PowerPoint プレゼンテーション

Size: px

Start display at page:

Download "PowerPoint プレゼンテーション"

よりおありの
5 years ago
Views:

1 参考資料 2 ( 資料作 1-4) 公共ブロードバンド移動通信システムの海上利用について ( 第 1 回作業班ご指摘事項反映版 ) 平成 28 年 12 月 15 日公共ブロードバンド移動通信システム高度化作業班事務局

海上電波伝搬モデルの検討 1 海上電波伝搬モデルの検討については陸上における電波伝搬モデルと比較し回線設計や技術的条件の検討に必要なパラメータについて検討検討にあたり考慮すべき事項は以下のとおり海面での海面反射は陸上での大地等の反射と異なる特性を持つのか船舶の揺れが回線設計 ( フェージング ) にどれほどの影響を与えるか

2 海上電波伝搬モデルの検討 1 海上電波伝搬モデルの検討については陸上における電波伝搬モデルと比較し回線設計や技術的条件の検討に必要なパラメータについて検討検討にあたり考慮すべき事項は以下のとおり海面での海面反射は陸上での大地等の反射と異なる特性を持つのか船舶の揺れが回線設計 ( フェージング ) にどれほどの影響を与えるか海上における環境雑音の振る舞い ( 環境雑音の有無品質への影響等 ) 以下の項目について平成 26 年度から平成 27 年度にかけて実施した技術試験事務において取得したデータを元に検討 200MHz 帯の周波数の海上での伝搬特性フェージングモデル及びフェージングマージン受信ダイバシティ効果海上単一回線における回線設計例 ( 海上での ) 環境雑音海上単一回線 ( 例 )

200MHz 帯の周波数の海上での伝搬特性 ( 検証概要 ) 2 検証の前提条件

現行の公共ブロードバンド移動通信システムで定められている技術基準に従うこととする

3 200MHz 帯の周波数の海上での伝搬特性 ( 検証概要 ) 2 検証の前提条件データ取得に用いる電波は現行の公共ブロードバンド移動通信システムで定められている技術基準に従うこととする取得データハイトパターン受信電力の長期変動陸上に設置した送信側のアンテナ高を変化させ海を挟んだ対向の陸上に設置したアンテナで受信波形及び受信電力を測定直接波と海面からの反射波の相関を確認するため受信電力の長期変動データについても取得指向性アンテナと無指向性アンテナ双方で測定を実施システム諸元項目周波数送信電力通信 / 多重化方式変調方式電波の型式諸元 195MHz ( チャネル間隔 :5MHz) 5W TDD/OFDM,OFDMA QPSK,16QAM,64QAM 4M90 X7W 伝搬損失距離特性送信側のアンテナを船舶に搭載し船舶の移動にともなう伝搬損失を測定環境雑音八木アンテナでの環境雑音測定風景

200MHz 帯周波数の海上での伝搬特性 ( 伝搬損失距離特性ハイトパターン ) 3 伝搬損失距離特性測定条件

ホイップ ( 無指向性 ) アンテナ 1~ アンテナ 2 間 4 m ( 海抜約 2.0m) 2.43 m ( 海抜約 9.

6km 送信アンテナ : アンテナ高 :1.8m~23.85m 受信アンテナ : アンテナ高 :2.

4 200MHz 帯周波数の海上での伝搬特性 ( 伝搬損失距離特性ハイトパターン ) 3 伝搬損失距離特性測定条件送信アンテナ受信アンテナ 1 受信アンテナ 2 受信アンテナ間距離八木 ( 指向性 ) ブラウン ( 無指向性 ) ホイップ ( 無指向性 ) アンテナ 1~ アンテナ 2 間 4 m ( 海抜約 2.0m) 2.43 m ( 海抜約 9.0m) 2.38 m ( 海抜約 9.0m) 約 4.5m ハイトパターン測定条件送受アンテナ間距離 :8.6km 送信アンテナ : アンテナ高 :1.8m~23.85m 受信アンテナ : アンテナ高 :2.38m( 固定 ) 伝搬損失距離特性は 2 波モデル ( 理論値 ) に一致受信電力[dBm] ハイトパターンは 2 波モデルのうち反射係数を -1 とするものにほぼ一致

200MHz 帯周波数の海上での伝搬特性 ( 受信電力長期変動 ) 4 受信電力長期変動測定条件送受アンテナ間距離 :1.

波モデル ( 反射係数 :-1) に近似周波数軸方向においてはフラットな変動であることを確認 200MHz

5 200MHz 帯周波数の海上での伝搬特性 ( 受信電力長期変動 ) 4 受信電力長期変動測定条件送受アンテナ間距離 :1.56km 送信アンテナ : アンテナ高 :5.9m( 海抜 :2.9m アンテナ設置高:3.0m) 受信アンテナ : アンテナ高 :6.35m ( 海抜 :3.2m アンテナ設置高:3.15m) 周波数軸方向の変動受信電力の相対値 [db] 受信電力の長期変動データから潮位による受信レベルの変動は 2 波モデル ( 反射係数 :-1) に近似周波数軸方向においてはフラットな変動であることを確認 200MHz 帯周波数の海上での伝搬特性は直接波 + 海面反射波 ( 反射係数 :-1) の 2 波モデルで表すことが可能海上でのフェージングモデルについては代表的な 2 波モデルである仲上 -Rice モデルを適用

港外船舶間の通信が主になる港内と比べて厳しくなる - 中継での利用は港内と港外を組み合わせたものになると想定港内での利用 ( 例 )

6 フェージングの検討 ( 概要 ) 5 海上利用におけるフェージングモデル及びフェージングマージンについてはそれぞれ以下について検討フェージングモデル利用環境想定される通信形態波による影響その他の要因港内陸上に設置した無線局との通信が多くなる比較的穏やか陸地の建造物や橋等による反射港外船舶間の通信が主になる港内と比べて厳しくなる - 中継での利用は港内と港外を組み合わせたものになると想定港内での利用 ( 例 ) 港外での利用 ( 例 ) フェージングマージンフェージングマージンに影響を与える要因は以下の3 点波による影響船舶の揺れによる影響船舶が通過するときの影響下り回線上り回線

7 フェージングモデルの検討 ( 波による影響 1) 6 短期間レベル変動分布累積確率分布波が穏やかな時 ( 波の高さ :20 cm ~40 cm ) 仲上 -Rice の累積確率分布約 -2dB 変動幅 :±0.5dB -6 波が荒い時 ( 波の高さ :1.7m~2.2m) 約 -7dB 仲上 -Rice の累積確率分布による検証結果より K ファクタ ( 直接波と反射波の電力比 )=40[dB] の時に確率変数は -6dB( 累積確率 0.001% ) 波が荒い時のレベル差が約 -7dB このため波による影響を考慮する場合のフェージングモデルは K=40[dB] としたときの仲上 -Rice モデルで近似が可能変動幅 :±2dB 波の影響を考慮するフェージングモデルは K=40[dB] としたときの仲上 -Rice モデルで表すことが可能

直接波よりも高い電力レベルの複数の反射波が到達し電波が打消しあうことにより電力レベル低下 ( 橋梁による反射が支配的

8 フェージングモデルの検討 ( 波による影響 2) 7 受信電力 [dbm] 橋梁を通過時刻橋梁通過時のインパルス応答受信電力の局所的な変動 ( マルチパスに起因 ) 受信電力 [dbm] 時間 [μsec] 直接波よりも高い電力レベルの複数の反射波が到達し電波が打消しあうことにより電力レベル低下 ( 橋梁による反射が支配的 ) 橋梁の通過により受信電力のレベルが低下していることから港内では陸地の建造物や橋梁等からの反射波によるマルチパスの影響について考慮が必要

フェージングモデルの検討 ( 波による影響 3) 8 FFT 処理による橋梁通過時の受信電力スペクトラム波形 Rice モデルを含むフェージングモデル ( 例 ) モデル名フェージングモデル Rice モデルの直接波と反射波の電力比 [db] TETRA Rural Area Rice モデル 0 1 COST 207 Rural Area

9 10 受信電力 [dbm] 周波数 [MHz] モデル COST 207 Rural Area のパラメータ直接波と反射波の電力比 [db] Rice モデルからの遅延量 [nsec] Rice モデルとの電力比 [db] Rice 6.

9 フェージングモデルの検討 ( 波による影響 3) 8 FFT 処理による橋梁通過時の受信電力スペクトラム波形 Rice モデルを含むフェージングモデル ( 例 ) モデル名フェージングモデル Rice モデルの直接波と反射波の電力比 [db] TETRA Rural Area Rice モデル 0 1 COST 207 Rural Area Rice モデルを含むマルチパスモデルパス数 3GPP Rural Area Rice モデルを含むマルチパスモデル受信電力 [dbm] 周波数 [MHz] モデル COST 207 Rural Area のパラメータ直接波と反射波の電力比 [db] Rice モデルからの遅延量 [nsec] Rice モデルとの電力比 [db] Rice Classical Classical Classical Classical Classical ( 出典 )3GPP TS v12.3.0( ) C.3.1 Typical case for rural area (RAx) OFDM 波に COST 207 Rural Area モデルを適用した時のスペクトラム波形港内のような陸地の建造物や橋梁等からの反射波による影響が考慮される環境におけるフェージングモデルとして仲上 -Rice モデルを含むマルチパスモデル (COST 207 Rural Area モデル ) を使用することが適当

10 フェージングマージンの検討 ( 波による影響 ) 9 1 海面反射による受信レベル変動長期間レベル変動( 直接波 + 海面反射波 ) 短期間レベル変動( 潮位変動排除 ) 2 潮位に起因する受信レベル変動受信 1 年間の潮位変動 (2015 年大浦 ) 2 波モデルにより計算した伝搬損失変動累積確率 [%] 電力変動値 [db] 潮位の最大最小差が最も大きな観測結果であった大浦において潮位による受信電力変動予測 ( 計算値 ) は 1dB 以内波による影響は潮位による受信電力変動を含めた場合 ±0.5dB( 波の反射による変動 )+1dB( 潮位による変動 ) と考えることができるため ±2dB のフェージングマージンを確保することが適当

5m 計測時の状況停泊中停泊中大型船舶での計測結果累積確率99% 信頼区間 :±2.7dB 累大型船舶小型船舶での計測結果 99% 信頼区間 :±3.

11 積確率(% )フェージングマージンの検討 ( 船舶の揺れによる影響 ( 陸上 - 船舶間通信 )) 10 使用した船舶の諸元大型船舶小型船舶総トン数 425トン 19トン全長 49.9m 17.8m 全幅 10.0m 4.3m 海面からのアンテナ高約 15.2m 約 7.3m 受信ダイバシティのアンテナ間距離約 2.8m 約 3.5m 計測時の状況停泊中停泊中大型船舶での計測結果累積確率99% 信頼区間 :±2.7dB 累大型船舶小型船舶での計測結果 99% 信頼区間 :±3.2dB 小型船舶電力変動値 [db] 電力変動値 [db] 船舶の揺れによる影響として船舶と陸上間の通信においては大型船舶が ±2.7dB 小型船舶が ±3.2dB であることを踏まえ ±4dB のフェージングマージンを確保することが適当

12 フェージングマージンの検討 ( 参考 : 船舶の動揺計測 ( 停泊時 )) 11 計測条件大型船舶ロールピッチ最大値 [deg] ロール : -0.9 ピッチ : -0.4 経過時間 [min] 小型船舶ロールピッチ計測地点 ( 赤丸部分 ) 出典 :Geospatial Information Authority of Japan ( 国土地理院の地理院地図 ( 電子国土 Web) 東京湾浦賀水道付近掲載 ) 最大値 [deg] ロール : -3.2 ピッチ : -4.5 経過時間 [min]

フェージングマージンの検討 ( 参考 : 船舶の動揺計測 ( 移動時 )) 12

13 フェージングマージンの検討 ( 参考 : 船舶の動揺計測 ( 移動時 )) 12 計測条件大型船舶ロールピッチ経過時間 [min] 小型船舶最大値 [deg] ロール : 1.6 ピッチ : 0.6 大型船舶の計測ルート出典 :Geospatial Information Authority of Japan ( 国土地理院の地理院地図 ( 電子国土 Web) 東京湾浦賀水道付近掲載 ) ロールピッチ経過時間 [min] 最大値 [deg] ロール : 4.5 ピッチ : 1.2 小型船舶の計測ルート出典 :Geospatial Information Authority of Japan ( 国土地理院の地理院地図 ( 電子国土 Web) 東京湾浦賀水道付近掲載 )

3m 計測時の状況停泊中移動中大型船舶での計測結果 99% 信頼区間約 8dB 99% 信頼区間 12dB 累積確率(% )大型船舶小型船舶頻度小型船舶での計測結果

14 フェージングマージンの検討 ( 船舶の揺れによる影響 ( 船舶間通信 )) 13 総トン数 8687 トン 3 トン全長 128.6m 6.0m 全幅 19m 2.6m 海面からのアンテナ高約 20.2m 約 4.0m 受信ダイバシティのアンテナ間距離約 6.1m 約 5.3m 計測時の状況停泊中移動中大型船舶での計測結果 99% 信頼区間約 8dB 99% 信頼区間 12dB 累積確率(% )大型船舶小型船舶頻度小型船舶での計測結果累積大型船舶小型船舶確率(% )使用した船舶の諸元頻度船舶の揺れによる影響として船舶間の通信においては大型船舶が ±4dB 小型船舶が ±6dB であることを踏まえ ±6dB のフェージングマージンを確保することが適当

15 フェージングマージンの検討 ( 船舶が通過するときの影響 ) 14 大型船舶の場合 ( 東京湾上 ) 大型船舶が通過したときに約 -1dB 程度受信電力が低下していることから船舶の通過については -1dB のフェージングマージンを確保することが適当

0E -6 において約 2~3dB の改善が見られる Rice モデルにおける受信ダイバシティ合成利得は 3dB とすることができる受信ダイバシティにより BER1.

16 フェージングモデルの検討結果を踏まえた受信ダイバシティの検討 15 港外モデルを仲上 -Rice モデル港内モデルを COST 207 Rural Area モデルとした場合の受信ダイバシティ改善効果について BER 特性から検討 Rice モデルの BER 特性 COST 207 Rural Area モデルの BER 特性約 3dB の改善約 10dB の改善受信ダイバシティにより BER1.0E -6 において約 2~3dB の改善が見られる Rice モデルにおける受信ダイバシティ合成利得は 3dB とすることができる受信ダイバシティにより BER1.0E -6 において約 10dB の改善が見られる COST 207 Rural Area における受信ダイバシティ合成利得は 10dB とすることができるフェージングモデルを踏まえた受信ダイバシティの改善状況について検討した結果フェージングモデル毎に異なる受信ダイバシティ合成利得 (3dB~10dB 程度 ) となる

200MHz 帯の周波数の海上での伝搬特性 ( 環境雑音特性 ) 16 測定箇所測定時刻 dbm/5mhz 八木アンテナでの測定結果アンテナ無し ( 測定フロアノイズ ) 11/28 10:15-104.

91 猿島 1 3 富津公園 2 海辺つり公園八木アンテナ ( 海辺つり公園 ) 3 12/6 10:30-101.64 八木アンテナ ( 金谷港付近 ) 4 12/3 10:10-100.

(ktb) のみを考慮した場合の雑音電力は -107dBm であることを踏まえると環境雑音の測定値は熱雑音よりも 3~5 db 程度高い ITU-R 勧告 P.329-9 Fig.

17 200MHz 帯の周波数の海上での伝搬特性 ( 環境雑音特性 ) 16 測定箇所測定時刻 dbm/5mhz 八木アンテナでの測定結果アンテナ無し ( 測定フロアノイズ ) 11/28 10: 八木アンテナ ( 猿島 ) 1 八木アンテナ ( 富津 ) 2 11/28 10:20 11/30 9: 猿島 1 3 富津公園 2 海辺つり公園八木アンテナ ( 海辺つり公園 ) 3 12/6 10: 八木アンテナ ( 金谷港付近 ) 4 12/3 10: 金谷港 4 出典 :Geospatial Information Authority of Japan ( 国土地理院の地理院地図 ( 電子国土 Web) 東京湾浦賀水道付近掲載 ) 熱雑音 (ktb) のみを考慮した場合の雑音電力は -107dBm であることを踏まえると環境雑音の測定値は熱雑音よりも 3~5 db 程度高い ITU-R 勧告 P Fig.10 都市雑音 ITU-R 勧告 P Fig.10 から算出周波数 [MHz] 195 地域 [MHz] 5 気温 [ ] 6 都市雑音 (dbm/5mhz) 都市部郊外開放地 ( ルーラル ) 海上で生じる環境雑音電力は開放値環境 ( ルーラル ) のモデルに近くなる

18 検討結果 MHz 帯の周波数の海上での伝搬特性は直接波と海面反射波で構成される 2 波モデルと一致海上の環境雑音は郡部環境の雑音のモデルに近い海上利用におけるフェージングモデルは波の影響のみを考慮する環境 ( 港外 ) のモデルとして仲上 -Rice モデルを陸地の建造物や橋梁等からの反射波による影響が考慮される環境 ( 港内 ) のモデルとして COST 207 Rural Area 50km/h を適用することが適当海上利用におけるフェージングマージンは通信区間毎に 3dB から 7dB を見込むことが適当陸上陸上 ( 海上を挟む ) 陸上船舶船舶船舶波の影響 ±2dB( 潮位変動含む ) - - 船舶の揺れによる影響 - ±4dB ±6dB 船舶通過時の影響 -1dB -1dB -1dB 合計 -3dB -5dB -7dB 受信ダイバシティはフェージングモデルにより 3~10dB 程度の合成利得を見込むことが適当海上単一回線での利用は陸上とほぼ同様の伝搬特性であるため技術的条件 ( 空中線電力隣接チャネル漏えい電力等 ) は現行の技術的条件を準用することが可能

dbm 37 37 37 37 4 送信アンテナ利得 dbi 2.15 10 2.

19 検討結果 ( 回線設計例 1) 18 ( 例 1) 港内での利用 COST 207 RA50 陸上アンテナ利得 :10dBi アンテナ高 :20m 下り回線上り回線船アンテナ利得 :2.15dBi アンテナ高 :5m 海上単一回線 ( 港内での海上伝搬モデル ) 項番項目単位 QPSK 通信 16QAM 通信船 -> 陸上陸上 -> 船船 -> 陸上陸上 -> 船 1 周波数帯 MHz 帯変調方式 ( 符号化率 ) QPSK(1/2) QPSK(1/2) 16QAM(1/2) 16QAM(1/2) 3 最大送信電力 dbm 送信アンテナ利得 dbi 受信アンテナ利得 dbi 送信給電線損失 db 受信給電線損失 db 受信 NF db 受信熱雑音 dbm/5mhz 環境雑音 ( 海上 ) dbm/5mhz 総雑音電力 dbm/5mhz 所要 SNR db 所要受信電力 dbm フェージングマージン db 受信ダイバシティ合成利得 db 送信アンテナ高 m 受信アンテナ高 m その他損失 ( 陸上側の樹木等の影響 ) db 伝送距離 (2 波モデル計算 ) km

20 検討結果 ( 回線設計例 2) 19 ( 例 2) 港外での利用 Rice モデル (K=40[dB] fd=0.93[hz]) 大型船舶アンテナ利得 :2.15dBi アンテナ高 :12m 下り回線上り回線小型船舶アンテナ利得 :2.15dBi アンテナ高 :5m 海上単一回線 ( 港外での海上伝搬モデル ) 項番項目単位 QPSK 通信 16QAM 通信大型 -> 小型小型 -> 大型大型 -> 小型小型 -> 大型 1 周波数帯 MHz 帯変調方式 ( 符号化率 ) QPSK(1/2) QPSK(1/2) 16QAM(1/2) 16QAM(1/2) 3 最大送信電力 dbm 送信アンテナ利得 dbi 受信アンテナ利得 dbi 送信給電線損失 db 受信給電線損失 db 受信 NF db 受信熱雑音 dbm/5mhz 環境雑音 ( 海上 ) dbm/5mhz 総雑音電力 dbm/5mhz 所要 SNR db 所要受信電力 dbm フェージングマージン db 受信ダイバシティ合成利得 db 送信アンテナ高 m 受信アンテナ高 m その他損失 ( 陸上側の樹木等の影響 ) db 伝送距離 (2 波モデル計算 ) km

150MHz 帯デジタルデータ通信設備のキャリアセンスの技術的条件 ( 案 ) 資料 - 作 4-4

150MHz 帯デジタルデータ通信設備のキャリアセンスの技術的条件 ( 案 ) 資料 - 作 4-4 150MHz 帯デジタルデータ通信設備のキャリアセンス 1 1 キャリアセンスの技術的条件の検討米国の海上無線技術委員会 ( 以下 RTCM:The Radio Technical Commission For Maritime Services) より 2009 年 7 月に ITU-R 勧告