BER 特性シミュレーション手法

マイクロ波通信システムシミュレーションでは，一般的な変調方式である QPSK（Quadrature Phase Shift Keying）を選択し，電波暗箱内で発生する反射 波による影響を，受信特性の一つの指標である BER 特性を適用して評価した。

受信特性の劣化要因である反射波の表現方法は，一般に移動通信等のシミュレ ーションで適用される伝搬モデルを適用するのが通常であるが，電波暗箱は，

閉空間ある。また，伝搬路長は，約 2 m 以下程度の伝搬距離で，非常に短い。

このため伝搬距離が，数kmと長く，フェージング等の影響も考慮に入れ，自由 空間を模した通常の伝搬モデルを適用するのは，適切でないと考える⁽³⁾。このた め，反射波を直接波に対し，4 波の遅延波と仮定して，QZ レベルの逆数をこれ ら反射波に与える減衰量で表現したモデルを適用してシミュレーションを行っ た。本シミュレーションブロック構成図を図４－１に示す。

図４－１．シミュレーションブロック構成図

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反射波として想定した4波の遅延量は，直接波の伝搬遅延に対して，1.1倍，

1.2倍，1.4倍そして1.8倍とした。この表現方法が適切かどうかは，今後，実 験等により検証が必要と考える。また，各遅延波のレベルは，伝搬による減衰 が無く，QZ レベルの逆数に相当する減衰のみとしているので，実際の環境より 厳しいと推測する。

QPSKの BER 特性は，下記に示す式を基本として，シミュレーションから求め

られる^(4),(5)。先ず，信号対雑音電力比SNR（Signal to Noise Power Ratio）は，

受信電力と受信帯域内の雑音電力との比で，式（４－１）で定義される。

𝑆𝑁𝑅 = 𝑃𝑟/(𝑁𝑜 × 𝐵)

各パラメータは，下記で定義される。

Pr : Received Power

No : Noise Power Spectral Density B : Received Bandwidth

No×B : Total Noise Power

異なった変調方式のBERを比較する場合，SNRよりもEb/No（The energy per bit to noise power spectral density ratio）を用いるのが一般的である。このた め本論では，異なった変調方式でのBERの比較を行わないが，共通性を求めEb/No での表現としている。QPSK の場合，Eb/No は，式（４－１）の SNR を用いて，

式（４－２）で表現される式に変換される。

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^𝐸𝑏

𝑁𝑜 = 𝑆𝑁𝑅 − 10log⁡(𝑘) + 10log⁡(𝐵𝑛 × 𝑇)

各パラメータは，下記で定義される。

Eb : The Energy per Information Bit k : Information Amount per Symbol T : Symbol Period

Bn : Equivalent Noise Bandwidth of Receive Filter

以上の式からBERは，Q関数を用いて，Eb/Noを変数として，式（４－３）で 表現される。

𝐵𝐸𝑅 = 𝑄(√2 × ^𝐸𝑏

𝑁𝑜 )

上記の式において，図４－１に示すように，電波暗箱内の反射波として表現し た直接波に対する4 波の遅延波に，QZレベルの逆数で減衰した反射波の電力を 受信電力 Pr に影響を与えるものとした。この反射波の電力を Pd とすると最終 的な BER 特性を示す式は，式（４－４）で表現される。この式（４－４）を基 本として，マイクロ波通信システムシミュレーションからQZレベルに応じた反 射波の影響を受けたBER特性を求めた。

𝐵𝐸𝑅 = 𝑄(√2 × ((𝑃𝑟 + 𝑃𝑑)/(𝑁𝑜 × 𝐵) − 10log⁡(𝑘) + 10log⁡(𝐵𝑛 × 𝑇)))

……（４－４）

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式（４－４）おいて，これまで定義されていないパラメータは，下記で定義さ れる。

Pd : Power of the Reflected Wave