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...
TRANSCRIPT
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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
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・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
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
Estimated Delay [ns]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
測定結果
完全相関のとき
-
Delay Difference : 21.05[ns]
Delay Difference : 26.32[ns] Delay Difference : 31.58[ns]
-90
-85
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
0 10 20 30 40 50 60
Estimated Delay [ns]
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
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
Estimated Delay [ns]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
Delay Difference : 15.79[ns]
-90
-85
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
0 10 20 30 40 50 60
Estimated Delay [ns]
Estim
ated
Pow
er [d
Bm]
source 1
source 2
theory
-
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
Estimated Delay [ns]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
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
Estimated Delay [ns]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
-
Delay Difference : 21.05[ns]
Delay Difference : 26.32[ns] Delay Difference : 31.58[ns]
-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
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
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
Estimated Delay [ns]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
Delay Difference : 15.79[ns]
-
SNR 30dB
0
5
10
15
20
25
30
35
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50
Estimated Delay [ns]
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
Estimated Delay [ns]
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]
source 1source 2theory
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-40-30-20-10010203040
Estimated AoA [deg]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-40-30-20-10010203040
Estimated AoA [deg]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
-
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]
source 1source 2theory
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-30-20-100102030
Estimated AoA [deg]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-30-20-100102030
Estimated AoA [deg]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
Azimuth Angle Difference : 8[deg]
Azimuth Angle Difference : 10[deg] Azimuth Angle Difference : 12[deg]
-
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-30-20-100102030
Estimated AoA [deg]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-30-20-100102030
Estimated AoA [deg]
Est
imat
ed P
ower
[dB
m]
source 1source 2theory
Azimuth Angle Difference : 15[deg] Azimuth Angle Difference : 20[deg]
-
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