JP2008263406A - 試験装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ＭＩＭＯ無線機の試験を行える試験装置を提供する。
【解決手段】 試験装置１は、送信機のアンテナ端子に接続される３つの入力端子１１ａ〜１１ｃと、受信機のアンテナ端子に接続される３つの出力端子１２ａ〜１２ｃと、入力端子１１ａ〜１１ｃのそれぞれに接続され、入力端子１１ａ〜１１ｃから入力される信号を３つの信号に分配する分配器１３ａ〜１３ｃと、出力端子１２ａ〜１２ｃのそれぞれに接続され、分配器１３ａ〜１３ｃから入力される信号を合成し、合成された信号を出力端子に入力する合成器１４ａ〜１４ｃと、分配器１３ａと合成器１４ｃとの経路上に設けられた移相器１５ａと、分配器１３ｂと合成器１４ｂとの経路上に設けられた移相器１５ｂと、分配器１３ｃと合成器１４ｃとの経路上に設けられた移相器１５ｃとを備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＭＩＭＯ（Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｉｎｐｕｔ Ｍｕｌｔｉｐｌｅ Ｏｕｔｐｕｔ）伝送方式が実装された無線機器の試験に用いられる試験装置に関する。

従来から、無線機器の品質管理の目的あるいは製造元の異なる無線機器間の接続を確認する目的で、無線機器の性能評価が行なわれてきた。無線機器の接続試験の一つの方法として、壁面反射を低減した電波暗室で実際に無線通信を行うことによって試験をする方法がある。また、無線機器間で無線通信を行うのではなく、擬似的に実環境に近い環境を作り出す有線系の試験装置を用いて試験する方法がある。

ＩＥＥＥ８０２．１１は、無線ＬＡＮ機器の性能評価方法に関して提案を行っている（非特許文献１）。ここで、非特許文献１に記載された有線系の接続試験について図面を参照して説明する。

図１４は、１つの信号系列を２つのアンテナで受信するアンテナダイバーシチ方式を想定した無線機器間の接続試験を行う試験系の構成を示す図である。非特許文献１において接続試験に使用する無線機器は、ＷＬＣＰ（ＷｉｒｅｌｅｓｓＣｏｕｎｔｅｒｐａｒｔ）４０と、ＤＵＴ（Ｄｅｖｉｃｅ Ｕｎｄｅｒ Ｔｅｓｔ）４１である。ＤＵＴ４１は試験対象であり、主に受信機として動作させる無線機器である。ＷＬＣＰ４１は、ＤＵＴ４０と対をなし、主に送信機として動作させる無線機器である。図１４に示す例では、アンテナダイバーシチ方式を実装している無線機器の試験を想定しているので、ＷＬＣＰ４０およびＤＵＴ４１は、ともに２つのアンテナ端子を有する。

ＷＬＣＰ４０の２つのアンテナ端子には、ＲＦ信号を伝送する同軸ケーブルがそれぞれ接続される。これらの同軸ケーブルは２つのＲＦ信号を電力合成する合成器４２に入力される。合成器４２の出力は、可変アッテネータ４３を介して１つのＲＦ信号を電力分配する分配器４４へ入力される。分配器４４の２つの出力はそれぞれ、可変アッテネータ４５、４６を介してＤＵＴ４１の２つのアンテナ端子に接続される。このように、非特許文献１で開示されている試験系の構成は、無線機器間の伝送路が途中経路で１本の同軸ケーブルとなっている。ＷＬＣＰ４０およびＤＵＴ４１が有する２つのアンテナ端子へは分配器を介して接続されている。
IEEE 802.11-03/940r2, "IEEE P802.11 Wireless LANs, TGn Channel Models", Jan. 9, 2004.

近年、無線ＬＡＮの分野では、高速伝送を実現するＭＩＭＯ伝送方式が実用化されている。ＭＩＭＯ伝送方式は、複数の信号系列を空間多重して同時に伝送するので、アンテナ数に比例して伝送容量を増大できる。

上記した従来の試験装置は、無線機器間の伝送路がその途上で１本の同軸ケーブルに集約されている。すなわち、当該試験装置は、一の経路を有する伝送路を模擬している。この一の経路を有する伝送路は、複数の信号系列を空間多重して同時に伝送するＭＩＭＯ伝送方式が想定する複数の経路を有する伝送路とは全く異なる。従って、上記したような従来の試験装置によって、ＭＩＭＯ伝送方式の無線機器の接続試験を行なうことはできない。

そこで、本発明は、ＭＩＭＯ無線機の試験を行える試験装置を提供することを目的とする。

本発明の試験装置は、送信機が有する複数のアンテナ端子に接続される複数の入力端子と、受信機が有する複数のアンテナ端子に接続される複数の出力端子と、前記入力端子に接続され、前記入力端子から入力される信号を複数の信号に分配する分配器と、複数の前記分配器にて分配された信号を合成し、合成された信号を前記出力端子に入力する合成器と、前記分配器から前記合成器への経路上に設けられ、試験周波数帯における当該経路の通過特性を変えるデバイスとを備える。

このように分配器と合成器とを介して複数の入力端子と複数の出力端子とを接続することにより、各アンテナから送信された信号が複数のアンテナで受信されるＭＩＭＯ無線機の実使用環境に近い伝送路条件を模擬的に作り出すことができる。また、分配器から合成器の経路上にその通過特性を変えるデバイスを設けることにより、実環境で起こり得る伝送路条件の変化を擬似的に作り出すことができる。

本発明の試験装置において、前記経路の通過特性を変えるデバイスは、前記分配器にて分配された複数の経路のうちの一の経路に設けられていてもよい。

この構成により、分配器にて分配された全経路に通過特性を変えるデバイスを設けなくても、様々な条件で試験を行なうことが可能である。通過特性を変えるデバイスを減らすことにより、試験装置の製造コストを低減できる。

本発明の試験装置において、前記経路の通過特性を変えるデバイスは、移相器または可変アッテネータであってもよい。

このように経路の通過特性を変えるデバイスとして、移相器または可変アッテネータを用いることにより、伝送路の特性を適切に変えることができる。

本発明の試験装置において、前記分配器は、前記入力端子から入力される信号を前記合成器と同数の信号に分配し、分配した信号を前記複数の合成器のそれぞれに入力し、前記合成器は、前記分配器と同数の信号を合成してもよい。

このように分配器が合成器と同数の信号に分配し、合成器がすべての分配器から送信される信号を合成することにより、全アンテナ端子から出力された信号が全アンテナ端子で受信されることになるので、実環境に近い伝送路条件を模擬的に作り出すことができる。

本発明の別の態様に係る試験装置は、送信機のアンテナ端子に接続される３つの入力端子と、受信機のアンテナ端子に接続される３つの出力端子と、前記入力端子のそれぞれに接続され、前記入力端子から入力される信号を３つの信号に分配する第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器と、前記出力端子のそれぞれに接続され、前記第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器から入力される信号を合成し、合成された信号を前記出力端子に入力する第１の合成器、第２の合成器および第３の合成器と、前記第１の分配器と第１の合成器との経路上に設けられた第１の移相器と、前記第２の分配器と第２の合成器との経路上に設けられた第２の移相器と、前記第３の分配器と第３の合成器との経路上に設けられた第３の移相器とを備える。

この構成により、３×３の信号系列の伝送路を模擬的に作り出すことができる。この試験装置では、ＭＩＭＯ伝送特性に影響を及ぼす最小固有値が移相量０〜２π／３の範囲で連続的に変化するので、移相量を動かしてＭＩＭＯ伝送特性が変化した場合の試験を行なえる。また、入力端子と出力端子とをつなぐ全９通りの経路に移相器を設けるのではなく、３つの移相器を用いて装置を構成しているので、製造コストを抑えることができる。

本発明の別の態様に係る試験装置は、送信機のアンテナ端子に接続される３つの入力端子と、受信機のアンテナ端子に接続される３つの出力端子と、前記入力端子のそれぞれに接続され、前記入力端子から入力される信号を３つの信号に分配する第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器と、前記出力端子のそれぞれに接続され、前記第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器から入力される信号を合成し、合成された信号を前記出力端子に入力する第１の合成器、第２の合成器および第３の合成器と、前記第１の分配器と第１の合成器との経路上に設けられた第１の可変アッテネータと、前記第２の分配器と第２の合成器との経路上に設けられた第２の可変アッテネータと、前記第３の分配器と第３の合成器との経路上に設けられた第３の可変アッテネータとを備える。

この構成により、３×３の信号系列の伝送路を模擬的に作り出すことができる。この試験装置では、ＭＩＭＯ伝送特性に影響を及ぼす最小固有値が−６〜−∞（ｄＢ）の範囲で連続的に変化するので、減衰量を動かしてＭＩＭＯ伝送特性が変化した場合の試験を行なえる。また、入力端子と出力端子とをつなぐ全９通りの経路に可変アッテネータを設けるのではなく、３つの可変アッテネータを用いて装置を構成しているので、製造コストを抑えることができる。

本発明の別の態様に係る試験装置は、送信機のアンテナ端子に接続される３つの入力端子と、受信機のアンテナ端子に接続される３つの出力端子と、前記入力端子のそれぞれに接続され、前記入力端子から入力される信号を２つの信号に分配する第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器と、前記出力端子のそれぞれに接続された第１の合成器、第２の合成器および第３の合成器とを備え、前記第１の分配器は、前記第２の合成器および前記第３の合成器に接続され、前記第２の分配器は、前記第１の合成器および前記第３の合成器に接続され、前記第３の分配器は、前記第１の合成器および前記第２の合成器に接続された構成を有する。

このように２つの経路に分配する分配器を用いることにより、試験装置のコストを低減させることができる。

本発明の試験装置は、上記した試験装置を複数段にカスケード接続して構成されてもよい。

このように上記した試験装置を複数段にカスケード接続することにより、伝送路の特性を調節することができる。

本発明によれば、入力端子に接続された分配器から出力端子に接続された合成器の経路上にその通過特性を変えるデバイスを設けることにより、実環境で起こり得る伝送路条件の変化を擬似的に作り出すことができる効果を有する。

はじめに、本実施の形態のＭＩＭＯ試験装置の試験対象であるＭＩＭＯ伝送路の理論に関して説明する。一般に、ＭＩＭＯ伝送路は、伝送路行列Ｈを用いた次の式（１）で表現される。

ここで、行列Ｘは複数の送信信号系列からなる送信ベクトルを示し、行列Ｙは複数の受信信号系列からなる受信ベクトルを示す。行列Ｈは、チャネルの応答行列を示す。送信信号数をＮ、受信信号数をＭとすると、行列ＨはＭ行Ｎ列で表される。

ＭＩＭＯ伝送路における通信容量は、この行列Ｈを特異分解して得られる特異値を二乗した値（以下、伝送路行列Ｈの「固有値」と呼ぶ）を用いて推定できる。すなわち、ＭＩＭＯ伝送路の特性は、行列Ｈの固有値によって表現される。

伝送路行列Ｈには複数の固有値が存在する。ＭＩＭＯ伝送路の伝送品質は、複数の固有値のうちの最小の固有値に支配されることが知られている（R. W. Heath, Jr. and A. J. Paulraj, “Switching Between Diversity and Multiplexing in MIMO Systems”, IEEE trans. on Communications, Vol. 53, No. 6, June 2005.参照）。例えば、ＭＩＭＯ伝送路が３行３列の行列Ｈで表されるとき、伝送路行列Ｈには３つの固有値が存在する。３つの固有値をその値が大きい順に第１固有値、第２固有値、第３固有値とする。伝送路行列Ｈを、３つの信号系列が空間多重伝送されるＭＩＭＯ伝送路と見なすと、その伝送品質は第３固有値つまり最小の固有値に支配される。また、上記したR. W. Heath, Jr.らの文献によれば、伝送路行列Ｈの最小の固有値に基づいて、ＭＩＭＯ伝送路の誤り性能を推定できることが示されている。

試験装置は、様々な特性のＭＩＭＯ伝送路を模擬できることが好適である。以上より、最小の固有値を見ることによって、試験装置が特性の異なる伝送路を模擬できるか否かを判断できる。

（第１の実施の形態）
以下、本発明の実施の形態に係るＭＩＭＯ試験装置について図面を参照して説明する。
図１は、第１の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置１の構成を示す図であり、図２は、ＭＩＭＯ試験装置１を用いて無線ＬＡＮ機器の接続試験を行なう場合の試験環境を示す図である。最初に、図２を参照して試験環境について説明する。

図２に示す試験環境において、試験の対象は、ＡＰ（Ａｃｃｅｓｓ Ｐｏｉｎｔ）２０とＳＴＡ（Ｓｔａｔｉｏｎ）２４である。ＳＴＡ２０は、主にＭＩＭＯ受信機として動作するカード形状のＭＩＭＯ受信機である。ＡＰ２０は、ＳＴＡ２４にデータを送信するＭＩＭＯ送信機である。実環境では、ＡＰ２０からＳＴＡ２４に無線によってデータが送信される。試験環境では、無線通信を行う代わりに、ＡＰ２０とＳＴＡ２４を有線で接続し、その接続経路上にＭＩＭＯ試験装置１を設ける。

図２に示す例では、ＡＰ２０およびＳＴＡ２４は、ともに３本のアンテナを有している。試験環境においては、アンテナを取り外し、アンテナ端子とＭＩＭＯ試験装置１とを接続する。ＭＩＭＯ試験装置１は、３つの入力端子１１ａ〜１１ｃと３つの出力端子１２ａ〜１２ｃを有する。ＡＰ２０の３つのアンテナ端子２３ａ〜２３ｃとＭＩＭＯの入力端子１１ａ〜１１ｃとを同軸ケーブルで接続する。ＳＴＡ２４の３つのアンテナ端子２５ａ〜２５ｃとＭＩＭＯ試験装置１の３つの出力端子１２ａ〜１２ｃとを同軸ケーブルで接続する。なお、同軸ケーブルは、ＲＦ信号を伝送する機能を有する。

また、ＭＩＭＯ試験装置１の出力端子１２ａ〜１２ｃとＳＴＡ２４のアンテナ端子２５ａ〜２５ｃとの間には、可変アッテネータ１２ａ〜１２ｃを配置する。可変アッテネータ２８ａ〜２８ｃは、ＭＩＭＯ伝送路における電力の減衰を擬似する。ここで、可変アッテネータ２８ａ〜２８ｃをすべて同一の減衰量αに調節するとき、図２に示す伝送路は、１以下のスカラ係数αを用いて（α１／２）Ｆ（φ）と表される。つまり、減衰量αは、ＭＩＭＯ伝送路における電力の平均減衰量を与えている。

ＡＰ２０は、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）２３とＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）で接続される。ＳＴＡ２４は、ＰＣ２６のカードスロットに挿入される。また、ＡＰ２０はシールドケース２２内に配置され、ＳＴＡ２４はＰＣ２６と共にシールドケース２７の中に配置される。これにより、ＡＰ２０およびＳＴＡ２４は、空間的な電磁界結合が抑圧される。

次に、図１を参照してＭＩＭＯ試験装置１の構成について説明する。ＭＩＭＯ試験装置１は、ＲＦ回路によって構成される。ＭＩＭＯ試験装置１は、電磁界的な不要輻射や被干渉からＲＦ回路を保護する外部筐体１０を有する。

ＭＩＭＯ試験装置１は、送信側のＡＰ２０のアンテナ端子２１ａ〜２１ｃに接続される３つの入力端子１１ａ〜１１ｃと、受信側のＳＴＡ２４のアンテナ端子２５ａ〜２５ｃに接続される３つの出力端子１２ａ〜１２ｃを有する。ＭＩＭＯ試験装置１の入力端子１１ａ〜１１ｃは、３分配器１３ａ〜１３ｃにそれぞれ接続されている。３分配器１３ａ〜１３ｃは、１つのＲＦ信号を３つの信号に電力分配する機能を有する。ＭＩＭＯ試験装置１の出力端子１２ａ〜１２ｃは、３合成器１４ａ〜１４ｃにそれぞれ接続されている。３合成器１４ａ〜１４ｃは、３つのＲＦ信号を１つの信号に電力合成する機能を有する。なお、３分配器１３ａ〜１３ｃと３合成器１４ａ〜１４ｃは同一のデバイスであり、その入出力を入れ替えて用いている。

３分配器１３ａによって電力分配された３つの出力は、３合成器１４ａ〜１４ｃのそれぞれに入力される。同様に、３分配器１３ｂによって電力分配された３つの出力は、３合成器１４ａ〜１４ｃのそれぞれに入力され、３分配器１３ｃによって電力分配された３つの出力は３合成器１４ａ〜１４ｃのそれぞれに入力される。実環境においては、送信側の各アンテナから出力された電波は、受信側のいずれのアンテナによっても受信される。入力端子１１ａ〜１１ｃと出力端子１２ａ〜１２ｃとの間の全９経路を分配器１３ａ〜１３ｃおよび合成器１４ａ〜１４ｃを用いて接続することにより、実際のＭＩＭＯ伝送路に近い環境を擬似的に作り出している。なお、ＭＩＭＯ試験装置１の回路構成に用いる結線は、ＲＦ信号を伝送できるものであれば、その材質や形状を限定するものではない。例えば、セミリジットケーブルを使用することができる。

また、ＭＩＭＯ試験装置１は、３分配器１３ａと３合成器１４ａとをつなぐ経路上に移相器１５ａを備えている。同様に、３分配器１３ｂと３合成器１４ｂとをつなぐ経路上に移相器１５ｂを備え、３分配器１３ｃと３合成器１４ｃとをつなぐ経路上に移相器１５ｃを備えている。

上記したＭＩＭＯ試験装置１によって模擬されるＭＩＭＯ伝送路の試験行列Ｆ（φ）は、次の式（２）で表される。

試験行列Ｆ（φ）は、３行３列の複素正方行列である。９つの行列要素の振幅値がすべて等しく、且つ、３つの対角要素がφ［ｒａｄ］だけ移相している。

図３は、試験行列Ｆ（φ）の３つの固有値の変化を示すグラフである。図３に示すグラフは、移相器１５ａ〜１５ｃの移相量φ［ｒａｄ］（横軸）に対する固有値（縦軸）を示している。なお、ここでは、移相器１５ａ〜１５ｃに同一の移相量φを与える。図３において、実線は第１固有値の特性を示し、点線は第２固有値の特性を示し、一点鎖線は第３固有値の特性を示す。

図３に示すグラフより、試験行列Ｆ（φ）が、以下の固有値特性を有することが分かる。すなわち、（ｉ）移相量φが０〜２π／３の領域において、第２固有値と第３固有値が同じ値で最小固有値となり、その値は−∞〜−４．８（ｄＢ）の範囲で連続的に変化する。（ｉｉ）移相量φが２π／３のとき固有値はすべて同じ値となる。（ｉｉｉ）移相量φが２π／３〜πの領域では第３固有値が最小固有値となり、その値は−４．８〜−９．５（ｄＢ）の範囲で連続的に変化する。

本実施の形態のＭＩＭＯ試験装置１の試験行列Ｆ（φ）は上記の特性を有するので、移相器１５ａ〜１５ｃに与える移相量φを調節することで、ＭＩＭＯ伝送路の最小固有値を所望の条件に設定できる。前述したように、試験行列Ｆ（φ）を複数の信号系列が空間多重伝送されるＭＩＭＯ伝送路と見なすとき、その伝送品質は最小固有値に支配されるので、最小固有値に基づいてＭＩＭＯ伝送路の誤り性能を推定できる。従って、移相量φを調節することにより、様々な特性を有する３×３のＭＩＭＯ伝送路を模擬することができる。

また、移相量φが０〜２π／３の領域では、試験行列Ｆ（φ）の第２固有値と第３固有値が一致するため、空間多重される信号系列数が２もしくは３のいずれの場合でも、伝送路の最小固有値を移相量φによって設定できる。

図４（ａ）は、上記した実施の形態にて説明した試験環境（図２参照）を機能的に示すブロック図である。すなわち、本実施の形態で説明した試験環境は、Ｎアンテナ端子（図２ではアンテナ端子は３つ）を有するＭＩＭＯ送信部３０と、Ｍ×ＮのＭＩＭＯ伝送路を模擬している試験行列演算部３１と、伝送路上の平均減衰を与える減衰係数演算部３２と、Ｍアンテナ端子（図２ではアンテナ端子は３つ）を有するＭＩＭＯ受信部３３とが順番に接続された構成を有する。図４（ａ）において、試験行列演算部３１はＭＩＭＯ試験装置１を機能的に示しており、減衰係数演算部３２は可変アッテネータ２８ａ〜２８ｃを機能的に示している。

図４（ｂ）は、図４（ａ）に示す構成において、試験行列演算部３１と減衰係数演算部３２とを入れ替えた構成を有する試験環境である。ＭＩＭＯ伝送路としては、図４（ａ）に示す伝送路と図４（ｂ）に示す伝送路は等価であり、本実施の形態のＭＩＭＯ試験装置１は、図４（ｂ）に示す試験環境にも適用できる。

（第２の実施の形態）
図５は、第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２の構成を示す図である。第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２の基本的な構成は第１の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置１と同じである。第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２では、移相器１５ａ〜１５ｃに代えて可変アッテネータ１６ａ〜１６ｃを用いている。第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２は、可変アッテネータ１６ａ〜１６ｃに対して、同一の減衰量を与えるように調節することで、ＭＩＭＯ伝送路の特性の変化を擬似する。

第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２のＭＩＭＯ伝送路の試験行列Ｆ（β）は、次の式（３）で表される。

試験行列Ｆ（β）は、３×３の実正方行列である。βは１以下のスカラ係数である。３つの対角要素がスカラ係数βの平方根として与えられ、且つ非対角要素の振幅値はすべて等しく一定となる。

図６は、試験行列の３つの固有値の変化を示すグラフである。図６に示すグラフは、スカラ係数β（横軸）に対する固有値（縦軸）を示している。このグラフより試験行列Ｆ（β）は以下の固有値特性を有することが分かる。すなわち、（ｉ）スカラ係数βの値に依らず、第２固有値と第３固有値は常に同じ値で最小固有値となり、その値は−６〜−∞（ｄＢ）の範囲で連続的に変化する。（ｉｉ）スカラ係数βが０のとき、最小固有値は最大となりその値は、−６（ｄＢ）である。

第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２の試験行列Ｆ（β）は上記の性質を有するので、可変アッテネータ１６ａ〜１６ｃに同一の減衰量βを与えるように調節することで、ＭＩＭＯ伝送路の最小固有値を所望の条件に設定できる。従って、スカラ係数βを調節することにより、様々な特性を有する３×３のＭＩＭＯ伝送路を模擬的に作り出すことができる。

第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２は、スカラ係数βの値に依らず、試験行列Ｆ（β）の第２固有値と第３固有値が一致するので、空間多重される信号系列数が２もしくは３のいずれの場合でも、伝送路の最小固有値を同じスカラ係数βの値によって設定できる。

第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２は、移相器１５ａ〜１５ｃを使用せずに構成できるので、使用周波数に対する位相較正が不要な広帯域化を容易に行える。これは、分配器１３ａ〜１３ｃや可変アッテネータ１６ａ〜１６ｃが、移相器１５ａ〜１５ｃと比較して、周波数特性を平滑化し易いことによる。

（第３の実施の形態）
図７は、第３の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置３の構成を示す図である。第３の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置３は、上記した第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２において、スカラ係数βを０とした回路と等価なＲＦ回路を有するＭＩＭＯ試験装置３である。スカラ係数βを０とした回路は、可変アッテネータ１６ａ〜１６ｃの減衰量を−∞と見なせるような値に設定した場合である。可変アッテネータ１６ａ〜１６ｃが設けられた経路（結線）が存在しない図７に示す回路は、第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２においてスカラ係数βを０とした回路と等価である。

第３の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置３は、内部のＲＦ回路を保護して電磁界的な不要輻射や被干渉を避けるため外部筐体１０を有する。ＭＩＭＯ試験装置３の入力端子１１ａ〜１１ｃは、１つのＲＦ信号を２つの信号に電力分配する２分配器１７ａ〜１７ｃとそれぞれ接続される。２分配器１７ａの出力は、２合成器１８ｂ、１８ｃに接続される。同様にして、２分配器１７ｂの出力は２合成器１８ａ、１８ｃと接続され、２分配器１７ｃの出力は２合成器１８ａ、１８ｂと接続される。２合成器１８ａ〜１８ｃの出力は、ＭＩＭＯ試験装置の出力端子１２ａ〜１２ｃにそれぞれ接続される。なお、２分配器１７ａ〜１７ｃと２合成器１８ａ〜１８ｃは同一のデバイスであり、入出力を入れ替えて用いている。

第３の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置３のＭＩＭＯ伝送路の試験行列Ｇは、次の式（４）で表される。

試験行列Ｇの固有値は、第１固有値が０（ｄＢ）となり、第２固有値と第３固有値がいずれも−６（ｄＢ）となる。つまり、式（４）の試験行列Ｇで模擬されるＭＩＭＯ伝送路は、最小固有値が最大固有値に対して−６（ｄＢ）となるように条件設定される。この条件の試験を行なう場合には、可変アッテネータを用いないでＭＩＭＯ試験装置を構成できる。

第３の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置３は、移相器および可変アッテネータを用いないで、第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置２において可変アッテネータ１６ａ〜１６ｃのスカラ係数βを０とする条件のＭＩＭＯ伝送路を実現できる。

（第４の実施の形態）
次に、第４の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置について説明する。第４の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置は、第３の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置３を複数個カスケード接続して構成される。

図８および図９は、第４の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置４の構成を示す図である。図８に示す例では第３の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置３を２段カスケード接続しており、図９に示す例では３段カスケード接続した例を示している。図８に示すＭＩＭＯ試験装置４の試験行列Ｇ^２は次の式（５）で表され、図９に示すＭＩＭＯ試験装置４の試験行列Ｇ^３は次の式（６）で表される。

式（５）に示すＧ^２の固有値は、第１固有値が０（ｄＢ）であり、第２固有値と第３固有値がいずれも−１２（ｄＢ）となる。つまり、式（５）の試験行列Ｇ^２で模擬されるＭＩＭＯ伝送路は、最小固有値が最大固有値に対して−１２（ｄＢ）となる条件に設定されている。前述したように、Ｋが１の場合、Ｇの固有値は、第１固有値が０（ｄＢ）、第２固有値と第３固有値がいずれも−６（ｄＢ）となる。つまり、Ｇの２回乗算を行なうと、ＭＩＭＯ伝送路の最大固有値は０（ｄＢ）で不変だが、最小固有値が−６（ｄＢ）から−１２（ｄＢ）へと変更される。

式（６）に示すＧ^３の固有値は、第１固有値が０（ｄＢ）、第２固有値と第３固有値がいずれも−１８（ｄＢ）となる。つまり、式（６）の試験行列Ｇ^３で模擬されるＭＩＭＯ伝送路は、最小固有値が最大固有値に対して−１８（ｄＢ）となるように条件設定されている。

以上より、試験行列ＧをＫ回乗算して得られるＧ^ｋは、第１固有値が０（ｄＢ）、第２固有値および第３固有値がどちらも−６×Ｋ（ｄＢ）となることが分かる。カスケードの接続を一段増やすと最小固有値を６（ｄＢ）下げることができるので、カスケード接続の段数を変更することにより、最小固有値を６（ｄＢ）ステップで調節することができる。

第４の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置４は、移相器や可変アッテネータを使用せずに実現できるため、低コストであり且つ広帯域化も容易であるうえ、カスケード接続の段数を変更することで、ＭＩＭＯ伝送路の固有値を−６（ｄＢ）ステップで調節できる。

次に、ＭＩＭＯ試験装置４のカスケード接続の構造について説明する。
図１０は、カスケード接続の一つの単位となるＭＩＭＯ試験装置を平面構造のＲＦ回路で実現した例を示す図である。六角形の筐体１０の各側面に入力端子１１ａ〜１１ｃと出力端子１２ａ〜１２ｃが配置されている。入力端子１１ａと出力端子１２ａ、入力端子１１ｂと出力端子１２ｂ、入力端子１１ｃと出力端子１２ｃは、それぞれ対向する面に配置されている。また、入力端子１１ａ〜１１ｃと出力端子１２ａ〜１２ｃは交互に配置されている。入力端子１１ａ〜１１ｃに接続された分配器１３ａ〜１３ｃの出力は、隣接する出力端子１２ａ〜１２ｃに接続された合成器１４ａ〜１４ｃに入力されている。図１０に示す回路は、図８および図９にて示した一のＭＩＭＯ試験装置と等価な回路である。

図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、図１０に示すＭＩＭＯ試験装置を３段にカスケード接続した例を示す図である。図１１（ａ）および図１１（ｂ）は、カスケード接続されたＭＩＭＯ試験装置４を異なる方向から見た図である。図１１に示すように、上から１段目のＭＩＭＯ試験装置と上から３段目のＭＩＭＯ試験装置は、入力端子１１ａ〜１１ｃどうし、出力端子１２ａ〜１２ｃどうしの位置が一致するように配置されている。２段目のＭＩＭＯ試験装置は、１段目および３段目のＭＩＭＯ試験装置に対して６０度回転して配置され、入力端子１１ａ〜１１ｃと出力端子１２ａ〜１２ｃの位置が一致するように配置されている。１段目のＭＩＭＯ試験装置の出力端子１２ａ〜１２ｃは２段目の入力端子１１ａ〜１１ｃに接続され、２段目の出力端子１２ａ〜１２ｃは、３段目の入力端子１１ａ〜１１ｃに接続される。

このようにＭＩＭＯ試験装置の入力端子１１ａ〜１１ｃおよび出力端子１２ａ〜１２ｃを六角形の筐体１０の側面に交互に設ける構成により、筐体１０の内外において、入力端子１１ａ〜１１ｃと出力端子１２ａ〜１２ｃを結ぶ同軸ケーブル長を短くでき、ＲＦ信号の減衰量や位相の偏差を抑えることができる。

（第５の実施の形態）
図１２は、第５の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置の構成を示す図である。第５の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置５は、第３の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置３において、２分配器１７ａと２合成器１８ｂとの間の経路上に移相器１９を備えている。移相器１９の移相量φを調節することで、ＭＩＭＯ試験装置５は、試験行列Ｇ（φ）の固有値特性を再現する伝送路と見なすことができる。

第５の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置のＭＩＭＯ伝送路の試験行列Ｇ（φ）は、次の式（７）で表される。

試験行列Ｇ（φ）は、３×３の複素正方行列である。３つの対角要素が零で、且つ非対角要素の一つがφ［ｒａｄ］だけ移相している。

図１３は、移相器１７が移相量φ（横軸）のときのＧ（φ）の固有値（縦軸）を示している。図１３より、Ｇ（φ）は以下のような固有値特性を有することが分かる。すなわち（ｉ）移相量φが０〜πの領域は、最小固有値である第３固有値は−６〜−∞（ｄＢ）の範囲で連続的に変化する。（ｉｉ）移相量φが０のとき、第２固有値と第３固有値がいずれも−６（ｄＢ）で最小固有値となり、第１固有値は０（ｄＢ）となる。（ｉｉｉ）移相量φがπのとき、第１固有値および第２固有値がいずれも０（ｄＢ）となり、最小固有値である第３固有値は−∞となる。

従って、第５の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置５は、移相量φの値を可変することにより、最小固有値を特定の条件に設定できる。従って、移相量φを調節することにより、様々な特性を有する３×３のＭＩＭＯ伝送路を模擬的に作り出すことができる。

また、移相量φが０〜２π／３の領域では、Ｆ（φ）の第２固有値と第３固有値が一致するため、空間多重される信号系列数が２もしくは３のいずれの場合でも、伝送路の最小固有値を同じφの値よって設定できる。

また、第５の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置５は、３分配器や３合成器に比べて安価な２分配器１７ａ〜１７ｃおよび２合成器１８ａ〜１８ｃと、一の移相器１９によって装置を構成できるので、試験装置の製造コストを低減できる。

なお、移相量φをπ／２、πといった特定の値に調節する場合には、必ずしも移相器１７を用いる必要はない。例えば、移相量φをπ／２に調節する場合、K. Chang, “Microwave Ring Circuits and Antenna”, Wiley Inter-Science, 1996.に記載されているように、移相器１７に代えて、分配器１３ａ〜１３ｃを９０°Ｂｒａｎｃｈ−Ｌｉｎｅ回路によって実現してもよい。また、移相量φをπに調節する場合、同様にして、移相器１９に代えて、分配器１３ａ〜１３ｃを１８０°Ｒａｔ−Ｒａｃｅ回路によって実現してもよい。

以上、本発明の試験装置について実施の形態を挙げて詳細に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではない。

本発明は、ＭＩＭＯ伝送路の試験行列の最小固有値を変えることができる構成であれば、上記した第１〜第５の実施の形態において説明した回路構成以外の回路に備えた試験装置も可能である。

上記した実施の形態では、３×３のＭＩＭＯ伝送路を模擬的に作り出す試験装置について説明したが、試験対象の信号系列数は３×３に限定されない。本発明は、Ｎ×Ｍの信号系列のＭＩＭＯ伝送路の試験に適用できる。

本発明によれば、実環境で起こり得る環境の変化を擬似的に作り出すことができる効果を有し、ＭＩＭＯ伝送方式が実装された無線機器の接続試験に適用するのに有用である。特に、本発明の試験装置は、携帯電話や無線ＬＡＮなどの移動通信システムの無線機器に対する性能評価や、アンテナダイバーシチ方式が実装された移動通信システムの無線機器やテレビ放送の受信機の性能評価に適している。

第１の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置の構成を示す図 実施の形態のＭＩＭＯ試験装置を用いて無線ＬＡＮ機器の接続試験を実施する場合の試験環境の例を示す図 第１の実施の形態のＭＩＭＯ伝送路を模擬した試験行列の固有値特性を示す図 （ａ）第１の実施の形態のＭＩＭＯ試験の試験環境を機能的に示す図（ｂ）第１の実施の形態のＭＩＭＯ試験の試験環境と等価な試験環境を機能的に示す図 第２の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置の構成を示す図 第２の実施の形態のＭＩＭＯ伝送路を模擬した試験行列の固有値特性を示す図 第３の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置の回路構成を示す図 第４の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置の回路構成を示す図 第４の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置の回路構成を示す図 第４の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置の回路構成を示す図 第４の実施の形態のＭＩＭＯ試験装置の外観を示す図 第５の実施の形態に係るＭＩＭＯ試験装置の回路構成を示す図 第５の実施の形態のＭＩＭＯ伝送路を模擬した試験行列の固有値特性を示す図 従来の試験方法を示すブロック図

符号の説明

１〜５ ＭＩＭＯ試験装置
１１ａ〜１１ｃ 入力端子
１２ａ〜１２ｃ 出力端子
１３ａ〜１３ｃ ３分配器
１４ａ〜１４ｃ ３合成器
１５ａ〜１５ｃ 移相器
１６ａ〜１６ｃ 可変アッテネータ
１７ａ〜１７ｃ ２分配器
１８ａ〜１８ｃ ２合成器
１９ 移相器
２０ ＡＰ
２１ａ〜２１ｃ アンテナ端子
２２ シールドケース
２３ ＰＣ
２４ ＳＴＡ
２５ａ〜２５ｃ アンテナ端子
２６ ＰＣ
２７ シールドケース
２８ａ〜２８ｃ 可変アッテネータ
３０ ＭＩＭＯ送信部
３１ 試験行列演算部
３２ 減衰係数演算部
３３ ＭＩＭＯ受信部
４０ ＷＬＣＰ
４１ ＤＵＴ
４２ 合成器
４３ 可変アッテネータ
４４ 分配器
４５、４６ 可変アッテネータ

Claims (8)

1. 送信機が有する複数のアンテナ端子に接続される複数の入力端子と、
   受信機が有する複数のアンテナ端子に接続される複数の出力端子と、
   前記入力端子に接続され、前記入力端子から入力される信号を複数の信号に分配する分配器と、
   複数の前記分配器にて分配された信号を合成し、合成された信号を前記出力端子に入力する合成器と、
   前記分配器から前記合成器への経路上に設けられ、試験周波数帯における当該経路の通過特性を変えるデバイスと、
   を備えた試験装置。
2. 前記経路の通過特性を変えるデバイスは、前記分配器にて分配された複数の経路のうちの一の経路に設けられる請求項１に記載の試験装置。
3. 前記経路の通過特性を変えるデバイスは、移相器または可変アッテネータである請求項１または２に記載の試験装置。
4. 前記分配器は、前記入力端子から入力される信号を前記合成器と同数の信号に分配し、分配した信号を前記複数の合成器のそれぞれに入力し、
   前記合成器は、前記分配器と同数の信号を合成する請求項１〜３のいずれかに記載の試験装置。
5. 送信機のアンテナ端子に接続される３つの入力端子と、
   受信機のアンテナ端子に接続される３つの出力端子と、
   前記入力端子のそれぞれに接続され、前記入力端子から入力される信号を３つの信号に分配する第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器と、
   前記出力端子のそれぞれに接続され、前記第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器から入力される信号を合成し、合成された信号を前記出力端子に入力する第１の合成器、第２の合成器および第３の合成器と、
   前記第１の分配器と第１の合成器との経路上に設けられた第１の移相器と、
   前記第２の分配器と第２の合成器との経路上に設けられた第２の移相器と、
   前記第３の分配器と第３の合成器との経路上に設けられた第３の移相器と、
   を備えた試験装置。
6. 送信機のアンテナ端子に接続される３つの入力端子と、
   受信機のアンテナ端子に接続される３つの出力端子と、
   前記入力端子のそれぞれに接続され、前記入力端子から入力される信号を３つの信号に分配する第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器と、
   前記出力端子のそれぞれに接続され、前記第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器から入力される信号を合成し、合成された信号を前記出力端子に入力する第１の合成器、第２の合成器および第３の合成器と、
   前記第１の分配器と第１の合成器との経路上に設けられた第１の可変アッテネータと、
   前記第２の分配器と第２の合成器との経路上に設けられた第２の可変アッテネータと、
   前記第３の分配器と第３の合成器との経路上に設けられた第３の可変アッテネータと、
   を備えた試験装置。
7. 送信機のアンテナ端子に接続される３つの入力端子と、
   受信機のアンテナ端子に接続される３つの出力端子と、
   前記入力端子のそれぞれに接続され、前記入力端子から入力される信号を２つの信号に分配する第１の分配器、第２の分配器および第３の分配器と、
   前記出力端子のそれぞれに接続された第１の合成器、第２の合成器および第３の合成器とを備え、
   前記第１の分配器は、前記第２の合成器および前記第３の合成器に接続され、前記第２の分配器は、前記第１の合成器および前記第３の合成器に接続され、前記第３の分配器は、前記第１の合成器および前記第２の合成器に接続された試験装置。
8. 請求項７に記載の試験装置を複数段にカスケード接続して構成される試験装置。

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