航空無線へのCDMA方式の適用可能性

通信・航法・監視領域
機上等技術領域
客員研究員

北折 潤
松久保 裕二
金田 直樹
塩見 格一
小園 茂

現行の空地通信システム
衛星通信
高い周波数

UHF
音声(DSB-AM)

AMSS(Lバンド)
音声(デジタル)
データ(QPSK/BPSK)

対空通信

無線電話
VHF
音声(DSB-AM)
データ（MSK）

低い

HF
音声(SSB-AM)

ACARS
近い
電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

地上局からの距離遠い
2航空用VHFバンドの特徴
近距離航空通信で最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
 118-137MHz(25kHz幅で760チャネル) 航空管制通信(ATC)用チャネルが最多
 その他カンパニー無線(AOC)等にも割当て 大部分が音声通信用(DSB-AM無線電話)
 通信内容の傍受が容易

 データ通信用(ACARS、VDLモード2)
 高トラフィック時に伝送遅延が増加

電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

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将来の無線システムに望まれる要件
日本では高速伝送の要求
セクタ間ハンドオフで作業負荷減
欧米では空港密度も高く航空用チャネル不足
電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

世界的にはシステム統一規格

周波数有効利用
高速大容量回線
高信頼性低コスト
4高速・大容量回線の実現
現状では将来の通信需要増に対応できない 割当バンドの追加

もっと根本的な解決案?

 VHF帯のバンド新規割当は極めて困難

 バンドの有効活用 狭帯域化→チャネル数は増、高速通信は困難
 周波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、Cバンド…

電子航法研究所研究発表会 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
 現時点で仕様の明らかな各種システムの比較
 従来型の航空通信システム(ACARS, VDL含む)
 第3世代携帯網、UMTS(IMT-2000)
 IEEE 802.11 無線LAN
 衛星通信なども含めて・・・

未解決の技術的課題が山積
電子航法研究所研究発表会 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件について研究
電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

7周波数利用効率の高い方式
 CDMA マルチパス、電波干渉に強い
 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
 ピーク電力が大きい 地上波デジタル放送等に使われている
電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

8CDMAでの拡散方式

スペクトル拡散するとDS

電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

FH

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渉を受けて、受信性能が劣化するDS-CDMA特有の問題。
一般的に送信電力制御が有効。

周波数ホッピ直接拡散(DS)
拡散方式
ング(FH)

電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

遠近問題

ありなし

拡散比大きく取れる

高速ホッピン
グに難あり
10使用バンド候補
 VHF
 伝搬距離大(長距離用)
 現用チャネルとの干渉問題(移行時)

 UHF
 軍用がほとんど

 Lバンド DME(距離測定装置)用を転用

 Cバンド MLS(マイクロ波着陸システム)用を転用

元々は航法用バンド 空間減衰大(近距離用)
電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

11ドップラシフト

電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

移動局の速度が大きいほどドップラーシフト大高周波帯ほどドップラーシフト大12フェージング状態

ライス係数
K[dB]

移動体最大速度[m/s]

エンルート時

15.0

440.0

離着陸時

15.0

150.0

タキシング時

6.9

15.0

駐機時

-5.5

出典元 Erik Haas, “Aeronautical Channel Modeling”, IEEE
Trans. Veh. Technol. Vol.51, No.2, Mar. 2002
電子航法研究所研究発表会 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(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 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）
 1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

送信内容は電波の到達範囲にある全局に伝わる
PTTスイッチ押下時のみ送信し、それ以外は受信するため、半二重通信になる
電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

この方式だと航空機同士の直接交信も可能

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全二重方式CDMA方式では電力制御や同期の理由により、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、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電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

また、基地局がリレーできない状況での移動局間通信ができない

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全二重vs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??

また、通信負荷増大時の性能劣化は?
 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?

電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

17FDDvsTDD
 周波数分割duplex vs 時分割duplex
 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が一致しない
 TDDはRF回路が1系統で済む
上下回線速度を非対称にもできる

電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

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移動局間直接通信

本来、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
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

RLで移動局間直接通信等の要請に使用

TDD繰返し周期

特別用途の時間スロットを用意する
電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

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まとめ
 CDMA方式を航空無線システムに適用した場合の各種条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: VHF帯、近距離ならLバンド、Cバンドも可 拡散方式：周波数ホッピング 時分割duplexによる全二重を満たす方式が適切である。
電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

21Thank you very muchfor your listening!
Any questions?
contact address:

電子航法研究所研究発表会 2006年6月2日

jun@enri.go.jp

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