二次元線形アンテナアレイのための効果的な協調量子化の実現

2022 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 22K04090
• Research Institution: Osaka Metropolitan University
• Principal Investigator: 大野 修一 大阪公立大学, 大学院情報学研究科, 教授 (70273919)
• Project Period (FY): 2022-04-01 – 2025-03-31
• Keywords: 量子化 / アンテナ / アンテナアレイ / 誤差フィードバック回路

Outline of Annual Research Achievements

本研究の目的は、平面上にアンテナが複数配置された二次元線形アンテナアレイにおいて、複数のアンテナが協調し量子化することで、低ビットで十分な性能を発揮する協調量子化法を考案すること、また、その協調量子化を大多数のアンテナを利用するマッシブマイモやセンサアレイに応用し、提案法が既存法より量子化誤差の影響を効果的に低減化できることを示すことである。
2022年度は、二次元線形アンテナアレイの受信信号のアナログディジタル変換に取り組んだ。協調量子化は、 周波数領域などの特徴量空間において情報信号の特徴領域と量子化ノイズの特徴領域をできるだけ分離することで可能になる。そこで、信号量子化ノイズ比を到来角と誤差フィードバック回路の二次元フィルタで表現し、 所望の到来方向に対し信号量子化ノイズ比を最大にするための評価式を導出した。
残念ながら評価式はフィルタ係数に関し非線形となり、そのままでは最適化が困難であることが判明した。そこで、2022年度は設計が簡単な縦軸と横軸に対する一次元フィルタを直積した直積型の二次元フィルタを採用し、縦軸と横軸の一次元フィルタをそれぞれ設計することにした。
直積型の二次元フィルタに限定すると、評価式はフィルタ係数の線形行列不等式で表現でき、 凸最適化問題に帰着できる。凸最適化問題を数値的に解くことで協調量子化のためのフィルタを求め、数値シミュレーションにより設計した協調量子化の性能を評価した。

Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

二次元線形アンテナアレイの受信信号の量子化における協調量子化に関し、誤差フィードバック回路を用いた手法を提案している．信号量子化ノイズ比を到来角と誤差フィードバック回路の二次元フィルタで表現し、 所望の到来方向に対し信号量子化ノイズ比を最大にするための評価式を導出している。しかし、評価式はフィルタ係数に関し非線形となり、そのままでは最適化が困難であることが判明した。そこで、一次元フィルタを直積した直積型の二次元フィルタを採用し、縦軸と横軸の一次元フィルタをそれぞれ設計し、その性能を数値シミュレーションにより評価している．

Strategy for Future Research Activity

2022年度採用した縦軸と横軸に対する一次元フィルタを直積した直積型の二次元フィルタは設計が比較的容易であるが、係数の自由度が少ないため十分な性能が得られない場合がある。そこで、より一般の二次元フィルタを用いた場合の協調量子化器の設計に取り組む。
所望の到来方向に対し信号量子化ノイズ比を最大にするための評価式は二次元フィルタの係数に関し非線形となることがわかっており、どのように最適化すればより良いフィルタが得られるのか検討する。さらに、設計した協調量子化器を直積型の協調量子化器と数値シミュレーションにより性能比較する。

Causes of Carryover

オンラインの利用などにより旅費の使用が予算より少なくなったため次年度使用額が生じた。この繰り越し分は高騰している旅費に利用する予定である。