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

研究課題

研究課題/領域番号	22K04090
研究種目	基盤研究(C)
配分区分	基金
応募区分	一般
審査区分	小区分21020:通信工学関連
研究機関	大阪公立大学
研究代表者	大野修一大阪公立大学, 大学院情報学研究科, 教授 (70273919)
研究期間 (年度)	2022-04-01 – 2025-03-31
研究課題ステータス	交付 (2023年度)
配分額 *注記	4,290千円 (直接経費: 3,300千円、間接経費: 990千円) 2024年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円) 2023年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円) 2022年度: 1,560千円 (直接経費: 1,200千円、間接経費: 360千円)
キーワード	量子化 / アンテナアレイ / 平面アンテナ / アナログディジタル変換 / アンテナ / 誤差フィードバック回路 / ノイズ整形 / 2次元アレイアンテナ / Δ∑変調器 / massive MIMO / 協調量子化
研究開始時の研究の概要	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のための効果的な協調量子化器の設計法を考案し、二次元線形アンテナアレイの送信信号のディジタルアナログ変換のための効果的な協調逆量子化器の設計法を導出する。設計したアナログディジタル変換とディジタルアナログ変換の信号対量子化ノイズ比の理論的限界を明らかにすることで、提案法の性能を評価する。
研究実績の概要	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。 2023年度は、2022年度に得られた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の設計法を用いて、複数のアンテナを格子状に並べた平面アンテナの受信信号を低ビットで量子化するアナログディジタル変換器を設計している。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している。また、設計したアナログディジタル変換器の性能をコンピュータシミュレーションにより評価している。提案法は、所望の到来方向に対し信号量子化ノイズ比を最大にしており、従来のアナログディジタル変換器より良い特性を持つことを明らかにした。これらの成果を国際学会で発表している。開発した低量子化手法を制御システムにおける量子化へ応用している。提案法で設計した低ビットで量子化するアナログディジタル変換器を用いると、同じビット数を持つ従来の一様量子化器と比べ、量子化誤差の影響が低減化できることを示している。これらの成果を国際学会で発表している。
現在までの達成度 (区分)	現在までの達成度 (区分) 2: おおむね順調に進展している理由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。アレイアンテナや平面アンテナのアナログディジタル変換のための誤差フィードバック回路を設計するため、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ている。
今後の研究の推進方策	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設計の自由度が少ない。今年度は、これまでの成果を論文としてまとめるとともに、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。二次元フィルタの設計は非線形問題となるため、非線形最適化手法を適用することで、より良いフィルタの設計を試みる。