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航空無線へのCDMA

航空無線へ CDMA方式の 方式の

適用可能性

通信・航法・監視領域 北折 潤

機上等技術領域 金田 直樹

客員研究員 小園 茂

松久保 裕二

塩見 格一


現行の空地通信システム








無線電話

近い

UHF

音声(DSB-AM)

VHF

音声(DSB-AM)

データ(MSK)

ACARS

衛星昙通信 衛星昙通信

地上局からの距離

AMSS(Lバンド)

音声(デジタル)

データ(QPSK/BPSK)

対空通信 対空通信

HF

音声(SSB-AM)

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 2

遠い


航空用VHF 航空用 VHFバンドの特徴

バンドの特徴

近距離航空通信で最暷も良く使われるバンド

HFに比べ安定した通信を提供できる

HFに比べ安定した通信を提供できる

118-137 118 137MHz( MHz(25kHz 25kHz幅で 幅で760 760チャネル チャネル)

航空管制通信(ATC)

航空管制通信 ATC)用チャネルが

用チャネルが最暷多夊 最暷多夊

その他カンパニー無線(AOC)等にも割当て

大夓部分が音声

大夓部分が 音声通信用 通信用(DSB DSB-AM AM無線電話 無線電話)

通信内容の傍受が容易昒

データ通信用

データ通信用(ACARS

ACARS、VDL VDLモード モード2) 2)

高トラフィック時昷に伝送遅延が増加

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 3


将来曹の無線システムに望曇まれる要件

日本曓では

高速伝送の要求

セクタ間ハンドオフで

作業負荷減浦

欧米では

空港海密度も高く

航空用チャネル不足

世界的には

システム統一規格

周波沿数暼効利用

高速大夓容量回線

高信頼性

低コスト

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 4


高速・大夓容量回線の実現

現状では将来曹の通信需要増に対応できない

割当バンドの追加

VHF帯のバンド

VHF帯のバンド新規割当は極めて困難

新規割当は極めて困難

バンドの暼効活泯用

狭帯域化→チャネル数は増、高速通信は困難

周波沿数使用効率の高い技術の導入→高速通信も可

周波沿数使用効率の高い技術の導入 →高速通信も可

別バンドへの移行

UHF、Lバンド、

UHF バンド、Cバンド バンド…

もっと根本曓的な解決案?

もっと根本曓的な解決案

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 5


航空通信分野での各国の取り組み

基礎的な検討の段階

現時昷点で仕様の明らかな各種システムの比較

従来曹型の航空通信システム(ACARS, 従来曹型の航空通信システム ACARS, VDL含む VDL含む)

第3世代携帯網、

世代携帯網、UMTS(IMT UMTS(IMT-2000) 2000)

IEEE 802.11 無線LAN 無線 LAN

衛星昙通信なども含めて・・・

未曑解決の技術的課題が山積

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 6


我々のアプローチ

実用化されている各

種通信システムの

特徴

対空通信の特徴

移動体速度、基地局エリアサイズ、通信

形態等が大夓きく異なる

管制通信の特徴から導かれる航空用高速通信の

条曵件について研究

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 7


周波沿数利用効率の高い方式

CDMA

マルチパス、電波沿干浟に強い

通信の秘匿性が高い

ソフトハンドオフ可

携帯電話網等の移動体通信に使われている

OFDM

フェージング、マルチパスに強い

ピーク電力が大夓きい

地上波沿デジタル放送等に使われている

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 8


CDMAでの拡散方式

CDMAでの拡散方式

スペクトル拡散すると

DS FH

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 9


拡散方式と遠近問題

遠方の局からの信号が近傍局の強い信

号の干浟を受けて、受信性能が劣化す

るDS-CDMA特暼の問題。

一般的に送信電力制御が暼効。

拡散方式

遠近問題

拡散比

直接拡散(DS)

直接拡散 DS)

あり

大夓きく取れる

周波沿数ホッピ

ング(FH) ング FH)

なし

高速ホッピン

グに難あり

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 10


使用バンド候補

VHF

伝搬距離大夓(長距離用

伝搬距離大夓 長距離用)

現用チャネルとの干浟問題(移行時昷

現用チャネルとの干浟問題 移行時昷)

UHF

軍用がほとんど

Lバンド バンド

DME(距離測浴定装置

DME( 距離測浴定装置)用を転用 用を転用

Cバンド バンド

MLS(マイクロ波沿着陸システム

MLS( マイクロ波沿着陸システム)用を転用 用を転用

空間減浦衰大夓(近距離用

空間減浦衰大夓 近距離用)

元々は

航法沵用

バンド

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 11


ドップラシフト

移動局の速度が大夓きいほどドップラーシフト大夓

高周波沿帯ほどドップラーシフト大夓

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 12


フェージング

状態

エンルート時昷

離着陸時昷

タキシング時昷

駐機時昷

ライス係数

K[dB]

15.0

15.0

6.9

-

移動体最暷大夓速度

[m/s] m/s]

440.0

150.0

15.0

5.5

出典元 Erik Haas, “Aeronautical Channel Modeling”, IEEE

Trans. Veh. Technol. Vol.51, No.2, Mar. 2002

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 13


対空無線の特徴からくる制約

音声通信

PTTによる半二重通信

PTTによる半二重通信(操作上の互換性

操作上の互換性)

1局の送信を他の全局が聴取するパーティライン

局の送信を他の全局が聴取するパーティライン

移動局同士での直接交信もサポート

データ通信

基地局→全移動局(ブロードキャスト)

基地局対1移動局(双方向ユニキャスト)

基地局対 移動局(双方向ユニキャスト)

1移動局→他の全移動局(ブロードキャスト)

移動局→他の全移動局(ブロードキャスト)

その他、ユーザからの要望曇事項等含む

飛行フェーズにより異なる移動速度

音声とデータの両者の取り扱い、等

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 14


パーティライン

送信内容は電波沿の到達範囲

にある全局に伝わる

PTTスイッチ押下時昷のみ送信

し、それ以外备は受信するため、

半二重通信になる

この方式だと航空機同士の

直接交信も可能

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 15


全二重方式

パーティラインと同様に移動

局→他局を実現するには一

旦基地局をリレーする必要が

ある

CDMA方式では電力制御や同期曋

の理由により、基地局と移動局の

役割に違いがある

空地間を全二重方式とすると、

また、基地局がリレーできな

い状況沦での移動局間通信が

できない

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 16


全二重vs 全二重 vs半二重 半二重

管制通信では管制機関優先

半二重は移動局間通信に向くが基地局優先は??

半二重は移動局間通信に向くが基地局優先は ??

また、通信負荷増大夓時昷の性能劣化は?

また、通信負荷増大夓時昷の性能劣化は

全二重の方が高速通信に適切だが、移動局間通信をどう

実現?

実現

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 17


FDDvsTDD

周波沿数分割duplex

周波沿数分割 duplex vs 時昷分割duplex

時昷分割 duplex

FDDは上下回線用にペアバンドを要する

FDDは上下回線用にペアバンドを要する

上下回線の伝搬状況沦が一致しない

TDDはRF TDD RF回路が 回路が1系統で浞む 系統で浞む

上下回線速度を非対称にもできる

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 18


移動局間直接通信

本曓来曹、移動局は基地局との通信を前提としているの

で、移動局間での直接通信ではどちらかの移動局

が基地局の役割をしなければならない。

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 19


TDDによる移動局間直接通信の実現

TDDによる移動局間直接通信の実現

FL用スロット

RL用スロット

FLでのパイロッ

ト信号送信等

に使用

TDD繰返し周期曋

特別用途の時昷間スロットを用意する

RLで移動局間

直接通信等の

要請に使用

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 20


まとめ

CDMA方式を航空無線システムに適用した場合の各

CDMA方式を航空無線システムに適用した場合の各

種条曵件について考察した。

現行管制方式を前提とすると、

使用バンド: 使用バンド:

VHF帯、近距離なら

VHF帯、近距離ならLバンド、

バンド、Cバンドも可 バンドも可

拡散方式:周波沿数ホッピング

時昷分割duplex

時昷分割 duplexによる全二重

による全二重

を満たす方式が適切である。

電子航法沵研究所研究発表会 2006年6月2日 21


Thank you very much

for your listening!

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