コミュニケーショングループ

コミュニケーショングループとは

現在,コミュニケーショングループでは通信速度の向上を目指し,無線全二重通信に関する研究を行っています. 同一周波数帯で同時に送受信を行う無線全二重通信では,自分が発した信号が相手からの信号に混じって受信されます. このことを自己干渉といい,無線全二重通信を実現するためには自己干渉を低減する必要があります. ここ数年は,主にディジタル信号処理を用いた自己干渉の低減手法を研究しています.

単語帳
半二重通信全二重通信自己干渉アンテナ自己干渉抑制アナログ自己干渉除去ディジタル自己干渉除去ディジタルプリディストーション

アナログ自己干渉除去

帯域内全二重において,受信機の飽和を防ぐために必要となるのがアナログ自己干渉除去です. 本研究室ではこれまでに広い帯域幅で高い自己干渉の抑圧を達成する指向性アンテナに関する研究をしてきました[轡見H28] 現在はディジタル信号処理を利用して高周波の自己干渉信号を相殺する技術について研究を進めています. この手法では,送信機と受信機のほかに,補助送信機と呼ばれる追加の送信機を利用します. 補助送信機から出力される信号を,受信される自己干渉信号と同振幅で逆位相にすることで,自己干渉信号を相殺できます. 実際にソフトウェア無線フロントエンドの一つであるUSRPを利用して,この手法の実証実験を行っています[福井H30]

2016年度に作製したアンテナ

ソフトウェア無線を利用したアナログ自己干渉除去技術の実証実験

ディジタル自己干渉除去

  • ディシタルプリディストーションと自己干渉除去
  • 自己干渉信号は所望信号の復調を阻害するため,自己干渉除去量は大きいことに越したことはありません. 本研究室ではディジタル自己干渉除去の性能限界を理論的に解析し[小松H30],ディジタルプリディストーションを用いて送信機の特性を操作することで除去量の向上[ChuaH31][佐藤R3]を試みています.

  • PAPR抑制と自己干渉除去
  • ディジタル自己干渉キャンセラでは電力増幅器の非線形増幅によって自己干渉除去性能が劣化します. また,現在,無線通信で使用されているOFDM信号はピーク対平均電力比(Peak to Average Power Ratio: PAPR)が高いため,送信機の電力増幅器で非線形増幅されやすいです. そこで,PAPR低減手法の1つであるコンパンディングやクリッピングを信号に適用し,自己干渉除去量を評価しています[岡野R3]. また,OFDMよりもPAPRの低いシングルキャリア変調方式を用いた全二重通信の検討も行なっています[山本R3]

  • 自己干渉除去の計算コスト削減
  • 従来のディジタル自己干渉除去では膨大な計算量が必要であり,小型で安価な無線端末への応用が難しいと考えられます. そこで従来よりも計算量が少なくてすむ自己干渉除去の手法を検討しています.[金丸R3] 無線通信機を長時間動作させると,時間の経過に伴う発熱により素子の電気的特性が変動します. 素子の特性が変動した場合,自己干渉キャンセラの再学習を行う必要があります. 本研究室ではキャンセラの再学習を工夫し,計算コストの削減を試みています[石井H31].

実機(USRP)による手法の性能評価

Reference

[轡見H28]: 轡見眞太朗, 宮路祐一, 上原秀幸, “広帯域な自己干渉抑制を達成する寄生素子を用いたアンテナ構成,” 信学技報, vol. 116, no. 317, AP2016-107, pp. 1-5, 2016年11月.
[福井H30]: 福井崇久, 宮路祐一, 上原秀幸, "帯域内全二重におけるアナログ自己干渉除去のための補助送信機のUSRPによる実装," 信学総大, B-5-95, Mar. 2018.
[小松H30]: 小松和暉, 宮路祐一, 上原秀幸, “非線形自己干渉キャンセラのためのラゲール陪多項式を用いた理論的性能解析,” 信学技報, vol. 118, no. 311, RCS2018-194, pp. 97-102, 2018年11月.
[ChuaH31]: Chua Teong Zhe, 小松和暉, 宮路祐一, 上原秀幸, "帯域内全二重におけるRappモデルによる電力増幅器の非線形歪みと自己干渉除去の性能向上に関する検討," 信学ソ大, B-5-85, Sep. 2019.
[石井H31]: 石井建至, 小松和暉, 宮路祐一, 上原秀幸, “増幅器の利得変動に対処した自己干渉キャンセラの部分的再学習,” 信学技報, vol. 119, no. 296, RCS2019-215, pp. 73-78, 2019年11月.
[岡野R3]: 岡野公太,小松和暉,宮路祐一, 上原秀幸, "帯域内全二重におけるコンパンディング法のパラメータの最適化," 信学技報, vol. 121, no. 234, RCS2021-145, pp. 13-18, 2021年11月.
[佐藤R3]: 佐藤栄作,小松和暉,宮路祐一, 上原秀幸, "帯域内全二重のためのディジタルプリディストータとネルダーミード法を用いた送信機の非線形化," 信学技報, vol. 121, no. 329, RCS2021-196, pp. 1-6, 2022年1月.
[山本R3]: 山本魁世, 宮路祐一, 上原秀幸, "帯域内全二重におけるFSK,PSKの実験による自己干渉除去性能の評価," 信学総大, B-5-122, 2022年3月.
[金丸R3]: 金丸紘基, 宮路祐一, 上原秀幸, "帯域内全二重における時間領域及び周波数領域キャンセラの実機実験による除去性能評価," 信学総大, B-5-121, 2022年3月.