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ゆりかつねざき
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1 1 リアルタイム伝搬測定にもとづく MIMO 固有モード間相関解析 Correlation Analysis of MIMO Eigenmodes Based on Real-Time Channel Measurement 水谷慶阪口啓高田潤一荒木純道 Kei Mizutani Kei Sakaguchi Jun-ichi Takada Kiyomichi Araki 東京工業大学

2 発表内容研究背景研究目的 MIMO 固有モード伝送システム理想的な場合フィードバック遅延がある場合固有モード間干渉固有モード間の相関特性固有モード間干渉を考慮した伝送容量信号対干渉雑音電力比フィードバック遅延の有無による伝送容量の比較まとめ 2

3 3 研究背景 MIMO 固有モード伝送システム送受信ビームフォーミング伝送容量最大 Tx weight V Scatterer MIMO channel H=UDV H 3 rd eigenmode Receiver 1 st eigenmode Transmitter 2 nd eigenmode Scatterer Rx weight U H

4 研究目的動的伝搬路フィードバック遅延による特性劣化伝搬測定データを用いて, 伝搬路に時間変動がある場合の固有モード間相関特性とその影響を解析 Tx weight V(n 1) Feedback delay Scatterer n: Discrete time index Receiver Transmitter Scatterer Rx weight U(n) H 4

5 5 MIMO 固有モード伝送システム ~ 理想的な場合 ~ チャネル行列受信信号 y = H s + n 特異値分解 H = U D V H D = 受信ウェイト白色雑音送信信号送信ウェイト y = U H (H V s + n) = D s + U H n 4 4 MIMOシステムでは特異値利得の異なる直交した SISO チャネルに分離対角行列ユニタリ行列

6 6 MIMO 固有モード伝送システム ~ フィードバック遅延がある場合 ~ 時刻 n の受信ウェイト時刻 n 1 の送信ウェイト y(n) = U(n) H {H(n) V(n 1) s(n) + n(n)} = D(n) V(n) H V(n 1) s(n) + U(n) H n(n) V(n) と V(n 1) の相関が固有モード間の直交性を左右第 i 固有モードの右特異ベクトル v i = v 1 右特異行列 v 2 v 3 V = v 1 v 2 v 3 v 4 v 4

7 7 V(n) と V(n 1) の相関行列固有モード間干渉 R(n) = V(n) H V(n 1) R ij (n) = v i (n) H v j (n 1) ( 相関係数 ) 時間変動により V(n) と V(n 1) の相関が低くなると R(n) = < 1 : 自モードの利得減少 > : 他モードからの干渉増加 y = D(n) R(n) s(n) + U(n) H n(n)

8 8 測定環境と主要諸元 Tx antennas Tx antennas Door Rx antennas 8.1m Shelf Desk Desk Desk Desk Desk Shelf Locker Locker Tx Partition Shelf Tx antennas 1 2 Shelf 3 λ/2 4 Rx antennas Table 中心周波数送受信アンテナトレーニング信号測定間隔測定時間 5.6GHz 半波長間隔 4 素子 ULA IEEE82.11a 準拠 OFDM 約 27ms 18s Rx Shelf Desk Desk Rx antennas Desk Desk λ/2 7.3m Desk Shelf

9 9 Correlation coefficient 固有モード間の相関特性 ~ 第 1 固有モード ~ フィードバック遅延があると, 環境の変動により他モードとの相関が発生固有モード間干渉 with 1st eigenmode with 2nd eigenmode with 3rd eigenmode with 4th eigenmode 他のモードからの干渉

10 Correlation coefficient 固有モード間の相関特性 ~ 第 2~4 固有モード ~ 第 2 固有モード Correlation coefficient 第 3 固有モード Correlation coefficient 第 4 固有モード with 1st eigenmode with 2nd eigenmode with 3rd eigenmode with 4th eigenmode

11 11 固有モード間干渉を考慮した伝送容量第 i 固有モードの瞬時伝送容量 ( 各固有モードの送信電力 P, 雑音電力 σ 2 ) 信号電力 C i =log 2 1 PR 2 ii i 2 j i PR ij 2 i [bps/hz] 雑音電力信号対干渉雑音電力比 (SINR) 信号対雑音電力比が高いと干渉による劣化が支配的干渉電力

12 12 信号対干渉雑音電力比固有モード間干渉により, 信号対干渉雑音電力比は 2 3 db 容易に劣化 1st eigenmode 2nd eigenmode 3rd eigenmode 4th eigenmode 5 フィードバック遅延なし 5 フィードバック遅延あり 4 4 SINR [db] SINR [db]

13 13 フィードバック遅延の有無による伝送容量の比較信号対干渉雑音電力比の劣化に伴い伝送容量は大きく損失 1st eigenmode 2nd eigenmode 3rd eigenmode 4th eigenmode Total フィードバック遅延なしフィードバック遅延あり Capacity [bps/hz] Capacity [bps/hz]

14 14 Capacity loss rate 理想フィードバック時の伝送容量に対する割合フィードバック遅延がある場合, 平均して 4 割程度の伝送容量しか得られない! Capacity loss rate Average 固有ビーム空間における干渉キャンセラが必須!

15 まとめリアルタイム伝搬測定データを用いてフィードバック遅延がある場合の MIMO 固有モード間相関特性を解析固有モード間干渉により伝送容量が大きく劣化今後の課題干渉キャンセラ型固有モード伝送システムとの比較フィードバック遅延の大小による特性比較 15

16 16 干渉キャンセラ型との比較ロバスト性は向上雑音強調による劣化あり 1 ~Beamspace ZF~ Feedback SVD Beamspace ZF Capacity loss rate

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第122号.indd -1- -2- -3- 0852-36-5150 0852-36-5163-4- -5- -6- -7- 1st 1-1 1-2 1-3 1-4 1-5 -8- 2nd M2 E2 D2 J2 C2-9- 3rd M3 E3 D3 J3 C3-10- 4th M4 E4 D4 J4 C4-11- -12- M5 E5 J5 D5 C5 5th -13- -14- NEWS NEWS -15- NEWS