可動アンテナを用いたワイヤレス通信のモデル化と性能分析

本論文では、ワイヤレス通信システムの性能を向上させるために、可動アンテナ（MA）と呼ばれる新しいアンテナアーキテクチャを提案します。従来の固定位置アンテナ（FPA）が無作為な無線チャネル変動にさらされるのとは異なり、柔軟な移動能力を持つMAは、より有利なチャネル条件の位置に展開し、より高い空間的多様性利得を達成できます。MAが展開される特定の領域やフィールドにおける一般的なマルチパスチャネルを特徴付けるために、遠方場条件下での複数のチャネルパスの振幅、位相、および到達角/出発角（AoA/AoD）情報を活用するフィールド応答モデルが開発されます。このモデルに基づいて、決定論的および確率的チャネルの両方において、単一の受信MAがそのFPAの対照と比較して達成する最大チャネル利得を分析します。まず、決定論的チャネルの場合では、特定の空間フィールドにおけるマルチパスチャネル利得の周期的な挙動を示し、これを利用してMAの最大チャネル利得を分析します。次に、確率的チャネルの場合では、無限に大きな受信領域におけるMAの最大チャネル利得の上限の期待値を、異なるチャネルパス数に対して導出します。また、最大チャネル利得の近似累積分布関数（CDF）も閉じた形で得られ、MAシステムの停波確率を評価するのに役立ちます。さらに、我々の結果は、チャネルパス数が増加することで、空間領域における小規模フェーディング効果がより顕著になるため、MAによるFPAに対するより高い性能利得が得られることを示しています。数値例を提示し、我々の解析結果を検証し、MAシステムが、アンテナ選択（AS）の有無にかかわらず従来のFPAシステムに対してかなりの性能利得を得られ、さらには単一入力複数出力（SIMO）ビームフォーミングシステムと比較して同等の性能を達成できることを示します。