2018 Fiscal Year Annual Research Report
Research on ultra-low ACLP wireless communication systems using multi-dimensional signal processing
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18H01434
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| Research Institution | Ibaraki University |
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Principal Investigator |
梅比良 正弘 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (00436239)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
王 瀟岩 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 助教 (10725667)
武田 茂樹 茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (50323209)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 多次元信号処理 / ACI / ACLP / PAPR / 線形化 / 隣接チャネル漏洩電力 / 隣接チャネル間干渉 / ガードバンド |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究計画では、周波数・時間・振幅領域での多次元ベースバンド信号処理により、課題①：ピーク対平均電力比（PAPR）、隣接チャネル漏洩電力（ACLP）の小さな信号方式の開発、課題②：移動端末での電力増幅器の線形化により隣接チャネル漏洩電力（ACI）を低減するHPA線形化システム、課題③：実証実験の３課題を設定して研究を進めている。
課題①では、第4世代移動通信で利用されているDFTs-OFDMを基に、PAPRとACLPを低減するため、時間領域信号処理であるオーバーラップウィンドウ処理を用いたOverlap-Windowed DFTs-OFDM方式を提案し、PAPRをOFDMに比べ2～3dB、送信側ACLPを従来方式に比べ30～40dB低減できることを明らかにした。また、受信側ACI低減のため、周波数領域信号処理で柔軟なフィルタリングができるオーバーラップFFTフィルタバンクを適用し、周波数選択性フェージング環境にて、受信側で時間非同期かつ受信レベル差20dBの場合で、エラーフロアを10^-1から10^-3に改善できた。また、時間・周波数領域信号処理を用いたOQAM-DFTs-OFDMを提案し、DFTs-OFDMに比べPAPRをさらに1dB低減できた。
課題②では、基地局にて移動端末のHPAの入出力特性を推定し、推定情報により振幅領域信号処理（ディジタルプリディストーション）でHPA線形化を行う提案方式の実現性を明らかにした。具体的にはHPA入出力特性推定誤差が小さなパイロット信号形式を見出し、出力バックオフが6dB以下でACLPを5dB以上低減、上記提案のOverlap-windowed DFTs-OFDMでは、出力バックオフが8dBでACIを5dB、出力バックオフが10dB以上で10dB低減できることを示し、提案方式の実現性を明らかにした。
課題③では基礎実験に着手した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
課題①では、時間領域信号処理を用いたOverlap-Windowed DFTs-OFDM方式を提案し、従来方式に比べ、送信側ACLPを30～40dB低減できること、周波数領域信号処理で柔軟なフィルタリングができるオーバーラップFFTフィルタバンクを適用して周波数選択性フェージング環境にて、受信側で時間非同期かつ受信レベル差20dBの場合で、エラーフロアの改善ができることを示した。さらに、新たに時間・周波数領域信号処理を用いて、新たにオフセットQAMを利用可能なDFTs-OFDM方式を提案し、DFTs-OFDMに比べPAPRをさらに1dB低減できることを示した。提案方式によりACLP、ACI、PAPRの改善ができることを計算機シミュレーションにより確認できたことから、進捗は計画通りと評価できる。
課題②では、基地局にて移動端末のHPAの入出力特性を推定し、推定情報によりディジタルプリディストーションでHPA線形化を行う、提案のHPA線形化システム方式の設計を行い、ACLP低減効果を計算機シミュレーションにより評価した。具体的には、提案したパイロット信号を用いて十分小さな誤差で入出力特性の推定ができること、出力バックオフや通信方式にも依存するが、線形化によりACLPを5dB～10dB低減できることを示し、提案方式の実現性を明らかにできており、更なる特性の改善法の検討を進める必要はあるが、進捗は計画通りと評価できる。
課題③では基礎実験に着手したが、進捗は計画からやや遅れている。
以上を総合して、概ね順調に進捗していると評価した。
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| Strategy for Future Research Activity |
課題①については、平成30年度に提案したOverlap-Windowed DFTs-OFDM方式について、ACLPの更なる低減のため、各種ウィンド方式のACLPを評価し、最適化を行う。また、受信側ACIの更なる低減のため、時間領域信号処理であるオーバーラップウィンドウ処理を適用したオーバーラップFFTフィルタバンクを受信側で用いる場合の、ACI低減効果と周波数選択性フェージング環境における、時間非同期かつ受信レベル差がある場合の特性を評価し、有効性の確認を行う。新たに提案したOQAM-DFTs-OFDM方式についても、同様の条件で、非線形伝送時の特性評価を行い、ACLP/ACIの低減効果を明らかにする。
課題②では、提案のHPA線形化システムの方式実現性を明らかにしたが、非線形増幅時のACLPの更なる低減のため、(1)パイロット信号形式の最適化、(2)入出力特性の繰り返し更新、(3)CSI情報の低減法、(4)入出力特性補間法の見直しを行い、HPA入出力特性推定誤差の低減、ACLPの低減を目指す。また、様々なAM/AM、AM/PM特性を持つHPAに対するACLP低減効果を評価し、改善効果を明らかにする。
課題③では基礎実験として、課題②を実証するため、実際のHPAを用いた入出力特性の評価、ならびに線形化の効果を実験により評価する。
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