第二阔值的情况下选择的指向性图案相比天线 11、12间的相关系数Pe低的指向性图案。
[0047] 例如,在Msq小于第一阔值且Mcq小于第二阔值的情况下,控制器31从存储器32内 的指向性图案候选中选择与在Mcq为第二阔值W上的情况下选择的指向性图案相比天线 11、12间的相关系数Pe高且天线11、12的合成增益高于规定的增益值的指向性图案。
[004引例如,在Msq为第一阔值W上且Mcq小于第二阔值的情况下,控制器31从存储器32 内的指向性图案候选中选择与在Mcq为第二阔值W上的情况下选择的指向性图案相比天线 11、12间的相关系数Pe高的指向性图案。
[0049] 例如,在Msq小于第一阔值且Mcq为第二阔值W上的情况下,控制器31从存储器32 内的指向性图案候选中选择与在Mcq小于第二阔值的情况下选择的指向性图案相比天线 11、12间的相关系数Pe低且天线11、12的合成增益高于规定的增益值的指向性图案。
[0050] <相关系数化的定义〉
[0051] 接着,对基于指向性图案的天线间的相关系数Pe进行说明。例如能够通过式1来导 出基于指向性图案的天线间的相关系数Pe(例如,参照非专利文献3)。
[0化2][式1]
[0化3]
[0054] 在式1中,假设不同指向性的2个天线彼此具有足够大的交叉极化波鉴别率(XPD) 且垂直极化波成分的指向性图案处于主导地位。原来的文献示出的式子考虑了交叉极化波 而复杂,因此式1通过仅假定垂直极化波而被简化。
[0055] Ei、E2表示天线的复数电场指向性,P表示到达波的角度分布,k表示波数,X表示天 线间的相位差。e表示仰角,Φ表示水平面内的角度。Ei、E2、p是角度Θ、巧的函数。
[0化6]在本发明的实施方式中,将到达波的角度分布巧Θ V牺设为"Pt(0)xPp((p)", 将Pt(0H受为相对于仰角Θ的正态分布,将Ρρ(φ)设为相对于水平面内角度φ的正态分布。
[0057]将作为到达波的角度分布巧Θ、啤)的平均的角度称为平均到达角,将相对于仰角 方向的平均到达角设为mt,将相对于水平面内方向的平均到达角设为mp。平均到达角表示 从多个方向到达的电波从哪个方向到达的概率高。
[0化引将作为到达波的角度分布PW、Φ)的标准偏差的角度称为角度扩展,将相对于仰 角方向的角度扩展设为Ot,将相对于水平面内方向的角度扩展设为op。角度扩展表示多个 电波的到达角在平均到达角周边集中的程度。
[0059] 由此,对于本发明的实施方式的相关系数,使到达波的角度任意地变化,计算各平 均到达角时的相关系数,并应用了对运些相关系数进行平均而得到的平均相关系数。相关 系数表示天线间的相关性的尺度。
[0060] <信道容量的定义〉
[0061] 接着,对信道容量进行说明。信道容量表示在某个频率的传播信道中不发生干扰 而能够多路复用的信号的密度。在信道容量高的情况下,如果发送不同的信息,则能够提高 通信速度,如果发送同一信息,则能够改善接收侧的信噪比。
[0062] 发送侧的传播环境信息已知且能够进行最佳的发送电力分配的情况下的信道容 量C用式2表示。
[0063] 试2]
[0064]
[0065] λι是传播矩阵的第i个特征值,Mo表示传播矩阵的秩(阶数。rank)。另外,一般情况 下,大多利用单个天线的特性将信道容量C归一化,γο表示损耗1的传播路径中的用单个天 线进行接收的情况下的信噪比。
[0066] 在丫 0足够高的情况下,如果对各特征路径分配同等的电力,则能够获得充足的多 路复用增益,在γο低的情况下,在对最大特征值的路径分配所有电力的情形下能够期待通 过最大比合成来改善信噪比(参照非专利文献4)。
[0067] 丫 1表示各特征路径中的信噪比。通过附加 W下条件,能够设为对电力分配不同的 情况进行比较时的规范,该条件是指,在电力分配不同的情况之间,丫 1的合计值彼此相等。 [006引将ΜΙΜΟ空间多路复用模式下的各特征路径的信噪比设为丫 1= 丫 ο/Μο(1 y < Mo), 将波束成形模式下的各特征路径的信噪比设为丫 i= 丫 0(i = l),丫 i = 0(Ki <M0)。
[0069] 在本发明的实施方式中,根据电波到达的角度巧Ij达角)的分布条件巧Ij达角分布 条件),使多个电波的各个电波(基元波)的到达角随机地产生,通过将各基元波进行复数合 成来获得传播矩阵。
[0070] 通过使基元波的初始相位变化来实现由衰落导致的传播矩阵的变动。将基元波的 初始相位设为相同分布。设具备天线的移动体正在移动,从而计算出50个地点的传播矩阵。
[0071] 另外,在同一路径环境中,对用单个的无指向性天线进行了接收的情况下的50个 地点的平均接收电力进行计算,并将传播矩阵归一化。使用该传播矩阵的特征值将基于式2 计算出的信道容量C设为50个地点的瞬时信道容量。将衰落环境下的平均的通信性能指标 设为对50个地点的瞬时信道容量进行平均而得到的值(平均信道容量)。
[0072] 本实施方式所设及的天线指向性控制系统是通过进行与接收信号质量和信道质 量相应的控制来提高通信性能的系统。作为表现信道质量的变动、即多路径环境的变化的 方法,能够利用使到达角分布的角度扩展变化的方法。在此,使具有不同的到达角分布的角 度扩展的到达波的入射角度任意地变化,并计算出各平均到达角时的平均信道容量。然后, 将计算出的平均信道容量中的最大值、即最大信道容量应用于本实施方式中的信道容量。 信道容量表示天线间的通信性能指标。
[0073] <指向性图案与传输模式的关系〉
[0074] 接着,对指向性图案与传输模式的关系进行说明。图2和图3是示出W相同的指向 性图案在ΜΙΜΟ空间多路复用模式(ΜΙΜΟ模式)下传输时和在波束成形模式(BF模式)下传输 时获得的信道容量的比较数据的曲线图。图2是示出在将水平面内的角度扩展op的假定值 设定为100°的情况下SINR与信道容量的关系的模拟数据。图3是示出在将水平面内的角度 扩展σρ的假定值设定为10°的情况下SINR与信道容量的关系的模拟数据。
[0075] 此外,关于图2、图3W及图4中的到达波,假设大多为从水平面内到达的波,将到达 波的仰角方向的角度分布Pt(0)的平均到达角mt设为90° (将天顶方向设为0°、将大地平面 方向设为180°的情况),将角度扩展ot设为10°。
[0076] 另外,在图2、图3 W及图4的例子中的指向性图案的选定时,假设能够获得适于 ΜΙΜΟ空间多路复用通信的足够的多路径的环境,且与图2、图3W及图4的条件无关地将到达 波的水平面内的角度分巧Ρρ(φ)的角度扩展op的假定值设为100°。而且,使平均到达角mp 在0°到350°之间W10°为间隔变化36次,使用对运些平均到达角分别计算出的相关系数的 平均值来选定图2、图3W及图4的例子中的指向性图案。
[0077] 另外,关于图2、图3W及图4中的信道容量,使水平面内的平均到达角mp在0°到 330°之间W30°为间隔进行变化,并计算出12个平均信道容量,求出它们中的最大值即最大 信道容量。在图2中,角度扩展op的假定值是100%在图3和图4中将角度扩展op的假定值设 为 10。。
[0078] SINR(Signal to Interference plus Noise Ratio:信号与干扰加噪声比)是指, 在多元件环境中考虑了周边元件的干扰的、接收信号电力与干扰加噪声电力的比。SINR是 通过SINR=S/(I+N)
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