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SFN の回り込み(回り込み波と回り込みキャンセラ) えすえふえぬのまわりこみ

一陸技

同じ周波数で受けて送る SFN の中継局では、送信アンテナの電波の一部が受信アンテナに戻ってループができる。合成波の周波数特性に周期 1/td の振幅リプルが生じて等価 CNR が劣化し、ループ利得が 1 に近づくと発振する。

試験ではここ

令和8年7月期 問1 は回り込みモデル So = Si + F·So を解いて So = Si/(1 − F)、振幅特性 A(f) = 1/√(1 − 2r cos(θ − 2πf td) + r²)、リプル周期 1/td を選ぶ穴埋め。誤答肢は分母を 1 + F にしたものと周期 1/(2td)。

SFN(単一周波数ネットワーク)の中継局は、親局の電波を受けたのと同じ周波数で送り直します。送信した電波が自分の受信アンテナに少し戻ると、出力が入力に足される正帰還のループになります。少しなら周波数特性が波打つだけですが、強いと中継器が発振します。

回り込みモデル
S_o = S_i + F S_o \;\Rightarrow\; S_o = \dfrac{S_i}{1 - F} ,\qquad F = r\,e^{\,j(\theta - 2\pi f t_d)}

r は合成波に対する回り込み波の振幅比、td は遅延時間差、θ は位相差。帰還回路の Af = A/(1 − Aβ) と同じ形

親局の電波を受けて同じ周波数で送る中継局と、送信アンテナから受信アンテナへの回り込み波
So=Si/(1−F)。F が 1 に近づくと発振
合成波の振幅特性
A(f) = \dfrac{1}{\left|1 - r e^{\,j(\theta - 2\pi f t_d)}\right|} = \dfrac{1}{\sqrt{1 - 2r\cos(\theta - 2\pi f t_d) + r^2}}

cos の中身は f が 1/td 変わるごとに 2π 進むので、リプルの周期は 1/td〔Hz〕。最大 1/(1 − r)、最小 1/(1 + r)

周期 1/td で波打つ振幅特性。山は 1/(1−r)、谷は 1/(1+r)
リプルの周期は 1/td

数値で見る(r = 0.5、td = 1〔μs〕の例)

手順

  1. 回り込み D/U 20 log(1/r) = 20 log 2 ≒ 6〔dB〕
  2. 振幅の山と谷 1/(1 − 0.5) = 2(+6〔dB〕)、1/(1 + 0.5) ≒ 0.67(−3.5〔dB〕)。山と谷の差は約 9.5〔dB〕
  3. リプル周期 1/td = 1〔MHz〕ごとに山が来る。6〔MHz〕幅のチャネルに約 6 回の波打ち
  4. r → 1 分母が 0 に近づき発振(ループ発振)。D/U を大きくとることが必須

対策

ひっかけ

So = Si + F·So を移項すると 1 − F で割ります。1 + F にすると根号内の cos の符号も逆になります。リプルの周期は 1/td で、1/(2td) ではありません。

先生の挿絵。回り込みの分母を 1+F、周期を 1/(2td) と思う受験生
1−F で割る、周期は 1/td
ポイント

遅延時間がガードインターバルより短ければ OFDM の受信自体はできますが、振幅リプルでサブキャリアごとの C/N がばらつき、等価 CNR が下がります。「受けられる」と「劣化しない」は別です。

この用語を押さえる問題

一陸技 ・ 日本無線協会 令和8年7月期 無線工学A 問1

次の記述は、地上系デジタル放送波中継において SFN(Single Frequency Network)を構成した場合の回り込みの影響について述べたものである。[ ]内に入れるべき字句の正しい組合せを下の番号から選べ。ただし、回り込み波を 1 波、回り込みの影響はサブキャリ...

正答: A=1/{1−r e^(j(θ−2πf td))} B=1/√(1−2r cos(θ−2πf td)+r²) C=1/td

正答。So=Si+F So を So について解くと So=Si/(1−F)=e^(j2πft)/{1−r e^(j(θ−2πf td))} となるのでAは 1/{1−r e^(j(θ−2πf td))}。その絶対値をとると |1−r e^(jφ)|=√(1−2r cosφ+r²) なので A(f)=1/√(1−2r cos(θ−2πf td)+r²)。cos の引数が 2π 変化するのは f が 1/td 変化するときなので、振幅リプルの周期は 1/td である。

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問われた問題 1

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