論文

受信側で複数回チャネル推定を繰り返し、推定誤差を減少させるEM (expectation-maximization)アルゴリズムに注目し、その繰り返し数を減少させ、推定をより簡単にし、かつフレーム間のフェージング相関の大きい場合には特性を改善する新しいチャネル推定及び送信信号検出方法を提案した。提案方式では、初期フレームは基本的な従来のEMアルゴリズムを用いて、チャネル推定及び送信信号検出を行ない、それに続くフレームでは,自フレーム内のパイロット信号と前フレームにおける推定送信信号を重みづけをして用いて推定を行なう。計算機シミュレーションの結果、前フレームの推定送信信号に基づくチャネル推定と自フレームのパイロット信号に基づくチャネル推定を共に用いるほうが、どちらかの情報のみを用いるよりも特性が良いことを示した。さらに、提案推定法は繰り返しなしで,複数回推定を行なう従来のEMアルゴリズムによる推定と、初期フレーム以外においてほぼ同等な特性が得られることを示した。

本研究では、光符号分割多元接続システムで用いられる光直交符号(OOC)に非対称誤り訂正 (AEC)符号を埋込むエンベット伝送方式を提案した。エンベット伝送方式では、拡散符号の重み位置に伝送ビットを送信することにより、従来の光CDMA方式よりも伝送レートを向上することができるが、同時に、相関処理によるビット判定を用いることができないため、多元接続干渉(MAI)の影響が大きくなるという問題がある。したがって、従来の光CDMA方式と比べて、ビットレートの低下や伝送帯域の増大をさせることなくAEC符号を適用することにより、受信側でAEC符号の復号処理によりMAIの影響を緩和することができる。AEC符号の重み分布に従って、各符号語ごとにビッ誤り率を導出し、情報レートおよびチップレート一定のもとで、所定の誤り率を達成するために必要な光電力が従来方式より小さくなることを明らかにした。さらに、エンベッド伝送方式に対して、リードソロモン符号による符号化を適用した。その結果、リードソロモン符号の適用により、エンベッド伝送方式において用いられるAEC符号の訂正能力を超えたMAIの影響により生じる誤り率のフロアを十分小さな値まで低減させることができることを示した。

大規模化が可能なマルチキャストATMスイッチとしてこれまで, 小モジュール化したノックアウト集線網を拡張バンヤン網を用いて多段接続したスイッチモデルが提案されているが, 優先権の異なるトラヒックに対応できないという問題点があった. そこで本論文では, 小モジュール化したノックアウト集線網において, 優先権の高いセルから順に処理することにより, 優先権に従った相対的なセル棄却率特性が得られる大規模ノックアウト拡張バンヤンマルチキャストATMスイッチを提案した.

伝搬遅延の異なるWDMシングルホップネットワークにおいて、ソースコンフリクト検出用カウンタを用いることによりメッセージ遅延を低減できる競合型チャネル予約プロトコルを提案した。ソースコンフリクトは、送信ノードが同一のタイムスロットにおいて、各々異なる波長を用いて2つ以上のメッセージの送信を行なう権利をもつ場合に生じる。送信ノードは、ソースコンフリクトによって送信されないメッセージに対して波長の再予約を行なう必要がある。提案プロトコルにおいては、各ノードがソースコンフリクトカウンタをもつことにより、波長割当てを行なう前にソースコンフリクトを検出することができる。波長当てを行った後にソースコンフリクトが検出される従来プロトコルと比較して、提案プロトコルはソースコンフリクトを検出してから再予約を開始するまでの時間を低減できる。ソースコンフリクトを考慮したスループット特性の近似解析を行ない、近似解析結果と計算機シミュレーション結果が近い値をとることを示した。また、提案プロトコルと従来プロトコルについて平均メッセージ遅延特性の比較を計算機シミュレーションにより行ない、提案プロトコルは、負荷の増加に伴いスループット特性を劣化させることなく平均メッセージ遅延を大幅に改善できることを示した。

スロット型リングにおいて複数の自己トークンを用いたMACプロトコルの近似解析を行った。まず、自己トークンがリングから送信ノードに戻ってくる確率、及びノードのキュー長と自己トークン数を表す状態を新たに導入することにより、均一トラヒック下における複数の自己トークンをもつMACプロトコルの遅延スループット特性を明らかにした。さらに、不均一トラヒック下において一定期間内にノードが送信したパケット数に応じてそのノードで利用できる自己トークン数を適応的に変化させるMACプロトコルを提案した。計算機シミュレーションの結果、提案プロトコルは不均一トラヒック下においてもノード間のスループットの公平性を維持できることが示された。

無線アドホックネットワークにおいて、高いスループット特性を実現できる新たなMACプロトコルを提案した。提案プロトコルは、request-to-send(RTS)/clear-to-send(CTS)方式に加えて、二つのトーン信号を適用した方式である。トーン信号PTtは，近隣ノードに対してパケットの送信を禁止するため、またトーン信号PTrはパケットの受信を禁止するためにそれぞれ用いられる。これら二つのトーン信号を用いることで、隠れ端末問題およびexposed端末問題を軽減できる。また提案プロトコルは、RTSパケットの送信に際して、PTt信号を送信する操作を付加することで、RTSパケット同士の衝突を軽減することができ、高いスループット特性が得られる。理論解析および計算機シミュレーションにより特性評価を行い、提案プロトコルの有効性が高いことを示した。

Wireless1394 方式のAsynchronous 転送におけるデータパケットの送信待ち時間特性と再送効率特性を改善するために、トークンパッシングとハブステーションによるパケット再送信を適用したWireless1394 方式を提案した。提案方式では、送信権の受け渡しにトークンパッシング方式を用いることで、ポーリングを用いることによるタイムアウトを削減する。これに加えて、人体による遮へいにより、トークンパケットやデータパケットの受信誤りが発生した場合、再送回数の増大を抑制するためにハブステーションから再送すべきパケットを送る。計算機シミュレーションによって提案方式の特性評価を行い、提案方式は従来方式と比較して、データパケットの送信待ち時間特性と再送効率特性を改善できることを示した。

MPLS(MultiProtocol Label Switching)において、VC併合技術はVCIテーブルのエントリ数を削減でき, 拡張性に優れた技術である。しかしながら、これまでのVC併合が可能なスイッチでは、入出力数の増加により再組み立てバッファ数が増大してしまう。そこで、VC併合が可能なスイッチにおいて、コントローラを用い、再組み立てバッファの情報を入力ポートにフィードバックすることによって,スイッチ内で必要なバッファ量を大幅に削減できるモデルを提案した。パケット棄却率特性及び平均システム遅延特性を計算機シミュレーションにより評価し、提案モデルはパケット棄却率特性及び平均システム遅延特性を劣化させることなく、再組み立てバッファ数Q=8のときが最適な再組み立てバッファ数であることを示した.また, スイッチ内で必要なバッファ量を大幅に削減でき、メモリの動作速度を低減できることにより提案モデルの有効性を示した。

マルチキャストパケット混在トラヒック下での、WDMシングルホップネットワークにおいて、同時にスケジューリングを行う複数のデータパケットに対し、重複する目的アドレスを多く持つデータパケットの送信を遅らせることにより、送信までに要する待ち時間が短いデータパケットの数を大きくできるスケジューリングアルゴリズムを提案し、計算機シミュレーションにより、平均パケット遅延特性およびスループット特性を改善できることを示した。

光符号分割多元接続(CDMA)では、多元干渉の影響により、同時に複数のチャネルが接続されるにつれて，多元接続干渉の影響が増大し、誤り率特性が劣化するという問題がある。この問題に対して、信頼性を向上させるために誤り訂正符号を用いることが考えられるが、情報ビットの他に冗長ビットをしなければならないので、伝送効率が低下するという問題があった。本論文では、光CDMA方式で用いられる拡散符号系列の各重み位置をパルス位置変調(PPM)の各スロットとして埋め込んだエンベッド伝送方式を提案した。従来のM値PPM光CDMAシステムでは、PPMのMスロットそれぞれに対して拡散符号により符号化されるので、M倍の拡散符号系列時間が必要であった。一方、提案方式では、1つの拡散符号系列の各重み位置をPPスロットとするので、1つの拡散系列時間に短縮され、結果として、一系列時間当たりの伝送ビット数が大幅に増加させることができる。この伝送ビット数の増加によって、誤り訂正符号の適用により生じる冗長ビットを情報伝送速度を劣化させることなく伝送できるため、伝送効率を低下させることなく，多元接続干渉の影響を軽減することができた。

パルス圧縮における、重要な要件であるタイムサイドローブ抑圧に関し、TSSWA (Two-Sample Sliding Window Adder) を2回用いるだけの非常に簡単な処理により、ピークサイドローブレベル（PSL）の小さな2値符号が、圧縮比の比較的小さな領域で多数得られることが報告されている。本論文では、さらに、この方法によるS/N損失を評価し、従来のタイムサイドローブ抑圧方式と、PSL及びS/N損失の点から比較した。その結果、圧縮比が14〜16程度の領域で、提案方式は、他の方式に比べ、より小さなS/N損失で、しかも簡便に、PSLを大きく低減できることが示された。また、実際のレーダを用いた実験を行い、実環境においても、提案方式が従来の２値符に比べ、より小さいPSLを持ち、理論と整合することを示した。

航空管制システムにおいて、多数の航空機を同時に捜索・追随するためには、計算負荷が小さい目標追随フィルタが望ましく、α-βフィルタやカルマンフィルタの応用が広く研究されている。α-βフィルタでは直線運動に対しては良好な追随精度を得ることができるが、旋回目標については追随精度が劣化し、 予測位置と実際の目標位置との差が大きくなり目標を見失うミストラックを引き起こす可能性がある。これまでにも加速度推定を行うフィルタの研究もなされているが、マニューバの小さい場合にしか適用できなかったり、計算負荷が大きなものとなっている。そこでここでは、直線運動だけでなく旋回運動にも対応する追随フィルタとして、目標の過去の推定位置から旋回加速度を推定して、旋回運動時に加速度項を付加する方式を提案し、目標の旋回時における追随誤差の低減を図った。簡単な目標の運動モデルを用いて計算機シミュレーションを行い、提案方式を従来のフィルタと比較し、その有効性を示した。 また、提案した加速度推定方式の特性評価も行なった。

多数の航空機を同時に捜索・追随するためには、計算負荷が小さい目標追随フィルタが望ましく、α-βフィルタやカルマンフィルタを利用した研究が行われている。位置、速度からなる線形α-βフィルタでは、直線運動に対しては良好な追随精度を得ることができるが、旋回目標については追随精度が大きく劣化する。 これまでにも加速度推定を行うフィルタの研究もなされているが、マニューバの小さい場合にしか適用できなかったり、計算負荷が大きなものとなっている。 そこでここでは、計算負荷が小さくかつ直線運動だけでなく旋回運動にも対応する追随フィルタとして、過去の目標推定位置から旋回加速度を推定して、線形α-βフィルタに加速度項を付加する方式を提案し、目標の旋回時における追随誤差の低減を図った。計算機シミュレーションを行なった結果、 提案方式は従来のフィルタと比較して有効であることが示された。

従来，OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)の非線形歪みを補償する方法として、プレディストーションを用いるLCP-COFDM(Linearized constant peak power coded OFDM)方式が提案されている。しかし、LCP-COFDMでは、線形縮小操作により信号振幅を小さくするため、雑音に対する耐性が弱まりBER特性が劣化する。そこで、LCP-COFDMにピーク電力低減法である部分系列伝送(PTS)を併用することで、BERを改善することが可能な非線形歪み補償方式を提案し、計算機シミュレーションによる特性評価を行った。その結果、提案方式は、従来のLCP-COFDMと比較して、帯域外輻射抑圧効果が同程度で、BER特性が改善できることが示された。

エリア定義方式に適したセッション鍵配送法の用件を整理し、認証秘密情報が漏洩した場合においても安全性を維持できるセッション鍵配送方式を提案した。提案方式では、非対称暗号鍵ペアをそれぞれ管理エンティティと通信エンティティの認証秘密情報とするため、特定の認証局が不要であり、通信エンティティの認証秘密情報が漏洩した場合においても、盗聴によりセッション鍵を解読されず、また、なりすましに対しても検出可能である。

レイリーフェージング状況下でのトレリス符号化非対称変形8PSKのビット誤り率特性の解析を行い、優れた特性を示すことを明らかにした。

マルチパスフェージング状況下での移動体通信OFDMシステムにおいて、推定精度の高いチャネル推定を実現するために、現在ディジタルテレビジョンシステムに利用されているスキャッタードパイロットシンボル配置のパイロットシンボル位置から時間方向にずらした配置およびチャネル推定方法を提案した。提案方式では、伝送路特性を推定されたデータシンボルを擬似パイロットシンボルとして利用することから、この擬似パイロットシンボルの推定精度を上げることによって,全てのデータシンボルの推定精度を向上することができる。計算機シミュレーションによる特性評価を行ない、従来のスキャッタードパイロットシンボル配置と比較した結果、ビット誤り率特性を改善できることが示された。

マルチキャスト混在トラヒック下における、中央制御局を用いたWDMシングルホップネットワークにおいて送受信機のチューニング時間を考慮した波長割当てアルゴリズムを提案した。提案するアルゴリズムでは、あるタイムスロットにおいてデータパケットの送信あるいは受信を行なうノードが利用するデータチャネルに対して割り当てられた波長を、次のタイムスロットにおいてもそのノードが利用するデータチャネル対して割り当てることが可能な場合、そのノードが利用するデータチャネルに対して同一の波長を割り当てる。平均パケット遅延特性及びスループット特性について、計算機シミュレーションによる特性評価を行ない，提案方式はマルチキャスト混在トラヒック下において平均パケット遅延特性及びスループット特性を大幅に改善できることを示した。

E級増幅器の新しい設計方法を提案した。提案する設計方式は非線形現象を解析するときに用いられる「分岐図作成アルゴリズム」を回路設計に応用したものである。提案する設計手順では, 回路方程式と設計仕様のみが必要であり、その他には設計に対して条件を何も持たないため、あらゆる条件下で、E 級増幅器の設計を行うことができる。提案する設計方法に従って E 級増幅器を設計して回路実験を行なった結果、提案設計方法を用いることにより、従来の設計方法と変わらないの高い精度の設計値が導出できることを示した。

ATM(Asynchronous Transfer Mode)において、HoL(Head of Line)ブロッキングを回避する入力バッファ型スイッチとして、各入力ポートに出力ポート数のバッファを設けるVOQ(Virtual Output Queuing)スイッチが提案されている。一方、 近年のIPトラヒックの増加により、可変長パケットを考慮したVOQスイッチのスケジューリング方式としてIP-PIM(IP - Parallel Iterative Matching)が提案されている。しかし、IP-PIM方式では同パケットを構成するセルを必ず連続してスイッチングするため、他のバッファの待ち行列長が増加してしまい, 棄却率特性が劣化してしまうという問題点がある。そこで、 パケットを構成するセルが到着しているバッファをアクティブバッファとし、アクティブバッファを優先したスケジューリング方式を提案した。提案方式ではアクティブバッファを優先することで待ち行列長をあまり増加させることなく、効率よくスイッチングを行うことができる。計算機シミュレーションによりパケット棄却率と平均パケット遅延を評価した結果、提案方式が従来方式と比較して、平均パケット遅延をあまり劣化させることなく、パケット棄却率を大幅に改善できることを示した。