42GHz 帯ミリ波モバイルカメラにおける送り返し伝送システムの
周波数ダイバーシチ効果について
野上 昌雄
†多田 俊一
†油井 拓磨
††高 凌翔
††宮坂 浩平
†††大田 健紘
†††松江 英明
††† †株式会社 システック リサーチ インク
††諏訪東京理科大学大学院 工学・マネジメント研究科 工学マネジメント専攻
†††諏訪東京理科大学 システム工学部 電子システム工学科
†〒252-0231 神奈川県相模原市中央区相模原 6-24-14
††〒391-0292 長野県茅野市豊平 5000-1
E-mail:
†{shunichi.tada, yoshio.nogami｝@systec-r.com，
††[email protected]
†††
jgh{10607，10629}@ed.suwa.tus.ac.jp，
††{otakenko，
，matsue}@rs.suwa.tus.ac.jp
あらまし 42GHz 帯ミリ波モバイルカメラにおける送り返し伝送システムについて，伝送帯域 54.4MHz を４等分 割してそれぞれ周波数の異なる４つのセグメントを構成する．その４つのセグメントすべてを用いてデータを同時 送信し，受信側において各セグメントにおける符号誤りを検出して最も符号誤りの少ないセグメントに自動的に切 り替える周波数ダイバーシチ方式を提案した．本稿では，AWGN およびマルチパスフェージング環境下において， 各セグメントの符号誤り率特性を評価した後，周波数ダイバーシチ効果を引き出すことで符号誤り率特性が大幅に 改善でき，その有効性を確認したので報告する． キーワード ミリ波モバイルカメラ，送り返し伝送システム，セグメント化，マルチパスフェージング，周波数ダイバー シチ方式
A Study on the effect of Frequency Diversity in Return Transmission System using
42GHz-band for Millimeter-wave Mobile Camera
Yoshio NOGAMI
†Shunichi TADA
†Takuma YUI
††Ryoushou KOU
††Kouhei MIYASAKA
†††Kenko OTA
†††and Hideaki MATSUE
††††SYSTEC RESEARCH INC.
††Graduate School of Tokyo University of Science, Suwa
†††Tokyo University of Science, Suwa
†
6-24-14 Sagamihara, Chuou-ku, Sagamihara-City, Kanagawa, 252-0231, Japan
††5000-1，Toyohira，Chino，Nagano，391-0292 Japan
E-mail: ｛shunichi.tada, yoshio.nogami｝@systec-r.com , jg{1080，1080}@ed.suwa.tus.ac.jp,
jgh{10607，10629}@ed.suwa.tus.ac.jp, {otakenko，matsue}@rs.suwa.tus.ac.jp
Abstract Return transmission system using 42GHz-band for Millimeter-wave Mobile Camera, of which the transmission band is divided into 4-segmentations, the 4-segmentation systems transmit the same data simultaneously, and the segmentation system that has the most excellent quality is selectively switched in the receiver, is proposed. The report describes the basic performance and performance of frequency diversity effect of the return transmission system.
Keyword Millimeter-wave Mobile Camera, Return Transmission System, Segmentation, Multipath fading, Frequency diversity
1. ま え が き
モ バ イ ル カ メ ラ で は ， カ メ ラ か ら 副 調 整 室 に 撮 影 映 像 を 伝 送 す る 本 線 伝 送 と ， 副 調 整 室 か ら カ メ ラ に 制 御 信 号 や 確 認 映 像 な ど を 送 信 す る 送 り 返 し 伝 送 が 必 要 と な る [1][2][3][4]． こ れ ま で に ， 42GHz 帯 を 用 い ， 複 数 の 送 受 信 ア ン テ ナ に よ る MIMO 技 術 を 適 用 す る こ と で ハ イ ビ ジ ョ ン 映 像 を 低 圧 縮 ， 低 遅 延 で 伝 送 可 能 な 本 線 無 線 伝 送 が 実 現 さ れ て い る [5]．さ ら に ，複 数 の 送 信 ア ン テ ナ に よ り 空 間 ， 時 間 的 に 符 号 化 を 行 う STBC (Space Time Block Coding) 技 術 を 用 い た 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム も 開 発 さ れ て い る [6]． 今 回 ，42GHz 帯 ミ リ 波 を 用 い た 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム と し て ， 54MHz の 帯 域 を 4 分 割 し ， 4 つ の セ グ メ ン ト を 構 成 し て 受 信 側 に お い て 最 も 符 号 誤 り の 低 い セ グ メ ン ト に リ ア ル タ イ ム に 無 瞬 断 に 切 り 替 え る こ と で 伝 搬 路 に 発 生 す る 過 酷 な マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ に 対 し て 周 波 数 ダ イ バ ー シ チ 効 果 を 最 大 限 に 得 る こ と が 可 能 で ， 高 品 質 な 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム を 提 案 す る [7]． 本 稿 で は ，42GHz 帯 ミ リ 波 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム と し て ， 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り ４ つ の セ グ メ ン ト を 受 信 側 に お い て ， リ ア ル タ イ ム に 無 瞬 断 で 切 り 替 え る こ と で ， 伝 搬 路 で 発 生 す る マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ に 対 し て 符 号 誤 り 率 特 性 を 大 幅 に 改 善 可 能 で あ る こ と を 示 す ．2. ミ リ 波 モ バ イ ル カ メ ラ シ ス テ ム
2.1. 送 り返 し伝 送 の概 要
42GHz 帯 ミ リ 波 モ バ イ ル カ メ ラ に お け る 送 り 返 し 伝 送 は ， 撮 影 者 の 確 認 用 映 像 や カ メ ラ の 制 御 信 号 等 撮 影 に 必 要 な 信 号 伝 送 を 行 う ． そ の た め シ ス テ ム と し て 切 れ に く い 無 線 通 信 シ ス テ ム が 要 求 さ れ る ． 本 研 究 で は 伝 送 帯 域 54.4MHz を 4 分 割 し ，そ れ ぞ れ 周 波 数 の 異 な る 4 つ の セ グ メ ン ト を 構 成 し ， 送 信 デ ー タ を 4 つ の セ グ メ ン ト す べ て に 同 時 送 信 す る 周 波 数 ダ イ バ ー シ チ 効 果 を 利 用 し た 方 式 を 検 討 す る ． 分 割 し た セ グ メ ン ト は 周 波 数 の 低 い 方 か ら ， セ グ メ ン ト A， セ グ メ ン ト B， セ グ メ ン ト C，セ グ メ ン ト D と す る ．伝 搬 路 で 発 生 す る マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ に 対 し て 周 波 数 ダ イ バ ー シ チ 効 果 を 得 る こ と で ， 高 品 質 な 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム が 実 現 可 能 と な る ． ま た ， １ つ の 伝 送 帯 域 が １ ／ ４ に な る た め ， 送 信 電 力 密 度 を ４ 倍 に 高 め る こ と が 可 能 で あ り ， 高 品 質 化 に も 貢 献 可 能 と な る ．2.2. 4 システム自 動 切 り替 えシステムの提 案
送 信 デ ー タ を ４ つ の セ グ メ ン ト す べ て に 同 時 送 信 し ，受 信 側 で 各 セ グ メ ン ト に お け る 符 号 誤 り を 検 出 し ， 図 1， 4 セ グ メ ン ト を 自 動 切 り 替 え す る シ ス テ ム 構 成 最 も 符 号 誤 り の 少 な い セ グ メ ン ト に 自 動 的 に 切 り 替 え る 方 式 を 提 案 す る ． 図 1 に 概 要 図 を 示 す ． 具 体 的 に ， ま ず 各 セ グ メ ン ト か ら 送 信 さ れ て き た 信 号 の 符 号 誤 り を 算 出 す る ． こ の 符 号 誤 り 率 は 連 続 信 号 を 一 定 の 符 号 数 で 区 切 り ，そ の 一 定 区 間 ご と に BER 特 性 を 算 出 す る ． そ の 中 で 一 番 符 号 誤 り の 少 な い セ グ メ ン ト に 自 動 的 に 切 り 替 え る こ と で ， マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ に 対 し て 最 大 の 周 波 数 ダ イ バ ー シ チ 効 果 を 実 現 で き る ．3. 4 セ グ メ ン ト に お け る 基 本 特 性 及 び シ ス テ ム
自 動 切 り 替 え に よ る 特 性 比 較
4 セ グ メ ン ト に 対 し て 基 本 特 性 と 自 動 切 り 替 え シ ス テ ム に よ る 符 号 誤 り 率 特 性 を 評 価 し た ． 本 研 究 で 使 用 し た 各 セ グ メ ン ト の 諸 元 を 表 1 に 示 す ． 各 セ グ メ ン ト 共 通 と し て ， ARIB STD-B43 規 格 を ベ ー ス と し た ハ ー フ モ ー ド を 適 用 ． 占 有 伝 送 帯 域 54.4/4MHz， OFDM 変 調 方 式 の FFT ポ イ ン ト 数 1024， サ ブ キ ャ リ ア 間 隔 は 63.5kHz で あ る ． サ ブ キ ャ リ ア 変 調 は 最 も 通 信 品 質 の 高 い BPSK 変 調 を 採 用 し て い る ．有 効 OFDM シ ン ボ ル 長 15.75μ s， ガ ー ド イ ン タ ー バ ル 長 0.98μ s（ 有 効 OFDM シ ン ボ ル 長 の 1/16）と し た ．１ フ レ ー ム あ た り の OFDM シ ン ボ ル 数 は 408 と し ，誤 り 訂 正 符 号 と し て ， 畳 み 込 み 符 号 (R=1/2)を 採 用 し て い る ． 各 セ グ メ ン ト の 違 い と し て ， 各 サ ブ キ ャ リ ア の 既 知 信 号 の 数 が 異 な っ て い る ． 表 1 の 各 セ グ メ ン ト の 表 に 対 し ， 太 枠 で 囲 わ れ た 部 分 が 主 な 違 い と な る ． 最 も 多 く 既 知 信 号 が 含 ま れ て い る の は セ グ メ ン ト B で あ り ， 最 も 少 な い の は セ グ メ ン ト A と な っ て い る ． こ れ ら 各 セ グ メ ン ト の 基 本 特 性 と し て ， AWGN を 付 加 し た と き の BER 特 性 を シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り表 １ (a)． セ グ メ ン ト A の 諸 元 表 １ (b)． セ グ メ ン ト B の 諸 元 評 価 し た ． そ の 結 果 を 図 2 に 示 す ． 符 号 誤 り 率 算 出 に は AC サ ブ キ ャ リ ア 用 い ， BPSK-OFDM 同 期 検 波 時 の 理 論 値 ， 誤 り 訂 正 無 し ， 誤 り 訂 正 有 り （ 畳 込 み ） の 3 つ の グ ラ フ で 評 価 し た ． ど の セ グ メ ン ト も 理 論 値 に 対 し て 少 し の 劣 化 で 抑 え ら れ て い る ． ま た ，ど の セ グ メ ン ト も 誤 り 訂 正 を 付 加 し た 場 合 に お い て ， 誤 り 訂 正 無 し と 比 較 す る と ， 符 号 表 １ (c)． セ グ メ ン ト C の 諸 元 表 １ (d)． セ グ メ ン ト D の 諸 元 化 利 得 約 3dB が 得 ら れ て い る の で ，予 想 し た 結 果 が 得 ら れ た ． こ れ ら 各 セ グ メ ン ト の モ デ ル を 用 い て ， マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ を 付 加 し た 場 合 の BER 特 性 評 価 を 行 っ た ． 基 本 特 性 に 使 用 し た 畳 込 み 符 号 （ R=1/2） を 使 用 し ， 図 3 に 示 す に マ ル チ パ ス レ ー レ ー フ ェ ー ジ ン グ を か け ， AC サ ブ キ ャ リ ア に お け る 符 号 誤 り 率 を 測 定 し
図 2(a)． セ グ メ ン ト A シ ス テ ム の BER 特 性 図 2(b)． セ グ メ ン ト B シ ス テ ム の BER 特 性 た ．マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ は ，10 波 独 立 レ ー レ ー フ ェ ー ジ ン グ モ デ ル ， 最 大 遅 延 時 間 は 237ns， 各 波 の 平 均 電 力 差 は 3～ 4dB と な っ て い る ． 最 大 ド ッ プ ラ ー 周 波 数 は fd=390Hz（ 今 回 使 用 す る 周 波 数 帯 が 42GHz，周 囲 環 境 等 の 変 動 速 度 に し て 時 速 10km 程 度 ） と し た ． 同 時 に ， 自 動 切 り 替 え 方 式 に お け る BER 特 性 評 価 も 行 図 2(c)． セ グ メ ン ト C シ ス テ ム の BER 特 性 図 2(d)． セ グ メ ン ト D シ ス テ ム の BER 特 性 っ た ．条 件 と し て 送 信 デ ー タ 250 ビ ッ ト 毎 に 平 均 BER を 算 出 し ， そ の 中 で 最 も 特 性 の 良 い セ グ メ ン ト に 自 動 的 に 切 り 替 え る も の と す る ． 以 上 の 条 件 で 行 っ た シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 結 果 を 図 4 に 示 す ． 各 セ グ メ ン ト の BER 特 性 を 比 較 す る と ， 多 少 の ず れ は あ る も の の 平 均 BER 特 性 は 2dB の C/N 値 当 り 約 1 桁
図 3． 10 波 独 立 レ ー レ ー フ ェ ー ジ ン グ モ デ ル (最 大 遅 延 時 間 237ns) 図 4． 4 つ の セ グ メ ン ト の マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ 環 境 下 に お け る 符 号 誤 り 率 と シ ス テ ム 自 動 切 り 替 え の BER 特 性 （ ド ッ プ ラ ー 周 波 数 fd=390Hz） の 傾 き で あ る ． 誤 り 訂 正 符 号 の 効 果 も あ っ て ， 厳 し い フ ェ ー ジ ン グ 環 境 下 で も 良 好 な BER 特 性 を 得 ら れ て い る の が 確 認 で き る ． 次 に ， こ れ ら セ グ メ ン ト シ ス テ ム を 自 動 的 に 切 り 替 え る 周 波 数 ダ イ バ ー シ チ を 行 っ た 系 で は ， 平 均 BER 特 性 は 2dB の C/N 値 当 り 約 2 桁 の 傾 き に な っ て お り ，大 幅 に 符 号 誤 り 特 性 が 改 善 さ れ て い る ．
