多径生成装置、多径衰落模拟器以及多径生成方法 【技术领域】
本发明一般涉及用于在移动通信系统等的无线通信系统中模拟多径变动的时变多径生成装置、使用该装置的多径衰落模拟器以及多径生成方法，具体涉及使用通过把时变路径变动附加给与输入参数对应的各传播路径的参数(到来方向特性，相位特性，延迟特性，功率电平特性)来生成时变多径的技术的时变多径生成装置、使用该装置的多径衰落模拟器以及多径生成方法。
背景技术
图1示出了从基站天线发送电波，移动站接收经过由建筑物等反射和衍射而形成的多个传播路径到达的电波的情况的概念图。图1的右侧示出了延迟分布的示例。在图1所示的延迟分布中有5个传播路径，横轴是到达移动站的电波的传播延迟时间(以下称为时间延迟)，纵轴是接收功率。时间延迟和接收功率可以是绝对值，也可以是相对值。
延迟分布中的①、②、③、④、⑤的电波可看作平面波(路径)。时间延迟最小的路径是通过距基站最短距离而到达的路径①，时间延迟比①大的路径是在经过由远方地建筑物和山岳等反射、衍射后而到达的路径。对于时间延迟大的路径，由于传播距离增大，因而传播损失增加，并且由于反射、衍射次数也增加，因而接收功率具有减小的倾向。
图2是示出每次移动站沿着道路移动而测定的延迟分布的测定例的图(非专利文献1)。随着移动站的移动，可以知道路径的时间延迟和接收功率时刻变化的状态。
当设计移动通信系统时，为了判断该系统是否能耐受传播路径变动，并且确定最佳系统参数值，用于对基站和移动站之间的空间中的传送质量进行模拟的模拟器是必要的。当使用模拟装置对移动通信中的传送质量进行评价等时，使用衰落模拟器，向从发射机输入的调制信号施加衰落并将其输出到接收机。此时，衰落模拟器把调制信号与具有由用户按照由例如ITU(国际电信联盟：International Telecommunication Union)等推荐的分布模型(Vehicular-B模型(非专利文献2))输入的时间延迟的传播波重叠，之后，施加Nakagami-Rice衰落或瑞利衰落，或者通过射线跟踪来计算延迟分布，然后把调制信号与各时间延迟的传播波叠加，之后，施加同样的衰落。
在传送速度低的常规移动通信系统中，考虑接收功率电平特性(例如：瑞利衰落模型；非专利文献3)和延迟特性(例如：等效传送线路模型；非专利文献4)就足够了，因而没有必要产生对实际环境作了准确模拟的路径的传播特性。因此，设计了衰落模拟器，用于提供按照把路径变动定义为多个路径的矢量和的Nakagami-Rise分布或瑞利分布的功率电平变动，而对路径间的相关不作考虑。
[非专利文献1]
進士昌明著“無線通信の電波伝搬”1992年第210頁
[非专利文献2]
ITU-R M.1225，“Guidelines for evaluations of radiotransmission technologies for IMT-2000，”1997
[非专利文献3]
Jakes W.C.Jr.，ed.：“Microwave mobile communications”，JohnWiley&Sons，Inc.，New York，1974
[非专利文献4]
Y.Karasawa，T.Kuroda，and H.Iwai：“The equivalenttransmission-path model，-A tool for analyzing error floorcharacteristics due to inter-symbol interference in Nakagami-Ricefading environments，”IEEE Trans.Veh.Technol.46[1]pp.194-202，1997
[非专利文献5]
山田，富里，松本：「実伝搬デ一タを用いた時空等化器のシステム評価」，信学技報A·P2000-96(2000-10)
[非专利文献6]
S.Ichitsubo，K.Tsunekawa，and Y.Ebine：“MultipathPropagation Model of Spatio-Temporal Dispersion Observed at BaseStation in Urban Areas”，IEEE Journal on selected areas incommunications，Vol.20，No.6，August 2002
例如在第4代移动通信方式(宽带传送方式)中，一般认为，用于在延迟时间轴上除去不必要的路径的自适应均衡技术和用于在空间轴(电波到来方向)上分离不必要的路径的自适应阵列天线(AAA)技术是必不可少的，朝向实现这些技术的研究开发正在积极进行中(非专利文献5)。并且，如果使传送速度高速化(增大位速率)，则可把到来波分离成多个传播延迟波(单一路径，或者复合的多个路径)，因而可减轻在传送速度低的常规传送方式中存在问题的衰落的影响，并可实现高质量通信。因此，为了进行高精度的传送特性评价，重要的是针对从发射站发送的无线波在实际传播线路内传播并到达接收站以前的多个传播路径中的每一个可再现传播特性。
在路径的传播特性中具有例如传播延迟特性和到来方向特性，对其形状的分布和建模的探讨正在热烈进行中(非专利文献6)。例如，公知的是，使用针对时间延迟按指数函数衰减的指数函数模型可大致近似获得传播延迟特性(非专利文献3)。然而，以这种模型为基础的对于传播路径的时间变动特性的提供方法只是仅使Nakagami-Rise衰落或瑞利衰落变动叠加的方法，这些方法只不过提供作为多个路径的相加结果而表现的变动特性。
而且，为了对使用把自适应均衡器和AAA组合起来的技术的通信方式进行评价，对路径的到来方向特性、延迟时间特性以及接收功率电平特性全部作了考虑的路径模型是不可缺少的。
作为本来的各路径单位的功率电平变动的主要原因，可列举由周围存在的汽车、人体的地面物的移动引起的路径遮蔽。而且，当移动站移动时，加之可考虑由建筑物等引起的路径遮蔽。应把由这些遮蔽引起的功率电平变动作为各路径的变动加以考虑，然而常规衰落模拟器却不具有这种评价装置。
并且，针对去往接收站的到来方向大致相同的传播波，接受由同一遮蔽物引起的路径遮蔽变动的可能性高，因此该变动特性应具有强的相关，然而却尚未提供可对这种空间路径相关特性加以考虑的衰落模拟器。
【发明内容】
因此，本发明的一目的是提供按照各路径单位生成与所输入的模拟条件对应的传播路径参数(功率电平特性，相位特性，时间延迟特性，到来方向特性)的时间变动特性(时变多径变动)，并且生成空间路径相关特性作为所考虑的时变路径特性的时变多径生成装置、使用该装置的多径衰落模拟器以及多径生成方法。
按照用于达到上述目的的本发明的一特征的用于模拟无线通信中的多径变动的时变多径生成装置，包括：参数控制部，用于控制多个传播路径生成用的多个条件，这些条件是参数和数据文件；数据存储部，用于存储传播路径生成用的参数和数据文件；随机数生成部，用于根据由参数控制部提供的随机数参数来生成和输出多个随机数；以及传播路径生成部，用于生成多个时变传播路径，其中，根据存储在数据存储部内的传播路径生成用的参数和数据文件以及由随机数生成部生成的随机数来生成多个时变振幅函数和多个时变相位函数；把时变振幅函数在时域内顺次排列，这样获得时变遮蔽振幅函数，该获得重复N次，其中N表示传播路径数，从而产生N个时变遮蔽振幅函数；把时变相位函数在时域内顺次排列，这样获得时变遮蔽相位函数，该获得重复N次，其中N表示传播路径数，从而产生N个时变遮蔽相位函数；根据存储在数据存储部内的初始值生成参数，使用由随机数生成部提供的随机数来生成初始振幅、初始相位、初始时间延迟以及初始到来方向作为传播路径的传播路径参数；以及把时变遮蔽振幅函数和时变遮蔽相位函数分别与初始振幅和初始相位叠加，用于生成多个时变传播路径。
按照本发明的另一特征的用于模拟无线通信中的多径变动的时变多径生成装置，包括：参数控制部，用于控制多个传播路径生成用的多个条件，这些条件是参数和数据文件；数据存储部，用于存储传播路径生成用的参数和数据文件；随机数生成部，用于根据由参数控制部提供的随机数参数来生成和输出多个随机数；时变函数生成部，用于根据在数据存储部内存储的遮蔽参数和由随机数生成部提供的随机数，生成和输出用作传播路径的遮蔽特性的多个时变振幅函数和时变相位函数；以及传播路径生成部，用于生成多个时变传播路径，其中，把由时变函数生成部生成和提供的时变振幅函数和时变相位函数在时域内顺次排列，这样分别获得时变遮蔽振幅函数和时变遮蔽相位函数，该获得重复N次，其中N表示传播路径数，从而分别产生N个时变遮蔽振幅函数和N个时变遮蔽相位函数；根据存储在数据存储部内的初始值生成参数，使用由随机数生成部提供的随机数来生成初始振幅、初始相位、初始时间延迟以及初始到来方向作为传播路径的传播路径参数；以及把时变遮蔽振幅函数和时变遮蔽相位函数分别与初始振幅和初始相位叠加，用于生成多个时变传播路径。
按照本发明的另一特征的多径衰落模拟器，包括：时变多径生成装置，用于针对M个天线中的每一个生成N个传播路径；传播路径输出部，用于把由时变多径生成装置提供的时变传播路径的M×N个复数振幅划分成实部和虚部，并采用模拟形式输出这些实部和虚部；以及信号合成部，包括：至少一个数字信号输入端子；至少一个数字信号输出端子；正交信号生成部，用于根据通过数字信号输入端子输入的多个数字信号(I分量)来生成多个正交输入信号(Q分量)；2×M个横向电路，各自包括级联连接的(N-1)个延迟元件，以及N个乘法器，其中：把I分量和Q分量中的每一个分配给特定横向电路；N个乘法器中的每一个具有由传播路径输出部输出的可适用的相应实部或相应虚部，该可适用的实部或虚部具有初始时间延迟，并且把各乘法器的时间延迟设定成与可适用的实部或虚部的时间延迟相等；以及把由可适用的0、1或更多个延迟元件延迟的各数字信号与由可适用的实部或虚部表示的传播路径变动相乘；以及M个信号合成部，用于把各延迟时间的相乘结果相加，这样获得I分量和Q分量，用于把I分量和Q分量进行组合，这样针对M个天线中的每一个生成数字信号，并用于把该数字信号输出到数字信号输出端子。
按照本发明的另一特征的用于模拟无线通信中的多径变动的时变多径生成方法，包括：把要生成的传播路径的多个传播路径生成参数和数据文件存储在数据存储部内的步骤，该数据文件包含：传播路径生成参数文件，天线定向增益图形文件(antenna directional gain patternfiles)，以及时变函数常数参数生成条件文件；参数控制部从数据存储部中读出传播路径生成参数文件的步骤；参数控制部从数据存储部中读出诸如天线定向增益图形文件那样的与M个天线有关的数据文件的步骤；随机数生成部生成满足要生成的传播路径的传播路径参数初始值生成条件的随机数的步骤；传播路径生成部根据随机数来设定诸如N个传播路径参数的初始振幅值那样的初始条件的步骤；把N个初始振幅值和与从天线定向增益图形文件获得的到来传播路径的方向对应的天线定向增益相乘，以获得N×M个传播路径参数的步骤，这些参数被设定；参数控制部从数据存储部中读出时变函数常数参数生成条件文件的步骤；传播路径生成部根据由随机数生成部生成的随机数来生成时变函数常数参数的步骤；传播路径生成部根据时变函数常数参数来生成N个传播路径的时变遮蔽振幅特性和时变遮蔽相位特性，并生成N个传播路径中的每一个的振幅和相位的遮蔽变动特性的步骤；以及根据所生成的遮蔽变动特性来生成时变多径的步骤。
按照本发明的另一特征的用于模拟无线通信中的多径变动的时变多径生成方法，包括：把要生成的传播路径的多个传播路径生成参数和数据文件存储在数据存储部内的步骤，该数据文件包含：传播路径生成参数文件，天线定向增益图形文件，以及时变函数常数参数生成条件文件；参数控制部从数据存储部中读出传播路径生成参数文件的步骤；参数控制部从数据存储部中读出诸如天线定向增益图形文件那样的与M个天线有关的数据文件的步骤；随机数生成部生成满足要生成的传播路径的传播路径参数初始值生成条件的随机数的步骤；传播路径生成部根据随机数来设定诸如N个传播路径参数的初始振幅值那样的初始条件的步骤；把N个初始振幅值和与从天线定向增益图形文件获得的到来传播路径的方向对应的天线定向增益相乘，以获得N×M个传播路径参数的步骤，这些参数被设定；参数控制部根据传播路径生成参数文件来指定计算模型的步骤；随机数生成部生成与遮蔽参数对应的随机数的步骤；时变函数生成部根据随机数生成所指定的计算模型的N个时变函数的步骤；根据由传播路径生成部生成的时变函数，为N个传播路径生成时变遮蔽振幅特性和时变遮蔽相位特性，把这些振幅特性和相位特性分别与各传播路径的振幅和相位相乘，从而生成遮蔽变动特性的步骤；以及根据所生成的遮蔽变动特性来生成时变多径的步骤。
本发明不是把作为各路径的合成结果的变动特性的Nakagami-Rise衰落或瑞利衰落等的变动作为各路径的变动进行模拟，而是把在现实传播线路内被认为是路径变动主要原因的实际由车辆和人体等的移动物以及建筑物和结构物等的地面物引起的遮蔽而产生的路径变动看作是各路径的变动，因而可生成在考虑这种路径变动之后也能对空间路径的变动相关加以考虑的路径变动来模拟多径衰落。
【附图说明】
图1是从基站发送的电波经过反射和衍射而到达移动站的情况的概念图，并且是示出各波(传播路径)的延迟分布的图。
图2是示出移动站移动时的延迟分布的测定例的图。
图3是示出根据本发明的实施方式的时变多径生成装置的构成例的方框图。
图4是示出根据本发明的实施方式的多径衰落模拟器的构成例的方框图。
图5是示出根据本发明的实施方式的由接收站的移动引起的相位变化的图。
图6是示出根据本发明的实施方式的时变多径生成装置的动作的流程图。
图7是示出根据本发明的实施方式的路径参数初始值的生成结果的示例的图。
图8是示出根据本发明的实施方式的时变函数的示例的图。
图9是示出根据本发明的实施方式的其他时变函数的示例的图。
图10是对根据本发明的实施方式的遮蔽时间重叠发生的情况的路径变动输出进行说明的图。
图11是示出根据本发明的实施方式的时变函数生成部的动作的流程图。
图12是示出由遮蔽引起的功率电平变动计算的示例的示意图。
图13是用于把由遮蔽引起的功率电平变动计算结果和测定值进行比较的图。
图14是示出向各路径提供完由遮蔽引起的功率电平变动时接收功率电平的示例的图。
图15是示出根据本发明的实施方式的路径输出部的构成示例的方框图。
图16是示出根据本发明的实施方式的信号合成部的构成示例的方框图。
图17是示出根据本发明的实施方式的衰落模拟器输出的结果的示例连同瑞利分布的图。
图18是示出合成的接收电平的测定结果的一示例连同瑞利分布的图。
[符号说明]
1输入装置；2参数输入控制部；3数据存储部；4随机数生成部；5路径生成部；6 时变函数生成部；7输出数据缓冲存储部；8输出接口部；9时变多径生成装置；10路径输出部；11信号合成部；12数字信号输入端子；13数字信号输出端子；14多径模拟器；15实部/虚部分离变换部；16D/A变换器；17正交信号生成器；18横向阵列电路；19延迟元件；20乘法器；21加法器
【具体实施方式】
以下参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
图3是示出根据本发明的实施方式的时变多径生成装置的构成示例的图。在本说明书中，“时变”是时间变动的意思，意指向例如作为某个路径的初始值提供的方向、相位、延迟等提供时间变动。根据本实施方式的时变多径生成装置9由以下处理部构成。即，由输入装置1、参数输入控制部2、数据存储部3、随机数生成部4、路径生成部5、时变函数生成部6、输出数据缓冲存储部7、以及时变传播路径的输出接口部8构成。并且，图4示出了本发明的多径模拟器的实施方式。多径模拟器14由以下部分构成：时变传播路径的输出接口部8，时变多径生成装置9，路径输出部10，信号合成部11，数字信号输入端子12，以及数字信号输出端子13。以下对各部进行说明。
输入装置1由键盘、鼠标、软(注册商标)磁盘、存储卡、CD-ROM、DVD、MO等构成，是对在参数输入控制部2内显示的路径生成所必要的各种参数进行输入、并对要存储在数据存储部3内的数据文件进行输入输出的装置。
参数输入控制部2显示与路径生成参数、各种数据文件有关的信息，同时使用输入装置1进行必要的参数输入。并且，路径生成所必要的时变函数(以时间为变量的函数)和天线定向增益图形等的数据文件根据必要预先通过参数输入控制部2被输入，并被存储在数据存储部3内。当必要数据被预先存储在数据存储部3内时，没有必要通过参数输入控制部3输入数据。在该情况下，参数输入控制部2可以仅用作参数控制部。并且，进行路径生成用的参数指定，一面向数据存储部3、路径生成部5和时变函数生成部6指示必要信息的交换，一面对从路径生成开始到结束进行控制。
在数据存储部3内保存有：路径生成参数文件，时变函数文件，天线定向增益图形文件，到来波方向密度函数文件，分布函数文件等。
路径生成参数文件由以下信息构成：从参数输入控制部2输入的传播路径的频率F[GHz]，生成波数N，输出天线分支数M，路径参数初始值生成条件，延迟分布函数指定，平均延迟扩展SD，时变函数类型指定值，常数参数生成用条件文件，遮蔽时间间隔TA[sec]的平均值<TA>和标准偏差σA，遮蔽振幅LB[dB]的平均值<LB>和标准偏差σB，遮蔽发生时间间隔TC[sec]的平均值<TC>和标准偏差σC，下降系数Cd的平均值<Cd>和标准偏差σCd，上升系数Cr的平均值<Cr>和标准偏差σCr，遮蔽时间标准偏差σS(LB)，对于到来波角度差的参数间相关特性文件ρA(Ω)、ρB(Ω)、ρC(Ω)，遮蔽变动计算模型文件，遮蔽物尺寸(Wh[m]，Dh[m]，Hh[m])的概率密度函数文件，传播路径的遮蔽物体的进入角度θs[degree]的概率密度函数文件，收发点间距离(最短路径的传播距离)L0，遮蔽物的进入位置Ld[m]的概率密度函数文件，遮蔽物的移动速度Vs[m/s]的概率密度函数文件，移动站的速度V[m/s]，数据抽样间隔Dt[sec]等。
在时变函数文件内存储有表示从参数输入控制部2输入的路径的振幅和相位的多个遮蔽变动函数Aj(t)和φj(t)。
在天线定向增益图形文件内存储有多个在模拟中使用的各种天线的定向增益图形(V偏振波图形和H偏振波图形)，这些图形可以通过计算来生成，也可以通过测定来获得，如果这些图形不是按照相同格式来描述，则这些图形通过上述参数输入控制部2变换成相同格式而被存储。
到来波方向密度函数文件存储有多个规定了对于到来波方向的路径发生概率的概率密度函数，对于在路径生成时指定的环境条件而使用其中一个概率密度函数。
在分布函数文件内存储有对于各种环境条件的随机数生成用概率密度函数(指数分布函数，取幂分布函数，均匀分布函数等)。
随机数生成部4根据从上述参数输入控制部2指定的随机数生成参数，仅按照所请求的个数来生成各种随机数，并把必要的随机数生成结果传送到路径生成部5和时变函数生成部6。当来自上述参数输入控制部2的生成请求继续时，反复进行上述随机数的生成，直到从上述参数输入控制部2发出停止请求，并且把所生成的必要随机数反复传送到路径生成部5和时变函数生成部6。
路径生成部5根据来自上述参数输入控制部2的生成请求，开始和停止路径生成。路径生成部5首先根据从上述参数输入控制部2指定的路径生成参数文件的描述内容，并根据来自上述随机数生成部4的随机数生成结果来设定多个传播路径(假定N个)的路径参数(振幅，相位，时间延迟，到来方向)的初始值。采用存储在上述数据存储部3内的时变振幅函数和时变相位函数，或者采用在上述时变函数生成部6重新计算生成的时变振幅函数和时变相位函数来生成在路径生成部5生成的时变遮蔽变动，是根据上述路径生成参数文件的描述内容来选择的。
当采用存储在数据存储部3内的时变函数时，读入时变函数文件来决定时变函数。该时变函数具有的多个常数参数是根据上述路径生成参数文件的描述内容，使用向上述随机数生成部4请求的随机数输出结果来生成，并且生成N个传播路径的N个不同时变函数。
当采用在时变函数生成部6重新计算生成的时变振幅函数和时变相位函数时，采用由时变函数生成部6按照以路径生成参数文件的描述内容为基础的遮蔽计算模型计算输出的遮蔽变动特性(振幅，相位)的计算结果作为时变函数，同时根据上述路径生成参数文件的描述内容，使用向上述随机数生成部4请求的其他随机数输出结果来改变遮蔽条件并生成N个传播路径的N个不同时变函数。
并且，路径生成部5重复上述过程并每次生成N个时变函数，直到接受来自参数输入控制部2的停止请求，并且按时间序列继续连接与各自传播路径对应的时变函数并生成连续的时变函数。通过把这样生成的N个连续时变振幅函数和N个连续时变相位函数分别从N个传播路径的初始振幅中减去并与初始相位相加，可实现N个传播路径的时变振幅特性和时变相位特性的生成。
如图5所示，路径生成部5通过根据移动站的速度和初始到来波方向(以移动站的行进方向为基准而规定)的信息，使用下式计算各波的时间相位旋转ΔΩi(t)，并将其与对于各自路径的初始相位相加，从而可使N个传播路径的时变相位特性具有多普勒相位旋转效应。
[方程式1]
ΔΩi(t)＝(V·t/λ)·(cosφi·sinθi) (1)
式中，V[m/sec]是移动站的速度，t[sec]是时间，Ωi＝(θi，φi)是第i到来波的初始到来方向，λ是波长。
并且，路径生成部5也能够根据路径生成参数文件的描述内容，通过参数输入控制部2从数据存储部3读入所指定的天线定向增益图形文件的数据，把与各路径的初始到来方向对应的定向增益与初始振幅相乘来进行上述路径生成处理，以及按照M个(M≥1)的多个天线图形中的每一个执行路径生成处理并输出划分成M个组的N个时变传播路径。
时变函数生成部6根据上述参数输入控制部2指定的路径生成参数文件的描述内容，一面使用上述随机数生成部4的输出结果来变更所指定的计算模型和供模型计算所用的各种计算条件，一面计算N个传播路径的时变遮蔽特性(振幅，相位)，并把其结果传送到路径生成部5。按照路径生成部5或者参数输入控制部2的各请求，继续计算输出必要个数的时变遮蔽函数，并继续执行直到计算停止请求到来。
输出数据缓冲存储部7临时存储路径生成部生成的时变传播路径的输出数据，当来自参数输入控制部2的停止请求未到来时，在该存储数据超过预先设定的数据容量阈值的时刻，把数据传送到输出接口部8，在来自参数输入控制部2的停止请求到来的时刻，把所存储的数据和从路径输出部5传送来的数据顺次全部传送到输出接口部8。
参照图4，时变传播路径的输出接口部8是用于把在路径生成部5生成的N个时变传播路径特性(时变振幅，时变相位，初始时间延迟，初始到来方向)的结果输出到图4所示的路径输出部10那样的外部装置的接口部，生成数据被临时存储在输出数据缓冲存储部7内，之后，被传送到本输出接口部8。该时变特性作为N×M个时间序列变动值通过本接口部8被输出到外部装置。
路径输出部10把在上述路径生成部5计算生成的、并通过上述输出接口部8获得的N个时变传播路径从时变振幅和时变相位变换到复数振幅的实部和虚部的变动，同时进行数字/模拟变换并输出2N×M个模拟信号。
信号合成部11接收输入把来自上述路径输出部10的N个复数振幅的实部时变信号wR(11)～wR(MN)和N个复数振幅的虚部时变信号wI(11)～wI(MN)作为一组的M个组的时变传播路径信号，把在数字输入信号端子12输入的IF或RF信号u(t)分配给M个天线分支，按照所分配的各个数字信号生成使相位仅变化π/2的正交信号(Q分量)，把上述数字输入信号(I分量：ur(t)和Q分量：uQ(t))分别输入到使N-1个延迟元件级联连接的横向型电路(参照图16)，把来自路径输出部10的与各自传播路径的时间延迟对应的I分量的N个延迟信号与N个复数振幅的实部时变信号分别相乘，同样把Q分量的N个延迟信号与N个复数振幅的虚部时变信号分别相乘，为N个传播路径中的每一个把相乘结果相加合成。该处理重复M次，从而生成M个合成信号y(m)(t)，并将其从数字信号输出端子13输出。输入信号和输出信号的关系如下式所示。
[方程式2]
y(M)(t)=yI(M)(t)+yQ(M)(t)]]>
=Σn=1NWR(Mn)*uI(t+(n-1)T)+Σn=1NWI(Mn)*uQ(t+(n-1)T)]]>
此处在上式中，省略了载波分量表述。
图6是示出根据本实施方式的时变多径生成装置9的动作的流程图。以下按照该流程图的各步骤S1-S15对本发明的动作进行说明。而且，在执行本发明的时变多径的生成之前，假定路径生成参数文件、时变函数文件、天线定向增益图形文件、到来波方向密度函数文件等的数据文件由操作员事先保存在数据存储部3内。
S1：参数输入控制部2从数据存储部3中读出路径生成参数文件，并在输出数据用缓冲存储部7内确保与生成波数N和输出天线分支数M对应的生成数据存储用存储区域。参数输入控制部2与路径生成部5共享路径生成参数文件或者将其提供给路径生成部5，进入步骤2(S2表示步骤2)。
S2：参数输入控制部2从数据存储部3中读出与输出天线分支数M对应的M个天线定向增益图形文件和到来波方向密度函数文件，进入步骤3。
S3：路径生成部5向随机数生成部4请求生成输出满足生成波的路径参数初始值生成条件的随机数，并获得由随机数生成部4生成的随机数。使用该随机数来设定N个路径参数的初始条件(初始振幅，初始相位，初始时间延迟，初始到来方向)。
对于初始振幅和初始时间延迟，例如如果在路径生成参数文件内指定的延迟分布函数指定是指数分布函数(系数是指定值)，则使用生成波的延迟时间间隔ΔT、生成波数N以及平均延迟扩展值SD来分别决定N个波的初始振幅和初始时间延迟。并且，如果初始相位在例如[0，2π]的范围内均匀分布，通过产生N个均匀的随机数来决定初始相位；并且通过根据到来波方向密度函数文件指定的方向密度函数产生N个随机数来决定初始到来方向。如何生成用于生成这些初始值的随机数，是由在路径生成参数文件中指定的路径参数初始值生成条件来规定。
在决定了N个路径参数的初始值之后，从数据存储部3内的天线定向增益图形文件中读出对于各自到来波方向的天线定向增益并将其与初始振幅值相乘，设定对于天线分支数M个的N×M个传播路径参数，进入判断步骤4。
图7是示出根据路径参数初始值生成条件生成的路径参数初始值的3种图，该生成条件为：路径数：10，延迟分布形状：矩形，延迟步长：1[μsec]，到来方向特性：[0，2π]的均匀分布，相位特性：[0，2π]的均匀分布；以及移动站的速度：0[m/s]。图7(a)示出了表示初始时间延迟和初始振幅的延迟分布，图7(b)示出了初始相位，图7(c)示出了初始到来方向。例如，根据上述条件，规定生成波的路径参数初始值生成条件。
S4：参数输入控制部2按照从数据存储部3获得的路径生成参数文件的时变函数类型指定值，选择是使用存储在数据存储部3内的函数来生成时变函数，还是通过时变空间生成部6内的模型计算来重新生成时变函数。通常，该选择是按照路径生成参数文件的时变函数类型指定值来进行，因而在本判断步骤4，选择进入其以后的步骤5或步骤11的任何一方(进入步骤5或步骤11)。
S5：参数输入控制部2从数据存储部3读入时变函数文件，与路径生成部5共享该时变函数文件或者将其提供给路径生成部5。根据该时变函数文件，决定时变函数类型，同时从数据存储部3内的路径生成参数文件读入该函数的常数参数生成用条件文件。并且，也读入数据抽样间隔和对于到来波角度差的参数间相关特性文件，进入步骤6。
S6：路径生成部5向随机数生成部4请求生成并输出按照对于路径生成参数文件内的遮蔽时间间隔TA、遮蔽振幅LB以及遮蔽发生时间间隔TC的概率密度函数的随机数并获得该随机数。此时，当有必要向这些随机数赋予相关时，赋予在对于到来波角度差的参数间相关特性文件中规定的与初始到来方向的差对应的相关，请求产生具有该相关的随机数，并获得该随机数。使用这样获得的随机数来决定所选择的时变函数的常数参数，进入步骤7。
此处，参照表示人等的遮蔽的图8的图，对作为时变函数文件提供的时变振幅函数的示例进行说明。在图8(a)所示的函数f(t)中，TA[sec]是遮蔽时间间隔，LB[dB]是遮蔽振幅，TC[sec]是遮蔽发生时间间隔，由于TA和TC决定图8(b)所示的函数形状，因而用作决定函数形状的常数参数。因此，作为用于决定这些常数参数的条件，例如，如果规定为：遮蔽时间间隔TA[sec]按照平均值<TA>[sec]和标准偏差σA[sec]的正态分布，遮蔽振幅LB[dB]按照平均值<LB>[dB]和标准偏差σB[dB]的正态分布，以及遮蔽发生时间间隔TC[sec]按照平均值<TC>[sec]和标准偏差σC[sec]的正态分布，则可向随机数生成部4请求来分别获得按照各自分布的N个正态随机数。
图9是示出表示卡车或公共汽车等的大型物的遮蔽的、作为时变函数文件提供的时变振幅函数的另一示例的图。在图9(a)所示的函数g(t)中，TA[sec]是遮蔽时间间隔，LB[dB]是遮蔽振幅，TC[sec]是遮蔽发生时间间隔，Cd[dB/sec]是下降系数，Cr[dB/sec]是上升系数，σS[dB]是遮蔽时间标准偏差。由于依赖于这些值可变形成图9(b)所示的函数形状，因而用作决定函数形状的常数参数。因此，作为用于决定这些常数参数的条件，例如，如果规定为：遮蔽时间间隔TA[sec]按照平均值<TA>[sec]和标准偏差σA[sec]的正态分布，遮蔽振幅LB[dB]按照平均值<LB>[dB]和标准偏差σB[dB]的正态分布，遮蔽发生时间间隔TC[sec]按照平均值<TC>[sec]和标准偏差σC[sec]的正态分布，下降系数Cd[dB/sec]按照平均值<Cd>[dB/sec]和标准偏差σCd[dB/sec]的正态分布，上升系数Cr[dB/sec]按照平均值<Cr>[dB/sec]和标准偏差σCr[dB/sec]的正态分布，以及遮蔽时间变动按照平均值0和标准偏差σS[dB]的正态分布，则可向随机数生成部4请求来分别获得按照各自分布的N个正态随机数。作为图8(人的遮蔽)和图9(卡车、公共汽车等的大型物的遮蔽)所示的时变函数，预先准备与设想的环境条件对应的时变函数。因此，在本发明中，通过仅根据必要把这些时变函数作为时变函数文件存储在数据存储部3内，从而可任意实现传播路径模拟。
S7：路径生成部5通过根据在步骤6决定的时变函数的常数参数，生成各N个路径的时变遮蔽振幅特性和时变遮蔽相位特性，并将各波的振幅和相位分别按时间序列与该时变遮蔽振幅特性相减并与该时变遮蔽相位特性相加，从而生成对于各路径的振幅和相位的遮蔽变动特性。与此同时，路径生成部5根据移动站的速度和初始到来波方向(以移动站的行进方向为基准而规定)的信息，使用式(1)计算各波的时间相位旋转Δφi(t)，并将其与对于各自路径的初始相位相加，从而可使N个传播路径的时变相位特性具有多普勒相位旋转效应。然后进入步骤8。
S8：路径生成部5确认为由下次随机数发生而继续相加的时变数据是不给当前结果带来影响的数据，然后作为输出数据开始向缓冲存储部7传送(进入步骤9)。
S9：路径生成部5重复地产生各传播路径的振幅和相位的遮蔽变动特性数据，并重复地在时域中按时间序列继续连接相加，从而生成输出数据。即，路径生成部5检查是否有来自参数输入控制部2的路径生成停止请求，当没有停止请求时，返回到步骤6并反复生成对于各路径的振幅和相位的遮蔽变动特性。此时，与各路径的振幅和相位进行加减运算的时变遮蔽振幅特性和时变遮蔽相位特性按照各遮蔽发生时间间隔继续连接生成。
因此，当遮蔽时间间隔TA[sec]是比遮蔽发生时间间隔TC[sec]大的值时，如图10所示，遮蔽时间重叠(参照图10(b)的上图)。在该情况下，把这2个遮蔽特性简单相加的结果看作是时变遮蔽振幅特性和时变遮蔽相位特性(参照图10(b)的下图)。
另一方面，当有来自参数输入控制部2的路径生成停止请求时，把在发生停止请求以前的生成数据传送到输出数据缓冲存储部7，然后结束，进入步骤10。
S10：输出数据缓冲存储部7存储从路径生成部5传送来的生成数据，同时从超过预先设定的规定数据量的时刻起把该存储数据输出到输出接口部8。此时，如果有来自参数输入控制部2的执行停止请求，则即使缓冲存储部7的存储使用容量低于上述规定数据量，也把该存储数据输出到输出接口部8直到输出全部数据，然后结束(路径生成结束)。
S11：参数输入控制部2首先根据路径生成参数文件的遮蔽变动计算模型文件、传播路径的频率F[GHz]以及收发点间距离(最短路径的传播距离)Lo[m]，向时变函数生成部4指定计算模型，进入步骤12。
S12：路径生成部5向随机数生成部4请求来生成分别按照遮蔽物尺寸(Wh[m]，Dh[m]，Hh[m])的概率密度函数、传播路径的遮蔽物体的进入角度θs[degree]的概率密度函数、遮蔽物的进入位置Ld[m]的概率密度函数、以及遮蔽物的移动速度Vs[m/s]的概率密度函数的对于遮蔽物尺寸(Wh[m]，Dh[m]，Hh[m])、传播路径的遮蔽物的进入角度θs[degree]、遮蔽物的进入位置Ld[m]、以及遮蔽物的移动速度Vs[m/s]的各随机数，并获得各随机数。把这样获得的随机数参数传送到时变函数生成部6，决定计算模型的各种参数，并向时变函数生成部6请求使用该模型生成N个时变函数。此时，当有必要向这些随机数生成赋予相关时，赋予在对于到来波角度差的参数间相关特性文件中规定的与初始到来方向的差对应的相关，请求随机数发生并获得随机数。之后进入步骤13。
图11示出了使用计算模型生成时变振幅函数和时变相位函数时的计算过程模型的流程图。
图12对计算模型的概要作了图示。在图12所示的实施例所示的计算模型中，提供收发点间距离(最短路径的传播距离)Lo[m]、传播路径的频率F[GHz]、从移动站测得的遮蔽物的进入位置Ld[m]、以及遮蔽物的进入角度θ[degree]，并且把遮蔽物的大小作为具有短半径a[m]、长半径b[m]的椭圆柱来给出。当遮蔽物完全存在于视线内的路径上时，接收电场强度E被表示如下。
[方程式3]
E＝E1+E2 (2)
式中，E1、E2是分别由刀刃(knife-edge)1、2衍射而到来的电波的电场强度。
而且，E1、E2由式(3)的形式给出。
[方程式4]
式中，Ef是没有遮蔽物时的接收点的自由空间电场强度，并被表示如下。
[方程式5]
Ef=30P10[V/m]]]>
式中，P是发射天线的发射功率。C、S是菲涅耳积分，并被表示如下。
[方程式6]
式中，ω被称为间隙函数，并被表示如下。
[方程式7]
ω1=-y12(10)x1(10-x1)λ;ω2=y22(10)x2(10-x2)λ···(5)]]>
Lo表示收发点间距离[m]，λ表示波长[m]，(x1，y1)、(x2，y2)表示图12所示的刀刃1、2的坐标。
参照图11，对基于本计算模型的时变函数的计算过程进行说明。首先在步骤S401，使用收发点间距离(最短路径的传播距离)Lo[m]和从移动站测得的遮蔽物的进入位置Ld[m]、遮蔽物的进入角度θ[degree]、以及遮蔽物尺寸(在本模型中，假定短半径a[m]、长半径b[m]的椭圆柱)的参数来决定在遮蔽物的中心位于视线上时的刀刃1、2的位置，计算由刀刃1和刀刃2衍射的路径的电场强度E1、E2，使用式(2)求出矢量合成的电场E。
在步骤S402，使遮蔽物的位置从视线仅退回由数据抽样间隔×遮蔽物的速度[m]决定的间隔距离(图12中的下方向)，与步骤S401同样，决定刀刃1、2的位置，计算衍射路径1、2的电场强度，求出矢量合成的电场E。在接收电场E超过没有遮蔽物的状态下的电场(直接波的电场)Ef之前，反复使遮蔽物的位置仅退回间隔距离，并继续该过程。
在步骤S403，使遮蔽物的位置处于从视线仅前进由数据抽样间隔×遮蔽物的速度[m]决定的间隔距离(图12中的上方向)的位置，与步骤S401同样，决定刀刃1、2的位置，计算衍射路径1、2的电场强度，求出矢量合成的电场E。在电场E超过没有遮蔽物的状态下的电平之前，反复使遮蔽物的位置仅前进间隔距离，并继续该过程。
在步骤S404，使在步骤S401、步骤S402和S403求出的电场E的振幅和相位与遮蔽物的移动时间对应，作为时变函数保存在存储区域内。
图13对假定Lo＝13.5[m]、F＝7[GHz]、Ld＝3[m]、θ＝45[deg]和a＝0.49[m]、b＝0.20[m]的计算模型参数的情况的接收功率变动的计算例作了图示(实线)，接收功率P和电场E的关系由下式给出。
[方程式8]
P＝10log10|E/Ef|2 (6)
图13也一并示出了在同条件下进行的测定结果(虚线)。而且，在测定方面假定遮蔽物为人体，横轴表示人体以视线为基准的的位置。从图13可知，接收功率变动特性，即时变振幅函数可使用本计算模型充分近似求得。
S13：由于在时变函数生成部6生成的N个时变函数(时变振幅函数和时变相位函数)是各N波的路径的时变遮蔽振幅特性和时变遮蔽相位特性，因而路径生成部5通过使各波的振幅和相位分别按时间序列与该时变遮蔽振幅特性相减并与该时变遮蔽相位特性相加，生成对于各路径的振幅和相位的遮蔽变动特性。与此同时，路径生成部5通过根据移动站的速度和初始到来波方向(以移动站的行进方向为基准而规定)的信息，使用式1(1)计算各波的时间相位旋转Δφi(t)，并将其与对于各自路径的初始相位相加，从而可使N个传播路径的时变相位特性具有多普勒相位旋转效应。之后进入步骤14。
S14：根据在步骤12决定的各随机数，把在步骤13生成的对于各路径的振幅和相位的遮蔽变动特性的生成数据在下一步骤15顺次重复，如图10所示按时间序列继续连接相加，继续生成输出数据，而在本步骤14，路径生成部5确认为由下次随机数发生而继续相加的时变数据是不给当前结果带来影响的数据时，将其作为输出数据开始向缓冲存储部7传送(进入步骤15)。
S15：路径生成部5检查是否有来自参数输入控制部2的路径生成停止请求，当没有停止请求时，返回到步骤12，反复生成对于各路径的振幅和相位的遮蔽变动特性。此时，与各路径的振幅和相位进行加减运算的时变遮蔽振幅特性和时变遮蔽相位特性按照各遮蔽发生时间间隔继续生成。因此，如步骤9所述，有时生成图10所示的遮蔽时间重叠的时变特性。在该情况下，把这2个遮蔽特性简单相加的结果看作是时变遮蔽振幅特性和时变遮蔽相位特性。
另一方面，当有来自参数输入控制部2的路径生成停止请求时，把在发生停止请求之前的生成数据传送到输出数据的缓冲存储部7，然后结束，进入步骤10。
图14是示出向各路径提供完电平变动的状态的示例的图。这是把遮蔽发生间隔设定为平均值0.5[sec]的指数分布、把移动站的速度设定为0[m/s]、并向各遮蔽提供完全相同的进入位置、进入角度、遮蔽物的大小以及遮蔽物的移动速度时的各路径的时变振幅变动的一示例。在本示例中，各遮蔽的遮蔽振幅为LB[dB]，遮蔽时间间隔TA为1[sec]，并且，这是在假设不发生图10所示的遮蔽重叠时的示例。提供这些遮蔽变动的条件不限于此处表述的条件，可由与要模拟的环境条件对应的计算条件来替代。
图15示出了根据本实施方式的多径模拟器14(图4)的路径输出部10的构成示例。路径输出部10由实部/虚部分离变换部15和D/A变换器16构成。实部/虚部分离变换部15把从时变多径生成装置输入的传播路径变动的M×N个时变复数振幅分离成实部和虚部的信号，并输出到D/A变换器16。M×2N个D/A变换器16进行数字/模拟变换，并把时变路径信号作为模拟信号来输出。
图16示出了根据本实施方式的多径模拟器14的信号合成部11的构成示例。信号合成部11由正交信号生成器17、横向型电路18、延迟元件19、乘法器20以及加法器21构成。向各乘法器20提供路径输出部10的模拟输出作为乘法加权。正交信号生成器17根据从数字信号输入端子12输入的信号(I分量)生成正交信号(Q分量)。I分量和Q分量分别被分割为第1信号到第M信号。此处，N是路径数，M是天线数。I分量的第1信号、第2信号、…第M信号分别被输入到第I-1、第I-2、…第I-M横向型电路18。同样，Q分量的第1信号、第2信号、…第M信号分别被输入到第Q-1、第Q-2、…第Q-M横向型电路18。
由于形成这种构成，路径输出部10的输出是与天线个数M对应的M个分组的N个路径信号，分别具有实部信号和虚部信号。即，WR(11)、wR(12)、…wR(1N)、wR(21)、wR(22)、…wR(2N)、…、wR(M1)、wR(M2)、…Wt(MN)、以及wI(11)、wI(12)、…wI(IN)、WI(21)、wI(22)、wI(2N)、…、wI(M1)、wI(M2)、…wI(MN)的信号被输出。
并且，提供给各乘法器20的加权在第I-1横向型电路18的情况下，从前段向后段分别提供wR(11)、wR(12)、…wR(DN)的路径变动信号，在第I-M横向型电路18的情况下，从前段向后段分别提供wR(M1)、wR(M2)、…wR(MN)的路径变动信号。同样，在第Q-1横向型电路18的情况下，从前段向后段分别提供wI(11)、wI(12)、…wI(IN)的路径变动信号，在第Q-M横向型电路18的情况下，从前段向后段分别提供wI(M1)、wI(M2)、…wI(MN)的路径变动信号。各横向型电路18输出的I分量和Q分量按照与天线对应的各组相加，获得M个输出信号。这样，可将输入信号变换为考虑了各天线的定向图形影响的输出信号。
在图17中，把根据本发明的实施方式的衰落模拟器输出的结果的示例用细线表示。把假设K＝-∞、3、6、10、15[dB]时的各自瑞利分布用粗线表示。
并且，在图18中，把在室内环境下针对接收电平特性进行的测定结果的示例用细线表示。把假设K＝-∞、6、10[dB]时的各自瑞利分布用粗线表示。如图所示，本实施方式中的衰落模拟器的输出结果和测定结果的示例与变更了K系数的瑞利分布良好一致。
如以上说明那样，根据本发明的实施方式，与要再现的模拟条件对应的传播路径参数(功率电平特性，相位特性，时间延迟特性，到来方向特性)的时间变动特性(时变多径变动)，不象以往简单的瑞利衰落变动或Nakagami-Rise变动等那样作为整体近似提供，而是可按路径单位生成各传播路径，并可把空间路径的相关特性作为所考虑的时变路径特性来生成。并且，通过把在本发明的实施方式中生成的多个路径进行矢量合成，即使在移动站处于静止状态下，也能确认为瑞利衰落变动或Nakagami-Rise变动等可再现，并能制作可模拟在本来的传播机构中产生的路径变动的多径衰落模拟器，从而在再现实际传播环境的特性方面是极其有效和重要的。