最近の携帯電話やPHSの爆発的な普及(平成8年10月には合わせて2千万台を突破)に見られるように、移動通信の進展はめざましいものがある。この勢いで加入者が増え続ければ、21世紀には従来の有線加入電話の台数(現在約6千万台)を凌駕し、通常の音声電話サービスは大半が無線の移動通信にシフトするかもしれない。
成熟した有線電話サービスがマルチメディア対応の高度な機能を目指すように、現在は音声通信のみの機能が中心の移動通信も、将来的には本格的なマルチメディア対応のサービスを提供出来ることが望まれる。高度なサービスを提供するには高速・広帯域の通信が必須であり、現在の割り当て周波数ではスペクトルが不足する。そのため、狭帯域化・高能率化の研究と平行して新たな周波数帯でのシステムの検討も必要である。2GHz帯において2Mbps程度までの伝送速度を目標とした第3世代の移動通信であるFPLMTS(Future Public Land Mobile Telecommunication Systems)の標準化が進められているが、さらなる高速化を目指した第4世代としては、3GHz以上のマイクロ波帯の使用が考えられる。
総合通信部高速移動通信研究室では、第4世代の移動通信システムを想定し、マイクロ波帯での高速移動通信の要素技術の研究開発を行っているので、その研究計画及び研究状況を紹介する。
動画像で現行テレビ放送並の品質を確保しようとすると、Mbpsオーダーの情報速度が必要となってくる。そこで、最高の伝送速度として10Mbpsを目標とし(ちなみに、現在のPHSの無線伝送速度は384kbps)、さらに、電子メールの様な低速データや音声、動画像までの様々な情報源に一元的に対応できる高速のマルチメディア移動通信システムを3〜10GHzのマイクロ波帯で実現することを想定したシステム基礎技術の研究開発を行う。これらの目標は、第4世代の移動通信となるFPLMTSフェーズ2としても想定されているものである。
システム全体について開発を行うのは、単独の研究所の能力を超えている。当研究室では、システムの最終目標を想定しつつ、その実現に必要な基礎的な要素技術の開発やデータ収集に重点を置いて研究を進めている。具体的には、以下に述べる、マイクロ波伝搬、高速伝送方式、統合伝送プロトコルの3点である。
まず第1に、マイクロ波帯は移動通信にとって未知の周波数であり、伝搬特性に関するデータがほとんどない。周波数が高くなるにつれて伝搬損失が大きくなるほか、回折効果が少なくなり、最大ドップラー周波数も比例して大きくなるため、伝搬環境は厳しくなるが、隣接セルからの干渉は少なくなることが予想される。セルサイズや配置を決めるための基礎データとして、伝搬特性の測定は欠かすことができない。また、高速伝送ではマルチパス伝搬による周波数選択性フェージングに伴うシンボル間干渉の問題が重要であるが、この対策及びその評価のためには伝搬の遅延特性と各種変調方式での誤り特性の関係を十分に把握する必要があ る。
次に、高速伝送方式では先に述べたシンボル間干渉による誤り発生が品質劣化の支配的要因となると考えられるので、フェージング対策技術が最も重要な技術課題となる。対策技術としては、反射波を受けないようにするアダプティブアレーアンテナ、伝搬路の特性を補正する適応等化器、低速の信号を束ねて送る並列伝送等の技術が考えられる。いずれの技術も重要な研究課題ではあるが、これらのうち、アダプティブアレーアンテナはサイズの問題があり、また、適応等化器は高速動作での回路規模に問題がある。そこで、本プロジェクトでは、他の技術動向も見ながら並列伝送の研究から取りかかることとした。
本格的なマルチメディアを移動通信を実現するためには、従来の固定の伝送速度を持つ回線交換方式では限界がある。有線でのATMに見られるような高速パケット交換の手法も取り込む必要がある。そして有線ATM網とシームレスに接続するため、データ/音声/画像のどの情報源にも一元的に対応できる統合伝送プロトコルの開発が急務である。また、無線では誤りや衝突によるパケット廃棄のために再送手順も含めたプロトコルを考える必要がある。
(1)マイクロ波伝搬
伝搬関係では、現在、3.35 GHz、5.20 GHz、8.45 GHzの3波で伝搬損失の測定を、主として東京の都心部で行っている。マイクロセルでのシステムを想定しているので、測定では、送信アンテナ高は数m程度と周りのビル高よりも低くとり、送信点から数100mの範囲内で測定を行っている。その結果、3.35 GHzと8.45 GHzとでは、見通し外での分布がかなり異なること等がわかった。
今後は、50Mcpsの拡散信号による高精度の遅延プロファイルの測定と各種変調方式での誤り発生特性の測定を中心に進めていく。現在、そのための装置を整備中で、この冬以降本格的な測定を開始する。誤り発生特性は、変調速度も変化させて測定する予定で、ある伝搬状況下でのフェージング対策なしの場合の臨界伝送速度が測定できる。
(2)高速伝送
高速伝送技術については、先にも述べたように、選択性フェージング対策技術として、まず、符号分割並列伝送方式の研究に取り組んでいる。用いる符号は直流バイアスを加えて相関点以外での相関係数を完全に0としたM系列符号を巡回させたものに、さらにガード区間を加えた符号を用いる。これにより、符号を効率的に使用すると共に、遅延波との直交性を保持でき、ガード区間長以内の遅延波からの干渉雑音を除去できる。1シンボル長以下の遅延波に対しては、RAKE受信を適用する。さらに、ガード区間長を遅延プロファイルによって適応的に可変にすることにより、伝搬状況に応じた適応可変容量伝送も可能である。
(3)統合伝送プロトコル
各種マルチメディア情報源に対応するためには、情報速度の大小だけでなく、即時性を要求するかどうかの分類も重要である。即時性の要求される情報(音声や動画像等)に対しては回線のコネクションを確立する通信が、要求されない情報に対しては、コネク ションレス通信が適している。また、高速の情報に対しては、特定のチャネルを時間的なスロットの区分なしに独占的に割り当てるのが効率的であるのに対し、低速の情報では、チャネルをスロットに分割して割り当てるのが効率的である。このような通信を行うための柔軟でかつ全ての情報源に対して一元的な取り扱いができる統合伝送プロトコルをR-ISMA(Reserved Idle Signal Multiple Access)という方式をベースに開発する。
移動通信では、伝搬路で発生する誤りに対する再送手順等も考える必要があるが、まず、第1段階として、誤りがほとんど発生しない安定した通信路である構内無線高速LANで、この新しいプロトコルの特性評価を行う予定でいる。そのための、伝送プロトコルを開発し、現在、その性能評価のための装置を試作中である。
通信総研におけるマイクロ波帯高速移動通信技術の研究プロジェクトについて、その研究計画と現在の進行状況を述べた。これは、第4世代を想定した移動通信の基盤技術開発に関する研究である。この研究は、2000年頃までに要素技術の開発とその実証実験を行う計画である。
このプロジェクトを担当する高速移動通信研究室は、平成6年7月に発足した若い研究室である。現在、職員5名、特別研究員1名、研修生5名、事務アルバイト1名で担当している。(研究室のホームページ:http://largo.crl.go.jp)
この方法は全反射において低屈折率側の媒質に局在するエバネッセント光を利用した超低背景光の蛍光分子励起法である。台形石英ブロックをカバーグラス上にスペーサーを挟んで固定し、ブロックとカバーグラスの間を実験槽として利用する。蛍光性ATPアナログの励起にはArレーザーを用い、ブロック下面で全反射が起こるよう入射角を調整し、照射する。
カバーグラス上の石英ブロックにArレーザーを照射し、ブロック下面で全反射させる。ミオシンはブロック下面に付着しており、これに結合した蛍光性ATPアナログはエバネセント光によって励起され蛍光を発する。
ブロック下面にはミオシン繊維が付着しており、そこに数nM程度の蛍光ATPアナログを潅流すると一本一本のミオシン繊維が蛍光像として観察される。蛍光性ATPアナログは、ミオシンによる加水分解過程において数十秒間、ミオシン上に結合する。ミオシン繊維上のミオシン濃度は実験時のATPアナログ濃度に比べて高いため、ATPアナログを結合したミオシン繊維は蛍光像として観察されるのである。次に、ミオシン繊維に平均1分子以下のATPアナログが結合すると推定される濃度までATPアナログ濃度を下げる。この条件下でミオシン繊維上に明滅する幾つかの蛍光スポットが観察された。
図3: 50pM蛍光性ATPアナログ存在下でミオシン繊維上に現われて消えて行く蛍光スポット。
3秒間隔で記録した同一視野像。右端は高濃度の蛍光性ATPアナログ存在下で確認したミオシン繊維。ミオシン繊維の位置にスポットが現われ、しばらく光りつづけているのがわかる。スケールバーは1μm。
ミオシンによる加水分解を受ける間、ATPアナログはミオシン上に留まるため蛍光スポットとして観察されると考えられる。したがって蛍光スポットの平均寿命は加水分解速度定数の逆数となる。蛍光スポット寿命のヒストグラムは指数分布を示し平均寿命は10秒程度、長いものでは50秒を超えるスポットも観察された。統計的解析から、観察された スポットは蛍光性ATPアナログ1分子に対応するものであることが、また、スポットの平均寿命の測定から蛍光性ATPアナログ1分子の加水分解過程を観察していることがそれぞれ示された。
ATP一分子の可視化はアクチュエーター(ミオシン)への入力過程を観察するものである。一方、出力である力や仕事を一分子レベルで測定する事はレーザー光による光ピンセットの利用で可能となる。この技術の組合わせにより、極めて近い将来に単一ミオシン分子による力発生とATP加水分解が同時に計測される様になり、エネルギー変換機構の解明という大きな目標に迫る事ができるであろう。また、ここで紹介した単一蛍光分子の可視化技術は、酵素と基質の相互作用を分子レベルで直接観察できるので、筋肉におけるエネルギー変換の研究のみならず細胞内情報伝達機構や物質輸送機構などの広い研究領域での応用が期待される。
(尚、本稿で紹介したTIRF顕微鏡は9月9日付け、日本経済新聞で報道された。)
マイクロ波帯における高速移動通信の研究
総合通信部 高速移動通信研究室長
長谷 良裕
1.はじめに
2.システムの目標と研究項目
3.個別の研究課題
この方式の並列伝送装置は、計算機シミュレーションによって性能が評価され、高速で移動する車載局に対しても十分な性能が得られることがわかっている。現在、装置を試作しており、シミュレーション結果を野外実験で実証する予定である。
4.おわりに
単一分子計測の展望
地図上でいう南北と、衛星から見たときの南北とは、場合によってかなりくいちがう。たとえば東経110度にある放送衛星BSから日本列島をながめると、見なれた形からぐにゃっと歪んで図3のように見える。(地球儀を使ってこれを確かめることができる)。そこでは稚内、能登半島突端、そして紀伊半島突端が南北に一列にならぶ。「衛星から見て南北」とは、たとえばこのような並びかたのことをいうのである。 |
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では測距局を「衛星から見て南北」に並べるとなぜ、軌道決定の誤差が消えるのか? 考え付いた理屈はつぎのようである(少々こまかいので煩わしければ読みとばしてほしい)。どちらか一方の測距局にバイアス誤差があると、それは軌道決定にさいして、衛星の位置を赤道面から南北いずれかへ向けて垂直にずらせるように働く。その働きが、測距をおこなっているあいだ静止軌道の円周に沿って均一に加わったとすると、軌道の円は全体として南北いずれかの方向に平行にずれるはずである。ところがここで、衛星の軌道運動には大原則があって、軌道面は地球の重心をかならず通っていなければならない。すなわち、測距に誤差があってもそれは、軌道決定に誤差を引き起こしようがなくなってしまうのである。はてなと思った現象は、わかってみればストレートに軌道力学の原則に結びつくものであった。
ここまで来れば、あとはもうひと頑張りで、軌道決定の最小自乗原理にのっとって同じ結論を一般的な形にきちんと導き出すことができる。それを定理と称して論 文誌に送ってみたら、判定者も「ウンこれは面白い」なんていってくれて、こんなとき月並みだが研究業をやっていてよかったなぁーと思うのである。
こうして既存の、もうすっかり出来あがっていると思っていた技術の中にも、思わぬ拾いものがあった。ならば新技術のほうではもっといい拾いものをするだろうか? それはやってみないとわからない。
宇宙科学部長
今年は日本における電波研究100年を迎え多くの記念行事が行われ、歴史ブームの感がある。ちょうどこの年、当所になじみのふかい地球電磁気・地球惑星圏学会の第100回目を数える大会が当所の世話担当で開催された。期間は10月21日から24日の4日間である。あいにく、本所内で4会場を確保することはむずかしく、府中の市民会館を主会場とせざるを得なかったが、23日のすべてのプログラム、午前中のポスター発表、午後の第100回特別記念講演会、総会、懇親会が当所で行われた。総会では、古濱所長が記念すべき第100回目の大会委員長として、歓迎をこめた挨拶の言葉を述べた。これを機会に、同学会の活動、当所との関わり、また、記念講演で紹介された同学会の歴史などについてあれこれ思いつくままに書いてみたい。
まず、この地球電磁気・地球惑星圏学会という名称は誰が聞いても長ったらしいと感じるだろうが、学会活動の発展をも表している。会員数は800名程度の小さい学会であるが、もともとその研究分野は、地球内部を電磁気学の手法によって研究する部分と、地球磁場の変動から電離圏に流れる電流や超高層大気を研究する部分とに大別されていた。注目するべきことは、学会発足当時には、固体地球と超高層大気の研究が相互に関連する、理解しあうべき研究分野と意識されていたことであろう。実際当時は、双方の分野で活躍された先生方が少なくなかった。その後、学問の発展にともなって研究が細分化され、講演会が4つのパラレル・セッションで行われるようになってから久しい。これはある意味ではたいへん不幸なことである。新しく研究を志した大学院生が、隣接した分野の研究状況に自然に接する機会に恵まれないという事態にいたっている。
この学会が誇りにしてもよい事の一つに、国際性があるだろう。もちろん、これには研究対象としている現象がグローバルな性格であることが大きく作用している。しかしながら、この学会は英文論文誌JOURNAL OF GEOMAGNETISM AND GEOELECTRICITYだけを持つ学会であり、毎年1000ページを越す論文を発行している。現在60名以上の外国人が会員として登録している。学会の創立に力を注いだ先生方の慧眼と研究に厳しい態度には恐れ入るばかりである。なんでも、「研究者たるもの、1年に2編以上の論文を発表すること」が不文律であったとのことである。
当所は学会の創立当初から、電離層の研究を主体に学会活動に深く関与してきた。学会の歴代役員名簿には、評議員として第1期から第3期まで、上田弘之の名前が見られる。研究業績に対する学会表彰として、田中館愛橘の名を冠した「田中館賞」があり、1948年の第1号から、1996年までの間に141件の研究が表彰されているが、19件が当所の研究者に授与されている。当所の地球電磁気・地球惑星圏学会会員数は、ここ数年30名前後で推移しているが、この受賞者数は学会に対する当所の研究の貢献をあらわす一つの数字ではあろう。
今回の大会の目玉である第100回記念特別講演会は、力武常次東京大学名誉教授「私の地球電磁気学入門」、平尾邦雄東京大学名誉教授「地球から宇宙へ」、永野宏朝日大学教授「日本地球電気磁気学会誕生までの歴史」の3講演が本所の大会議室で行われた。それぞれ感銘を受けた箇所は人によってちがっているとは思うが、わたしはそれぞれ、ダイナモ理論の部分、宇宙科学研究所の発展ぶり、電離層の研究が太陽地球間物理の中心であった時代の話しに強い印象をもった。
最後に、今回の総会講演会の準備は、当所の学会会員と関連部署の職員の協力で行われた。準備にあたった人たちに「ご苦労さま」と言いたい。記念特別講演会を担当した自分のことを言えば、講演者用の飲み水の用意を忘れてあわてたこともあったが、無事に終わってほっとしている。本当に最後にあたって、所長をはじめ、研究所の皆様のご協力に感謝致します。
(エレクトロニクスレターズ賞)を受賞!
電磁波技術部長
エレクトロニクス分野で世界的に権威のある技術論文集、"Electronics Letters"に田中正人(電磁波技術部)等が投稿した論文、"Microstrip antenna with solar cells for microsatellites(小型衛星用太陽電池付きマイクロストリップアンテナ)"に対して、英国電気学会(IEE :The Institution of Electrical Engineers)より、著者である田中、鈴木良昭(NASDA)、荒木賢一(宇宙通信部)、鈴木龍太郎(総合通信部)の4名に"Electronics Letters Premium"賞が本年10月に贈られた。
この論文は表題が示すように、小型衛星のアンテナと太陽電池をスペース的に共用しようとする提案である。すなわち、通常の人工衛星では太陽電池パドルを展開するが、小型衛星では太陽電池を衛星表面に装着する場合が多い。このため、アンテナとしてマイクロストリップアンテナを用い、その送受信機能を損なわないようにアンテナ面上に太陽電池を貼り付けることを提案したものである(写真−表紙)。なお、本アイデアは既に特許登録されている。
丸橋 克英
杉浦 行
Subcarrier-multiplexed Signaling based Add/Drop multiplexer in optical FDM networks
北山 研一
IEEE TRANSACTIONS ON BROADCASTING (1996年6月)
Polarization Characteristics of VHF Radio Waves Reflected by the Es Layer
一ノ瀬 優、貝沼 昭司
IEICE Trans. Comm. Radar special issue (1996年6月)
Interference of Sea Surface Echo and Rain Echo Observed by a Real Aperture Airborne Imaging Radar
中村 健治、古津 年章、浦塚 清峰
IEICE Transactions on Communication (1996年6月)
Adaptive Determination of Maximum Diameter of Raindrops from ZDR
大崎 祐次、中村 健治
Journal of Atmospheric and Oceanic Technology (1996年6月)
A Simulation Study of the Bias Error Analysis of Mean Rainfall Rates Measured with Spaceborne Radar
大崎 祐次、中村 健治
Physical Review A (1996年6月)
Determination of the ground-state hyperfine splitting of trapped 113cd+ ions
田中 歌子、今城 秀司、早坂 和弘、大向 隆三、渡邊 昌良、占部 伸二
Progress in Crystal Growth & characterization of Materials (1996年6月)
Polarization Dependence of 3-Pulse Four Wave Mixing at the Exciton Resonance - Quantum Beat and Polarization Interference
長谷川敦司、三森 康義、南 不二雄
The Astronomical Journal(1996年6月)
A 22 GHz VLBI Survey of 140 Compact Extragalactic Radio Sources
Moellenbrock、藤沢 健太、Preston、Gurvits、Dewey、平林 久、井上 充、亀野 誠二、川口 則幸、岩田 隆浩、D.L.Jauncey、V.Migenes、D.H.Roberts、R.T.Schilizz、S.J.TingayTransactions of the IEICE of Japan (Communications) (1996年6月)A Preliminary study of non-uniform beam filling correction for spaceborne radar rainfall measurement古津 年章、井口 俊夫情報通信ジャーナル (1996年6月)
ミリ波でつなぐオフィスのコンピュータ −ミリ波無線LANの実現を目指して−
真鍋 武嗣
電子情報通信学会 論文誌(欧文)(Trans. IEICE of Japan) (1996年6月)
CRL airborne multiparameter precipitation radar (CAMPR): system description and preliminary results
熊谷 博、中村 健治、花土 弘、岡本 謙一、保坂 直樹、宮野 憲明、高橋 暢宏、井口 俊夫、宮内 博
電子情報通信学会・論文誌・B-II (1996年6月)
ETS-VI地上−衛星間光通信実験におけるダウンリンク信号解析
鹿谷 元一、浜本 直和、荒木 賢一
臨床脳波 (1996年6月)
光刺激に対する脳波α成分の応答経過について−スペクトルのリアルタイム推定による刺激制御に基づく検討−
小池 敏英、堅田 明義、岡本 圭子、永塚 守
Microwave and Optical Technology Letters (1996年6月)
Analysis of a semi-linear tapered waveguide laser diode amplifierH.G.Shiraz、P.W.Tan、有賀 規神経研究の進歩、医学書院 (1996年6月)視覚的注意、体性感覚的注意とクロスモーダルアテンション宮内 哲
EMC技術者協会主催「設計技術者のためのEMC教育講座」 (1996年6月)
EMI規格と試験
杉浦 行