論文

近年, スペクトルの位相に対して符号化を行う光周波数領域符号化符号分割多元接続(FE-CDMA)方式が注目されている. 本論文では, BERの改善を目的として, 時間領域符号化を適用したFE-CDMA方式を提案した. 提案方式では, 多元接続のために周波数領域で符号化するFE-CDMA方式において、新たに多元接続干渉を低減させるために時間領域においても符号化を行う. 時間領域の拡散符号に光直交符号(OOC)を用いて, 干渉確率と干渉電力から提案方式のBER特性を理論解析により評価した.その結果, ビットレート一定の条件下で従来のFE-CDMA方式と比較してBERが改善されることを示した.

N 個のカオス発振器の完全結合系に生じる自己スイッチングの振舞について調べた.対象とする系では, 各発振器のアトラクタが, 存在する部分状態空間を同時に切り替わるという従来報告例のない「自己スイッチングの同期現象」を観察することができる. 自己スイッチングの同期現象は, 電子回路システムにおいてカオス非同期という各発振器間の無秩序性の中に自己スイッチングの同期現象という秩序性が同時に存在することを示した初めての現象である.

D-E級DC/DCコンバータは, D級のインバータとE級の整流器から構成され, 数百kHzの動作周波数で, 85%以上の高効率DC/DC変換を実現し, 且つインバータのスイッチ電圧ストレスが入力電圧以下に保たれる特長を持つ.近年, 整流器の電圧パルスを制限する間引き制御方式が提案され, 駆動周波数を一定に保ちながら出力を制御することが可能となった. 従来の解析では, 間引き率の小さい範囲に限り, 制御状態の解析が与えられたが, 本論文では, 間引き率による整流器の等価インピーダンス変化と無効電力の影響を考慮し, 全範囲に対し, 解析を与えることができる. 解析の結果, 従来の解析と定性的に異なり, 全範囲において実験結果と良く一致することを示した.

高速通信ネットワークを実現するため，パルス位置変調(PPM)を用いた光ST-CDMAを提案した．$M$-ary PPMでは，$M$スロットで構成される1つのPPMフレームのいずれかのスロット位置に１つの光パルスを送信することで，データを送信する変調方式である．これによって，OOKと比較して，１つのパルスで単位時間当たりに送信されるパルス数が減少し，結果として，MAIの影響が緩和できることが期待できる．まず，受信電力の関数としてビット誤り率(BER)の上界を導出し，ビットレート，同時ユーザ数，光源の繰り返し発振周波数などのパラメータについて評価した．その結果，OOKを用いた従来システムと受信電力，同時ユーザ数一定の下で比較して，提案システムのBER特性が改善され，同じBERを維持して同時ユーザ数が増大できることを示した．さらに，ST-CDMAにおいて位相マスクのスペクトル分解能の最小値には限界があったのに対して，提案システムは位相マスクに要求される分解能を緩和できることを示した．

パンクチャド畳込み符号を, DMT(Discrete Multitone) ADSL(Asymmetric Digital Subscriber Line）システムに適応することを提案した. 理論解析により、全サブチャネルに同じ符号化率を与えた場合の伝送特性, および, 各サブチャネルに最適な符号化率を与えた場合の伝送特性を求め, パンクチャド畳込み符号を用いたADSLシステムの伝送特性を改善できることを示した.

従来, フェーズドアレーアンテナを用いた目標追随において,α-βフィルタが使用されている. α-βフィルタは演算負荷は軽いが,目標の急旋回時における追随精度に問題があった. 急旋回に対応する方式としては, 円予測を併用したα-βフィルタ, 円予測を併用したゲイン可変型α-βフィルタがこれまでに提案されている.しかし, 従来の円予測は目標が同一平面上を旋回するものとして予測を行うため, ３次元空間において旋回平面が変化する場合,追随精度が劣化してしまう問題があった. 本研究では, 円予測フィルタを３次元アルゴリズムに拡張するとともに, 旋回平面の推定により円予測値の補正を行う３次元円予測フィルタを提案し, 簡単な目標モデルを用いた計算機シミュレーションにより, 追随精度について提案方式の有効性を示した.

近年, ADSLは, 既存の電話回線も用いて, 1.5Mbpsから9Mbpsまでの高速データ通信を可能とする技術として注目されている. しかし, 日本の加入者線では, TCM-ISDN(Time Compression Multiplexing ISDN)が、ADSLと同一ケーブルに収容される場合, 近端漏話の影響によりADSLの伝送特性が大きく劣化してしまう問題点がある. 本論文では, 繰り返し符号をADSLに適応し、ADSLのデータ伝送を, TCM-ISDNのバースト周期に同期させ, 近端漏話バースト時のみに繰り返し伝送を行う方式を提案した. 理論解析により, 全サブチャネルに同じ繰り返し回数を用いた場合, および, 各チャネルに可変な繰り返し伝送回数を用いた場合の伝送特性を求め, 提案方式は, 従来の単一伝送レートシステムより, 高い伝送レートを達成できることを示した.

従来のクロスバースイッチをマルチキャストトラヒックに対応させたモデルは,マルチキャストセルの出力競合によりセル棄却率特性が劣化するという問題点があった. そこで本論文では, マルチキャストトラヒック下におけるセル棄却率特性の劣化を改善できるクロスバーマルチキャストATMスイッチを提案した.従来モデルと提案モデルについて, 計算機シミュレーションによりセル棄却率特性を比較し, 提案モデルの有効性を示した.

FM, PWM制御下におけるDE級増幅器の厳密解析を行った. 今回用いた厳密解析は,従来DE級増幅器に適用されてきた解析方法とは異なる方法をとる. 従って、従来導出することができなかった, 制御下におけるDE級増幅器の出力電圧, 電力変換効率などを理論的に導出することが可能になる. また負荷変動, 入力電圧変動が生じたときに出力電圧を一定にするための動作周波数及びパルス幅を求め, さらにそのときの理論効率を導出した.

E$^{2}$級dc/dcコンバータは、E級と呼ばれる独特のスイッチ電圧波形を利用し, 数MHz台の動作周波数で85%以上の高効率dc/dc変換を実現するが, 近年, 整流器の電圧パルスを制限する間引き制御方式が提案され, 駆動周波数を一定に保ちながら出力を制御することが可能となった. そこで, 本論文では, 従来, 明確に示されなかった制御状態での電圧変換関数を明らかにし, 回路の動作特性に解析を与え,解析結果と回路実験がよく一致することを示した.

非同報通信と同報通信が混在したトラヒックに対応可能な多段ステージ共有バッファ型マルチキャスト非同期転送モード(ATM)スイッチを提案した．提案モデルでは，各ステージにおいて輻輳することなくセルコピーとセルルーチングを同時に行うことができ, 大規模なマルチキャストATMスイッチの構築が可能となる．まず, コピー要求数が幾何分布に従うセルのシステム遅延を理論的に解析し, 計算機シミュレーションとの比較により理論解析の妥当性を示した．また，多段ステージ共有バッファ型ATMスイッチの特性を劣化させることなく非同報通信と同報通信が混在したトラヒックに対応できることを計算機シミュレーションにより示した. 更に，扱うトラヒックに関する実効負荷や平均コピー要求数などの統計的な性質を考慮して各ステージのバッファサイズを変化させることにより，所望のセル棄却率以下を達成できることを明らかにした．

ATMスイッチ網として用いられている多段相互結合網の代表的なバンヤン網は, その規則正しい相互接続パターンのため, VLSIへの実用化及び大容量化が容易である. しかし, 拡張バンヤン網にホットスポット型不均一トラヒックが与えられると, 各入力ポートからホットスポットポートに至るリンク上にセルが集中し, リンクが飽和してセル棄却が著しくなり, ホットスポット近傍の出力ポートにおいて高いセル棄却率が観測されるという問題があった. 本論文では, 入力セルがスイッチ網のバンヤン網に入る前段で, 全入力ポートの半分に設置されている補数機によってセルの出力先を書き換え, バンヤン網の最終段に設けられた分別機および連結ルートにより, 元の出力先に送る方式を提案した. 解析の結果, ホットスポット出力ポートに向かうセルを離れた二つの経路に分散することで, リンクの飽和による競合を減少させ, ホットスポットポートで観測されるセル棄却率の劣化が緩和できることが示された. また, 補数機の配置がセル棄却率に及ぼす影響についても考察を行った.

電流源入力並列共振型DE級インバータを提案した. 提案回路は, 電圧源型のインバータに比べて, 入力電流の高調波成分を抑制できる. また, MOSFETがソース接地されているために, 複雑なゲート励振回路が不要になり, 零電流スイッチングを実現するために, 回路中に含まれる寄生インダクタによる電流サージを抑え, スイッチング損失を低減できる. 実験により, 500KHz, 3.5Wの条件下で効率91のDC/RF変換を実現した.。

電流源入力並列共振型DE級インバータを提案した。 提案回路は、電圧源型のインバータに比べて、 入力電流の高調波成分を抑制できる。また、MOSFETがソース接地されているために、 複雑なゲート励振回路が不用になり、零電流スイッチングを実現するために、 回路中に含まれる寄生インダクタによる電流サージを抑え、 スイッチング損失を低減できる。 実験により、 500KHz、3.5Wの条件下で効率91%のDC/RF変換を実現した。

4個のカオス発振器をキャパシタで完全結合した系に生じる同期現象について考察した。さらに、カオス発振器の結合点を考慮した、3次元カオス発振器をキャパシタで完全結合する2種類のシステムについて解析し、興味深い同期現象及び分岐現象を観察した。

パケット棄却率に対する要求が異なる2種類の優先クラスのパケットの要求に応じたパケットの棄却率を得ることができる、バッチャー網を用いたノックアウトスイッチを提案した。提案モデルは、N個のモジュールより構成され、各モジュールはフィルタ、バッチャー網、シフタ、出力バッファによって構成される。モジュール内のバッチャー網を用いたスイッチングによって棄却に対する要求が厳しいクラス1パケットを優先的に処理することで、クラス1パケットの棄却率を低減できる。提案モデルのパケット棄却率について計算機シミュレーション及び理論解析により特性評価を行い、また、クラス1パケットを優先的に処理した時の各クラスの平均待ち時間について計算機シミュレーションにより、特性評価を行った。さらに、総平均待ち時間について理論解析を行った。その結果、提案モデルではスイッチ全体のクラス1パケットとクラス2パケットの総パケット棄却率及び出力バッファでの平均待ち時間を低下させることなく、優先度に応じたパケット棄却率特性が得られることが示された。

近年、カオスシステムに存在する不安定軌道を安定化するカオス制御問題が盛んに報告されている。 自励回路の結合系においては、Chua回路にRLC回路を抵抗で並列接続することで、RLC回路が衝撃吸収の役目を果たし、カオス抑制ができる知られている。また、発振現象に関しては、2つのノイズを含む発振器を抵抗またはキャパシタで相互結合するときノイズが除去されることが報告されている。ここでは、2つの異なるカオス発振器の中心発振周波数を一致させこれらを相互結合するとき、ノイズが相互除去されたように互いのカオス振動が抑制し合うかどうかを考察した。数値計算の結果、結合前の発振器にカオス振動と周期振動が生じているときより両方の発振器ともにカオス振動が生じているとき相互結合した方がよりカオス抑制されやすことが示された。

波長分割多重を用いた光ネットワークにおけるチャネル予約プロトコルの一つであるSlotted Unbuffered Reservation Protocol (SURP)方式は、良好な特性が得られることに加え、受送信機の両方に可変波長素子を用いたシステムに対応したプロトコルであるため注目を集めている。 しかしSURP方式は、近年要求されている一対多通信に対応していない。ここでは、 SURP方式を、全トラヒックがマルチキャストであるトラヒックを扱えるよう修正し、その特性を理論解析した。さらに、マルチキャストトラヒックにおける特性を改善するプロトコルを新たに提案し、その有効性を示した。

衛星通信環境下では、位相同期ループ(PLL)は、ステップ状に変化する信号だけでなく、ランプ状に変化する信号に追随しなくてはならない。このような場合2次PLLでは定常位相誤差を抑圧できないので、3次PLLが必要とされる。しかしながら、3次PLLでは系のゲインによっては、不安定領域が存在するという問題がある。ここでは2重ループを用いたアナログ3次 PLLを提案し、定常位相誤差を抑圧でき、安定に動作することを示した。

異なる通信品質要求を持つ情報として音声などの即時性を求められる即時セル (Real-Time Cell : RTC) と、 データ情報等の即時性より確実性が求められる待時セル (Non Real-Time Cell : NTC) の混在トラヒックを想定し、 それぞれの通信品質要求に応えることを可能にするため、 RTCを即時ルート(R-route)に、 NTCを待時ルート(N-route)に分離入力させるATMマルチキャスト交換機を提案した。 提案方式では、R-routeではバッファを持たず、 到着したRTCのコピー要求をCNの出力ポート数セルコピーし、 残ったコピー要求数は棄却する。また、 N-routeでは、 CNの入力側にポート毎に入力バッファを持ち、 到着したNTCのコピー要求のうち、応えることの出来ない超過コピー要求を入力バッファに格納することにより、NTCの棄却を低減させることが可能となる。セル棄却率、 平均システム遅延を、計算機シミュレーションおよび理論解析により評価した結果、 提案モデルは、 RTCの平均システム遅延が1タイムスロットになることで即時性を満たし、また、NTCの棄却率がRTCの棄却率より小さく抑えられ、異なる通信品質要求に対応できることが示された。