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

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

多田 俊一 野上 昌雄

株式会社 システック リサーチ インク 〒252-0231 神奈川県相模原市中央区相模原 6-24-14

E-mail: ｛shunichi.tada, yoshio.nogami｝@systec-r.com

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．そして送信データを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無瞬断に切り替える方式を提案した．本報告では， AWGN およびマルチパスフェージング環境下において，符号誤り率特性を評価した結果，４つのセグメントシステムに対して 良好な特性が得られることを確認した． 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

Return Transmission System using 42GHz-band for Millimeter-wave Mobile Camera

Shunichi Tada Yoshio Nogami

SYSTEC RESEARCH INC. 6-24-14 Sagamihara, Chuou-ku, Sagamihara-City, Kanagawa, 252-0231, Japan

E-mail: ｛shunichi.tada, yoshio.nogami｝@systec-r.com

Abstract Return transmission system using 42GHz-band in 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 outline of the return transmission system and basic performance, which is evaluated by computer simulation.

Keyword Millimeter-wave Mobile Camera, Return Transmission System, Segmentation, Multipath fading

１ ， は じ め に

ス ポ ー ツ 中 継 や 音 楽 番 組 の 撮 影 に お い て ， ケ ー ブ ル の 制 約 が な い モ バ イ ル カ メ ラ [1] は 大 変 有 効 な 撮 影 ツ ー ル で あ る ． ケ ー ブ ル 接 続 の カ メ ラ と 比 較 し て ， 可 搬 性 に 優 れ ， ま た 被 撮 影 者 に 対 し て も ケ ー ブ ル が な い こ と か ら 安 全 性 に も 優 れ て い る ． 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 ． [2] 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 [3][4] 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][6][7] ま た ， こ の 本 線 無 線 伝 送 技 術 は ARIB STD-B43 規 格 と し て 採 用 さ れ て い る ． [8] 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 42GHz 帯 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム も 開 発 さ れ て い る ． [9] 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 少 な 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 で 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 ． 本 稿 で は ，42GHz 帯 ミ リ 波 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム と し て ４ つ の セ グ メ ン ト の シ ス テ ム の 概 要 を 紹 介 し ， 計 算 機 シ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ り そ の 基 本 特 性 を 明 ら か に し た の で 述 べ る ．

２ ， 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム 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 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 し て 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 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 無 瞬 断 に 切 り 替 え る 方 式 を 提 案 す る ． 本 方 式 で は ， 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

ⓒ 2011 Information Processing Society of Japan 1

図 ２ ．送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム の セ グ メ ン ト に お け る 変 復 調 部 の 構 成

表 １ ．送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム の セ グ メ ン ト A の 主 要 諸 元

図 １ ． 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 構 成

ⓒ 2011 Information Processing Society of Japan 2

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 貢 献 可 能 と な る ． 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム 全 体 の 構 成 の 概 要 を 図 １ に ， ま た ， １ つ の セ グ メ ン ト シ ス テ ム の 変 復 調 部 の 構 成 を 図 ２ に 示 す ．ま た ，一 例 と し て セ グ メ ン ト A シ ス テ ム（ 最 も 周 波 数 の 低 い シ ス テ ム ） の 主 要 諸 元 を 表 １ に 示 す ． 他 の セ グ メ ン ト に つ い て は ， 無 線 周 波 数 が 異 な る が 他 は 既 知 の パ イ ロ ッ ト 信 号 数 が 少 し 異 な る ほ か は 同 じ で あ る ． ARIB STD-B43 規 格 を ベ ー ス に し て お り ， ハ ー フ モ ー ド を 適 用 ， 占 有 伝 送 帯 域 は 54.4/4MHz で あ る ． OFDM 変 調 方 式 の FFT ポ イ ン ト 数 は 1024，サ ブ キ ャ リ ア 間 隔 は 63.5kHz で あ る ． デ ー タ サ ブ キ ャ リ ア 数 は 222 本 ， 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，本 シ ス テ ム の 適 用 環 境 と し て ， 最 大 遅 延 時 間 約 250ns 程 度 を 想 定 し て ガ ー ド イ ン タ ー バ ル 長 は 0.98 μ s （ 有 効 OFDM シ ン ボ ル 長 の 1/16）を 選 定 し た ．１ フ レ ー ム あ た り の OFDM シ ン ボ ル 数 は 408 を 採 用 し た ． さ ら に ， 誤 り 訂 正 符 号 と し て ，畳 み 込 み 符 号 (R=1/2)を 採 用 し た ．

３ ， 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム の 基 本 特 性

3.1 AWGN による符 号 誤 り率 特 性 の評 価

送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム の セ グ メ ン ト A シ ス テ ム に お け る AWGN を 付 加 し た 場 合 の 符 号 誤 り 率 特 性 を 評 価 し た ． そ の 結 果 を 図 ３ に 示 す ． 誤 り 訂 正 な し の 場 合 BPSK-OFDM 同 期 検 波 時 の 理 論 値 に 対 し て 約 0.3～ 0.5dB の 劣 化 に 抑 え ら れ て い る ．ま た ， 誤 り 訂 正 と し て 畳 み 込 み 符 号 を 適 用 し た 場 合 ， 誤 り 訂 正 な し に 比 べ ，例 え ば BER=10- 4_{に お い て ，符 号 化} 利 得 約 3dB が 得 ら れ て お り ，予 想 ど お り の 結 果 が 得 ら れ て い る ．

3.2 マルチパスフェージングに対 する符 号 誤 り率 特

性 の評 価

マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ モ デ ル と し て 図 ４ の モ デ ル A，図 ５ の モ デ ル B の ２ つ の モ デ ル に つ い て 評 価 し た ． モ デ ル A フ ェ ー ジ ン グ で は 20 波 が 独 立 に レ ー レ ー 分 布 に 従 っ て 変 動 し 最 大 遅 延 時 間 は 240ns で あ る が ， 直 接 波 と 第 １ の 遅 延 波 と の 平 均 電 力 差 は 20dB と 大 き い た め ， 実 質 は ラ ー ス フ ェ ー ジ ン グ と 見 な す こ と が で き る ． 一 方 ， モ デ ル B フ ェ ー ジ ン グ で は 10 波 が 独 立 に レ ー レ ー 分 布 に 従 っ て 変 動 し 最 大 遅 延 時 間 は 237ns で あ る が 各 波 の 平 均 電 力 差 は 3～ 4dB 程 度 と 小 さ い た め ，非 常 に 厳 し い レ ー レ ー フ ェ ー ジ ン グ と な っ て い る ． 今 回 使 用 す る 周 波 数 帯 が 42GHz，周 囲 環 境 等 の 変 動 速 度 が 2.79m/s(約 10km/h)程 度 と 想 定 す る と ，最 大 ド ッ プ ラ ー 周 波 数 fd は 約 390Hz と な る ．図 ６ に ２ つ の レ ー 図 ３ ． AWGN 付 加 に よ る 符 号 誤 り 率 特 性 （ セ グ メ ン ト A） 図 ４ ， モ デ ル A フ ェ ー ジ ン グ （ 20 波 独 立 レ ー レ ー フ ェ ー ジ ン グ ： 最 大 遅 延 時 間 =240ns） 図 ５ ， モ デ ル B フ ェ ー ジ ン グ （ 10 波 独 立 レ ー レ ー フ ェ ー ジ ン グ ： 最 大 遅 延 時 間 =237ns）

ⓒ 2011 Information Processing Society of Japan 3

図 ６ ． ２ つ の フ ェ ー ジ ン グ に 対 す る 符 号 誤 り 率 特 性 の 比 較 （ fd=390Hz， セ グ メ ン ト A） 図 ７ ． ４ つ の セ グ メ ン ト に 対 す る マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ 環 境 下 の 符 号 誤 り 率 特 性 (モ デ ル B フ ェ ー ジ ン グ ,fd=390Hz) レ ー フ ェ ー ジ ン グ モ デ ル に つ い て ，最 大 ド ッ プ ラ ー 周 波 数 fd=390Hz の 場 合 の 符 号 誤 り 率 特 性 を 評 価 し た 結 果 を 示 す ．な お ，誤 り 訂 正 と し て 畳 み 込 み 符 号 R=1/2， を 適 用 し て い る ．そ の 結 果 ，モ デ ル B フ ェ ー ジ ン グ の ほ う が 厳 し い 特 性 と な っ て お り ，平 均 C/N=6dB の 点 で 平 均 BER=2*10- 4_{，平 均 C/N=8dB の 点 で 平 均 BER=7*10}- 5 が 得 ら れ て お り ， 厳 し い フ ェ ー ジ ン グ 条 件 に も 関 わ ら ず 良 好 な 通 信 品 質 が 得 ら れ て い る ． 図 ７ に ，セ グ メ ン ト A～ セ グ メ ン ト D の ４ つ の シ ス テ ム に 関 す る マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ 環 境 下 に お け る 符 号 誤 り 率 特 性 を ま と め て 示 す ． マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ は ，厳 し い モ デ ル B フ ェ ー ジ ン グ ，そ し て 最 大 ド ッ プ ラ ー 周 波 数 fd=390Hz の 場 合 で あ る ． ４ つ の シ ス テ ム に 対 し て 良 好 な 符 号 誤 り 率 特 性 が 得 ら れ て い る こ と を 確 認 し た ．

４ ， ま と め

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 し て 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 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 無 瞬 断 に 切 り 替 え る 方 式 を 提 案 し た ．そ し て ，AWGN お よ び マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ 環 境 下 に お い て ， 符 号 誤 り 率 特 性 を 評 価 し た 結 果 ， 良 好 な 特 性 が 得 ら れ る こ と を 確 認 し た ． 今 後 は ， マ ル チ パ ス フ ェ ー ジ ン グ 環 境 下 に お い て 受 信 側 に て ４ つ の セ グ メ ン ト シ ス テ ム を 切 り 替 え る 周 波 数 ダ イ バ ー シ チ 効 果 を 検 証 [10]す る と と も に ハ ー ド ウ エ ア の 実 現 を 目 指 す ．

文 献

[1]. 中 川 孝 之 ，「 ミ リ 波 モ バ イ ル カ メ ラ 」NHK 技 研 R&D No.128, pp26-33, Jul. 2011 年 [2]. 中 島 健 二 ， 池 田 哲 臣 ，「 ス タ ジ オ 用 ワ イ ヤ レ ス カ メ ラ の シ ス テ ム 要 求 条 件 の 検 討 」2002 年 映 像 メ デ ィ ア 学 会 年 次 大 会 10-5,Aug. 2002.年 [3]. 古 田 浩 之 ， 池 田 哲 臣 ，「 ス ラ ジ オ カ メ ラ 用 無 線 ネ ッ ト ワ ー ク の た め の MIMO-ODFM 用 チ ャ ネ ル 推 定 方 法 の 一 検 討 」信 学 技 報 ，AP2003-216,RCS2003-222, pp.43-48, Nov. 2003 年 [4]. 鈴 木 慎 一 ，古 田 浩 之 ，伊 能 英 男 ，「 MIMO-ODFM 伝 送 に お け る シ ン ボ ル 検 出 方 法 の 検 討 ～ ガ ー ド イ ン タ ー バ ル 検 出 S/N に よ る 評 価 」 信 学 技 報 ， RCS2004-220, pp.55-60, Nov. 2004 年 [5]. 古 田 浩 之 ， 池 田 哲 臣 ，「 ミ リ 波 モ バ イ ル カ メ ラ 用 MIMO-OFDM 伝 送 装 置 の 試 作 と レ ー レ ー フ ェ ー ジ ン グ 環 境 下 で の 伝 送 性 能 の 評 価 」 信 学 技 報 ，

ⓒ 2011 Information Processing Society of Japan 4

RCS2005-141, pp.101-106, Jan. 2006 年 [6]. 鈴 木 慎 一 ，中 川 孝 之 ，池 田 哲 臣 ，「 42GHZ 帯 ミ リ 波 モ バ イ ル カ メ ラ の 開 発 」，信 学 技 報 ，EMCJ2009-126, pp1-6, Mar. 2010 年 [7]. 古 田 浩 之 ， 池 田 哲 臣 ，「 ミ リ 波 モ バ イ ル カ メ ラ 用 MIMO-OFDM 伝 送 装 置 の 試 作 と レ ー レ ー フ ェ ー ジ ン グ 環 境 下 で の 伝 送 性 能 の 評 価 」 信 学 技 報 ， RCS2005-141, pp.101-106, Jan. 2006 年 [8]. テ レ ビ ジ ョ ン 放 送 番 組 素 材 伝 送 用 可 搬 形 ミ リ 波 帯 デ ジ タ ル 無 線 伝 送 シ ス テ ム ，「 標 準 規 格 ， ARIB-STD=b43 1.0 版 」 電 波 産 業 会 ， 2008 年 [9]. 鈴 木 慎 一 ， 中 川 孝 之 ， 池 田 哲 臣 ，「 ミ リ 波 モ バ イ ル カ メ ラ 用 42GHZ 帯 送 り 返 し 伝 送 シ ス テ ム の 開 発 」，映 像 メ デ ィ ア 学 会 技 報 ，BCT2011-38, pp35-38, Feb. 2011 年 [10]. 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 ，「 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 」 映 像 メ デ ィ ア 学 会 技 報 ， 報 告

ⓒ 2011 Information Processing Society of Japan 5