関屋 大雄

E_M級増幅器は高効率を維持し,かつ高周波帯に対応する電力増幅器として注目を集めつつある.先に関屋らは1入力E_M級増幅器を提案し,理想的に動作するパラメータの設計法について議論した.一方,回路パラメータによっては増幅器が理想的に動作しない可能性があるが,詳細な検討は未だ不十分である.本稿では,理想的ではない1入力E_M級増幅器の動的挙動を考える.まず,回路モデルおよび回路方程式を示し,スイッチングルールについて説明する.次に,分岐図より本系に見られる解の振る舞いについて検討する.最後に,分岐現象が本系に与える影響について議論する.

高周波数で高効率な回路であるE級増幅器に,プッシュプルの動作を適用した対称型E級増幅器は,出力電力を増加し,高調波歪み率(THD)を低減することができる.しかし,この対称型E級増幅器では,スイッチ電流波形にジャンプが生じ,それが回路のコスト削減のボトルネックとなっている.本研究では,新たなタイプの対称型E級増幅器回路を提案する.提案する対称型E級増幅器では,対称型E級増幅器に高調波電流を注入するための補助回路を追加することにより,連続したスイッチ電圧波形とスイッチ電流波形を達成し,高効率動作を実現する.さらに,補助回路の追加により,より高電力な出力を達成することができる.この回路は,E_M級増幅器にプッシュプル動作を適用した回路とみることもできる.提案する増幅器は従来の対称型E級増幅器と比較して,スイッチがオンからオフへ切り替わるまでの時間が長いスイッチング素子でも高効率な動作を維持することができ,コストの削減が期待できる.本稿では対称型E_M級増幅器の設計曲線を導出し,PSpiceシミュレーションから回路の有効性と設計曲線の妥当性を確認する.提案する増幅器は対称型E級電力増幅器の高調波歪み率はほぼ一致することから,対称型E_M級電力増幅器は低高調波歪み成分,高出力,高電力変換効率を低コストで達成できるといえる.

CSMA/CA方式を用いた無線ネットワークにおいてスループットを低下させる要因として隠れ端末問題がある.特にマルチホップネットワークにおいてはこの隠れ端末問題の影響が顕著に表れる.これまでに無線ネットワークにおける最大スループットについては多くの解析がなされている.シングルホップネットワークにおいて,隠れ端末同士の送信に依存関係が生じる連成効果の発生が指摘されている.しかし,マルチホップネットワークにおいては,連成効果に順ずる現象についてまだその発生は確認されていない.本稿では直線状双方向無線マルチホップネットワークにおける連成効果の発生とそのメカニズムを明らかにする.また,この連成効果の影響を考慮した最大スループット解析を行い,シミュレーションとの比較により妥当性を示す.この結果は連成効果の発生メカニズムを解析的に明らかにしたとも言える.

衝突振動系は,解軌道が境界断面に衝突する際にジャンプする性質を有しており,その不連続性に起因して様々な分岐現象が発生することが知られている.特に,解軌道の一部が境界に接する際に発生する分岐現象はgrazing分岐と呼ばれ古くから解析されているが,分岐点を追跡する手法は提案されていない.本稿では,固定された境界断面を有する衝突振動系にみられるgrazing分岐の分岐パラメータ探索法を提案する.

衝突振動系は,解軌道が境界断面に衝突する際にジャンプする性質を有しており,その不連続性に起因して様々な分岐現象が発生することが知られている.特に,解軌道の一部が境界に接する際に発生する分岐現象はgrazing分岐と呼ばれ古くから解析されているが,分岐点を追跡する手法は提案されていない.本稿では,固定された境界断面を有する衝突振動系にみられるgrazing分岐の分岐パラメータ探索法を提案する.

This paper gives analytical expressions for the output power and the power conversion efficiency of the class-E power amplifier outside the class-E ZVS/ZDS switching conditions. The analytical predictions agreed with the experimental results quantitatively, which indicates the validity of the analytical expressions. Moreover, a design example applying the analytical expressions for the power conversion efficiency is given. By using the analytical expressions, it is possible to design the class-E amplifier, which improves the power conversion efficiency compared with that of the class-E amplifier satisfying the class-E ZVS/ZDS conditions. © 2011 IEEE.

This paper presents a novel class-E-M power amplifier for low harmonic contents and high output power. In the proposed class-E-M power amplifier, the symmetric configuration is applied to the class-E-M power amplifier. By applying the symmetric configuration, the proposed class-E-M power amplifier obtains the extremely low total harmonic distortion and four times higher output power than the conventional single class-E-M power amplifier. For achieving the class-E(M)ZVS/ZDVS/ZCS/ZDCS conditions, the MOSFET drain-to-source nonlinear parasitic capacitances, finite dc-feed inductance, equivalent series resistances of inductors, and switch-on resistances are considered in the circuit designs. A design example is presented along with the PSpice-simulation and experimental waveforms at 3.5 MHz operating frequency. The waveforms from the PSpice-simulations and circuit experiments agreed with the numerical predictions quantitatively, which validates the effectiveness of the proposed class-E-M power amplifier in this paper.

This paper presents a novel design procedure for the class- E M amplifier. The numerical design procedure is applied to the design of the class- E M amplifier, which achieves simple and accurate designs for high-order circuits. As a result, no tuning process is necessary in the circuit implementations. In this paper, two types of auxiliary circuits are considered, namely, the zero-voltage switching class-E amplifier and the zero-voltage switching class-E frequency doubler. The class-E auxiliary amplifier has a lower driving power and a higher output power capability than the class-E auxiliary frequency doubler. On the other hand, the class-E auxiliary frequency doubler has lower number of the non-zero-current switchings than the class-E auxiliary amplifier and no on-interval of the antiparallel diode of the MOSFET. The laboratory experimental results agreed quantitatively with the numerical predictions, which validate the effectiveness of the proposed design procedure. © 2010 IEEE.

無線LAN標準のIEEE 802.11 DCFを用いた直線状無線マルチホップネットワークにおいて，隠れ端末問題によるスループットの低下が問題となる．隠れ端末問題を抑制するために，指向性アンテナによるビームフォーミングを利用したMACプロトコルが提案されているが，指向性アンテナを用いることによる新たな隠れ端末問題が発生する．本論文では，直線状無線マルチホップネットワークにおける端末に2つの指向性アンテナを用いたシステムにおいて，端末の送信を抑制する信号を発生させることで隠れ端末問題を解決するプロトコルを提案する．シミュレーションを行い，提案手法の有効性を示す．また，提案するプロトコルにおける最大スループットを解析的に導出する．解析結果より，提案手法では衝突を削減できるため，最大スループットを決定するボトルネックが衝突ではなくキャリアセンスによる送信待機時間となることが示される．It is one of the problems for the IEEE 802.11 based multi-hop networks that the throughput decreases because of the hidden-terminal problem. There were some proposals of Medium Access Control (MAC) protocols using directional antennas for avoiding the hidden-terminal problem. However, the systems using the directional antennas yield a new type of hidden terminal problem. This paper presents a novel MAC protocol using multiple directional antennas. The proposed protocol uses multiple directional antennas and transmission control signals generated by transmitters. The simulation results and the maximum throughput analysis are shown. The analytical result denotes that the bottleneck for achieving the highest throughput of the proposed protocol is not a collision effect but a carrier-sensing effect because of the collision reduction.

無線マルチホップネットワークにおいて,指向性アンテナによるビームフォーミングを利用し,空間利用効率を向上させる通信方式が注目されている.しかし,指向性アンテナを用いた通信では,隠れ端末問題や難聴問題により,スループットが制限される.本稿では,指向性アンテナを用いた無線マルチホップネットワークにおいて,隠れ端末によるパケット衝突,及び難聴問題による送信待機時間の増加を軽減するMedium Access Control (MAC)プロトコルを提案する.提案方式では,通信を開始する前に,送信端末はあて先端末の属するアンテナセクタで2つの狭帯域信号(Pulse/Tone)の交換を行い,あて先端末が他の端末と通信中であるかどうかを判断する,これにより,隠れ端末とのパケット衝突を軽減する.さらに提案方式では,Pulse/Toneの交換は極小時間で終了するため,Pulse送信の失敗は主に難聴問題に起因する.したがって,Pulse再送時に,Contention Window (CW を増加する必要がない.これにより,難聴問題に起因するバックオフ時間の増加による無駄な送信待機時間を軽減することができる.計算機シミュレーションにより,提案方式が隠れ端末によるパケット衝突を軽減し,さらに難聴問題による無駄な送信待機時間の増加を抑制することでスループットが向上することを確認する.

無線LANの標準であるIEEE 802,11を用いた無線マルチホップネットワークにおいて,これまで様々な形態に関して定量的なスループット解析が試みられているが,IEEE 802,11のオプションであるRTS/CTSを用いた場合のスループット解析例はほとんどない.無線マルチホップネットワークにおけるRTS/CTSの使用はパケット衝突を回避することに高い効果を持つが,オーバーへッドが増加するという問題を抱えている.それゆえに,理論解析からネットワークの最大容量,すなわち,最大スループット値を得ることは非常に重要である.本稿では,直線状の無線マルチホップネットワークにおける,RTS/CTSを使用した時のUDPの最大スループットに関する双方向フローの理論解析を行う.さらに,シミュレーションを行い,解析結果,シミュレーション結果を比較することにより,解析の妥当性を確認する.

IEEE 802.11 Distributed Coordination Function(DCF)を用いた直線状のマルチホッ 70 ネットワークにおいて,片方向フローの最大スループットの解析手法が提案されている.従来手法では,シグナルキャプチャ効果を仮定した上で解析を行う.しかしながら,ハードウェアの動作では,シグナルキャプチャ効果は観測できないことが多い.また,フレーム長が短い場合における最大スループット解析が行われ,解析とシミュレーション,実験が一致することが確認されている.しかし,フレーム長が長い場合における最大スループット解析は行われていない.本稿では,直線状片方向のネットワークにおいて,フレーム長が長い場合について最大スループットの解析を行う.最大スループットを達成する状態では, 1 つ前のフレームを 3 ホップ以降の端末が 1 つ持つことを明らかにし,この状況の下で最大スループットを導出する.この状況は従来手法において仮定されている状況と異なるものであり,本研究は新たな解析手法を構築する必要がある.シミュレーション結果と解析の結果の一致を示すことにより,本研究で示された解析式の妥当性が示される.

In this paper, a new framework for removing mixed noise composed of the impulse and Gaussian noises from images is presented in which the FINDRM with the directional difference and the Bivariate Shrinkage Function (BSF) in the Dual-Tree Complex Wavelet Transform (DT-CWT) domain are used. First, the noise detection phase of the Fuzzy Impulse Noise Detection and Reduction Method (FINDRM) is used to determine whether a pixel is an impulse or not. When the pixel is determined as an impulse noise, the FINDRM with the directional difference is used to restore the impulse noise. Second, Gaussian noise is removed by using the BSF, which considers the relationships between wavelet coefficients in the DT-CWT domain. Applying the proposed framework to an image corrupted by mixed noise, a clean image can be obtained. © 2010 The Institute of Electrical Engineers of Japan.

This paper gives analytical expressions for the class disruptive effect (DE) amplifier with nonlinear shunt capacitances at any grading coefficient m of the MOSFET body junction diode at a high value of the loaded quality factor Q of the output resonant circuit, zero equivalent series resistance of all the components, and switch-on duty ratio D=0.25. No external shunt capacitance is used in the analysis of the class DE amplifier. The grading coefficient determines the degree of nonlinearity of the MOSFET shunt capacitances. When the grading coefficient is different from the design specifications, the waveforms of the switch voltages do not satisfy the class E switching conditions, reducing the power conversion efficiency. Therefore, the grading coefficient m is an important parameter to satisfy the class E switching conditions. It is shown analytically that the dc supply voltage and current are always proportional to the amplitude of the output voltage and current. The output power capability is never affected by any nonlinearity of the shunt capacitances. We obtain analytical design equations, which are validated by PSPICE simulations and laboratory experiments considered with the gate-drain capacitance effect. © 2006 IEEE.

This paper presents a computer-aided design for the class-E switching circuits taking into account optimized inductor designs. The proposed design algorithm provides the element values for satisfying the multiple constrain conditions. Simultaneously, the optimal inductors, which have a minimum volume for achieving the permissible power conversion efficiency, are obtained. A design example of the multi-resonant dc/dc converter with the class-E ZVS/ZDS conditions is given. By carrying out the circuit experiment, it is shown that the designed converter satisfied class-E ZVS/ZDS conditions, specified output voltage, and permissible power conversion efficiency simultaneously, which verify the validity and effectiveness of the proposed algorithm. The measurement power conversion efficiency achieved 94.0 % for 4.92 W (7.0 V/0.70 A) output power and 1 MHz operation.

In this paper, we present analytical expressions for the waveforms and design equations for achieving the ZVS/ZDS conditions in the class-E power amplifier, taking into account the gate-to-drain parasitic capacitance of the MOSFET. We also give a design example along with PSpice simulation and experimental results. The voltage waveforms obtained from both the PSpice simulation and the circuit experiment achieved the class-E ZVS/ZDS conditions completely, which verify the analytical expressions. The results in this paper indicate that it is important to consider the effect of the MOSFET gate-to-drain capacitance for achieving the class E ZVS/ZDS conditions. The experimental power conversion efficiency achieved 92.8 % at output power P-o = 4.06 W and operating frequency f = 7 MHz.

It is important to obtain analytical expressions of the maximum throughput in IEEE 802.11 Distributed Coordination Function (DCF) multi-hop networks. In the previous works, the analytical expressions of the maximum throughput for one-way string multi-hop networks taking into account the signal capture effect were obtained. In other researches, the analytical expressions of the maximum throughput for one-way string multi-hop networks were also obtained, which are, however, valid only for short-frame communications. There is no analytical expression for maximum throughput, which is valid for long-frame communications. This paper presents the analytical expressions of the maximum throughput for long-frame communications. For this analysis, we should make a different assumption from the previous-analyses. In the short-frame communication analyses, it is assumed that all nodes always have frames. In the presented analysis, however, we should assume that every equal to or more than three than three nodes in a string-topology network have frames. This is the most important progression in this paper. The assumptions and the analytical expressions are validated by the simulation results. © 2010 IEEE.

The class-E zero-voltage switching/zero-derivative switching operation within class-DE amplifiers can be easily achieved by adding external shunt capacitances. This paper gives the analytical expressions for the designs of the class-DE amplifiers with the shunt capacitances composed of linear and nonlinear capacitances for any grading coefficient m of MOSFET body junction diodes at the switch-on duty ratio D = 0.25. In the analysis, an equivalent linear shunt capacitance of the nonlinear MOSFET drainsource parasitic capacitances is derived. Analytical results show good agreements with the simulation and experimental ones, which validate our analysis. © 2010 IEEE.

The purpose of this paper is to analyze the maximum throughput when using RTS/CTS (Request To Send/Clear To Send) in IEEE 802.11 Distributed Coordination Function (DCF) multi-hop networks with a novel approach. Wireless multi-hop networks, in which nodes communicate with each other and convey packets via intermediate nodes without centralized control, have gained increasing attention because of the extension of the wireless communication range associated with such networks. In wireless multi-hop networks, the IEEE 802.11 DCF based on the Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/CA) has been commonly used as a Medium Access Control (MAC) protocol. IEEE 802.11 DCF is specifically designed for single-hop wireless LANs, which makes quantitative analyses of the contention behaviors occurring at nodes in typical network topologies important. Although several quantitative throughput analyses for wireless multi-hop networks have been reported, few analyses have examined the use of RTS/CTS in IEEE 802.11 DCF multi-hop networks. While RTS/CTS is effective for avoiding packet collisions caused by hidden terminals, an overhead problem occurs due to the increase in the number of RTS/CTS control packets. As the number of RTS/CTS control packets increases, the collisions between RTS/CTS control packets occur more frequently. The analysis of networks that use RTS/CTS has been considered difficult because of the complex behaviors of RTS/CTS. The present paper introduces a novel approach to the analysis of throughput for networks that use RTS/CTS by considering one-way flow in string multi-hop networks. The end-to-end network maximum throughput is obtained by analyzing the maximum throughput of bottleneck nodes. This analysis provides the transmission failure probability considering not only RTS-RTS collisions but also the influence of the Network Allocation Vector (NAV). A simulation is carried out, and a comparison of the analytical and simulated results validates the proposed analytical expressions. © 2010 IEEE.

This paper presents an isolated class-E switching converter with high-frequency high-efficiency operation for low-voltage/high-current output applications. In the proposed converter, two class-E isolated dc/dc converters are connected in parallel at the output filter of the rectifier. By applying the interleaving technique and regulating turn ratio of the combining transformers, the proposed converter is suitable for the low-voltage/high-current applications. Moreover, this converter achieves electric safety because of the isolation between the inverters and the rectifiers. By carrying out the circuit experiments, we show that the experimental waveforms agree with numerical ones quantitatively.

無線LAN標準のIEEE 802.11 DCFを用いた直線状無線マルチホップネットワークにおいて，隠れ端末問題によるスループットの低下が問題となる．隠れ端末問題を抑制するために，指向性アンテナによるビームフォーミングを利用したMACプロトコルが提案されているが，指向性アンテナを用いることによる新たな隠れ端末問題が発生する．本論文では，直線状無線マルチホップネットワークにおける端末に2つの指向性アンテナを用いたシステムにおいて，端末の送信を抑制する信号を発生させることで隠れ端末問題を解決するプロトコルを提案する．シミュレーションを行い，提案手法の有効性を示す．また，提案するプロトコルにおける最大スループットを解析的に導出する．解析結果より，提案手法では衝突を削減できるため，最大スループットを決定するボトルネックが衝突ではなくキャリアセンスによる送信待機時間となることが示される．It is one of the problems for the IEEE 802.11 based multi-hop networks that the throughput decreases because of the hidden-terminal problem. There were some proposals of Medium Access Control (MAC) protocols using directional antennas for avoiding the hidden-terminal problem. However, the systems using the directional antennas yield a new type of hidden terminal problem. This paper presents a novel MAC protocol using multiple directional antennas. The proposed protocol uses multiple directional antennas and transmission control signals generated by transmitters. The simulation results and the maximum throughput analysis are shown. The analytical result denotes that the bottleneck for achieving the highest throughput of the proposed protocol is not a collision effect but a carrier-sensing effect because of the collision reduction.

In this paper, a new framework for removing mixed noise composed of the impulse and Gaussian noises from images is presented in which the FINDRM with the directional difference and the Bivariate Shrinkage Function (BSF) in the Dual-Tree Complex Wavelet Transform (DT-CWT) domain are used. First, the noise detection phase of the Fuzzy Impulse Noise Detection and Reduction Method (FINDRM) is used to determine whether a pixel is an impulse or not. When the pixel is determined as an impulse noise, the FINDRM with the directional difference is used to restore the impulse noise. Second, Gaussian noise is removed by using the BSF, which considers the relationships between wavelet coefficients in the DT-CWT domain. Applying the proposed framework to an image corrupted by mixed noise, a clean image can be obtained.

This paper presents a derivation of the core geometry coefficient K g for the design of RF-choke inductors and a design example. The design example indicates that the dc winding loss is the dominant component of the total power loss of RF-choke inductors. Additionally, the advantages and disadvantages of the Kg method are discussed by using the design example results.

This paper quantitatively analyzes the maximum UDP (User Datagram Protocol) throughput for two-way flows in wireless string multi-hop networks. The validity of the analysis is shown by the comparison with the simulation and the experiment results. The authors also clarify the difference fundamental characteristics between a one-way flow and a two-way flow in detail based on the simulation results. The result shows that collisions at both ends' nodes are decisive in determining the throughput for two-way flows. The analyses are applicable to the estimation of VoIP (Voice over Internet Protocol) capacity for string multi-hop networks represented by WLAN (Wireless Local Area Network) mesh networks. © 2009 The Institute of Electronics, Information and Communication Engineers.

直交周波数分割多重(OFDM)の問題の一つである,PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)を低減する手法としてサブバンドSLM法(Selected Mapping)が提案されている.しかし,サブバンドSLM法では連続したサブキャリアをグループ化するため,IFFTそのものの計算量を削減することはできない.また,IFFTポイント数を減らすことで計算量を削減するサブバンド分割手法も提案されているが,各グループの割り当てサブキャリア数に偏りが生じるため,PAPR特性が劣化するという問題がある.本論文では,SLM法における計算量削減のためのサブバンド分割法を提案する.提案手法では,各グループの割り当てサブキャリア数の偏りを少なくしつつ,IFFTポイント数を減らすことで従来のサブバンド分割法と比較して同じPAPR特性における計算量を削減できる.シミュレーションにより,提案手法は従来のサブバンド分割法と比較して,同じ計算量におけるPAPR特性を改善し,同じPAPRにおける計算量を削減することを示す.

直交周波数分割多重(OFDM)の問題の一つである,PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)を低減する手法としてサブバンドSLM法(Selected Mapping)が提案されている.しかし,サブバンドSLM法では連続したサブキャリアをグループ化するため,IFFTそのものの計算量を削減することはできない.また,IFFTポイント数を減らすことで計算量を削減するサブバンド分割手法も提案されているが,各グループの割り当てサブキャリア数に偏りが生じるため,PAPR特性が劣化するという問題がある.本論文では,SLM法における計算量削減のためのサブバンド分割法を提案する.提案手法では,各グループの割り当てサブキャリア数の偏りを少なくしつつ,IFFTポイント数を減らすことで従来のサブバンド分割法と比較して同じPAPR特性における計算量を削減できる.シミュレーションにより,提案手法は従来のサブバンド分割法と比較して,同じ計算量におけるPAPR特性を改善し,同じPAPRにおける計算量を削減することを示す.

直交周波数分割多重(OFDM)の問題の一つである,PAPR(Peak-to-Average Power Ratio)を低減する手法としてサブバンドSLM法(Selected Mapping)が提案されている.しかし,サブバンドSLM法では連続したサブキャリアをグループ化するため,IFFTそのものの計算量を削減することはできない.また,IFFTポイント数を減らすことで計算量を削減するサブバンド分割手法も提案されているが,各グループの割り当てサブキャリア数に偏りが生じるため,PAPR特性が劣化するという問題がある.本論文では,SLM法における計算量削減のためのサブバンド分割法を提案する.提案手法では,各グループの割り当てサブキャリア数の偏りを少なくしつつ,IFFTポイント数を減らすことで従来のサブバンド分割法と比較して同じPAPR特性における計算量を削減できる.シミュレーションにより,提案手法は従来のサブバンド分割法と比較して,同じ計算量におけるPAPR特性を改善し,同じPAPRにおける計算量を削減することを示す.