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- せい さかど
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1 LDACS1 のビット誤り率特性の改善 監視通信領域 北折潤 塩見格一 2016/6/10
2 目次 はじめに LDACS1 概要 フェージング環境下のLDACS1 BER 特性 改善策 実験 考察 まとめ 1
3 はじめに Air Navigation Conference/11 十分な通信性能 ATMの効率化を考慮した通信の高度化が必要と勧告 Action Plan 17 洋上 陸域 空港面それぞれの領域に適切な通信システムを選定 陸域向けシステム 4 種類はどれも L バンドを使用 4 種類を 2 種類にまで集約 L-band Digital Aeronautical Communications System Type 1/Type 2 2
4 これまでの背景 VDL に代わる陸域高速 DL として LDACS 提案 他の ARNS システムとの共用問題 LDACS1 と LDACS2 に互換性なし 高速伝送 周波数利用効率等で LDACS1 優位 LPES(LDACS 物理層実験システム ) フェージング環境下で LDACS1 の BER 特性劣化 リンク方向によって BER 劣化度合いが異なる 受信機側での信号処理法を見直し フェージング環境下での LDACS1 の BER 改善を図る 3
5 LDACS1 概要 OFDM( 直交周波数分割多重方式 ) FDD( 周波数分割複信方式 ) 航空機局 地上局 FL( フォワードリンク ) とRL( リバースリンク ) は別々の周波数チャネル 地上局 航空機局 4
6 LDACS1 信号配置図 5
7 LDACS1 主要諸元 使用周波数帯 複信方式 アクセス方式 変調方式 [MHz] FDD OFDMA 4/16/64QAM+OFDM チャネル幅 [kHz] x 2 ビット伝送速度 誤り訂正 ( 外符号 ) ( 内符号 ) ~2500.0[kbps] リードソロモン ( パンクチャド ) 畳み込み FFT サイズ 64 サンプリング時間 OFDM シンボル長 1.6[μs] 120[μs] サブキャリア数 50 サブキャリア間隔 [kHz] 6
8 BER 特性測定実験環境 フェージングシナリオ (AWGN) ENR TM APT LPES 搬送波周波数設定 :970MHz 7
9 フェージング環境設定 環境名 (AWGN( 加法性白色ガウス雑音 )) ENR( エンルート ) TM( ターミナル ) APT( 空港面 ) 設定 フェージングなし直接波のみ移動体速度 (0) Rice フェージング (K ファクタ 15dB) 直接波と 2 遅延波 (0.3μs,15μs) 移動体速度 (600knot) Rice フェージング (K ファクタ 10dB) ドップラモデル (Jakes) 移動体速度 (300knot) Rayleigh フェージングドップラモデル (Jakes) 移動体速度 (200knot) 8
10 Bit Error Rate BER 特性実験結果 (TM 環境 初期実装 ) 10 0 LDACS1 BER performances (TM, FEC) C/N が大きくなっても BER が高いまま FL RL C/N [db] 9
11 FL と RL の BER 特性差の要因 判定帰還型等化器 1OFDM シンボル前の伝搬路推定値を現在の推定値で更新する等化方法 FL データフレーム ( 一部 ) RL データフレーム パイロット信号の時間的配置が OFDM シンボル毎 パイロット信号の時間的配置が飛び飛び 10
12 等化アルゴリズム 判定帰還型等化器 1 つ前の OFDM シンボルで推定した伝搬路状態を更新 FL RL 内挿型等化器 RL ではパイロット信号のない OFDM シンボルがある RL 1 番目赤 2 番目黄 3 番目青 一旦 先に数シンボルをバッファに入れ内挿計算で等化する 11
13 実装等化器一覧 等化器番号 等化方式補間計算補間対象行列 1 判定帰還型 ゼロフォーシング 線形按分 H -1 2 内挿型 ゼロフォーシング 線形按分 H 3 内挿型 ゼロフォーシング 線形按分 H 4 内挿型 ゼロフォーシング 位相按分 H 5 判定帰還型 ゼロフォーシング 位相按分 H -1 6 判定帰還型 最小平均二乗誤差 位相按分 H -1 7 内挿型 最小平均二乗誤差 位相按分 H 8 判定帰還型 最小平均二乗誤差 位相按分 H 12
14 RL データフレームパイロット信号配置パターン オリジナルパターン パターン 1 パターン 2 パターン 3 13
15 結果比較概要 等化器番号 等化方式補間計算補間対象行列 BER 特性改善度 1 判定帰還型 ゼロフォーシング 線形按分 H -1 2 内挿型 ゼロフォーシング 線形按分 H 3 内挿型 ゼロフォーシング 線形按分 H 4 内挿型 ゼロフォーシング 位相按分 H 5 判定帰還型 ゼロフォーシング 位相按分 H -1 6 判定帰還型 最小平均二乗誤差 位相按分 H -1 7 内挿型 最小平均二乗誤差 位相按分 H 8 判定帰還型 最小平均二乗誤差 位相按分 H + パイロットパターン 3 14
16 Bit Error Rate BER 特性実験結果 (TM 環境 ) 10 0 LDACS1 BER performances (TM, FEC) FL RL C/N [db] 15
17 Bit Error Rate BER 特性実験結果 (TM 環境 ) 10 0 LDACS1 BER performances (TM, FEC) FL RL RL improved C/N [db] 16
18 Bit Error Rate BER 特性実験結果 (ENR 環境 ) 10 0 LDACS1 BER performances (ENR, FEC) C/N [db] FL RL 17
19 Bit Error Rate BER 特性実験結果 (ENR 環境 ) 10 0 LDACS1 BER performances (ENR, FEC) C/N [db] FL RL RL improved 18
20 Bit Error Rate BER 特性実験結果 (APT 環境 ) 10 0 LDACS1 BER performances (APT, FEC) C/N [db] FL RL 19
21 Bit Error Rate BER 特性実験結果 (APT 環境 ) 10 0 LDACS1 BER performances (APT, FEC) C/N [db] FL RL RL improved 20
22 RL データフレーム BER 改善に関する考察 今回 BER 改善に最も効果があった方法 等化器 8 番とパターン 3 の組み合わせ TM と ENR で FL データフレーム程度の BER まで改善 判定帰還型等化器 + オリジナルパターンでは伝搬路推定の更新間隔が広く 古い伝搬路推定状態を引きずるため BER が劣化 パターン 3 はスキャッタドパイロットで各 OFDM シンボル内の補間精度は下がるものの 毎回伝搬路推定状態が更新され判定帰還型等化器の特性に適合 内挿型等化器での改善効果は低かった オリジナルパターンに対しては多少改善効果あり 一部補外計算となる等伝搬路推定性能が不十分 21
23 RL データフレーム BER 改善に関する考察 -2 APT での特性 等化器 8 番とパターン 3 の組み合わせが最良 しかし C/N=20[dB] で誤り訂正後 BER が 10-2 程度 現実的には 受信点からみた電波の到来方向に偏りがあるとみられ Rice フェージングに近い状況になれば BER は低下すると期待できる 誤り訂正適用後 BER が 10-4 程度以下であれば 上位層の再送機能等によって伝送情報の補償が可能 22
24 まとめ LPES 及びフェージングシミュレータを利用して フェージング環境における LDACS1 の BER 特性を調査 規定上の RL データフレームのパイロット信号配置ではフェージング環境に弱く FL データフレームに比べて著しく BER 特性が劣化 等化方式自体は判定帰還型を使うものの RL データフレームのパイロット信号配置をスキャッタドパイロットとした場合 FL データフレーム程度まで BER 特性を改善できた 航空用データリンクは航空機の高速移動が前提マルチパスフェージング等が通信性能に大きく影響 本研究の成果 知見は OFDM ベースの航空用高速データリンクの通信性能改善に役立つ 23
25 ご清聴 ありがとうございました 24
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目 次 はじめに 目次 1. 目的 1 2. 適用範囲 1 3. 参照文書 1 4. 定義 2 5. 略語 6 6. 構成 7 7. 共通事項 8 7.1 適用範囲 8 7.2 送信ネットワーク 8 7.2.1 送信ネットワークの分類 8 7.2.2 送信ネットワークの定義 10 7.3 取り扱う主な信号の形式 12 7.3.1 放送 TS 信号形式 12 7.3.2 OFDM 信号形式 14 7.4
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電波法関係審査基準の一部を改正する訓令案新旧対照表 改正案別紙 2( 第 5 条関係 ) 無線局の目的別審査基準第 1~ 第 4 ( 略 ) 第 5 放送関係 現行別紙 2( 第 5 条関係 ) 無線局の目的別審査基準第 1~ 第 4 ( 略 ) 第 5 放送関係 1 放送事業用 1 放送事業用 ( 略 ) (1)~(4) ( 略 ) (5) 移動業務の局 ( 実数零点単側波帯変調方式 ( 以下 RZ
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