不完全mrcの ダイバーシチオーダについて - university of...
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電気通信大学
アンテナ・伝播研究会(H25.09.12)
不完全MRCのダイバーシチオーダについて
唐沢 好男
電気通信大学
1
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電気通信大学
発表の内容
本研究の端緒
最大比合成とダイバーシチオーダ
不完全最大比合成とは
理論式の導出
まとめ
2
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電気通信大学
本研究の端緒
最大比合成とダイバーシチオーダ
不完全最大比合成とは
理論式の導出
まとめ
3
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電気通信大学
OFDM信号と電波伝搬パラメータとの関係
遅延スプレッドst
ガードインターバル OFDM有効シンボル
TGI Ts
フェージング(振幅・位相変動)
遅延
Tf = 1/ fD
要求条件
st << TGI << Ts << Tf
伝搬要因2ドップラ広がり
伝搬要因1遅延広がり
OFDM信号
(1/100)Tf以下が望ましい
4
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電気通信大学
ガードインターバル OFDM有効シンボル
TGI Ts
遅延の広がりがOFDMのGI長を超えると(=GI 不十分問題)
Irreducible Error「符号間干渉+直交性の崩れ」による誤りの発生
5
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電気通信大学
0
1ea2ea
ia
eDelay t
マルチパス伝搬環境 2波モデル
近似(ETP model)
2波モデルでのBER特性 (BER map)
BERフロア値の統計的推定
電波伝搬 変復調方式
);,(0 erP
);,( er rf
drdPfr 0
軽減困難な誤りの発生確率の等価伝送路モデルによる解析
6
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電気通信大学
Fig. 4
最大比合成
OFDM信号の最大比合成とその等価伝送路モデル表現
これを理論的に解析するためにはc1, c2の確率分布の式の導出が必要
不完全MRCの問題に帰着できる(本発表の動機)
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本研究の端緒
最大比合成とダイバーシチオーダ
不完全最大比合成とは
理論式の導出
まとめ
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1n 1w
2n 2w
Nn Nw
1a
2a
Na)(ts
a )(tn w
)(ty
最大比合成(MRC)ダイバーシチ
)()(H
tty uw
w
完全MRC
aw
9
)()()( ttst nau
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i.i.d. フェージング環境下での(完全)MRC
受信信号のCNRの確率分布:自由度 2Nのc二乗分布(ガンマ分布)
信号成分の振幅の確率分布: 仲上m分布
2
12
exp)(
2),;( r
Ωm
Ωmrm
Ωmrf m
mm
Nm
2rΩ
N
rr
r
rr
rm
224
22
222
22
ダイバーシチオーダ (DO)
10
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N
ダイバーシチ合成電力の累積分布
DO=1
DO=2
11
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0.000001
0.00001
0.0001
0.001
0.01
0.1
1
0 10 20 30 40 50
BER
CNR (dB)
N=1
2
3
4
10dB
1桁10dB
2桁
DO=1
DO=2
BER特性とダイバーシチオーダ
DQPSK
DO=N
12
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本研究の端緒
最大比合成とダイバーシチオーダ
不完全最大比合成とは
理論式の導出
まとめ
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不完全MRC
wawH
g
wwwaaw
H
HH22 gr
baw (b が誤差を与える項: i.i.d.)
信号成分の合成振幅
合成ウェイト
信号成分の合成電力
14
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電気通信大学
2
12
exp)(
2),;( r
Ωm
Ωmrm
Ωmrf m
mm
Nm
?2 rΩ
?224
22
222
22
rr
r
rr
rm
ダイバーシチオーダ (DO)
不完全MRCの場合も、振幅分布は仲上m分布が維持されると仮定する
ダイバーシチオーダを知るためには<r2> と <r4> を求めればよい
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電気通信大学
22H / awaw
xwa 21
N 222 xwa
a と w の相関係数 (実数値を仮定)
ここで
16
wと無相関なi.i.d.ベクトル xを導入
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ww
wxwxwwH
H22H 11
wwwxxwww H
HH2H22 )1( r
1)1( 2 N
ww
wxxwxwwxww H
HH2HH2H2 11
<r2> の導出
171)1( 22 Nr
wwwaaw
H
HH22 gr
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2
H
H22H
4 11
ww
wxwxww r
2
H
HH2HH2H2 11
ww
wxxwxwwxww
xwwxwxxwwwww HHHH22HH44 )1(2 r2
H
HH22 )1(
wwwxxw
)1(HH NNwwww
N xwwxwxxw HHHH
22
H
HH
ww
wxxw2)1(4)23( 2424 NNNr
<r4> の導出
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電気通信大学
2222
222
224
22
)1()2()1(
NN
rr
rm
仲上m分布のパラメータ値
ダイバーシチオーダ
1)1( 22 NrΩ 平均電力
19
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電気通信大学
1
10
0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Diversity order m
Weight accuracy
2
3
4
6
8
N=8
6
4
3
2
不完全MRCのダイバーシチオーダ
20
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-20 -15 -10 -5 0 5 100
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Combined Power (dB)
Cumulative proba
bility
calculated
simulated
= 0
0.4
0.6
0.8
1.0
計算値とシミュレーション値の比較
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この部分に誤差が出ている(仲上m分布からずれている)ので、使用目的に注意
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電気通信大学
0
0
1 MΓMΓ
実際のMRCでの、相関係数の算定
M0Γ サンプル信号のCNR
平均サンプル数
G0 M 1 3 10
0 dB 0.71 0.87 0.95
5dB 0.87 0.95 0.98
10dB 0.95 0.98 0.99
注)これはあくまで大雑把な算定である22
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電気通信大学
まとめ
1)i.i.d.フェージング環境下での不完全MRCの理論解析を行った
2)ウェイトの不完全さを相関係数で与えるMRCにおける、ダイバーシチオーダの理論式を導いた
この解析結果をベースに、当初の目的である不完全GIのOFDM-MRCの解析モデル(等価伝送路モデル)の確立に進みたい
23