通信容量評価装置、無線中継装置及び通信容量評価方法
【課題】通信容量を把握するとともに、中継装置の設置後に不感地対策の内容の変更を不要にすること。
【解決手段】システム情報解析部１２１は、ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得する。Ｓ／Ｎ算出部１２２は、受信信号を解析して信号対雑音比を求める。チャネル推定部１２３は、受信信号を解析してチャネル行列を求める。スループット限界算出部１２４は、使用帯域情報及び基地局１８０の送信アンテナ本数の情報と、あらかじめ記憶しておいた無線中継装置１００の受信アンテナ本数の情報と、信号対雑音比と、チャネル行列とに基づいて通信容量の限界値を算出する。表示部１３３は、限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する。
【解決手段】システム情報解析部１２１は、ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得する。Ｓ／Ｎ算出部１２２は、受信信号を解析して信号対雑音比を求める。チャネル推定部１２３は、受信信号を解析してチャネル行列を求める。スループット限界算出部１２４は、使用帯域情報及び基地局１８０の送信アンテナ本数の情報と、あらかじめ記憶しておいた無線中継装置１００の受信アンテナ本数の情報と、信号対雑音比と、チャネル行列とに基づいて通信容量の限界値を算出する。表示部１３３は、限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信容量評価装置、無線中継装置及び通信容量評価方法に関し、特にＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)方式による通信の中継処理を行う無線中継装置の設置場所において、通信容量を把握する通信容量評価装置、無線中継装置及び通信容量評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代通信の１つであるＭＩＭＯ方式による通信の不感地対策として、ＭＩＭＯ方式による通信が可能な中継装置を設置することが求められている。このような中継装置を設置する際には、設置場所においてＭＩＭＯ方式による通信の通信容量（スループット）を把握し、通信容量を一定以上確保できる条件で中継装置を設置する必要がある。
【０００３】
また、従来、ＭＩＭＯ方式による通信の通信状態を判定するものが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１によれば、伝達関数の全てまたは一部を用いて、現在の通信状態を示す状態指標を算出する状態指標演算手段と、状態指標の値に応じて表示内容が変化する通信状態表示手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１１５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１においては、伝達関数のみから算出される通信状態指標からは通信容量を算出することができないので、通信容量を把握することができないという問題がある。また、特許文献１においては、通信状態指標を表示しても、通信容量の限界値が分からず、中継装置の設置場所として適しているか否かを判断することができないという問題がある。また、特許文献１においては、設置場所として適しているか否かを判断できないので、中継装置を設置した後に、通信容量の限界値が所望の値を満たしていないことが判明した際に、不感地対策の内容を変更する必要が生じるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、通信容量を把握することができるとともに、中継装置の設置後に不感地対策の内容の変更を不要にすることができる通信容量評価装置、無線中継装置及び通信容量評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の通信容量評価装置は、ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量を評価する通信容量評価装置であって、前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求める取得手段と、前記使用帯域情報と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出する限界値算出手段と、前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する表示手段と、を具備する構成を採る。
【０００８】
本発明の無線中継装置は、ＭＩＭＯ方式による通信の中継処理を行う無線中継装置であって、前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求める取得手段と、前記使用帯域情報と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出する限界値算出手段と、前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する表示手段と、を具備する構成を採る。
【０００９】
本発明の通信容量評価方法は、ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量を評価する通信容量評価方法であって、前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求めるステップと、前記使用帯域と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出するステップと、前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示するステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通信容量を把握することができるとともに、中継装置の設置後に不感地対策の内容の変更を不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線中継装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る基地局と無線中継装置との間のチャネル行列を求める方法について説明する図
【図３】本発明の実施の形態２に係る無線中継装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態２に係るアンテナ本数が送信と受信の双方で２本である場合において、固有値を変えた場合の通信容量の限界値と固有値との関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態３に係る通信容量評価装置の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線中継装置１００の構成を示すブロック図である。
【００１４】
無線中継装置１００は、主に中継増幅装置１５０と、通信容量演算部１６０と、表示制御部１７０を備えている。
【００１５】
中継増幅装置１５０は、基地局１８０からＭＩＭＯ方式で送信された信号を受信し、受信した信号を増幅して図示しない通信端末装置または図示しない他の中継装置に送信する。また、中継増幅装置１５０は、ＭＩＭＯ方式による通信において、図示しない通信端末装置または図示しない他の中継装置からＭＩＭＯ方式で送信された信号を受信して増幅し、増幅した信号を基地局１８０へ送信する。即ち、中継増幅装置１５０は、ＭＩＭＯ方式による通信における信号の中継処理を行う。
【００１６】
通信容量演算部１６０は、中継増幅装置１５０が基地局１８０から受信した信号の通信容量の限界値を算出して表示制御部１７０へ出力する。
【００１７】
表示制御部１７０は、通信容量演算部１６０から入力した通信容量の限界値の算出結果に基づいて通信容量の所望値を算出するとともに、限界値と所望値との比較結果を表示する制御を行う。
【００１８】
次に、中継増幅装置１５０の構成の詳細について、図１を用いて説明する。
【００１９】
中継増幅装置１５０は、第１のアンテナ１０１と、第２のアンテナ１０２と、フィルタ１０３と、フィルタ１０４と、分離部１０５と、分離部１０６と、増幅器１０７と、増幅器１０８と、増幅器１０９と、増幅器１１０と、フィルタ１１１と、フィルタ１１２と、第３のアンテナ１１３と、第４のアンテナ１１４とから主に構成される。
【００２０】
第１のアンテナ１０１は、基地局１８０から送信された信号を受信してフィルタ１０３へ出力する。また、第１のアンテナ１０１は、フィルタ１０３から入力した信号を基地局１８０へ送信する。
【００２１】
第２のアンテナ１０２は、基地局１８０から送信された信号を受信してフィルタ１０４へ出力する。また、第２のアンテナ１０２は、フィルタ１０４から入力した信号を基地局１８０へ送信する。ここで、第１のアンテナ１０１と第２のアンテナ１０２とは、ＭＩＭＯ方式による通信を行うために用いられる。
【００２２】
フィルタ１０３は、第１のアンテナ１０１から入力した信号に対して帯域制限を行って分離部１０５へ出力する。また、フィルタ１０３は、増幅器１０８から入力した信号に対して帯域制限を行って第１のアンテナ１０１へ出力する。
【００２３】
フィルタ１０４は、第２のアンテナ１０２から入力した信号に対して帯域制限を行って分離部１０６へ出力する。また、フィルタ１０４は、増幅器１１０から入力した信号に対して帯域制限を行って第２のアンテナ１０２へ出力する。
【００２４】
分離部１０５は、フィルタ１０３から入力した信号を分離して増幅器１０７と、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とに出力する。
【００２５】
分離部１０６は、フィルタ１０４から入力した信号を分離して増幅器１０９と、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とに出力する。
【００２６】
増幅器１０７は、分離部１０５から入力した信号を増幅してフィルタ１１１へ出力する。
【００２７】
増幅器１０８は、フィルタ１１１から入力した信号を増幅してフィルタ１０３へ出力する。
【００２８】
増幅器１０９は、分離部１０６から入力した信号を増幅してフィルタ１１２へ出力する。
【００２９】
増幅器１１０は、フィルタ１１２から入力した信号を増幅してフィルタ１０４へ出力する。
【００３０】
フィルタ１１１は、増幅器１０７から入力した信号に対して帯域制限を行って第３のアンテナ１１３へ出力する。また、フィルタ１１１は、第３のアンテナ１１３から入力した信号に対して帯域制限を行って増幅器１０８へ出力する。
【００３１】
フィルタ１１２は、増幅器１０９から入力した信号に対して帯域制限を行って第４のアンテナ１１４へ出力する。また、フィルタ１１２は、第４のアンテナ１１４から入力した信号に対して帯域制限を行って増幅器１１０へ出力する。
【００３２】
第３のアンテナ１１３は、フィルタ１１１から入力した信号を図示しない通信端末装置または他の中継装置に送信する。また、第３のアンテナ１１３は、図示しない通信端末装置または他の中継装置から受信した信号をフィルタ１１１へ出力する。
【００３３】
第４のアンテナ１１４は、フィルタ１１２から入力した信号を図示しない通信端末装置または他の中継装置に送信する。また、第４のアンテナ１１４は、図示しない通信端末装置または他の中継装置から受信した信号をフィルタ１１２へ出力する。
【００３４】
次に、通信容量演算部１６０の構成の詳細について、図１を用いて説明する。
【００３５】
通信容量演算部１６０は、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３と、スループット限界算出部１２４とから主に構成される。システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とは、使用帯域情報を取得するとともに、通信品質とチャネル行列とを求める取得手段を構成する。
【００３６】
システム情報解析部１２１は、分離部１０５及び分離部１０６から入力した信号を解析する。そして、システム情報解析部１２１は、ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報（ＢＷ）と基地局１８０の送信アンテナ本数の情報とを取得する。また、システム情報解析部１２１は、取得した使用帯域情報と送信アンテナ本数の情報とをスループット限界算出部１２４へ出力する。
【００３７】
Ｓ／Ｎ算出部１２２は、分離部１０５及び分離部１０６から入力した既知のパイロット信号を解析してＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を算出する。そして、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、Ｓ／Ｎ比の算出結果をスループット限界算出部１２４へ出力する。
【００３８】
チャネル推定部１２３は、分離部１０５及び分離部１０６から入力した既知のパイロット信号を解析して、基地局１８０の送信アンテナと第１のアンテナ１０１及び第２のアンテナ１０２との間のチャネル行列（伝達関数）を推定する。そして、チャネル推定部１２３は、チャネル行列の推定結果をスループット限界算出部１２４へ出力する。
【００３９】
スループット限界算出部１２４は、システム情報解析部１２１から入力した使用帯域情報及び送信アンテナ本数の情報と、あらかじめ記憶しておいた無線中継装置１００の受信アンテナ本数の情報と、Ｓ／Ｎ算出部１２２から入力したＳ／Ｎ比の算出結果と、チャネル推定部１２３から入力したチャネル行列の推定結果とに基づいて、通信容量の限界値を算出する。そして、スループット限界算出部１２４は、限界値の算出結果を比較部１３２へ出力する。なお、スループットの限界値を算出する方法については後述する。
【００４０】
次に、表示制御部１７０の構成の詳細について、図１を用いて説明する。
【００４１】
表示制御部１７０は、スループット所望値設定部１３１と、比較部１３２と、表示部１３３とから主に構成される。
【００４２】
スループット所望値設定部１３１は、所望値と許容する範囲とをあらかじめ設定する。ここで、上記の設定は、ユーザー（例えば通信事業者）が行う。
【００４３】
比較部１３２は、スループット限界算出部１２４から入力した限界値と、スループット所望値設定部１３１から入力した所望値とを比較して比較結果を表示部１３３へ出力する。
【００４４】
表示部１３３は、比較部１３２から入力した比較結果を表示する。表示部１３３は、例えば、限界値と所望値との差に応じたアンテナバーの本数により比較結果を表示することができる。また、表示部１３３は、限界値と所望値との差に応じた色により比較結果を表示することができる。色により比較結果を表示する際には、例えば、限界値と所望値との差が閾値以上の場合に表示画面の一部または全部を赤色とし、限界値と所望値との差が閾値未満の場合に表示画面の一部または全部を緑色にすることができる。なお、比較結果の表示は、アンテナバーの本数及び色に限らず、任意の方法により表示することができる。
【００４５】
次に、無線中継装置１００における通信容量の限界値を求める方法について説明する。本実施の形態では、次世代通信方式の１つであるＬＴＥ（Long Term Evolution）規格に基づく通信を一例として説明する。なお、通信方式は、ＬＴＥに限らず適宜変更可能である。
【００４６】
システム情報解析部１２１は、ＬＴＥの下り信号の中のＰＢＣＨ（Physical broadcast channel）を復調してＭＩＢ（Master Information Brock）を取得するとともに、取得したＭＩＢを解析する。システム情報解析部１２１は、ＭＩＢの解析し、ＭＩＢに格納されているシステムの使用帯域情報及び送信アンテナ本数の情報を取得することにより、使用帯域幅と送信アンテナ本数とを知ることができる。なお、システム情報解析部１２１は、基地局１８０と無線中継装置１００との間において、無線中継装置１００の送信アンテナ本数が既知の場合には、送信アンテナ本数の情報の取得を不要にすることができる。この場合、送信アンテナ本数を受信アンテナ本数の情報と同様にあらかじめ図示しないメモリ等に記憶しておく。
【００４７】
また、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、受信信号に埋め込まれた既知のパイロット信号を解析することによりＳ／Ｎ比を算出する。例えば、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、（１）式に示すように、隣接するパイロット信号の差分を求め、求めた差分のアンサンブル平均を求める。これにより、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、雑音成分σを算出することができる。
【数１】
【００４８】
また、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、（２）式に示すように、隣接するパイロット信号を加算し、加算結果のアンサンブル平均を求める。そして、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、加算結果のアンサンブル平均を、（１）式より求めた雑音成分σで除算することにより信号成分Ｓを算出する。
【数２】
【００４９】
また、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、（２）式より求めた信号成分Ｓと、（１）式より求めた雑音成分σとの比を求めることにより、Ｓ／Ｎ比を算出する。
【００５０】
また、チャネル推定部１２３は、受信信号に埋め込まれた既知のパイロット信号を解析することにより、基地局１８０の複数の送信アンテナと第１のアンテナ１０１及び第２のアンテナ１０２との間のチャネル行列（伝達関数）を推定する。
【００５１】
また、基地局１８０と無線中継装置１００との間のチャネル行列は、チャネル推定部１２３において以下の方法により求めることができる。図２は、基地局１８０と無線中継装置１００との間のチャネル行列を求める方法について説明する図である。
【００５２】
複数のアンテナから送信された信号を複数のアンテナにより受信した場合には、受信信号は（３）式のようになる。
【数３】
【００５３】
また、（３）式は、図２より（４）式のように表すことができる。
【数４】
【００５４】
ここで、パイロット信号を解析の対象にするので、（５）式のように、受信信号をパイロット信号で除算することによりチャネル行列Ｈを求めることができる。
【数５】
【００５５】
スループット限界算出部１２４は、上記の方法により求めたチャネル行列と、使用帯域情報と、送信アンテナ本数の情報と、受信アンテナ本数の情報と、Ｓ／Ｎ比の算出結果とに基づいて、通信容量の限界値を算出する。
【００５６】
具体的には、スループット限界算出部１２４は、（６）式より、単位周波数あたりのチャネル容量（スループットの限界値）を求める。
【数６】
【００５７】
即ち、スループット限界算出部１２４は、チャネル行列から算出できる行列の固有値を用いてスループットの算出を行う。ＯＦＤＭ伝送の場合には、スループット限界算出部１２４は、サブキャリアあたりのスループットを算出し、算出したスループットを用いて全てのサブキャリアの平均を求めることにより、スループットの限界値を算出する。
【００５８】
また、スループット限界算出部１２４は、（６）式により求めたスループットの限界値にシステムの使用帯域幅を乗算することにより、伝送帯域幅におけるスループットの限界値を算出する。
【００５９】
このように、本実施の形態によれば、通信容量を把握することができるとともに、所望の通信容量の限界値を満たしているか否かを判断し、中継装置の設置後の不感地対策の内容の変更を不要にすることができる。
【００６０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る無線中継装置３００の構成を示すブロック図である。
【００６１】
図３に示す無線中継装置３００は、図１に示す実施の形態１に係る無線中継装置１００に対して、中継増幅装置１５０の代わりに中継増幅装置３５０を有し、通信容量演算部１６０の代わりに通信容量演算部３６０を有する。なお、図３において、図１と同一構成である部分には同一の符号を付している。
【００６２】
中継増幅装置３５０は、ＭＩＭＯ方式による通信において、基地局１８０から送信された信号を受信し、受信した信号を増幅して図示しない通信端末装置または図示しない他の中継装置に送信する。即ち、中継増幅装置３５０は、ＭＩＭＯ方式による通信における信号の中継処理を行う。また、中継増幅装置３５０は、通信容量演算部３６０の制御により、可変の利得を設定して信号を増幅する。
【００６３】
通信容量演算部３６０は、中継増幅装置３５０が基地局１８０から受信した信号の通信容量の限界値を算出して表示制御部１７０へ出力する。また、通信容量演算部３６０は、中継増幅装置３５０において信号を増幅する際の利得を調整する。
【００６４】
表示制御部１７０は、通信容量演算部３６０から入力した通信容量の算出結果に基づいて、通信容量の限界値と所望値との比較結果を表示する制御を行う。
【００６５】
次に、中継増幅装置３５０の構成の詳細について、図３を用いて説明する。
【００６６】
中継増幅装置３５０は、第１のアンテナ３０１と、第２のアンテナ３０２と、増幅器３０３と、可変増幅器３０４と、増幅器３０５と、加算器３０６と、分離部３０７と、分離部３０８と、第３のアンテナ３０９と、第４のアンテナ３１０とから主に構成される。増幅器３０３と増幅器３０５とは、第１のアンテナ３０１により受信した信号を増幅するとともに、第２のアンテナ３０２により受信した信号を増幅する増幅手段を構成する。
【００６７】
第１のアンテナ３０１は、基地局１８０から送信された信号を受信して増幅器３０３及び可変増幅器３０４へ出力する。
【００６８】
第２のアンテナ３０２は、基地局１８０から送信された信号を受信して増幅器３０５へ出力する。
【００６９】
増幅器３０３は、第１のアンテナ３０１から入力した信号を増幅して分離部３０７へ出力する。
【００７０】
可変増幅器３０４は、スループット限界算出部３２１の制御により、所定の利得を設定する。また、可変増幅器３０４は、設定した利得により、第１のアンテナ３０１から入力した信号を増幅して加算器３０６へ出力する。即ち、可変増幅器３０４は、可変の利得で信号を増幅する。なお、可変増幅器３０４における利得の調整方法については後述する。
【００７１】
増幅器３０５は、第２のアンテナ３０２から入力した信号を増幅して加算器３０６へ出力する。
【００７２】
加算器３０６は、可変増幅器３０４から入力した信号と、増幅器３０５から入力した信号とを加算して分離部３０８へ出力する。
【００７３】
分離部３０７は、増幅器３０３から入力した信号を分離して第３のアンテナ３０９と、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とに出力する。
【００７４】
分離部３０８は、加算器３０６から入力した信号を分離して第４のアンテナ３１０と、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とに出力する。
【００７５】
第３のアンテナ３０９は、分離部３０７から入力した信号を図示しない通信端末装置または他の中継装置に送信する。
【００７６】
第４のアンテナ３１０は、分離部３０８から入力した信号を図示しない通信端末装置または他の中継装置に送信する。
【００７７】
次に、通信容量演算部３６０の構成の詳細について、図３を用いて説明する。
【００７８】
図３に示す通信容量演算部３６０は、図１に示す実施の形態１に係る通信容量演算部１６０に対して、スループット限界算出部１２４の代わりにスループット限界算出部３２１を有する。なお、図３において、図１と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７９】
通信容量演算部３６０は、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３と、スループット限界算出部３２１とから主に構成される。
【００８０】
システム情報解析部１２１は、分離部３０７及び分離部３０８から入力した信号を解析する。そして、システム情報解析部１２１は、ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報と基地局１８０の送信アンテナ本数の情報とを取得する。また、システム情報解析部１２１は、取得した使用帯域情報と送信アンテナ本数の情報とをスループット限界算出部３２１へ出力する。なお、システム情報解析部１２１は、基地局１８０と無線中継装置１００との間において、送信アンテナ本数が既知の場合には、送信アンテナ本数の情報の取得を不要にすることができる。この場合、送信アンテナ本数を無線中継装置３００の受信アンテナ本数の情報と同様にあらかじめ図示しないメモリ等に記憶しておく。
【００８１】
Ｓ／Ｎ算出部１２２は、分離部３０７及び分離部３０８から入力した既知のパイロット信号を解析してＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を算出する。この際、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、スループット限界算出部３２１により調整された利得で可変増幅器３０４において増幅された信号を用いて、Ｓ／Ｎ比を算出する。そして、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、Ｓ／Ｎ比の算出結果をスループット限界算出部３２１へ出力する。
【００８２】
チャネル推定部１２３は、分離部３０７及び分離部３０８から入力した既知のパイロット信号を解析して、基地局１８０の送信アンテナと第１のアンテナ３０１及び第２のアンテナ３０２との間のチャネル行列（伝達関数）を推定する。そして、チャネル推定部１２３は、チャネル行列の推定結果をスループット限界算出部３２１へ出力する。
【００８３】
スループット限界算出部３２１は、システム情報解析部１２１から入力した使用帯域情報及び送信アンテナ本数の情報と、無線中継装置１００の受信アンテナ本数の情報と、Ｓ／Ｎ算出部１２２から入力したＳ／Ｎ比の算出結果と、チャネル推定部１２３から入力したチャネル行列の推定結果とに基づいて、通信容量の限界値を算出する。また、スループット限界算出部３２１は、算出した限界値が最適になるように、可変増幅器３０４の利得を調整する。また、スループット限界算出部３２１は、限界値の算出結果を比較部１３２へ出力する。なお、スループットの限界値を算出する方法は、上記の実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。
【００８４】
比較部１３２は、スループット限界算出部３２１から入力した限界値と、スループット所望値設定部１３１から入力した所望値とを比較して比較結果を表示部１３３へ出力する。
【００８５】
次に、チャネル推定部１２３及びスループット限界算出部３２１の動作について説明する。
【００８６】
スループット限界算出部３２１は、可変増幅器３０４の利得を変化させることにより、チャネル推定部１２３において推定するチャネル行列を変化させることができる。これにより、通信容量を向上させることができる。
【００８７】
具体的には、可変増幅器３０４の利得を変化させることにより、上記の（４）式は（７）式のようになる。（７）式のＡは固定値（例えばユーザが設定可能）、Ａ´とＢは変数であり、Ｂ＝０、Ａ＝Ａ´とすると、単純に２本のアンテナで受信した場合の（４）式と同じになる。その状態から、Ｂを増加させ、無線中継装置３００の出力電力が同一となるようにＡ´を減少させることにより、（４）式の状態を変化させることができる。なお、（７）式のＡは、例えば基地局１８０と無線中継装置３００間のパスロスに基づいて決定するようにしてもよい。
【数７】
【００８８】
従って、チャネル推定部１２３は、（７）式よりチャネル行列を求める。
【００８９】
即ち、可変増幅器３０４の利得を変化させることは、チャネル行列を操作することと同じであり、（６）式の固有値を変化させることに等しい。
【００９０】
図４は、アンテナ本数が送信と受信の双方で２本である場合において、（６）式の固有値λ1を変えた場合の通信容量の限界値と固有値との関係を示す図である。図４において、縦軸は通信容量の限界値であり、横軸は固有値である。
【００９１】
図４に示すように、スループット限界算出部３２１は、例えば、通信容量の限界値が最大となるように、可変増幅器３０４において設定する利得を調整し、通信容量向上の効果を得る。
【００９２】
このように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１の効果に加えて、利得を可変にして固有値を補正することにより、通信容量の限界値の劣化要因をキャンセルするので、通信容量の低下を抑制することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態において、無線中継装置は基地局から受信した信号のみを中継処理するようにしたが、本実施の形態はこれに限らず、基地局へ送信する信号を中継処理しても良い。この場合には、図１と同様に、アンテナ直下に帯域制限フィルタを設けることにより、送信信号と受信信号とを分離することができる。
【００９４】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る通信容量評価装置５００の構成を示すブロック図である。
【００９５】
通信容量評価装置５００は、通信容量演算部５５０及び表示制御部５６０から主に構成される。
【００９６】
通信容量演算部５５０は、基地局１８０から受信した信号を用いて、ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量の限界値を算出して表示制御部５６０へ出力する。
【００９７】
表示制御部５６０は、通信容量演算部５５０から入力した通信容量の限界値の算出結果に基づいて、通信容量の所望値を算出するとともに、限界値と所望値との比較結果を表示する制御を行う。
【００９８】
次に、通信容量演算部５５０の構成の詳細について、図５を用いて説明する。
【００９９】
通信容量演算部５５０は、第１のアンテナ５０１と、第２のアンテナ５０２と、システム情報解析部５０３と、Ｓ／Ｎ算出部５０４と、チャネル推定部５０５と、スループット限界算出部５０６とから主に構成される。システム情報解析部５０３と、Ｓ／Ｎ算出部５０４と、チャネル推定部５０５とは、使用帯域情報を取得するとともに、通信品質とチャネル行列とを求める取得手段を構成する。
【０１００】
第１のアンテナ５０１は、基地局１８０から送信された信号を受信してシステム情報解析部５０３と、Ｓ／Ｎ算出部５０４と、チャネル推定部５０５とへ出力する。
【０１０１】
第２のアンテナ５０２は、基地局１８０から送信された信号を受信してシステム情報解析部５０３と、Ｓ／Ｎ算出部５０４と、チャネル推定部５０５とへ出力する。
【０１０２】
システム情報解析部５０３は、第１のアンテナ５０１及び第２のアンテナ５０２から入力した信号を解析する。そして、システム情報解析部５０３は、ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報と基地局１８０の送信アンテナ本数の情報とを取得する。そして、システム情報解析部５０３は、取得した使用帯域情報と送信アンテナ本数の情報とをスループット限界算出部５０６へ出力する。なお、システム情報解析部５０３は、基地局１８０と通信容量評価装置５００との間において、送信アンテナ本数が既知の場合には、送信アンテナ本数の情報の取得を不要にすることができる。この場合、送信アンテナ本数を通信容量評価装置５００の受信アンテナ本数の情報と同様にあらかじめ図示しないメモリ等に記憶しておく。
【０１０３】
Ｓ／Ｎ算出部５０４は、第１のアンテナ５０１及び第２のアンテナ５０２から入力した既知のパイロット信号を解析してＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を算出する。そして、Ｓ／Ｎ算出部５０４は、Ｓ／Ｎ比の算出結果をスループット限界算出部５０６へ出力する。
【０１０４】
チャネル推定部５０５は、第１のアンテナ５０１及び第２のアンテナ５０２から入力した既知のパイロット信号を解析して、基地局１８０の送信アンテナと第１のアンテナ５０１及び第２のアンテナ５０２との間のチャネル行列（伝達関数）を推定する。そして、チャネル推定部５０５は、チャネル行列の推定結果をスループット限界算出部５０６へ出力する。
【０１０５】
スループット限界算出部５０６は、システム情報解析部５０３から入力した使用帯域情報及び送信アンテナ本数の情報と、通信容量評価装置５００の受信アンテナ本数の情報と、Ｓ／Ｎ算出部５０４から入力したＳ／Ｎ比の算出結果と、チャネル推定部５０５から入力したチャネル行列の推定結果とに基づいて、通信容量の限界値を算出する。そして、スループット限界算出部５０６は、限界値の算出結果を比較部５１２へ出力する。なお、スループットの限界値を算出する方法は、上記の実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。
【０１０６】
次に、表示制御部５６０の構成の詳細について、図５を用いて説明する。
【０１０７】
表示制御部５６０は、スループット所望値設定部５１１と、比較部５１２と、表示部５１３とから主に構成される。
【０１０８】
スループット所望値設定部５１１は、所望値と許容する範囲とをあらかじめ設定する。
【０１０９】
比較部５１２は、スループット限界算出部５０６から入力した限界値と、スループット所望値設定部５１１から入力した所望値とを比較して比較結果を表示部５１３へ出力する。
【０１１０】
表示部５１３は、比較部５１２から入力した比較結果を表示する。表示部５１３は、例えば、限界値と所望値との差に応じたアンテナバーの本数により比較結果を表示することができる。また、表示部５１３は、限界値と所望値との差に応じた色により比較結果を表示することができる。色により比較結果を表示する際には、例えば、限界値と所望値との差が閾値以上の場合に表示画面の一部または全部を赤色とし、限界値と所望値との差が閾値未満の場合に表示画面の一部または全部を緑色にすることができる。なお、比較結果の表示は、アンテナバーの本数及び色に限らず、任意の方法により表示することができる。
【０１１１】
このように、本実施の形態によれば、通信容量を把握することができるとともに、所望の通信容量の限界値を満たしているか否かを判断し、中継装置の設置後の不感地対策の内容の変更を不要にすることができる。また、本実施の形態によれば、無線中継装置とは別体の通信容量評価装置により通信容量を算出するので、無線中継装置に通信容量評価装置を設ける場合に比べて、無線中継装置の製造コストを低減することができる。
【０１１２】
なお、上記の実施の形態１〜実施の形態３において、基地局と、無線中継装置と、通信容量評価装置の各々のアンテナの本数を２本にしたが、本発明はこれに限らず、３本以上の任意の本数にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明にかかる通信容量評価装置、無線中継装置及び通信容量評価方法は、特にＭＩＭＯ方式による通信の中継処理を行う無線中継装置の設置場所において、通信容量を把握するのに好適である。
【符号の説明】
【０１１４】
１００ 無線中継装置
１０１ 第１のアンテナ
１０２ 第２のアンテナ
１０３、１０４、１１１、１１２ フィルタ
１０５、１０６ 分離部
１０７、１０８、１０９、１１０ 増幅器
１１３ 第３のアンテナ
１１４ 第４のアンテナ
１２１ システム情報解析部
１２２ Ｓ／Ｎ算出部
１２３ チャネル推定部
１２４ スループット限界算出部
１３１ スループット所望値設定部
１５０ 中継増幅装置
１６０ 通信容量演算部
１７０ 表示制御部
１８０ 基地局
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通信容量評価装置、無線中継装置及び通信容量評価方法に関し、特にＭＩＭＯ(Multi-Input Multi-Output)方式による通信の中継処理を行う無線中継装置の設置場所において、通信容量を把握する通信容量評価装置、無線中継装置及び通信容量評価方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代通信の１つであるＭＩＭＯ方式による通信の不感地対策として、ＭＩＭＯ方式による通信が可能な中継装置を設置することが求められている。このような中継装置を設置する際には、設置場所においてＭＩＭＯ方式による通信の通信容量（スループット）を把握し、通信容量を一定以上確保できる条件で中継装置を設置する必要がある。
【０００３】
また、従来、ＭＩＭＯ方式による通信の通信状態を判定するものが知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１によれば、伝達関数の全てまたは一部を用いて、現在の通信状態を示す状態指標を算出する状態指標演算手段と、状態指標の値に応じて表示内容が変化する通信状態表示手段とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２１１５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１においては、伝達関数のみから算出される通信状態指標からは通信容量を算出することができないので、通信容量を把握することができないという問題がある。また、特許文献１においては、通信状態指標を表示しても、通信容量の限界値が分からず、中継装置の設置場所として適しているか否かを判断することができないという問題がある。また、特許文献１においては、設置場所として適しているか否かを判断できないので、中継装置を設置した後に、通信容量の限界値が所望の値を満たしていないことが判明した際に、不感地対策の内容を変更する必要が生じるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、通信容量を把握することができるとともに、中継装置の設置後に不感地対策の内容の変更を不要にすることができる通信容量評価装置、無線中継装置及び通信容量評価方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の通信容量評価装置は、ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量を評価する通信容量評価装置であって、前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求める取得手段と、前記使用帯域情報と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出する限界値算出手段と、前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する表示手段と、を具備する構成を採る。
【０００８】
本発明の無線中継装置は、ＭＩＭＯ方式による通信の中継処理を行う無線中継装置であって、前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求める取得手段と、前記使用帯域情報と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出する限界値算出手段と、前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する表示手段と、を具備する構成を採る。
【０００９】
本発明の通信容量評価方法は、ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量を評価する通信容量評価方法であって、前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求めるステップと、前記使用帯域と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出するステップと、前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示するステップと、を具備するようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、通信容量を把握することができるとともに、中継装置の設置後に不感地対策の内容の変更を不要にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る無線中継装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の実施の形態１に係る基地局と無線中継装置との間のチャネル行列を求める方法について説明する図
【図３】本発明の実施の形態２に係る無線中継装置の構成を示すブロック図
【図４】本発明の実施の形態２に係るアンテナ本数が送信と受信の双方で２本である場合において、固有値を変えた場合の通信容量の限界値と固有値との関係を示す図
【図５】本発明の実施の形態３に係る通信容量評価装置の構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
【００１３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る無線中継装置１００の構成を示すブロック図である。
【００１４】
無線中継装置１００は、主に中継増幅装置１５０と、通信容量演算部１６０と、表示制御部１７０を備えている。
【００１５】
中継増幅装置１５０は、基地局１８０からＭＩＭＯ方式で送信された信号を受信し、受信した信号を増幅して図示しない通信端末装置または図示しない他の中継装置に送信する。また、中継増幅装置１５０は、ＭＩＭＯ方式による通信において、図示しない通信端末装置または図示しない他の中継装置からＭＩＭＯ方式で送信された信号を受信して増幅し、増幅した信号を基地局１８０へ送信する。即ち、中継増幅装置１５０は、ＭＩＭＯ方式による通信における信号の中継処理を行う。
【００１６】
通信容量演算部１６０は、中継増幅装置１５０が基地局１８０から受信した信号の通信容量の限界値を算出して表示制御部１７０へ出力する。
【００１７】
表示制御部１７０は、通信容量演算部１６０から入力した通信容量の限界値の算出結果に基づいて通信容量の所望値を算出するとともに、限界値と所望値との比較結果を表示する制御を行う。
【００１８】
次に、中継増幅装置１５０の構成の詳細について、図１を用いて説明する。
【００１９】
中継増幅装置１５０は、第１のアンテナ１０１と、第２のアンテナ１０２と、フィルタ１０３と、フィルタ１０４と、分離部１０５と、分離部１０６と、増幅器１０７と、増幅器１０８と、増幅器１０９と、増幅器１１０と、フィルタ１１１と、フィルタ１１２と、第３のアンテナ１１３と、第４のアンテナ１１４とから主に構成される。
【００２０】
第１のアンテナ１０１は、基地局１８０から送信された信号を受信してフィルタ１０３へ出力する。また、第１のアンテナ１０１は、フィルタ１０３から入力した信号を基地局１８０へ送信する。
【００２１】
第２のアンテナ１０２は、基地局１８０から送信された信号を受信してフィルタ１０４へ出力する。また、第２のアンテナ１０２は、フィルタ１０４から入力した信号を基地局１８０へ送信する。ここで、第１のアンテナ１０１と第２のアンテナ１０２とは、ＭＩＭＯ方式による通信を行うために用いられる。
【００２２】
フィルタ１０３は、第１のアンテナ１０１から入力した信号に対して帯域制限を行って分離部１０５へ出力する。また、フィルタ１０３は、増幅器１０８から入力した信号に対して帯域制限を行って第１のアンテナ１０１へ出力する。
【００２３】
フィルタ１０４は、第２のアンテナ１０２から入力した信号に対して帯域制限を行って分離部１０６へ出力する。また、フィルタ１０４は、増幅器１１０から入力した信号に対して帯域制限を行って第２のアンテナ１０２へ出力する。
【００２４】
分離部１０５は、フィルタ１０３から入力した信号を分離して増幅器１０７と、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とに出力する。
【００２５】
分離部１０６は、フィルタ１０４から入力した信号を分離して増幅器１０９と、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とに出力する。
【００２６】
増幅器１０７は、分離部１０５から入力した信号を増幅してフィルタ１１１へ出力する。
【００２７】
増幅器１０８は、フィルタ１１１から入力した信号を増幅してフィルタ１０３へ出力する。
【００２８】
増幅器１０９は、分離部１０６から入力した信号を増幅してフィルタ１１２へ出力する。
【００２９】
増幅器１１０は、フィルタ１１２から入力した信号を増幅してフィルタ１０４へ出力する。
【００３０】
フィルタ１１１は、増幅器１０７から入力した信号に対して帯域制限を行って第３のアンテナ１１３へ出力する。また、フィルタ１１１は、第３のアンテナ１１３から入力した信号に対して帯域制限を行って増幅器１０８へ出力する。
【００３１】
フィルタ１１２は、増幅器１０９から入力した信号に対して帯域制限を行って第４のアンテナ１１４へ出力する。また、フィルタ１１２は、第４のアンテナ１１４から入力した信号に対して帯域制限を行って増幅器１１０へ出力する。
【００３２】
第３のアンテナ１１３は、フィルタ１１１から入力した信号を図示しない通信端末装置または他の中継装置に送信する。また、第３のアンテナ１１３は、図示しない通信端末装置または他の中継装置から受信した信号をフィルタ１１１へ出力する。
【００３３】
第４のアンテナ１１４は、フィルタ１１２から入力した信号を図示しない通信端末装置または他の中継装置に送信する。また、第４のアンテナ１１４は、図示しない通信端末装置または他の中継装置から受信した信号をフィルタ１１２へ出力する。
【００３４】
次に、通信容量演算部１６０の構成の詳細について、図１を用いて説明する。
【００３５】
通信容量演算部１６０は、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３と、スループット限界算出部１２４とから主に構成される。システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とは、使用帯域情報を取得するとともに、通信品質とチャネル行列とを求める取得手段を構成する。
【００３６】
システム情報解析部１２１は、分離部１０５及び分離部１０６から入力した信号を解析する。そして、システム情報解析部１２１は、ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報（ＢＷ）と基地局１８０の送信アンテナ本数の情報とを取得する。また、システム情報解析部１２１は、取得した使用帯域情報と送信アンテナ本数の情報とをスループット限界算出部１２４へ出力する。
【００３７】
Ｓ／Ｎ算出部１２２は、分離部１０５及び分離部１０６から入力した既知のパイロット信号を解析してＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を算出する。そして、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、Ｓ／Ｎ比の算出結果をスループット限界算出部１２４へ出力する。
【００３８】
チャネル推定部１２３は、分離部１０５及び分離部１０６から入力した既知のパイロット信号を解析して、基地局１８０の送信アンテナと第１のアンテナ１０１及び第２のアンテナ１０２との間のチャネル行列（伝達関数）を推定する。そして、チャネル推定部１２３は、チャネル行列の推定結果をスループット限界算出部１２４へ出力する。
【００３９】
スループット限界算出部１２４は、システム情報解析部１２１から入力した使用帯域情報及び送信アンテナ本数の情報と、あらかじめ記憶しておいた無線中継装置１００の受信アンテナ本数の情報と、Ｓ／Ｎ算出部１２２から入力したＳ／Ｎ比の算出結果と、チャネル推定部１２３から入力したチャネル行列の推定結果とに基づいて、通信容量の限界値を算出する。そして、スループット限界算出部１２４は、限界値の算出結果を比較部１３２へ出力する。なお、スループットの限界値を算出する方法については後述する。
【００４０】
次に、表示制御部１７０の構成の詳細について、図１を用いて説明する。
【００４１】
表示制御部１７０は、スループット所望値設定部１３１と、比較部１３２と、表示部１３３とから主に構成される。
【００４２】
スループット所望値設定部１３１は、所望値と許容する範囲とをあらかじめ設定する。ここで、上記の設定は、ユーザー（例えば通信事業者）が行う。
【００４３】
比較部１３２は、スループット限界算出部１２４から入力した限界値と、スループット所望値設定部１３１から入力した所望値とを比較して比較結果を表示部１３３へ出力する。
【００４４】
表示部１３３は、比較部１３２から入力した比較結果を表示する。表示部１３３は、例えば、限界値と所望値との差に応じたアンテナバーの本数により比較結果を表示することができる。また、表示部１３３は、限界値と所望値との差に応じた色により比較結果を表示することができる。色により比較結果を表示する際には、例えば、限界値と所望値との差が閾値以上の場合に表示画面の一部または全部を赤色とし、限界値と所望値との差が閾値未満の場合に表示画面の一部または全部を緑色にすることができる。なお、比較結果の表示は、アンテナバーの本数及び色に限らず、任意の方法により表示することができる。
【００４５】
次に、無線中継装置１００における通信容量の限界値を求める方法について説明する。本実施の形態では、次世代通信方式の１つであるＬＴＥ（Long Term Evolution）規格に基づく通信を一例として説明する。なお、通信方式は、ＬＴＥに限らず適宜変更可能である。
【００４６】
システム情報解析部１２１は、ＬＴＥの下り信号の中のＰＢＣＨ（Physical broadcast channel）を復調してＭＩＢ（Master Information Brock）を取得するとともに、取得したＭＩＢを解析する。システム情報解析部１２１は、ＭＩＢの解析し、ＭＩＢに格納されているシステムの使用帯域情報及び送信アンテナ本数の情報を取得することにより、使用帯域幅と送信アンテナ本数とを知ることができる。なお、システム情報解析部１２１は、基地局１８０と無線中継装置１００との間において、無線中継装置１００の送信アンテナ本数が既知の場合には、送信アンテナ本数の情報の取得を不要にすることができる。この場合、送信アンテナ本数を受信アンテナ本数の情報と同様にあらかじめ図示しないメモリ等に記憶しておく。
【００４７】
また、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、受信信号に埋め込まれた既知のパイロット信号を解析することによりＳ／Ｎ比を算出する。例えば、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、（１）式に示すように、隣接するパイロット信号の差分を求め、求めた差分のアンサンブル平均を求める。これにより、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、雑音成分σを算出することができる。
【数１】
【００４８】
また、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、（２）式に示すように、隣接するパイロット信号を加算し、加算結果のアンサンブル平均を求める。そして、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、加算結果のアンサンブル平均を、（１）式より求めた雑音成分σで除算することにより信号成分Ｓを算出する。
【数２】
【００４９】
また、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、（２）式より求めた信号成分Ｓと、（１）式より求めた雑音成分σとの比を求めることにより、Ｓ／Ｎ比を算出する。
【００５０】
また、チャネル推定部１２３は、受信信号に埋め込まれた既知のパイロット信号を解析することにより、基地局１８０の複数の送信アンテナと第１のアンテナ１０１及び第２のアンテナ１０２との間のチャネル行列（伝達関数）を推定する。
【００５１】
また、基地局１８０と無線中継装置１００との間のチャネル行列は、チャネル推定部１２３において以下の方法により求めることができる。図２は、基地局１８０と無線中継装置１００との間のチャネル行列を求める方法について説明する図である。
【００５２】
複数のアンテナから送信された信号を複数のアンテナにより受信した場合には、受信信号は（３）式のようになる。
【数３】
【００５３】
また、（３）式は、図２より（４）式のように表すことができる。
【数４】
【００５４】
ここで、パイロット信号を解析の対象にするので、（５）式のように、受信信号をパイロット信号で除算することによりチャネル行列Ｈを求めることができる。
【数５】
【００５５】
スループット限界算出部１２４は、上記の方法により求めたチャネル行列と、使用帯域情報と、送信アンテナ本数の情報と、受信アンテナ本数の情報と、Ｓ／Ｎ比の算出結果とに基づいて、通信容量の限界値を算出する。
【００５６】
具体的には、スループット限界算出部１２４は、（６）式より、単位周波数あたりのチャネル容量（スループットの限界値）を求める。
【数６】
【００５７】
即ち、スループット限界算出部１２４は、チャネル行列から算出できる行列の固有値を用いてスループットの算出を行う。ＯＦＤＭ伝送の場合には、スループット限界算出部１２４は、サブキャリアあたりのスループットを算出し、算出したスループットを用いて全てのサブキャリアの平均を求めることにより、スループットの限界値を算出する。
【００５８】
また、スループット限界算出部１２４は、（６）式により求めたスループットの限界値にシステムの使用帯域幅を乗算することにより、伝送帯域幅におけるスループットの限界値を算出する。
【００５９】
このように、本実施の形態によれば、通信容量を把握することができるとともに、所望の通信容量の限界値を満たしているか否かを判断し、中継装置の設置後の不感地対策の内容の変更を不要にすることができる。
【００６０】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２に係る無線中継装置３００の構成を示すブロック図である。
【００６１】
図３に示す無線中継装置３００は、図１に示す実施の形態１に係る無線中継装置１００に対して、中継増幅装置１５０の代わりに中継増幅装置３５０を有し、通信容量演算部１６０の代わりに通信容量演算部３６０を有する。なお、図３において、図１と同一構成である部分には同一の符号を付している。
【００６２】
中継増幅装置３５０は、ＭＩＭＯ方式による通信において、基地局１８０から送信された信号を受信し、受信した信号を増幅して図示しない通信端末装置または図示しない他の中継装置に送信する。即ち、中継増幅装置３５０は、ＭＩＭＯ方式による通信における信号の中継処理を行う。また、中継増幅装置３５０は、通信容量演算部３６０の制御により、可変の利得を設定して信号を増幅する。
【００６３】
通信容量演算部３６０は、中継増幅装置３５０が基地局１８０から受信した信号の通信容量の限界値を算出して表示制御部１７０へ出力する。また、通信容量演算部３６０は、中継増幅装置３５０において信号を増幅する際の利得を調整する。
【００６４】
表示制御部１７０は、通信容量演算部３６０から入力した通信容量の算出結果に基づいて、通信容量の限界値と所望値との比較結果を表示する制御を行う。
【００６５】
次に、中継増幅装置３５０の構成の詳細について、図３を用いて説明する。
【００６６】
中継増幅装置３５０は、第１のアンテナ３０１と、第２のアンテナ３０２と、増幅器３０３と、可変増幅器３０４と、増幅器３０５と、加算器３０６と、分離部３０７と、分離部３０８と、第３のアンテナ３０９と、第４のアンテナ３１０とから主に構成される。増幅器３０３と増幅器３０５とは、第１のアンテナ３０１により受信した信号を増幅するとともに、第２のアンテナ３０２により受信した信号を増幅する増幅手段を構成する。
【００６７】
第１のアンテナ３０１は、基地局１８０から送信された信号を受信して増幅器３０３及び可変増幅器３０４へ出力する。
【００６８】
第２のアンテナ３０２は、基地局１８０から送信された信号を受信して増幅器３０５へ出力する。
【００６９】
増幅器３０３は、第１のアンテナ３０１から入力した信号を増幅して分離部３０７へ出力する。
【００７０】
可変増幅器３０４は、スループット限界算出部３２１の制御により、所定の利得を設定する。また、可変増幅器３０４は、設定した利得により、第１のアンテナ３０１から入力した信号を増幅して加算器３０６へ出力する。即ち、可変増幅器３０４は、可変の利得で信号を増幅する。なお、可変増幅器３０４における利得の調整方法については後述する。
【００７１】
増幅器３０５は、第２のアンテナ３０２から入力した信号を増幅して加算器３０６へ出力する。
【００７２】
加算器３０６は、可変増幅器３０４から入力した信号と、増幅器３０５から入力した信号とを加算して分離部３０８へ出力する。
【００７３】
分離部３０７は、増幅器３０３から入力した信号を分離して第３のアンテナ３０９と、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とに出力する。
【００７４】
分離部３０８は、加算器３０６から入力した信号を分離して第４のアンテナ３１０と、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３とに出力する。
【００７５】
第３のアンテナ３０９は、分離部３０７から入力した信号を図示しない通信端末装置または他の中継装置に送信する。
【００７６】
第４のアンテナ３１０は、分離部３０８から入力した信号を図示しない通信端末装置または他の中継装置に送信する。
【００７７】
次に、通信容量演算部３６０の構成の詳細について、図３を用いて説明する。
【００７８】
図３に示す通信容量演算部３６０は、図１に示す実施の形態１に係る通信容量演算部１６０に対して、スループット限界算出部１２４の代わりにスループット限界算出部３２１を有する。なお、図３において、図１と同一構成である部分には同一の符号を付してその説明を省略する。
【００７９】
通信容量演算部３６０は、システム情報解析部１２１と、Ｓ／Ｎ算出部１２２と、チャネル推定部１２３と、スループット限界算出部３２１とから主に構成される。
【００８０】
システム情報解析部１２１は、分離部３０７及び分離部３０８から入力した信号を解析する。そして、システム情報解析部１２１は、ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報と基地局１８０の送信アンテナ本数の情報とを取得する。また、システム情報解析部１２１は、取得した使用帯域情報と送信アンテナ本数の情報とをスループット限界算出部３２１へ出力する。なお、システム情報解析部１２１は、基地局１８０と無線中継装置１００との間において、送信アンテナ本数が既知の場合には、送信アンテナ本数の情報の取得を不要にすることができる。この場合、送信アンテナ本数を無線中継装置３００の受信アンテナ本数の情報と同様にあらかじめ図示しないメモリ等に記憶しておく。
【００８１】
Ｓ／Ｎ算出部１２２は、分離部３０７及び分離部３０８から入力した既知のパイロット信号を解析してＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を算出する。この際、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、スループット限界算出部３２１により調整された利得で可変増幅器３０４において増幅された信号を用いて、Ｓ／Ｎ比を算出する。そして、Ｓ／Ｎ算出部１２２は、Ｓ／Ｎ比の算出結果をスループット限界算出部３２１へ出力する。
【００８２】
チャネル推定部１２３は、分離部３０７及び分離部３０８から入力した既知のパイロット信号を解析して、基地局１８０の送信アンテナと第１のアンテナ３０１及び第２のアンテナ３０２との間のチャネル行列（伝達関数）を推定する。そして、チャネル推定部１２３は、チャネル行列の推定結果をスループット限界算出部３２１へ出力する。
【００８３】
スループット限界算出部３２１は、システム情報解析部１２１から入力した使用帯域情報及び送信アンテナ本数の情報と、無線中継装置１００の受信アンテナ本数の情報と、Ｓ／Ｎ算出部１２２から入力したＳ／Ｎ比の算出結果と、チャネル推定部１２３から入力したチャネル行列の推定結果とに基づいて、通信容量の限界値を算出する。また、スループット限界算出部３２１は、算出した限界値が最適になるように、可変増幅器３０４の利得を調整する。また、スループット限界算出部３２１は、限界値の算出結果を比較部１３２へ出力する。なお、スループットの限界値を算出する方法は、上記の実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。
【００８４】
比較部１３２は、スループット限界算出部３２１から入力した限界値と、スループット所望値設定部１３１から入力した所望値とを比較して比較結果を表示部１３３へ出力する。
【００８５】
次に、チャネル推定部１２３及びスループット限界算出部３２１の動作について説明する。
【００８６】
スループット限界算出部３２１は、可変増幅器３０４の利得を変化させることにより、チャネル推定部１２３において推定するチャネル行列を変化させることができる。これにより、通信容量を向上させることができる。
【００８７】
具体的には、可変増幅器３０４の利得を変化させることにより、上記の（４）式は（７）式のようになる。（７）式のＡは固定値（例えばユーザが設定可能）、Ａ´とＢは変数であり、Ｂ＝０、Ａ＝Ａ´とすると、単純に２本のアンテナで受信した場合の（４）式と同じになる。その状態から、Ｂを増加させ、無線中継装置３００の出力電力が同一となるようにＡ´を減少させることにより、（４）式の状態を変化させることができる。なお、（７）式のＡは、例えば基地局１８０と無線中継装置３００間のパスロスに基づいて決定するようにしてもよい。
【数７】
【００８８】
従って、チャネル推定部１２３は、（７）式よりチャネル行列を求める。
【００８９】
即ち、可変増幅器３０４の利得を変化させることは、チャネル行列を操作することと同じであり、（６）式の固有値を変化させることに等しい。
【００９０】
図４は、アンテナ本数が送信と受信の双方で２本である場合において、（６）式の固有値λ1を変えた場合の通信容量の限界値と固有値との関係を示す図である。図４において、縦軸は通信容量の限界値であり、横軸は固有値である。
【００９１】
図４に示すように、スループット限界算出部３２１は、例えば、通信容量の限界値が最大となるように、可変増幅器３０４において設定する利得を調整し、通信容量向上の効果を得る。
【００９２】
このように、本実施の形態によれば、上記の実施の形態１の効果に加えて、利得を可変にして固有値を補正することにより、通信容量の限界値の劣化要因をキャンセルするので、通信容量の低下を抑制することができる。
【００９３】
なお、本実施の形態において、無線中継装置は基地局から受信した信号のみを中継処理するようにしたが、本実施の形態はこれに限らず、基地局へ送信する信号を中継処理しても良い。この場合には、図１と同様に、アンテナ直下に帯域制限フィルタを設けることにより、送信信号と受信信号とを分離することができる。
【００９４】
（実施の形態３）
図５は、本発明の実施の形態３に係る通信容量評価装置５００の構成を示すブロック図である。
【００９５】
通信容量評価装置５００は、通信容量演算部５５０及び表示制御部５６０から主に構成される。
【００９６】
通信容量演算部５５０は、基地局１８０から受信した信号を用いて、ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量の限界値を算出して表示制御部５６０へ出力する。
【００９７】
表示制御部５６０は、通信容量演算部５５０から入力した通信容量の限界値の算出結果に基づいて、通信容量の所望値を算出するとともに、限界値と所望値との比較結果を表示する制御を行う。
【００９８】
次に、通信容量演算部５５０の構成の詳細について、図５を用いて説明する。
【００９９】
通信容量演算部５５０は、第１のアンテナ５０１と、第２のアンテナ５０２と、システム情報解析部５０３と、Ｓ／Ｎ算出部５０４と、チャネル推定部５０５と、スループット限界算出部５０６とから主に構成される。システム情報解析部５０３と、Ｓ／Ｎ算出部５０４と、チャネル推定部５０５とは、使用帯域情報を取得するとともに、通信品質とチャネル行列とを求める取得手段を構成する。
【０１００】
第１のアンテナ５０１は、基地局１８０から送信された信号を受信してシステム情報解析部５０３と、Ｓ／Ｎ算出部５０４と、チャネル推定部５０５とへ出力する。
【０１０１】
第２のアンテナ５０２は、基地局１８０から送信された信号を受信してシステム情報解析部５０３と、Ｓ／Ｎ算出部５０４と、チャネル推定部５０５とへ出力する。
【０１０２】
システム情報解析部５０３は、第１のアンテナ５０１及び第２のアンテナ５０２から入力した信号を解析する。そして、システム情報解析部５０３は、ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報と基地局１８０の送信アンテナ本数の情報とを取得する。そして、システム情報解析部５０３は、取得した使用帯域情報と送信アンテナ本数の情報とをスループット限界算出部５０６へ出力する。なお、システム情報解析部５０３は、基地局１８０と通信容量評価装置５００との間において、送信アンテナ本数が既知の場合には、送信アンテナ本数の情報の取得を不要にすることができる。この場合、送信アンテナ本数を通信容量評価装置５００の受信アンテナ本数の情報と同様にあらかじめ図示しないメモリ等に記憶しておく。
【０１０３】
Ｓ／Ｎ算出部５０４は、第１のアンテナ５０１及び第２のアンテナ５０２から入力した既知のパイロット信号を解析してＳ／Ｎ比（信号対雑音比）を算出する。そして、Ｓ／Ｎ算出部５０４は、Ｓ／Ｎ比の算出結果をスループット限界算出部５０６へ出力する。
【０１０４】
チャネル推定部５０５は、第１のアンテナ５０１及び第２のアンテナ５０２から入力した既知のパイロット信号を解析して、基地局１８０の送信アンテナと第１のアンテナ５０１及び第２のアンテナ５０２との間のチャネル行列（伝達関数）を推定する。そして、チャネル推定部５０５は、チャネル行列の推定結果をスループット限界算出部５０６へ出力する。
【０１０５】
スループット限界算出部５０６は、システム情報解析部５０３から入力した使用帯域情報及び送信アンテナ本数の情報と、通信容量評価装置５００の受信アンテナ本数の情報と、Ｓ／Ｎ算出部５０４から入力したＳ／Ｎ比の算出結果と、チャネル推定部５０５から入力したチャネル行列の推定結果とに基づいて、通信容量の限界値を算出する。そして、スループット限界算出部５０６は、限界値の算出結果を比較部５１２へ出力する。なお、スループットの限界値を算出する方法は、上記の実施の形態１と同一であるので、その説明を省略する。
【０１０６】
次に、表示制御部５６０の構成の詳細について、図５を用いて説明する。
【０１０７】
表示制御部５６０は、スループット所望値設定部５１１と、比較部５１２と、表示部５１３とから主に構成される。
【０１０８】
スループット所望値設定部５１１は、所望値と許容する範囲とをあらかじめ設定する。
【０１０９】
比較部５１２は、スループット限界算出部５０６から入力した限界値と、スループット所望値設定部５１１から入力した所望値とを比較して比較結果を表示部５１３へ出力する。
【０１１０】
表示部５１３は、比較部５１２から入力した比較結果を表示する。表示部５１３は、例えば、限界値と所望値との差に応じたアンテナバーの本数により比較結果を表示することができる。また、表示部５１３は、限界値と所望値との差に応じた色により比較結果を表示することができる。色により比較結果を表示する際には、例えば、限界値と所望値との差が閾値以上の場合に表示画面の一部または全部を赤色とし、限界値と所望値との差が閾値未満の場合に表示画面の一部または全部を緑色にすることができる。なお、比較結果の表示は、アンテナバーの本数及び色に限らず、任意の方法により表示することができる。
【０１１１】
このように、本実施の形態によれば、通信容量を把握することができるとともに、所望の通信容量の限界値を満たしているか否かを判断し、中継装置の設置後の不感地対策の内容の変更を不要にすることができる。また、本実施の形態によれば、無線中継装置とは別体の通信容量評価装置により通信容量を算出するので、無線中継装置に通信容量評価装置を設ける場合に比べて、無線中継装置の製造コストを低減することができる。
【０１１２】
なお、上記の実施の形態１〜実施の形態３において、基地局と、無線中継装置と、通信容量評価装置の各々のアンテナの本数を２本にしたが、本発明はこれに限らず、３本以上の任意の本数にすることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１３】
本発明にかかる通信容量評価装置、無線中継装置及び通信容量評価方法は、特にＭＩＭＯ方式による通信の中継処理を行う無線中継装置の設置場所において、通信容量を把握するのに好適である。
【符号の説明】
【０１１４】
１００ 無線中継装置
１０１ 第１のアンテナ
１０２ 第２のアンテナ
１０３、１０４、１１１、１１２ フィルタ
１０５、１０６ 分離部
１０７、１０８、１０９、１１０ 増幅器
１１３ 第３のアンテナ
１１４ 第４のアンテナ
１２１ システム情報解析部
１２２ Ｓ／Ｎ算出部
１２３ チャネル推定部
１２４ スループット限界算出部
１３１ スループット所望値設定部
１５０ 中継増幅装置
１６０ 通信容量演算部
１７０ 表示制御部
１８０ 基地局
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量を評価する通信容量評価装置であって、
前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求める取得手段と、
前記使用帯域情報と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出する限界値算出手段と、
前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する表示手段と、
を具備する通信容量評価装置。
【請求項２】
ＭＩＭＯ方式による通信の中継処理を行う無線中継装置であって、
前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求める取得手段と、
前記使用帯域情報と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出する限界値算出手段と、
前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する表示手段と、
を具備する無線中継装置。
【請求項３】
第１のアンテナと、
第２のアンテナと、
前記第１のアンテナにより受信した受信信号を増幅するとともに、前記第２のアンテナにより受信した受信信号を増幅する第１の増幅手段と、
前記第１のアンテナにより受信した受信信号を可変の利得で増幅する第２の増幅手段と、
前記第１の増幅手段により増幅した前記第１のアンテナの受信信号に、前記第２の増幅手段により増幅した信号を加算して出力する加算手段とをさらに具備し、
前記取得手段は、前記第１の増幅手段により増幅した前記第１のアンテナの受信信号と前記加算手段の出力信号とを解析して前記チャネル行列を求める請求項２記載の無線中継装置。
【請求項４】
前記限界値算出手段は、前記限界値が最適になる利得を前記第２の増幅手段に対して設定する請求項３記載の無線中継装置。
【請求項５】
ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量を評価する通信容量評価方法であって、
前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求めるステップと、
前記使用帯域と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出するステップと、
前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示するステップと、
を具備する通信容量評価方法。
【請求項１】
ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量を評価する通信容量評価装置であって、
前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求める取得手段と、
前記使用帯域情報と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出する限界値算出手段と、
前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する表示手段と、
を具備する通信容量評価装置。
【請求項２】
ＭＩＭＯ方式による通信の中継処理を行う無線中継装置であって、
前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求める取得手段と、
前記使用帯域情報と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出する限界値算出手段と、
前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示する表示手段と、
を具備する無線中継装置。
【請求項３】
第１のアンテナと、
第２のアンテナと、
前記第１のアンテナにより受信した受信信号を増幅するとともに、前記第２のアンテナにより受信した受信信号を増幅する第１の増幅手段と、
前記第１のアンテナにより受信した受信信号を可変の利得で増幅する第２の増幅手段と、
前記第１の増幅手段により増幅した前記第１のアンテナの受信信号に、前記第２の増幅手段により増幅した信号を加算して出力する加算手段とをさらに具備し、
前記取得手段は、前記第１の増幅手段により増幅した前記第１のアンテナの受信信号と前記加算手段の出力信号とを解析して前記チャネル行列を求める請求項２記載の無線中継装置。
【請求項４】
前記限界値算出手段は、前記限界値が最適になる利得を前記第２の増幅手段に対して設定する請求項３記載の無線中継装置。
【請求項５】
ＭＩＭＯ方式による通信の通信容量を評価する通信容量評価方法であって、
前記ＭＩＭＯ方式による通信の使用帯域情報を受信信号より取得するとともに、受信信号を解析して信号対雑音比とチャネル行列とを求めるステップと、
前記使用帯域と、前記信号対雑音比と、前記チャネル行列と、通信相手の送信アンテナ本数と、受信アンテナ本数とに基づいて通信容量の限界値を算出するステップと、
前記限界値とあらかじめ設定された通信容量の所望値との比較結果を表示するステップと、
を具備する通信容量評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−１０９２６６（Ｐ２０１１−１０９２６６Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６０２２２（Ｐ２００９−２６０２２２）
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月１３日（２００９．１１．１３）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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