Microsoft Word - _遠藤_6月RCSver6

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時空間ブロック符号化

AF 中継の実験評価

遠藤 力

1

宮崎 寛之

1

德田 清仁

2

安達 文幸

3 1,3

_{東北大学大学院 工学研究科 通信工学専攻 〒980-8579 仙台市青葉区荒巻字青葉 6-6-05}

2

_{東北大学電気通信研究機構 〒980-8577 仙台市青葉区片平 2 丁目 1-1}

E-mail:

1

{endo, miyazaki}@mobile.ecei.tohoku.ac.jp,

2

[email protected],

3

[email protected]

あらまし 筆者らはこれまで，無人航空機（

UA）を用いる無線中継システムのための時空間ブロック符号化非再

生（

STBC-AF）中継伝送を提案した．この STBC-AF 中継伝送では，中継局において必要な処理はブロック入れ替

えと複素共役演算のみであるため，中継局の構成を簡易にできる．これまで，

STBC-AF 中継伝送は従来の AF 中継

伝送より高いスループットを達成できることを計算機シミュレーションにより明らかにした．本稿では，筆者らが

試作した

STBC-AF 中継実験装置の概要について述べる．次いで，電波暗室内で行った中継伝送実験の結果につい

て述べる．

キーワード

時空間ブロック符号化，AF 中継伝送，中継伝送実験

Experimental Evaluation of Space-Time Block Coded

Amplify-and-Forward Relay

Chikara ENDO

1

Hiroyuki MIYAZAKI

1

Kiyohito TOKUDA

2

and Fumiyuki ADACHI

3 1,3

_{Dept. of Communications Engineering, Graduate School of Engineering, Tohoku University}

6-6-05 Aza-Aoba, Aramaki, Aoba-ku, Sendai, 980-8579 Japan

Research Organization of Electrical Communication, Tohoku University

2-1-1 Katahira, Aoba-ku, Sendai, 980-8577 Japan

E-mail:

1

{endo, miyazaki}@mobile.ecei.tohoku.ac.jp,

2

[email protected],

3

[email protected]

Abstract We proposed a space-time block coded amplify-and-forward (STBC-AF) relay for unmanned aircraft (UA)

wireless relay system. STBC-AF relay requires only the block exchange and conjugate operation at UA relay station and

therefore, UA relay has a simple structure. In our previous study, we showed, by the computer simulation, that STBC-AF relay

achieves higher throughput than AF relay. In this paper, we present an experimental STBC-AF relay and show results of

STBC-AF relay experiment done in a radio anechoic chamber.

Keyword space-time block coding, amplify-and-forward relay, relay transmission experiment

1. ま え が き

先 の 東 日 本 大 震 災 で は ， 大 規 模 な 災 害 な ど に よ っ て 通 信 ケ ー ブ ル の 切 断 や 基 地 局 の 停 電 な ど が 発 生 し ， ネ ッ ト ワ ー ク か ら 孤 立 し て し ま う と い う 問 題 が 起 こ っ た ． そ の よ う な 場 合 に ， 迅 速 に ネ ッ ト ワ ー ク を 構 築 す る 手 段 と し て 無 人 航 空 機（UA）を 用 い る 無 線 中 継 シ ス テ ム （UAS） が 注 目 さ れ て い る [1]． こ の シ ス テ ム で は UA の 高 速 旋 回 に よ り 地 上 ―UA 間 の リ ン ク は 周 波 数 選 択 性 フ ェ ー ジ ン グ ， 伝 搬 損 失 お よ び シ ャ ド ウ イ ン グ 損 失 な ど に よ っ て 通 信 品 質 が 時 々 刻 々 と 変 動 す る 不 安 定 な リ ン ク と な っ て し ま う[2]．し た が っ て ，高 品 質 か つ 高 安 定 な 無 線 中 継 シ ス テ ム を 構 築 す る た め の 優 れ た 信 号 検 出 技 術 が 必 須 と な る ．直 交 周 波 数 分 割 多 重（OFDM） 伝 送 は 周 波 数 選 択 性 フ ェ ー ジ ン グ を 克 服 す る 有 効 な 伝 送 技 術 と し て 広 く 知 ら れ て い る[3]．ま た ，複 数 の 送 受 信 ア ン テ ナ を 用 い る 時 空 間 ブ ロ ッ ク 符 号 化（STBC）ダ イ バ ー シ チ 技 術 を 用 い れ ば ， 送 信 局 の 構 成 を 簡 易 に 保 ち つ つ ， さ ら に 伝 送 品 質 を 改 善 で き る[4-6]． 筆 者 ら は こ れ ま で STBC 符 号 化 と 非 再 生（ AF）中 継 伝 送 を 組 み 合 わ せ たSTBC-AF 中 継 伝 送 を 提 案 し た [7]． こ れ ま で の 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン で の 検 討 に よ り ， STBC-AF 中 継 伝 送 は 従 来 の AF 中 継 伝 送 [8,9]よ り 高 い ス ル ー プ ッ ト を 達 成 で き る こ と を 明 ら か に し た ． 本 稿 で は ， 筆 者 ら が 試 作 し た STBC-AF 中 継 実 験 装 置 の 概 要 お よ び 電 波 暗 室 内 で の 中 継 伝 送 実 験 に つ い て 紹 介 す る ． 電 波 暗 室 内 で の 中 継 伝 送 実 験 に よ り ， STBC-AF 中 継 伝 送 は 従 来 の AF 中 継 伝 送 よ り も 高 い ス ル ー プ ッ ト が 得 ら れ る こ と を 確 認 し た ． 本 稿 の 構 成 は 以 下 の よ う に な っ て い る ． 第 2 章 に て STBC-AF 中 継 伝 送 の 概 要 を 説 明 し た 後 ，第 3 章 に て 試 作 し た STBC-AF 中 継 実 験 装 置 に つ い て 述 べ る ． 第 4 章 に て 電 波 暗 室 内 で 行 っ た 中 継 伝 送 実 験 の 結 果 を 述 べ

た 後 ， 第 5 章 に て ま と め る ．

2. STBC-AF 中 継 伝 送 の 概 要

STBC-AF 中 継 伝 送 の 概 要 図 を 図 1 に 示 す ．ま ず ，地 上 送 信 局 が パ イ ロ ッ ト ブ ロ ッ ク と デ ー タ ブ ロ ッ ク で 構 成 さ れ る 1 フ レ ー ム の 信 号 を 第 1 タ イ ム ス ロ ッ ト に お い て UA に 送 信 す る ． UA で は 受 信 パ イ ロ ッ ト ブ ロ ッ ク に パ イ ロ ッ ト 除 算 ， 複 素 共 役 演 算 お よ び 直 交 パ イ ロ ッ ト 乗 算 処 理 を ， 受 信 デ ー タ ブ ロ ッ ク に 複 素 共 役 演 算 と ブ ロ ッ ク 入 れ 替 え か ら な る AF-STBC 符 号 化 [7]を そ れ ぞ れ 適 用 す る ． そ し て ， 第2 タ イ ム ス ロ ッ ト に お い て UA が 受 信 局 に 向 け て 信 号 を 増 幅 ・ 中 継 す る ． 受 信 局 で は 受 信 パ イ ロ ッ ト ブ ロ ッ ク に 対 し て ， 直 交 パ イ ロ ッ ト チ ャ ネ ル 推 定 を 適 用 し て 地 上 送 信 局 ―UA― 地 上 受 信 局 間 リ ン ク の 等 価 チ ャ ネ ル お よ び 周 波 数 オ フ セ ッ ト に 起 因 す る 定 常 位 相 回 転 （CPE） を 推 定 す る ． そ し て ，チ ャ ネ ル 推 定 値 お よ び CPE 推 定 値 を 用 い て ，受 信 デ ー タ ブ ロ ッ ク に 対 し て 受 信 等 化 お よ び STBC 復 号 を 適 用 し た 後 ， デ ー タ 復 調 を 行 う ． 本 論 文 で は ， 周 波 数 オ フ セ ッ ト に 起 因 す るCPE を 推 定 す る た め に ，直 交 パ イ ロ ッ ト を 用 い て 複 数 の 等 価 チ ャ ネ ル お よ び CPE を 同 時 に 推 定 す る 直 交 パ イ ロ ッ ト チ ャ ネ ル 推 定 を 用 い て い る ． 図1 STBC-AF 中 継 伝 送

3. STBC-AF 中 継 実 験 装 置

試 作 し た STBC-AF 中 継 実 験 装 置 は ， 地 上 送 信 局 実 験 装 置 ，UA 中 継 局 実 験 装 置 お よ び 地 上 受 信 局 実 験 装 置 か ら 構 成 さ れ る ． 図 2～ 図 4 に そ れ ぞ れ の 装 置 の 外 観 を 示 す ． 図2 地 上 送 信 局 実 験 装 置 外 観 図3 UA 中 継 局 実 験 装 置 外 観 図4 地 上 受 信 局 実 験 装 置 外 観

3.1. 地 上 送 信 局 実 験 装 置

地 上 送 信 局 実 験 装 置 は 送 信 信 号 の 生 成 お よ び 送 信 を 行 う ． 地 上 送 信 局 実 験 装 置 の 構 成 を 図 5 に 示 す ． は じ め に ， FPGA に よ る 送 信 信 号 処 理 部 に て 送 信 フ レ ー ム を 生 成 す る ． そ の 後 ， 送 信 フ レ ー ム に 対 し て デ ジ タ ル ／ ア ナ ロ グ 変 換 （DAC） を 行 っ て ア ナ ロ グ 信 号 に 変 換 し た 後 ， 直 交 変 調 お よ び フ ィ ル タ リ ン グ を 行 い ， 搬 送 波 周 波 数 130MHz の 中 間 周 波 数 （ IF） 信 号 を 出 力 す る ．フ レ ー ム 構 成 お よ び OFDM フ ォ ー マ ッ ト は 図 6 お よ び 表 1 に 示 す よ う に IEEE802.11 規 格 [10]に 基 づ く も の と し て い る ．ま たIF 信 号 の ス ペ ク ト ル は 図 7 に 示 す よ う な ス ペ ク ト ル マ ス ク を 満 足 す る よ う に 設 計 さ れ て い る ．

3.2. UA 中 継 局 実 験 装 置

UA 中 継 局 実 験 装 置 は AF-STBC 符 号 化 お よ び 増 幅 ・ 中 継 を 行 う ．UA 中 継 局 実 験 装 置 の 構 成 を 図 8 に 示 す ． 第 1 の 入 出 力 系 統 （ ① ～ ② ） が 第 0UA に お け る 処 理 ， UA非再生中継局 地上受信局 地上送信局 1フレーム信号 送信

(a) 第1タイムスロット

パイロット除算 複素共役演算 直交パイロット乗算 AF-STBC符号化 Pilot Data

(b) 第2タイムスロット

パイロット除算 直交パイロットチャネル推定 受信FDE STBC復号 データ判定 Pilot Data UA非再生中継局 地上受信局 地上送信局 増幅・中継

第2 の 入 出 力 系 統（ ③ ～ ④ ）が 第 1UA に お け る 処 理 に 相 当 す る ．ま ず ，受 信 し た IF 信 号 に 対 し て 受 信 フ ィ ル タ お よ び ア ナ ロ グ ／ デ ジ タ ル 変 換 （ADC）を 適 用 し て デ ジ タ ル 信 号 に 変 換 し た 後 ，FPGA に よ る 信 号 処 理 部 に お い て AF-STBC 符 号 化 を 行 う ．そ の 後 AF-STBC 符 号 化 後 の デ ジ タ ル 信 号 に 対 し て DAC を 適 用 し ， ア ナ ロ グ 信 号 に 変 換 し た 後 ， 直 交 変 調 お よ び 送 信 フ ィ ル タ を 適 用 し て 送 信 す る ． 第 1 の 入 出 力 系 統 内 の 遅 延 操 作 は ， 第1 の 入 出 力 系 統 に お け る 出 力 お よ び 第 2 の 入 出 力 系 統 に お け る 出 力 を 同 期 さ せ る た め の も の で あ る ．

3.3. 地 上 受 信 局 実 験 装 置

地 上 受 信 局 実 験 装 置 は チ ャ ネ ル 推 定 ， 受 信 等 化 お よ びSTBC 復 号 を 行 う ． 地 上 受 信 局 実 験 装 置 の 構 成 を 図 9 に 示 す ． 受 信 IF 信 号 に 対 し て フ ィ ル タ お よ び ADC を 適 用 し て デ ジ タ ル 信 号 に 変 換 し た 後 ，FPGA に よ る 信 号 処 理 部 に お い て チ ャ ネ ル 推 定 お よ び CPE を 推 定 す る ． な お 本 装 置 で は 直 交 パ イ ロ ッ ト チ ャ ネ ル 推 定 に よ り 伝 搬 チ ャ ネ ル お よ び CPE を 推 定 す る ．つ い で ，チ ャ ネ ル 推 定 値 お よ び CPE 推 定 値 を 用 い て 受 信 等 化 を 行 っ た 後 ，STBC 復 号 お よ び デ ー タ 復 調 を 行 う ． 図5 地 上 送 信 局 実 験 装 置 構 成 図6 フ レ ー ム 構 成 図7 送 信 ス ペ ク ト ル マ ス ク 図8 UA 中 継 局 実 験 装 置 構 成 図9 地 上 受 信 局 実 験 装 置 構 成 表1 OFDM 信 号 フ ォ ー マ ッ ト 項 目 仕 様 サ ブ キ ャ リ ア 間 隔:ΔF 0.3125MHz (=20MHz/64) デ ー タ サ ブ キ ャ リ ア 数:NS D 48 パ イ ロ ッ ト サ ブ キ ャ リ ア 数:NS P 4 FFT ポ イ ン ト 数 :Nc 64 1 次 変 調 方 式 :B BPSK, QPSK, 16QAM, 64QAM PC 信号 発生器 制御 CPU DAC 送信信号 処理部 AC/DC 電源 (PC等) 制御 IFFT CP付加 I Q 送信信号処理部はFPGAにより構成 FPGA内の信号処理ブロック データ 信号 DAC FIR フィルタ I Q I Q Q I 直交 変調 IF信号 (130MHz） I Q I/Q信号 (Analog） ﾌｨﾙﾀｰ I Q モニター 端子 Q I

CPU ：Central Processing Unit DAC ：Digital to Analog Converter I/Q ：In-Phase/Quadrature-Phase IF　：Intermediate Frequency FPGA：Field-Programmable Gate Array PPDU：PLCP protocol data unit

PLCP：Physical Layer Convergence Protocol IFFT：Inverse Fast Fourier Transform CP　：Cyclic Prefix

FIR ：Finite Impulse Response

S D ・・・ D Pre Pre P P プレアンブル パイロット SIGNAL データ（NBブロック） フレーム OFDMシンボル （Ncサンプル） CP（Ngサンプル） 受信信号 処理部 制御CPU AC/DC電源 CP除去 FFT CP除去 FFT 受信信号処理部はFPGAにより構成 FPGA内の信号処理ブロック PC 信号 解析器 (PC等) 制御 データ 信号 受信 等化 時空間 復号 Q I Q I Q I Q I Q I Q I ADC ﾌｨﾙﾀｰ IF信号 (130MHz） ADC ﾌｨﾙﾀｰ IF信号 (130MHz） DDC IF信号 (130MHz） DDC IF信号 (130MHz） チャネル 推定 チャネル 推定 Q I Q I モニター 端子 モニター 端子

CPU ：Central Processing Unit ADC ：Analog to Digital Converter I/Q ：In-Phase/Quadrature-Phase IF　：Intermediate Frequency FPGA：Field-Programmable Gate Array DDC ：Digital Down Converter CP　：Cyclic Prefix FIR ：Finite Impulse REsponse PPDU：PLCP protocol data unit PLCP：Physical Layer Convergence Protocol

Q I

Q I

4. 中 継 伝 送 実 験

4.1. 実 験 系

電 波 暗 室（ 長 さ31.0m×幅 15.0m×高 さ 15.0m）に て 中 継 伝 送 実 験 を 行 っ た ． 本 実 験 に お け る 各 装 置 の 写 真 お よ び 中 継 伝 送 実 験 系 を 図 10 お よ び 図 11 に 示 す ． ま ず ，地 上 送 信 局 実 験 装 置 か ら 出 力 さ れ た IF 送 信 信 号 は 増 幅 器 で 増 幅 さ れ ， 信 号 発 生 器 お よ び ミ キ サ に よ り 中 心 周 波 数 2.412GHz の 高 周 波 数 （ RF） 信 号 に 変 換 さ れ る ． そ し て 増 幅 お よ び 表 面 弾 性 波 （SAW）フ ィ ル タ に よ る ス ペ ク ト ル 整 形 を 行 っ た 後 ，2.4GHz 帯 の ア ン テ ナ に よ っ て 送 信 さ れ る ．2 本 の ア ン テ ナ で 受 信 さ れ た RF 信 号 は そ れ ぞ れ 3 台 の 縦 列 接 続 さ れ た 増 幅 器 に よ っ て 増 幅 さ れ た 後 ， 信 号 発 生 器 お よ び ミ キ サ に よ っ てIF 信 号 に 変 換 さ れ る ．そ の 後 ，増 幅 器 お よ び 減 衰 器 に よ っ て 受 信 電 力 の 調 整 を 行 い ，UA 中 継 局 実 験 装 置 に 入 力 さ れ る ．UA 中 継 局 実 験 装 置 出 力 は ， 増 幅 器 で 増 幅 さ れ た 後 ， 信 号 発 生 器 お よ び ミ キ サ に よ っ て 中 心 周 波 数2.462GHz の RF 信 号 に 変 換 さ れ る ．そ し て 増 幅 お よ び SAW フ ィ ル タ に よ る ス ペ ク ト ル 整 形 を 行 っ た 後 ，2 本 の ア ン テ ナ か ら 送 信 さ れ る ．2×2MIMO チ ャ ネ ル を 伝 搬 し て 2 本 の ア ン テ ナ で 受 信 さ れ た RF 受 信 信 号 は ，3 台 縦 列 接 続 さ れ た 増 幅 器 に よ っ て 増 幅 さ れ た 後 ，信 号 発 生 器 お よ び ミ キ サ に よ っ てIF 信 号 に 変 換 さ れ る ． そ し て 増 幅 器 お よ び 減 衰 器 に よ り 受 信 電 力 の 調 整 を 行 っ た 後 ， 地 上 受 信 局 実 験 装 置 に 入 力 さ れ る ． な お 本 伝 送 実 験 系 で は ， 送 信 局 ― 中 継 局 間 リ ン ク と 中 継 局 ― 受 信 局 間 リ ン ク の 干 渉 を 防 ぐ た め そ れ ぞ れ 異 な る チ ャ ネ ル を 割 り 当 て た ． ま た 送 信 局 ア ン テ ナ ― 中 継 局 ア ン テ ナ 間 距 離 お よ び 中 継 局 ア ン テ ナ ― 受 信 局 ア ン テ ナ 間 距 離 は 波 長 の60 倍 に 相 当 す る 7.5m に 設 定 し た ． そ し て 中 継 局 ア ン テ ナ お よ び 受 信 局 ア ン テ ナ の 近 傍 に 雑 音 発 生 用 ア ン テ ナ を 設 置 し ，UA 中 継 局 実 験 装 置 入 力 お よ び 地 上 受 信 局 実 験 装 置 入 力 に お け る 受 信 SNR が 目 標 値 と な る よ う に ，可 変 減 衰 器 に よ っ て 雑 音 電 力 を 変 化 さ せ て 実 験 を 行 っ た ． 本 伝 送 系 に お け る 各 装 置 の 配 置 図 お よ び 実 際 の 実 験 環 境 の 写 真 を 図 12 お よ び 図13 に 示 す ． 図10 実 験 系 配 置 図 図11 中 継 伝 送 実 験 系 図12 実 験 系 外 観 （ 全 体 ） 地上 受信局 IF部 地上 送信局 IF部 地上受信局 RF部 UA部 UA送信アンテナ UA受信アンテナ 地上送信局 アンテナ 地上受信局 アンテナ 地上送信局 RF部 7.5m 7.5m (c) 地上受信局 (a) 地上送信局 (b) UA非再生中継局 非再生中継 評価装置 非再生中継 評価装置 地上送信局 RF部 地上受信局 RF部 UA⇒地上受信局 地上送信局⇒UA 地上送信局 ⇒UA UA部 UA⇒地上受信局

図13 実 験 系 外 観 （ 詳 細 ）

4.2. 実 験 結 果

STBC 復 号 後 の コ ン ス タ レ ー シ ョ ン の 一 例 と 受 信 SNR 対 PER 特 性 を 測 定 し た ． 1 パ ケ ッ ト は 1440 ビ ッ ト で 構 成 さ れ ，QPSK デ ー タ 変 調 を 用 い た ． 図 14 に STBC-AF 中 継 を 行 っ た 場 合 に お け る STBC 復 号 後 の コ ン ス タ レ ー シ ョ ン の 一 例 を 示 す ．UA 中 継 局 ，地 上 受 信 局 に お け る 受 信 SNR は そ れ ぞ れ 19dB と し た ． 比 較 の た め ， 協 調 中 継 を 行 わ な い 場 合 の コ ン ス タ レ ー シ ョ ン も 同 様 に 図 14 に 示 す ． 図 15 よ り ， STBC-AF 中 継 を 用 い て 協 調 中 継 を 行 う こ と に よ っ て コ ン ス タ レ ー シ ョ ン の 乱 れ を 抑 圧 で き て い る こ と が 分 か る ． こ れ は AF-STBC 符 号 化 を 行 う こ と に よ っ て よ り 大 き な 受 信 SNR が 得 ら れ た た め で あ る と 考 え ら れ る ． 図14 STBC 復 号 後 の コ ン ス タ レ ー シ ョ ン の 一 例 図15 に STBC-AF 中 継 を 行 っ た 場 合 に お け る 地 上 受 信 局 受 信 SNR 対 ス ル ー プ ッ ト 特 性 を 示 す ．UA 中 継 医 局 受 信 SNR は 地 上 受 信 局 受 信 SNR と 等 し く な る よ う に し た ． ま た ， 比 較 の た め 協 調 中 継 を 行 わ な い 場 合 の ス ル ー プ ッ ト 特 性 も 同 様 に 図 15 に 示 す ．ま た ，そ れ ぞ れ の 場 合 に お け る ス ル ー プ ッ ト の 理 論 特 性 も 同 様 に 図 15 に 示 す ．本 稿 で は ，パ ケ ッ ト 誤 り 率（ PER）を 求 め ， 次 式 を 用 い て ス ル ー プ ッ トS を 算 出 し た ．







_

_

_                   p b b g c N Z MN N N N M PER Z R S 2 2 log 1 log 2 1 (1) た だ し ，R=1 は 誤 り 訂 正 符 号 の 符 号 化 率 で あ り ， Z=4 は 変 調 多 値 数 で あ る ．M=48 は 有 効 サ ブ キ ャ リ ア 数 で あ り ，Nc=64 お よ び Ng=16 は そ れ ぞ れ FFT ブ ロ ッ ク サ イ ズ お よ び CP 長 で あ る ． Nb=1440 は パ ケ ッ ト サ イ ズ （bits） で あ り ， Np=2 は 1 パ ケ ッ ト あ た り の （ プ リ ア ン ブ ル+パ イ ロ ッ ト +SIGNAL） ブ ロ ッ ク 数 で あ る ． 図15 よ り STBC-AF 中 継 を 行 う こ と で ，協 調 中 継 を 行 わ な い 場 合 と 比 較 し て ス ル ー プ ッ ト 特 性 を 改 善 で き る こ と が わ か る ．例 え ば ，STBC-AF 中 継 は 協 調 中 継 を 行 わ な い 場 合 と 比 較 し て ，ピ ー ク ス ル ー プ ッ ト の90% 値 （0.48bps/Hz） を 達 成 す る た め の 所 要 受 信 SNR を 約 3dB 低 減 で き る ． ま た ， 実 験 値 と 理 論 値 を 比 較 し た 場 合 ，受 信 SNR が 大 き く な る に つ れ て 誤 差 が 大 き く な っ て い る こ と が わ か る ．こ れ は 実 験 値 に お け る 受 信 SNR の 測 定 誤 差 や ， 実 験 系 の 接 続 に よ る ロ ス な ど に 起 因 す る も の と 考 え ら れ る ． し か し な が ら ， 理 論 値 に お い て も STBC-AF 中 継 伝 送 を 用 い た 場 合 ， 協 調 中 継 を 行 わ な い 場 合 と 比 較 し て ス ル ー プ ッ ト0.48bps/Hz を 達 成 す る た め の 所 要 受 信 SNR を 約 2dB 低 減 で き ， 実 験 値 と 理 論 値 と で ほ ぼ 同 等 の SNR 低 減 量 が 得 ら れ て い る ． 図15 地 上 受 信 局 受 信 SNR 対 ス ル ー プ ッ ト 特 性

5. む す び

本 稿 で は ，STBC-AF 中 継 実 験 装 置 を 用 い た 中 継 伝 送 実 験 結 果 に つ い て 述 べ た ． こ の 実 験 に よ り ，STBC-AF 中 継 を 用 い れ ば 従 来 の AF 中 継 よ り 高 い ス ル ー プ ッ ト が 得 ら れ る こ と を 確 認 し た ． ま た ， ピ ー ク ス ル ー プ ッ ト の90%値 (0.48bps/Hz)を 達 成 す る た め の UA お よ び 地 (a) 地上送信局/受信局IF部 (b) 地上送信局RF部 (c) 地上送信局－UA (d) UA部 (e) UA－地上受信局 (f) 地上受信局RF部 地上送信局 実験装置 地上受信局 実験装置 送信局 増幅器 受信局 増幅器 信号発生器 増幅器 ミキサ（左） SAWフィルタ（右） 地上送信局 アンテナ UA受信 アンテナ 増幅器 信号発生器 ミキサ（上） 分配器（下） 増幅器 UA中継局 実験装置 ミキサ SAWフィルタ 信号発生器 増幅器 UA送信 アンテナ 地上受信局 アンテナ 信号発生器 増幅器 ミキサ（上） 分配器（右） (a) STBC-AF中継 (b) 協調中継なし 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 5 10 15 20 25 スル ー プ ッ ト [b ps /H z] 地上受信局受信SNR [dB] STBC-AF中継 協調中継なし STBC-AF中継 協調中継なし fc=2.412GHz, 2.462GHz B=20MHz QPSK OFDM Nc=64, Ng=16 1440 bits/packet 実 験 値 理 論 特 性 UA中継局受信SNR =地上受信局受信SNR

上 受 信 局 に お け る 所 要 受 信 SNR を 約 3dB 低 減 で き る こ と を 明 ら か に し た ．

謝

辞

本 稿 は ， 総 務 省 委 託 研 究 開 発 「 無 人 航 空 機 を 活 用 し た 無 線 中 継 シ ス テ ム と 地 上 ネ ッ ト ワ ー ク と の 連 携 お よ び 共 用 技 術 の 研 究 開 発 」 に よ る 委 託 を 受 け て 実 施 し た 研 究 開 発 に よ る 成 果 で あ る ． な お ， 中 継 伝 送 実 験 は マ ス プ ロ 電 工 （ 株 ） の 電 波 暗 室 を 利 用 し た ．

文

献

[1] 三 浦 龍 , 鈴 木 幹 雄 , 滝 沢 賢 一 , 小 野 文 枝 , 辻 宏 之 , 井 上 真 杉, 大 和 田 泰 伯 , 浜 口 清 , “小 型 無 人 航 空 機 を 用 い た 災 害 時 無 線 中 継 シ ス テ ム の 開 発,” 信 学 会 総 合 大 会, BI-2-6, 2013 年 3 月 .

[2] J. G. Proakis and M. Salehi, Digital communications, 5th ed., McGraw-Hill, 2008.

[3] R. Van Nee and R. Prasad, OFDM for Wireless Multimedia Communication, Artech House, 2000. [4] S. M. Alamouti, “A simple transmit diversity

technique for wireless communications,” IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 16, No. 8, pp. 1451-1458, Oct. 1998.

[5] V. Tarokh, H. Jafarkhani, and A. R. Calderbank, “Space-time block coding for wireless communications: Performance results,” IEEE J. Sel. Areas Commun., Vol. 17, No. 3, pp. 451-460, March 1999.

[6] K. Takeda, T. Itagaki, and F. Adachi, “Applization of space-time transmit diversity to single carrier transmissionwith frequency-domain equalization and receive antenna diversity in a frequency-selective fading channel,” IEE Proc. –Commun., Vol. 151, No. 6, pp. 627-632, Dec. 2004.

[7] 遠 藤 力 , 宮 崎 寛 之 , 安 達 文 幸 , ”中 継 局 で チ ャ ネ ル 情 報 を 必 要 と し な い 時 空 間 ブ ロ ッ ク 符 号 化 協 調 AF 中 継 伝 送 ,” 信 学 技 報 , vol.114, no.8, RCS2014-11, pp.55-60, 2014 年 4 月 .

[8] J. N. Laneman, G. W. Womell, “Distributed Space-Time-Coded Protocols for Exploiting Cooperative Diversity in Wireless Networks,” IEEE Trans. Inform Theory, Vol. 49, No. 10, Oct. 2003. [9] J. N. Laneman, D.N.C Tse, and G. W. Wornell,

“Cooperative Diversity In Wireless Networks: Efficient Protocols And Outage Behavior,” IEEE Trans. Inf. Theory, Vol.50, No.12, pp.3062-3080, Dec.2004.

[10] 守 倉 正 博 ， 久 保 田 周 治 ， 802.11 高 速 無 線 LAN 教 科 書 ， イ ン プ レ ス ネ ッ ト ビ ジ ネ ス カ ン パ ニ ー ， 2004．