comm.ChannelFilter

指定されたパス遅延でマルチパスゲインを使用して信号をフィルター処理

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説明

comm.ChannelFilter System object™ を使用し、指定したパス遅延でのマルチパスゲインを使用して信号をフィルター処理します。

マルチパスゲインを使用して信号をフィルター処理するには、次を行います。

comm.ChannelFilter オブジェクトを作成し、そのプロパティを設定します。
関数と同様に、引数を指定してオブジェクトを呼び出します。

System object の機能の詳細については、System object とはを参照してください。

作成

構文

chanFilt = comm.ChannelFilter

chanFilt = comm.ChannelFilter(Name,Value)

説明

chanFilt = comm.ChannelFilter は、指定されたパス遅延のパスゲインで入力信号をフィルター処理するマルチパスチャネルフィルター System object を作成します。

chanFilt = comm.ChannelFilter(Name,Value) は、1 つ以上の名前と値のペアを使用してプロパティを設定します。たとえば、'SampleRate',1e6 はサンプルレートを 1 MHz に設定します。各プロパティ名を引用符で囲みます。

例

プロパティ

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特に指定がない限り、プロパティは "調整不可能" です。つまり、オブジェクトの呼び出し後に値を変更することはできません。オブジェクトは呼び出すとロックされ、ロックを解除するには関数 release を使用します。

プロパティが "調整可能" の場合、その値をいつでも変更できます。

プロパティ値の変更の詳細については、System object を使用した MATLAB でのシステム設計を参照してください。

`SampleRate` — サンプルレート
`1` Hz (既定値) | 実数の正のスカラー

入力信号のサンプルレート。実数の正のスカラーとして指定します。

データ型: double

`PathDelays` — 離散パス遅延
`0` (既定値) | 実数スカラー | 実数ベクトル

離散パスの遅延 (秒単位)。実数スカラーまたはベクトルとして指定します。

データ型: double

`FilterDelaySource` — チャネルフィルターの遅延ソース
`'Auto'` (既定値) | `'Custom'`

チャネルフィルターの遅延ソース。'Auto' または 'Custom' のいずれかとして指定します。

FilterDelaySource を 'Auto' に設定して、チャネルフィルター遅延に可能な最小値を指定します。
FilterDelaySource を 'Custom' に設定して、チャネルフィルター遅延にカスタム値を指定します。カスタム値は、可能な最小値を下回ることはできません。

データ型: char

`FilterDelay` — チャネルフィルターの遅延
`7` (既定値) | 実数で非負の整数スカラー

サンプルのチャネルフィルターの遅延。実数で非負の整数スカラーとして指定します。

依存関係

このプロパティを有効にするには、FilterDelaySource プロパティを 'Custom' に設定します。指定する値は、FilterDelaySource を 'Auto' に設定した場合に自動的に決定されたチャネルフィルターの遅延以上でなければなりません。

データ型: double

`NormalizeChannelOutputs` — Normalize outputs by number of receive antennas
`1` または `true` (既定値) | `0` または `false`

受信アンテナの数による出力の正規化。論理値 1 (true) または 0 (false) として指定します。

データ型: logical

使用法

構文

Y = chanFilt(X,G)

説明

Y = chanFilt(X,G) は、PathDelays プロパティで指定されたパス遅延の位置における、パスゲイン G でマルチパスチャネルを通じて入力信号 X をフィルター処理します。

例

入力引数

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`X` — 入力信号
行列 | `dlarray` オブジェクト

入力信号。N_S 行 N_T 列の行列または dlarray (Deep Learning Toolbox) オブジェクトとして指定します。N_S はサンプル数、N_T は送信アンテナ数です。詳細については、配列のサポートを参照してください。

このオブジェクトは可変サイズの入力を受け入れます。オブジェクトがロックされると、各入力チャネルのサイズは変更できますが、チャネルの数は変更できません。詳細については、Variable-Size Signal Support with System Objectsを参照してください。

データ型: double | single
複素数のサポート: あり

`G` — パスゲイン
配列

パスゲイン。配列として指定します。詳細については、配列のサポートを参照してください。

入力 G は、N_S×N_P×N_T×N_R または 1×N_P×N_T×N_R の配列でなければなりません。ここで、N_R は受信アンテナの数、N_P は PathDelays プロパティの長さによって決まるパスの数です。

データ型: double | single
複素数のサポート: あり

出力引数

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`Y` — チャネル出力
行列

チャネル出力。N_S 行 N_R 列の行列として返されます。出力のデータ型は X のデータ型と一致します。詳細については、配列のサポートを参照してください。

オブジェクト関数

オブジェクト関数を使用するには、System object を最初の入力引数として指定します。たとえば、obj という名前の System object のシステムリソースを解放するには、次の構文を使用します。

release(obj)

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`comm.ChannelFilter` に固有

info チャネルフィルターに関する特性情報を返す

すべての System object に共通

`step`	System object のアルゴリズムの実行
`release`	リソースを解放し、System object のプロパティ値と入力特性の変更を可能にします。
`reset`	System object の内部状態のリセット

例

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分散 MIMO システムにおけるチャネルの空間ダイバーシティの調査

ライブスクリプトを開く

分散 MIMO システムで、地理的に離れた 2 つの送信機から同じ信号を送信して、それらの信号を 1 つの受信機で受信して結合し、空間ダイバーシティを調査します。レイトレーシングを使用して、各送信機から受信機までの間の伝播パスとゲインを解析します。

レイトレーシングの実行

シカゴ市の建物データを OpenStreetMap® (osm) ファイルからsiteviewerにインポートします。osm ファイルの詳細については、[1] を参照してください。市内に 2 つの送信機サイトと 1 つの受信機サイトを配置します。

sv = siteviewer("Buildings","Chicago.osm"); 
rx = rxsite("Name","Receiver", ...
    "Latitude",41.878543,"Longitude",-87.630599, ...
    "AntennaHeight",1.5);
show(rx)
tx1 = txsite("Name","Transmitter #1", ...
    "Latitude",41.878996,"Longitude",-87.629361); 
show(tx1)
tx2 = txsite("Name","Transmitter #2", ...
    "Latitude",41.880142,"Longitude",-87.630850);
show(tx2)

送信機サイトから受信機サイトまでのレイトレーシングを実行します。その後、伝播パスをプロットします。既定では、関数 raytrace は Shooting and Bouncing Rays (SBR) 法を使用して、最大 2 回の反射を伴うパスを計算します。

rays = raytrace([tx1 tx2],rx);
plot([rays{:}])

Many propagation paths from transmitter site to receiver site

レイトレーシングでは、それぞれの送信機から受信機までの複数の光線のパスが検出されます。マップから、最初の送信機が 2 番目の送信機よりも受信機に近いことを視覚的に確認できます。また、最初の送信機のほうが受信機への反射パスの数が多いことも確認できます。各送信機に関連付けられた伝播遅延を表示します。

pd1 = [rays{1}.PropagationDelay]

pd1 = 1×10
10^-6 ×

    0.3830    0.3839    0.5476    0.6482    0.5485    0.5486    0.6572    0.6945    0.7140    0.8874

pd2 = [rays{2}.PropagationDelay]

pd2 = 1×5
10^-6 ×

    0.5967    0.5973    0.6059    0.6066    0.6255

送信機サイトごとに 1 つのチャネルフィルターを作成します。サンプルレートを 30 MHz に指定し、7 つの光線の中で最小遅延を時間 0 の基準として使用します。

chanFilt1 = comm.ChannelFilter( ...
    "SampleRate",30e6, ...
    "PathDelays",pd1-min([pd1, pd2]))

chanFilt1 = 
  comm.ChannelFilter with properties:

                 SampleRate: 30000000
                 PathDelays: [0 8.7598e-10 1.6459e-07 2.6516e-07 1.6553e-07 1.6565e-07 2.7417e-07 3.1151e-07 3.3105e-07 5.0442e-07]
          FilterDelaySource: 'Auto'
    NormalizeChannelOutputs: true

chanFilt2 = comm.ChannelFilter( ...
    "SampleRate",30e6, ...
    "PathDelays",pd2-min([pd1, pd2]))

chanFilt2 = 
  comm.ChannelFilter with properties:

                 SampleRate: 30000000
                 PathDelays: [2.1372e-07 2.1434e-07 2.2294e-07 2.2357e-07 2.4247e-07]
          FilterDelaySource: 'Auto'
    NormalizeChannelOutputs: true

2 つの送信機の個々のチャネルフィルターにより、異なるフィルター遅延値が得られます。comm.ChannelFilterのオブジェクト関数 info を使用して、2 つのチャネルフィルターのフィルター遅延を表示します。

fd1 = chanFilt1.info.ChannelFilterDelay

fd1 = 7

fd2 = chanFilt2.info.ChannelFilterDelay

fd2 = 1

受信機サイトでチャネル出力を結合するためには、2 つのチャネルフィルターのフィルター遅延が同じでなければなりません。各チャネルフィルターのフィルター遅延をカスタマイズして、個別に計算された遅延値のうちの大きいほうの値を使用します。

set(chanFilt1,"FilterDelaySource","Custom", ...
    "FilterDelay",max(fd1,fd2));
set(chanFilt2,"FilterDelaySource","Custom", ...
    "FilterDelay",max(fd1,fd2));

受信信号結合の適用

システムパラメーターを設定してサイトごとに 1 つの等方性アンテナのみを割り当てます。

Nt = 1;    % Number of transmit elements
Ns = 1000; % Samples per frame
M  = 64;   % Modulation order

計算された光線からパスゲインを取得します。サイトは静的であり、ドップラーシフトは生じないと仮定します。

pg1  = 10.^(-[rays{1}.PathLoss]/20) .* ...
    exp(1i*[rays{1}.PhaseShift]);
pg2  = 10.^(-[rays{2}.PathLoss]/20) .* ...
    exp(1i*[rays{2}.PhaseShift]);

ランダムな 64-QAM 信号のフレームを生成します。各送信機サイトのチャネルフィルター処理と受信信号結合を実行します。結合された 2x1 分散 MIMO チャネルでは max(fd1, fd2) のフィルター遅延が発生します。

x  = qammod(randi([0, M-1],Ns,Nt),M);
y = chanFilt1(x,pg1) + chanFilt2(x,pg2);

付録

[1] osm ファイルは、クラウドソーシングによる世界中の地図データへのアクセスを提供する https://www.openstreetmap.org からダウンロードされたものです。このデータは Open Data Commons Open Database License (ODbL) https://opendatacommons.org/licenses/odbl/ によりライセンスされています。

LTE 2x2 EVA プロファイルのチャネルフィルター処理の実行

ライブスクリプトを開く

LTE 拡張車両 A モデル (EVA) 遅延プロファイルを使用してチャネルフィルターオブジェクトを構築します。

chanFilt = comm.ChannelFilter( ...
    'SampleRate', 30.72e6, ...
    'PathDelays', [0 30 150 310 370 710 1090 1730 2510]*1e-9);

システムパラメーターを設定します。2 つの送信機アンテナと受信機アンテナがあります。

[Nt, Nr] = deal(2);
Ns = 30720;
Np = length(chanFilt.PathDelays);
M  = 256;

ランダムな 256-QAM 信号と複素数のパスゲインを生成します。

x = qammod(randi([0, M-1], Ns, Nt), M);
g = complex(rand(Ns, Np, Nt, Nr), rand(Ns, Np, Nt, Nr));

信号を EVA 遅延プロファイルのパスゲインでフィルター処理します。

y = chanFilt(x, g);

MIMO チャネルの相互関係にあるダウンリンク伝送とアップリンク伝送

ライブスクリプトを開く

1 つの MIMO チャネル System object™ と 2 つの同じ構成のチャネルフィルター System object を使用して、3 x 2 ダウンリンク信号伝送と、相互関係にある 2 x 3 アップリンク信号伝送の間でリンクレベルのシミュレーションを切り替えます。

システムパラメーターを定義します。

modOrder = 256;        % Modulation order
Nant1 = 3;             % Number of 'transmit' antennas
Nant2 = 2;             % Number of 'receive' antennas   
Rs = 1e6;              % Sample rate 
pd = [0 1.5 2.3]*1e-6; % Path delays
frmLen = 1e3;          % Frame length

MIMO チャネル System object™ を作成し、チャネルフィルター処理を無効にしてパスゲインを生成するように構成します。

chan = comm.MIMOChannel( ...
    'SampleRate',Rs, ...
    'PathDelays',pd, ...
    'AveragePathGains',[1.5 1.2 0.2], ...
    'MaximumDopplerShift',300, ...
    'SpatialCorrelationSpecification','none', ...
    'NumTransmitAntennas',Nant1, ...
    'NumReceiveAntennas',Nant2, ...
    'ChannelFiltering',false, ...
    'NumSamples',frmLen);

両方の伝送方向に対して同一のチャネルフィルター System object を作成します。一方は Nant1 x Nant2 ダウンリンクチャネル (3 つの送信アンテナに対して 2 つの受信アンテナ) に使用し、もう一方の相互関係にあるチャネルフィルターは Nant2 x Nant1 アップリンクチャネル (2 つの送信アンテナに対して 3 つの受信アンテナ) に使用します。

chanFiltDownlink = comm.ChannelFilter( ...
    'SampleRate',Rs, ...
    'PathDelays',pd);
chanFiltUplink = clone(chanFiltDownlink);

ダウンリンク伝送

3 x 2 ダウンリンクチャネルの 1 フレームでランダムなパスゲインを生成します。ランダムに生成された 256-QAM 信号を 3 x 2 ダウンリンクチャネル経由で渡します。

pgDownlink = chan();
x = qammod(randi([0 modOrder-1],frmLen,Nant1),modOrder);
yDL = chanFiltDownlink(x,pgDownlink);

アップリンク伝送

リンク方向を切り替えます。チャネルオブジェクトを実行して別のフレームでパスゲインを生成し、相互関係にある 2 x 3 アップリンクチャネルで 3 番目 (Tx) と 4 番目 (Rx) の次元を並べ替えます。ランダムに生成された 256-QAM 信号を、相互関係にある 2 x 3 アップリンクチャネル経由で渡します。

pgUplink = permute(chan(),[1 2 4 3]);
x = qammod(randi([0 modOrder-1],frmLen,Nant2),modOrder);
yUL = chanFiltUplink(x,pgUplink);

ダウンリンクおよびアップリンクの配列の次元

MIMI チャネルオブジェクトから返されたダウンリンクとアップリンクのパスゲイン配列のサイズを $N_{S}$ x $N_{P}$ x $N_{T}$ x $N_{R}$ 配列として表示します。

$N_{S}$ は、サンプル数です。
$N_{P}$ は、パス遅延の数です。
$N_{T}$ は、送信アンテナの数です。ダウンリンクの場合は Nant1、アップリンクの場合は Nant2 です。
$N_{R}$ は、受信アンテナの数です。ダウンリンクの場合は Nant2、アップリンクの場合は Nant1 です。

size(pgDownlink)

ans = 1×4

        1000           3           3           2

size(pgUplink)

ans = 1×4

        1000           3           2           3

MIMI チャネルオブジェクトから返されたチャネル出力の行列のサイズを $N_{S}$ 行 $N_{R}$ 列の行列として表示します。ここで、 $N_{S}$ はサンプル数、 $N_{R}$ は受信アンテナの数です。

size(yDL)

ans = 1×2

        1000           2

size(yUL)

ans = 1×2

        1000           3

詳細

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配列のサポート

comm.ChannelFilter オブジェクトは、配列、dlarray (Deep Learning Toolbox)、または gpuArray (Parallel Computing Toolbox) で表される入力信号をサポートします。

X が dlarray として指定されている場合、Y は dlarray オブジェクトとして返されます。
X が gpuArray を保持する dlarray である場合、G は gpuArray でなければなりません。
X が配列を保持する dlarray である場合、G は配列でなければなりません。
バッチ観測値の数 (N_B) はオプションの次元で、サポートされているどのデータタイプであってもこの入力に追加することができます。変数 N_B はサポートされていません。N_B 次元が含まれる場合は次のようになります。
- X — 入力次元は、最大 3 次元の配列にすることができます。その場合、N_S×N_T×N_B の配列として指定します。
- G — X が 3 次元配列の場合、G は N_S×N_P×N_T×N_R または N_S×N_P×N_T×N_R×N_B の配列になります。
- Y — 出力は N_S 行 N_R 列の行列または N_S×N_R×N_B の配列として返されます。

dlarray オブジェクトをサポートする Communications Toolbox™ 機能の一覧については、無線用 AIを参照してください。

アルゴリズム

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チャネルフィルターモデルの特性

チャネルフィルターでは、0、0.02、0.04、…、0.98 における各候補の非整数遅延に対して長さ 16 の係数を使用して非整数遅延 (FD) 有限インパルス応答 (FIR) バンドパスフィルターを実装します。

各離散パスは、その最も近い候補の非整数遅延へ丸められ、遅延エラー制限はサンプル時間の 1% になります。80% を超える群遅延帯域幅および 90% を超える振幅帯域幅を達成するには、アルゴリズムで各非整数遅延の最適な FIR 係数値を選択し、同時に次の基準を満たします。

群遅延リップル ≤ 10%
振幅リップル ≤ 2 dB
振幅バンドエッジ減衰 = 3 dB

プロットは、群遅延リップル、振幅リップル、および振幅バンドエッジ減衰の設計基準を満たす帯域幅を示します。

詳細については、MATLAB^® Central の A Matlab-based Object-Oriented Approach to Multipath Fading Channel Simulation を参照してください。

拡張機能

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C/C++ コード生成
MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

使用上の注意および制限:

MATLAB コード生成における System object (MATLAB Coder)を参照してください。

GPU 配列
Parallel Computing Toolbox™ を使用してグラフィックス処理装置 (GPU) 上で実行することにより、コードを高速化します。

この System object は GPU 配列の入力をサポートします。詳細については、GPU を使用したシミュレーションの高速化を参照してください。

使用上の注意および制限:

GPU 処理を有効にするには、入力信号 (X) とパスゲイン (G) が gpuArray オブジェクトでなければなりません。

バージョン履歴

R2020b で導入

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R2024b: 深層学習配列のサポートの追加

comm.ChannelFilter オブジェクトにおいて、深層学習アプリケーションの dlarray (Deep Learning Toolbox) オブジェクト処理のサポートが追加されました。

R2024a: GPU 配列のサポートの追加

comm.ChannelFilter System object において、グラフィックス処理装置 (GPU) でコードを実行するための gpuArray (Parallel Computing Toolbox) オブジェクト処理のサポートが追加されました。

参考

オブジェクト

comm.MIMOChannel | comm.RayleighChannel | comm.RicianChannel | comm.RayTracingChannel

comm.ChannelFilter

説明

作成

構文

説明

プロパティ

SampleRate — サンプル レート 1 Hz (既定値) | 実数の正のスカラー

PathDelays — 離散パス遅延 0 (既定値) | 実数スカラー | 実数ベクトル

FilterDelaySource — チャネル フィルターの遅延ソース 'Auto' (既定値) | 'Custom'

FilterDelay — チャネル フィルターの遅延 7 (既定値) | 実数で非負の整数スカラー

依存関係

NormalizeChannelOutputs — Normalize outputs by number of receive antennas 1 または true (既定値) | 0 または false

使用法

構文

説明

入力引数

X — 入力信号 行列 | dlarray オブジェクト

G — パス ゲイン 配列

出力引数

Y — チャネル出力 行列

オブジェクト関数

comm.ChannelFilter に固有

すべての System object に共通

例

分散 MIMO システムにおけるチャネルの空間ダイバーシティの調査

LTE 2x2 EVA プロファイルのチャネル フィルター処理の実行

MIMO チャネルの相互関係にあるダウンリンク伝送とアップリンク伝送

詳細

配列のサポート

アルゴリズム

チャネル フィルター モデルの特性

拡張機能

C/C++ コード生成 MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

GPU 配列 Parallel Computing Toolbox™ を使用してグラフィックス処理装置 (GPU) 上で実行することにより、コードを高速化します。

バージョン履歴

R2024b: 深層学習配列のサポートの追加

R2024a: GPU 配列のサポートの追加

参考

オブジェクト

`SampleRate` — サンプルレート
`1` Hz (既定値) | 実数の正のスカラー

`PathDelays` — 離散パス遅延
`0` (既定値) | 実数スカラー | 実数ベクトル

`FilterDelaySource` — チャネルフィルターの遅延ソース
`'Auto'` (既定値) | `'Custom'`

`FilterDelay` — チャネルフィルターの遅延
`7` (既定値) | 実数で非負の整数スカラー

`NormalizeChannelOutputs` — Normalize outputs by number of receive antennas
`1` または `true` (既定値) | `0` または `false`

`X` — 入力信号
行列 | `dlarray` オブジェクト

`G` — パスゲイン
配列

`Y` — チャネル出力
行列

`comm.ChannelFilter` に固有

LTE 2x2 EVA プロファイルのチャネルフィルター処理の実行

チャネルフィルターモデルの特性

C/C++ コード生成
MATLAB® Coder™ を使用して C および C++ コードを生成します。

GPU 配列
Parallel Computing Toolbox™ を使用してグラフィックス処理装置 (GPU) 上で実行することにより、コードを高速化します。