論 文 の 内 容 の 要 旨
申 請 者 村田 健太郎 論文題目
Simple Signal Processing Techniques for Short-range MIMO Systems Using Passive Analog Networks
(受動アナログ回路を用いた近距離MIMOシステムにおける簡易信号処理法)
電子マネーサービスや電子機器間のワイヤレス接続等，近距離無線通信技術が我々の生 活の中に浸透している．さらに最近ではスマートフォンで撮影した画像または動画データ をワイヤレス伝送により共有可能とするアプリケーションが商用化されており，近距離無 線通信において扱われるデータサイズが増大傾向にある．したがって近距離無線通信にお いても更なる高速・大容量化が不可欠である．
近距離無線通信の高速化手法として近距離MIMO（Multiple-Input Multiple-Output）技術 が注目されている．MIMO技術とは，送受信に複数のアンテナを用いることにより得られ る空間多重効果やダイバーシチ効果を利用することで，通信速度または通信品質の向上を 可能とするものである．しかしながら信号分離に要する演算量がストリーム数の冪乗オー ダで増加するため，特に充電型小型端末への実装を考慮した場合，信号処理量の増加に伴 うハード・ソフトウェア規模および消費電力の増大は大きな障壁となる．したがって近距 離MIMO技術の実用化に向け信号処理部の簡易化は重要な課題となっている．
この課題に対し本論文ではアナログ回路を用いた近距離 MIMO システムにおける簡易 信号処理法を提案している．
第１章では，前述した本研究の背景および近距離MIMOにおける課題を説明し，本論文 の目的および構成を示す．
第２章では，本論文における基本技術であるアナログ固有モード法を提案する．提案法 は，アナログ回路である１８０度ハイブリッドカプラおよび面対称アレー構成といったア ナログ要素のみを利用した簡易なシステム構成により理想的な MIMO 並列伝送を実現す るものである．本章では数値解析による評価を中心に行い，提案法は固定的なアナログビ ームフォーミングでありながら，特定のアレーパラメータの変化に依存せず並列伝送特性 を維持可能であることを確認した．
第３章では，第２章において提案した基本技術の実験的評価を行う．本章の前半では２ ストリーム伝送実験の実験結果を示し，提案法のアレーパラメータ非依存性に加え，低損 失かつ広帯域特性な並列伝送特性を確認し，提案法の有効性を明らかとした．本章の後半 では４ストリーム伝送実験の実験結果を示し，提案法の４ストリームへの拡張性を明らか とした．
第４章および第５章では基本技術の多ストリームへの拡張を目的とし，それぞれ異なる アプローチを提案する．
第４章では，回転対称系アレー構成において観測される巡回チャネル行列の性質および 離散フーリエ変換行列に基づくウェイト回路を利用することで，基本技術を任意の２の冪 乗数のストリームに拡張可能とする手法を提案する．本章では線形代数学的な観点から本 手法の原理を証明するとともに，数値解析により多ストリームへの拡張性に加え，同心軸 回転に依存しない並列伝送特性を明らかとした．
第５章では基本技術とディジタル信号処理を併用することにより低演算量化を実現する 手法を提案する．本手法ではまず，ハイブリッドから構成される回路を用いたアナログビ ームフォーミングによりチャネル行列を４つの小サイズのチャネル行列へとブロック対角 化する．そしてブロック対角化後の各チャネル行列に対し個々にゼロフォーシング規範の ディジタルビームフォーミングを施すことでチャネル行列全体の対角化を可能とする．こ れによりフルサイズのチャネル行列に対しゼロフォーシングを適用した場合と比較し，原 理的に１６分の１の演算量の低減が可能となる．また本手法と直交偏波アレーを組み合わ せることによりアレー面積の削減およびチャネル容量特性の改善といった付随的効果が得 られることを確認した．
第６章では，基本技術を応用した通信特性の向上法として送受信同時減結合・整合法を 提案する．本手法は，近接して配置される送受信アレーの強い相互結合によるSパラメー タの変化を考慮した上で，送受信双方において同時に減結合および整合を実現する．本章 では同時減結合・整合を可能とする条件ならびにそれを満足する減結合・整合回路の設計 式を導出した．そして数値解析により本手法によりチャネル容量が最大化されることを示 した．
第７章は結論であり，本論文において提案する各手法の有効性を総括する．
