3-d unitary esprit 法を用いた時空間チャネルサウンダの2波 ......ele8 ele7 ele6...

黒田一浩・阪口啓・高田潤一・荒木純道

3-D Unitary ESPRIT 法を用いた時空間チャネルサウンダの2波分離分解能測定実験

東京工業大学移動通信研究グループ

・時空間チャネルサウンダの構成

・遅延時間分解能の測定結果

・まとめ

・研究目的

内容

・空間分解能の測定結果

・一波推定実験

BS(Rx)

MS(Tx)

120°

伝搬路

研究目的

相関が高いときと低いときの分解能を測定する．

実環境において干渉波が所望波にたいして相関が高いかどうかは測定してみないと分からない．

フリーエ分解能に比べて最低限どの程度の分解能が得られるか実験により求める．

自作のハードウェア様々な誤差の要因が考えられる．

送信アンテナ

受信アンテナ

水平方向素子間隔

垂直方向素子間隔

中心周波数

周波数サンプル数

キャリア間隔

フーリエ分解能(空間)

フーリエ分解能(遅延時間)

半波長ダイポールアンテナ

2×2素子方形パッチアレーアンテナ

λ/√

3

λ

5.85[GHz]

20

500[kHz]

約60[deg]

約100[ns]

時空間チャネルサウンダの仕様

帯域幅 9.5[MHz]

A/D 変換器 12bit ・ 20Ms/s

送信機

Arbitrary Waveform Generator

f

Rb atomic osc.10MHz

1 ch

2 ch

I/QModulator

I/QModulator

2 way Power Splitter

BPF

BPF

RF 5850MHz

RF Local4970MHz

IF Local880MHz

IF Local880MHz(+ Hz)fd

RF 5850MHz (+ Hz)fd

3D Unitary ESPRIT法各アンテナ素子の特性が等しいことが前提

2×4素子の特性がほぼ等しいアンテナにするため

相互結合の影響が減少するようにダミー素子を配置

ele1ele2ele3ele4

ele5ele6ele7ele8

λ/√

3

λ

受信アンテナ

受信機

PREAMP

PREAMP

PREAMP

PREAMP

LNA

LNA

LNA

LNA

Rb atomic osc. 10MHz

RF Local 5845MHz

IF AMP

IF AMP

IF AMP

IF AMP

LPF

LPF

LPF

LPF

LPF

LPF

LPF

LPF

fcut=1.2GHz fcut=10.7MHz

Power Splitter

fif=5MHz

PC A/DConv.

DMA

Clock 40MHz

Trigger 250kHz

1波推定実験

送信機

4m

左右±60度受信機

電波暗室

-60

-50

-40-30

-20-10

010

20

30

40

50

60

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Esr

imat

ed A

oA [d

eg]

Rotator Angle [deg]

0

5

10

15

20

-60 -50 -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60

Rotator Angle [deg]

Est

imat

ed D

elay

[ns]

TransmitterReceiverPCADC

4 way Power Splitter

Power CombinerATT

測定環境

遅延時間分解能測定実験

到来波数 2

キャリブレーション法バック・トゥ・バック(4m)

スナップショット 50

1[Hz]fd

送信電力等電力

スムージング法フォワード・バック・フォワード

Delay Difference : 0[ns]

Delay Difference : 5.26[ns] Delay Difference : 10.53[ns]

SNR 30dB

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60

Estimated Delay [ns]

Est

imat

ed P

ower

[dB

m]

source 1source 2theory

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


測定結果

完全相関のとき

Delay Difference : 21.05[ns]


-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Estim

ated

Pow

er [d

Bm]

source 1

source 2

theory

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]



-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Estim

ated

Pow

er [d

Bm]

source 1

source 2

theory

Delay Difference : 0[ns]


SNR 30dB

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


相関が低いとき[約0.15]

-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]




-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-90

-85

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

0 10 20 30 40 50 60


Est

imat

ed P

ower

[dB

m]



SNR 30dB

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50


Del

ay D

iffer

ence

[ns]

theory

mesurement

Del

ay D

iffer

ence

[ns]

0

5

10

15

20

25

30

35

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50


theory

mesurement

2波が完全相関 2波の相関が低いとき

・遅延時間差が大きくなるように誤差が生じている．

・完全相関のときはある点から急に誤差が減少している．

・相関が低いときは徐々に誤差が減少している．

測定環境

空間分解能測定実験

電波暗室

送信機

4m

受信機

・一波は受信アンテナの正面から，もう一つはそれに方位角方向に角度差をつけた．

・2波の遅延時間差は無いものとした．

・各設定は遅延時間分解能の測定の際と同様

測定結果

完全相関のとき

Azimuth Angle Difference : 20[deg]

Azimuth Angle Difference : 25[deg] Azimuth Angle Difference : 30[deg]

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-40-30-20-10010203040

Estimated AoA [deg]

Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-40-30-20-10010203040

Estimated AoA [deg]

Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-40-30-20-10010203040

Estimated AoA [deg]

Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


相関が低いとき[約0.15]

-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-30-20-100102030

Estimated AoA [deg]

Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-30-20-100102030

Estimated AoA [deg]

Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-30-20-100102030

Estimated AoA [deg]

Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


Azimuth Angle Difference : 8[deg]


-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-30-20-100102030

Estimated AoA [deg]

Est

imat

ed P

ower

[dB

m]


-80

-75

-70

-65

-60

-55

-50

-45

-40

-30-20-100102030

Estimated AoA [deg]

Est

imat

ed P

ower

[dB

m]



2波が完全相関 2波の相関が低いとき

15

20

25

30

35

-40-30-20-10010203040

theory

mesurement

Estimated AoA [deg]

Azi

mut

h A

ngle

Diff

eren

ce [d

eg]

5

10

15

20

25

-30-20-100102030

theory

mesurement

Estimated AoA [deg]

Azi

mut

h A

ngle

Diff

eren

ce [d

eg]

・誤差は主に角度差が大きくなる方向に生じている．

・キャリア付近に生じた受信側IFアンプの電源ノイズ

・同期が長時間に渡って安定していない．

・キャリブレーション法が2送信系に対応していないことによる 2つの送信系の特性の差の影響

誤差の原因

・設置による誤差

・アンテナの素子間のカップリング

・受信機等による反射・回折

従来のビーム幅から求める方法の分解能

空間約60[deg]

遅延時間 105.26[ns]{

・分解能が数分の1まで高くなっていることが確認できた

3-D Unitary ESPRIT 法を用いた時空間チャネルサウンダ

まとめ

Delay Difference

Ang

le D

iffer

ence

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