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Research on ultra-low ACLP wireless communication systems using multi-dimensional signal processing

Research Project

Project/Area Number 18H01434
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Section一般
Review Section Basic Section 21020:Communication and network engineering-related
Research InstitutionNanzan University (2020-2021)
Ibaraki University (2018-2019)

Principal Investigator

梅比良 正弘  南山大学, 理工学部, 教授 (00436239)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 王 瀟岩  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 准教授 (10725667)
武田 茂樹  茨城大学, 理工学研究科(工学野), 教授 (50323209)
Project Period (FY) 2018-04-01 – 2022-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2021)
Budget Amount *help
¥17,030,000 (Direct Cost: ¥13,100,000、Indirect Cost: ¥3,930,000)
Fiscal Year 2021: ¥2,600,000 (Direct Cost: ¥2,000,000、Indirect Cost: ¥600,000)
Fiscal Year 2020: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2019: ¥6,370,000 (Direct Cost: ¥4,900,000、Indirect Cost: ¥1,470,000)
Fiscal Year 2018: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
KeywordsPAPR / ACLP / 多次元信号処理 / 線形化 / 等化 / ACI(隣接チャネル間干渉) / ACLP(隣接チャネル漏洩電力) / ガードバンド / ACI / 隣接チャネル漏洩電力 / 隣接チャネル間干渉 / 非線形歪
Outline of Annual Research Achievements

昨年度に引き続き、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、課題②:移動端末の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た。
課題①では、提案のOW-QAM-DFTs-OFDM方式は、サブチャネル間隔が異なる、または非同期送信の場合、サブキャリア間の直交性が失われ、ACIを低減するチャネルフィルタが必要となる。本年度は、オーバーラップFFTフィルタバンクを受信フィルタに用いる場合の伝送特性を評価し、周波数特性、FFTサイズ等の設計パラメータに応じたEVM(Error Vector Magnitude)、ACI、総合伝送特性を比較評価し、準最適な受信フィルタ系を明らかにした。
課題②では、昨年度提案の、HPA入出力特性をルックアップテーブルに格納し、動作点推定パイロットを用いて動作点制御を行うディジタルプリディストーションHPAリニアライザの詳細検討を行った。TDD方式を対象に、空きタイムスロットを用いて携帯端末よりパイロット信号を自局宛てに送信し、IM3(3次混変調歪)を測定してIM3を小さくするよう動作点を制御する。計算機シミュレーションにより提案方式の設計パラメータとACLP低減効果、収束特性を明らかにした。また、IM3測定が容易なバブコック配列を用いた動作点推定用マルチキャリアパイロット信号を提案し、その設計法を明らかにした。さらに、AM/AM特性のみのHPAモデルに加えて、AM/AM、AM/PM特性を持つHPAモデルを用いて特性評価を行い、同等のACLP低減効果が得られることを確認した。
課題③については、コロナ禍の影響で、実験装置を用いた特性評価実験を行う時間が制限されたため、実験系の基本特性を評価するに留まった。

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については、OW-QAM-DFTs-OFDM方式のACI/ACLP特性、受信フィルタ系のACI/EVM特性が明らかになり、Offset QAMを用いた、OW-OQAM-DFTs-OFDM方式の信号処理方式、ACI/ACLP特性も明らかにすることができた。当初予定した検討課題の検討は順調に進捗しており、π/4シフトQAMを用いるOW-QAM-DFTs-OFDM方式の評価のみが残された課題である。
課題②では、提案した動作点推定パイロットを用いてディジタルプリディストーションHPAリニアライザの動作点制御を行うHPA線形化方式の詳細検討を行い、その構成法を明らかにすると共に、計算機シミュレーションにより提案方式の設計パラメータとACLP低減効果、収束特性を明らかにした。また、バブコック配列に基づく動作点推定用マルチキャリアパイロット信号を提案し、パイロット信号の設計法を明らかにした。これより、課題②は順調に進捗している。
課題③については、コロナ禍の影響で、実験装置を用いた特性評価実験を行う時間が制限されたため、実験系の基本特性を評価するに留まった。実験による評価は予定より遅れている。

Strategy for Future Research Activity

本研究はPAPR/ACLP/ACI低減、大電力増幅器の電力利用効率向上、ガードバンド削減の複合問題をシステムとして解決に取り組むもので、課題(1) 低PAPR・ACLP信号方式、課題(2) 非線形歪等化システム、課題(3)実証実験の3課題を設定して研究を行う。
課題(1)では、時間領域での重み付け加算処理を用いるOW-QAM-DFTs-OFDM方式の準最適な受信フィルタ系が明らかにした。また、Offset QAMを用いるDFTs-OFDMは、演算量増加やサブキャリア数増加の欠点があることが分かり、低PAPR・ACLP信号方式についてはほぼ終了したと考える。残された課題として、π/4シフトQAM を用いたOW-DFTs-OFDM方式の検討を行い、PAPR・ACLP改善効果を明らかにする。
課題(2)では、AM/AM特性とAM/PM特性の双方を持つHPAモデルにおける提案方式のACLP低減効果を詳細に評価する。特に動作点推定用マルチキャリアパイロット信号については、チャネル帯域幅に応じたマルチキャリアパイロット信号の設計法、受信機におけるAD変換器のビット数とIM3検出特性の関係等を評価し、提案方式の設計手法を確立する。また、提案方式による周波数利用効率改善効果についての評価を行う。
課題(3)は、課題(1)で提案する低PAPR・ACLP信号方式と、課題(2)で提案するHPA線形化システムのACLP/ACI低減効果、電力利用効率・周波数利用効率改善効果を実験により実証する。令和3年度はシグナルアナライザ、ソフトウェア無線機を用いた実験系を構築し、提案方式の基本特性を評価する。

Report

(3 results)
  • 2020 Annual Research Report
  • 2019 Annual Research Report
  • 2018 Annual Research Report

Research Products

(20 results)

All 2021 2020 2019 2018

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results) Presentation (18 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] DPD based HPA linearizer using in-band operation point estimation pilot for mobile device applications2020

    • Author(s)
      A. TADA, M. UMEHIRA, X. WANG and S. TAKEDA
    • Journal Title

      Proc. 2020 14th International Conference on Signal Processing and Communication Systems (ICSPCS)

      Volume: 1 Pages: 1-7

    • DOI

      10.1109/icspcs50536.2020.9310045

    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Journal Article] An Overlap-Windowed-OQAM-DFTs-OFDM Scheme to Achieve Low PAPR and ACLP2019

    • Author(s)
      IMAI Mizuki、OKAMOTO Takuya、OKANO Takahiro、UMEHIRA Masahiro、WANG Xiaoyan
    • Journal Title

      Proc. of 2019 16th International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS)

      Volume: 1 Pages: 1-5

    • DOI

      10.1109/iswcs.2019.8877312

    • Related Report
      2019 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] オーバーラップFFTフィルタバンクによるOverlap-Windowed-DFTs-OFDM用受信フィルタ系の設計と特性2021

    • Author(s)
      石橋 基・梅比良正弘・王 瀟岩・武田茂樹
    • Organizer
      信学技報, vol. 120, no. 322, RCS2020-179, pp. 136-141, 2021年1月
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] マルチキャリア動作点推定パイロット信号を用いた携帯端末用ディジタルプリディストーションHPAリニアライザ2021

    • Author(s)
      多田 陽・梅比良正弘・王 瀟岩・武田茂樹
    • Organizer
      信学技報, vol. 120, no. 322, RCS2020-182, pp. 153-158, 2021年1月
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] AM/AM・AM/PM特性を持つ非線形HPAにおける動作点推定パイロットを用いたモバイル端末用DPD型リニアライザの特性評価2021

    • Author(s)
      増渕 篤・多田 陽・梅比良正弘・王 瀟岩・武田茂樹
    • Organizer
      信学技報, vol. 120, no. 406, SRW2020-59, pp. 29-34, 2021年3月
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] AM/PM特性を持つHPAにおけるDPDのACLP低減効果2021

    • Author(s)
      増渕 篤・多田 陽・梅比良正弘・王 瀟岩
    • Organizer
      B-5-45, 電子情報通信学会 総合大会, 2021年3月
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 異なるHPAモデルに対するHPA線形化システムの特性評価2020

    • Author(s)
      多田 陽、梅比良正弘、王 瀟岩
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会 B-5-35
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] オーバーラップウィンドウを用いたDFTs-OFDM方式における受信フィルタ系の検討2020

    • Author(s)
      石橋 基、梅比良正弘、王 瀟岩、武田茂樹
    • Organizer
      電子情報通信学会 信学技報 SRW2019-64、pp.27-32
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] HPA入出力特性のルックアップテーブルを用いるHPA線形化システムの基礎検討2020

    • Author(s)
      多田 陽、梅比良正弘、王 瀟岩、武田茂樹
    • Organizer
      電子情報通信学会 信学技報 RCS2019-368、pp.245-249
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] Rappモデルの逆関数を用いたHPA線形化システムの提案2020

    • Author(s)
      増渕 篤、多田 陽、梅比良 正弘、王 瀟岩
    • Organizer
      電子情報通信学会 東京支部 学生会研究発表会(第25回)
    • Related Report
      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] HPA線形化システムにおけるOFDMとDFTs-OFDMの隣接チャネル漏洩電力低減効果2019

    • Author(s)
      梅比良正弘、菅野優人、岡本拓也、王 瀟岩、武田茂樹
    • Organizer
      電子情報通信学会 信学技報 RCS2019-19、pp.91-96
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      2019 Annual Research Report
  • [Presentation] 低ACLP・低PAPRを達成するOverlap-Windowed-OQAM-DFTs-OFDM方式2019

    • Author(s)
      今井水輝, 岡本拓也, 岡野貴大, 梅比良正弘, 王 瀟岩
    • Organizer
      電子情報通信学会 総合大会B-5-39
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Overlap-Windowed-DFTs-OFDMにおけるOverlap-windowed FFTフィルタバンクの適用効果2019

    • Author(s)
      石橋 基, 岡野 貴大, 王 瀟岩, 梅比良正弘
    • Organizer
      電子情報通信学会 東京支部学生会 第24回研究発表会, 59, 2019年3月
    • Related Report
      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 1.Overlap-Windowed-DFTs-OFDM with Overlap FFT Filter-Bank for Flexible Uplink Access in 5G and Beyond2018

    • Author(s)
      Takahiro Okano, Masahiro Umehira, Xiaoyan Wang, Shigeki Takeda
    • Organizer
      2018 IEEE 88th Vehicular Technology Conference (VTC-Fall), pp. 1-6
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Feasibility of HPA Linearization System using Amplitude Reference Pilot Signal2018

    • Author(s)
      Takuya OKAMOTO, Masahiro UMEHIRA, Xiaoyan WANG, Shigeki TAKEDA
    • Organizer
      2018 24th Asia-Pacific Conference on Communications (APCC), pp. 381-386
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      2018 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] 振幅参照信号を用いたHPA線形化システムの提案と基本特性の評価2018

    • Author(s)
      岡本拓也, 鈴木智也, 王 瀟岩, 梅比良正弘
    • Organizer
      信学技報, vol. 118, no. 12, RCS2018-20, pp. 103-108, 2018年4月
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] AWGN・周波数選択性フェージングチャネルにおけるHPA線形化システムの特性2018

    • Author(s)
      岡本拓也, 梅比良正弘, 王 瀟岩
    • Organizer
      信学技報, vol. 118, no. 311, RCS2018-196, pp. 109-114, 2018年11月
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] Overlap-Windowed-DFTs-OFDM方式におけるオーバーラップFFTフィルタバンクが伝送特性に与える影響2018

    • Author(s)
      岡野貴大, 梅比良正弘, 王 瀟岩, 武田茂樹
    • Organizer
      信学技報, vol. 118, no. 311, RCS2018-192, pp. 85-90, 2018年11月
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] 低PAPR・ACLPのためのOverlap-Windowed-OQAM-DFTs-OFDM方式の提案2018

    • Author(s)
      今井水輝, 岡本拓也, 岡野貴大, 王 瀟岩, 梅比良正弘
    • Organizer
      信学技報, vol. 118, no. 476, SRW2018-57, pp. 13-18, 2019年3月
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      2018 Annual Research Report
  • [Presentation] IEEE802.11ax無線LANまでの道程と将来展望2018

    • Author(s)
      梅比良正弘
    • Organizer
      電子情報通信学会 ソサイエティ大会 BP-1-1
    • Related Report
      2018 Annual Research Report

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Published: 2018-04-23   Modified: 2022-12-28  

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