相互変調歪干渉を低減するマルチビーム周波数配置

ビームフォミング技術を用いた可変マルチビーム衛星システムと相互変調歪干渉を低減する周波数配置法

１．通信のｻｰﾋﾞｽｴﾘｱを複数のﾋﾞｰﾑで覆うﾏﾙﾁﾋﾞｰﾑ通信は，送信電力と受信電力の増大が可能であり，衛星移動体通信に導入されています．

　従来，衛星移動体通信用のﾏﾙﾁﾋﾞｰﾑｼｽﾃﾑの衛星搭載送信機として，Fig. 1に示すﾏﾙﾁﾎﾟｰﾄ増幅器が開発され多くのｼｽﾃﾑで使用されていますが，ｱﾅﾛｸﾞRF(無線周波数)回路で構築されており，ﾋﾞｰﾑ数が多くなると回路が複雑となり，回路損による性能劣化や生産コストの増加を伴う課題があります．

　一方，Fig. 2に示すﾃﾞｨｼﾞﾀﾙﾋﾞｰﾑﾌｫｰﾐﾝｸﾞ型ﾏﾙﾁﾋﾞｰﾑｼｽﾃﾑは，回路規模を縮小することができ，高性能で経済的なｼｽﾃﾑの実現が期待できます．Fig. 3と4に示すようにﾋﾞｰﾑの方向と電力配分が可変できます．

　このﾃﾞｨｼﾞﾀﾙﾋﾞｰﾑﾌｫｰﾐﾝｸﾞ技術を用いたﾏﾙﾁﾋﾞｰﾑ送信ｼｽﾃﾑでは，電力増幅器(HPA)をﾏﾙﾁﾋﾞｰﾑ間で共用するために相互変調歪が発生し干渉が発生します．

　本研究室では，この相互変調歪による干渉を低減し，高効率でHPAを動作可能とする検討を行い， Fig. 5－１，５に示すように各ﾋﾞｰﾑへの周波数を最適に割り当てることにより干渉の影響を緩和し，HPAを高効率に動作可能な方法を提案しています．

　さらに本ｼｽﾃﾑでは，ﾌｪｲｽﾞﾄﾞｱﾚｲで構成され，ｱﾝﾃﾅ間隔の偏差，信号経路の偏差などにより位相と利得に誤差が存在すると放射ﾋﾞｰﾑの方向に誤差が発生します．

　そこで本研究室では，現実のｼｽﾃﾑ状況を考慮して，これらの設定誤差が存在する時の放射ﾋﾞｰﾑの方向制御法を提案し，その評価を行うとともに，電力増幅器(HPA)で発生する相互変調歪の影響を緩和する制御法が設定誤差のある状況でも有効であることを検証しています．

Fig.1　マルチポート増幅器の構成

Fig. 2 ビームフォミング技術を用いた可変マルチビーム衛星システムの構成

Fig.3 可変ビームパターンの例

~~・電力と周波数帯域を有効利用する空間重畳型多値変調方式( 16QAM, 32APSK, 64QAM )の研究~~

~~・マイクロ波空間ベクトル重畳合成の研究　－空間重畳技術-~~

~~・非常災害時の被災者救援要請・探索・救援通信を支援するバッテリレスワイヤレス通信の研究~~

~~・環境電磁波のエネルギを利用するEnergy harvesting 技術~~

~~・バッテレリレスユビキタスワイヤレス通信システム~~

~~・マルチポート増幅器(MPA)の開発と衛星移動体通信システムの高性能化の検討~~

~~・HPAの非線形特性解析　ー　マルチキャリア動作時の帯域外スプリアス放射レベルの推定法　－~~

~~・ビームフォミング技術を用いた可変マルチビーム衛星システムと相互変調歪干渉を低減する周波数配置法~~

~~・電波伝搬変動に基づく地震前兆検出の研究~~

~~・経済的なユビキタスワイヤレス通信の研究~~

~~・非線形歪みによる伝送劣化の解析と電力増幅器の高効率化の研究~~

~~・マルチメディア衛星通信システムの研究~~

~~・商用通信衛星，技術試験衛星搭載通信機器の研究開発 (NTT研究所での成果）~~

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Fig.4 可変ビームパターンの例

２．マルチキャリア間の相互変調干渉低減法

マルチキャリア・マルチビーム通信は，伝送容量の増加，周波数の有効利用，送信電力の向上に有効な通信方式であり，衛星移動体通信に現在使用されており，さらに，５GのマルチユーザMIMOに適用が検討されている．この方式では，多数の周波数を利用するために，送信機の非線形特性で相互干渉が発生し，通信性能が劣化する課題がある．本論文では，この問題を解決するために，フェーズアレイアンテナによる空間合成時の特性を利用して，干渉波を送信信号に関係しないビームに送出方向を向けることで，干渉を低減する周波数割当法を提案し，送信機の低消費電力化，小型・低コスト化に有効であることを示している．

Fig.5-1 　相互変調歪干渉を低減する周波数配置　(一次元）

Fig. 5 An example of frequency allocation avoiding interference between communication wave F2 and F1+F3-F2 (red colored beam).

Fig. 6 Layout of multiple beams employing frequency reuse. The same frequency is used in the same group(color). A total of 30 carriers can accommodate 100 channels.

Fig. 7 Channel allocation and interference distribution when frequencies are assigned sequentially. (wothout allocation control)

Fig. 8 Channel allocation and interference distribution after reduction control.

Published Papers:

Masayoshi TANAKA, Frequency Allocation Method for Intermodulation Interference Reduction in Multibeam Wireless Communication, Proceeding of Academic Conference of Nihon University, College of Industrial Technology, 2-44, pp261-264, 2019, ISSN 2186-5647. Ref.pdf
Masayoshi.Tanaka & Hideaki Masaki, Multibeam Mobile Satellite Communication Payload with Beam-forming Network, 25th AIAA International Communications Satellite Systems, AIAA ICSSC, AIAA-2007-3179, 2007 Ref.　Ref pdf
Zhi Dong Liu, Masayoshi TANAKA， Multibeam Direction Control in Beam-Forming-Network System Considering Setting Errors， IEICE National Conf.， B-3-16,2009
Zhi Dong Liu, Masayoshi TANAKA， A Study on Intermodulation Interference in Digital Multibeamforming System with Setting Errors, IEICE National Conf., B-3-7,2008
Hideaki Masaki, and Masayoshi Tanaka, Intermodulation Interference Reduction of Frequency-reused Multibeam Satellite System Employing Digital Beamforming， IEICE, Nationa Conf., B-3-13，2007
Hideaki Masaki, and Masayoshi Tanaka, Intermodulation Interference Reduction of Multibeam Satellite System Employing Digital Beamforming， IEICE, Comm Society Conf., B-3-8，2006
Hideaki Masaki, and Masayoshi Tanaka, Intermodulation Analysis of Multibeam Satellite System Employing Digital Beamforming， IEICE, National Conf., B-3-8，2006
Kiminori SATOH, and Masayoshi TANAKA， Inter-beam Interference Reduction in Multibeam Satellite System Employing Digital Beamforming Technology， IEICE, National Conf., B-3-1, 2006
Kiminori SATOH, and Masayoshi TANAKA， Influence of RF element failure and its compensation in digital beamforming， IEICE, Comm Society, B-3-18，2005
Kiminori SATOH, and Masayoshi TANAKA， A Study on Multi-Beam Satellite System using DSP Technology - Variable Beam Pattern and Variable Transmitting Power IEICE, National Conf., B-3-20，2005

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