電気通信大学

スマート無線研究会(H28.01.21)

ベースバンド無線研究への夢と希望と現実と～究極のワイヤレス情報通信をめざして～
唐沢 好男
電気通信大学 (UEC Tokyo)
先端ワイヤレス・コミュニケーション研究センター (AWCC)

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あらまし 近場の技術からもう少し目を先に向け、究極のワイヤレス情報伝送技術として筆者らが研究を進めている「環境適応型ベースバンド無線」を紹介する。この技術は、ワイヤレス通信の未来技術と期待されるソフトウェア無線・コグニティブ無線と一体化した環境適応通信を目指している。講演では、この研究テーマを取り上げ、研究の紹介と共に、これにかける著者の想い（夢と希望、そして現実）を語りたい。

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講演の内容○ 自己紹介*○ ベースバンド無線ことはじめ
・ベースバンド波形の直接伝送○ 環境適応型ベースバンド無線・概念・信号生成
・周波数領域差動符号化スペクトル拡散通信○ 若い人たちへの伝言*（* 部分のスライドは外しています）
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ベースバンド無線ことはじめ
世は、ギガビットの情報が無線で飛び交う時代に。
ベースバンドの連続信号を、キャリア（搬送波）に乗せずにそのままアンテナから送り出したらどうなるのだろうか？（１９９５年頃）
時代と共に・ATR環境適応通信研究所（1996.04～ ）（キャリアレス無線）
・UWB、インパルス無線（Impulse Radio）
・電気通信大学 唐沢研究室（1999.04～ ）7

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究極の無線伝送8

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直流成分を含むベースバンド信号は、アンテナから出てゆかないでは？

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ベースバンド波形直接伝送実験（初期バージョン）
電波暗室での伝送実験

ディスコーンアンテナ（100MHz～500MHz帯においてVSWRが2.0以下）

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送信波形（マンチェスター符号化）

受信波形（実測と伝送路特性からの推定）

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ベースバンド波形の直接伝送（キャリアレス無線）
そのできることとできないこと
アンテナサイズ(1m)3(10cm)3

伝送レート→ 250 Mbps （実データ伝送で確認）→ 2.5 Gbps
（実チャネル特性データを用いたコンピュータシミュレーションで確認）(1cm)3→ 25 Gbps （上記より推定）

問題点：スペクトル制御が難しく、周波数共用が困難→ 特殊環境での利用に限られる→ 汎用通信への利用へ
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ベースバンド波形の直接無線伝送
・ ワイヤレスギガビット伝送の時代
・ 搬送波に載せない無線データ伝送
利点： 超小型なシステムで実現できる
欠点： スペクトル制御が難しく、利用分野が特殊環境に限定

環境適応型ベースバンド無線
・ ベースバンドOFDM伝送方式の採用による柔軟なスペクトル制御
・ 電波領域に分散して横たわるホワイトスペース群を一括信号処理（ベースバンド信号処理）で刈り取るSU通信を対象
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環境適応型ベースバンド無線： その信号の作り方
送信信号の伝送周波数帯

frequency
(a)
fmin

0

fmax

ここを空白にする
frequency
(b)
0

fmin

fmax

2fmax
サンプリング周波数 fs

送信信号スペクトル）
(c)
-fmax

frequency
-fmin

0

fmin

fmax

送信信号（実数）
(d)

time
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伝送信号の生成通信信号帯域

環境認識
適応変身

0

fmaxデータ配列

無配置

a

送信信号
（ベースバンドOFDM信号）

Kb/2

実数化

Kb

Re{IFFT(a)}

DAC

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SU用 低電力密度
スペクトル拡散通信

PU

周波数選択性フェージング環境
ファーストフェージング環境

SU

低電力密度

SU

PU

周波数

広帯域わたって分散して存在するホワイトスペースをかき集めて一括信号処理 16

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周波数領域差動符号化スペクトル拡散方式ベースバンド無線

WTX

周波数選択性フェージング

周波数選択性フェージング

周波数フラットフェージング
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周波数領域の差動符号化でスペクトル拡散を行う
低電力密度ベースバンド無線
周波数拡散帯域幅：
信号帯域幅：

Wsp

Wsig

サブキャリア列

G p  Wsp / Wsig

周波数選択性フェージング環境に対する差動符号化拡散符号→受信側差動検波
スペクトル拡散（CDMへ拡張）、低電力密度通信、弱電波での遠距離通信・・・・・・

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伝送特性評価結果の一例
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Gp=1(DQPSK)
frequency-flatfading

Gp=1000

0.1Wsig  10 kHz

BER

0.01

Wsp  10 MHz
frequencyselective
fading30dB shift0.001

=1s0.6s0.00010.2s0.1
0.00001-30-20=0.05s-100

CNR (dB)

10203040（詳細およびマルチユーザ応用については、19３月SR研発表予定）

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広帯域アンテナ(1～2GHz)

ベースバンド無線実験インフラ
fs=6GHz

電波反射箱
fs=4GHz(帯域2GHz以下の任意波形生成)

PU

ADC(ADQ108)

(AWG)

ATT

DAC

ADC

SU

(ADQ108)

signalsignalPC

signal 20

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電波反射箱
Reverberation Chamber

全面鏡張りの部屋：光の反射箱
全面金属壁の部屋：電波の反射箱
アルミニウム製フレームとアルミシート付樹脂板で構成○簡易な構造○安価で構築可能○超広帯域マルチパス環境

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電波反射箱（4mx2mx2m）：組み立て中

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ベースバンド無線によって開かれる世界
i) 広い周波数帯に分散して存在するホワイトスペースでの一括信号処理（ベースバンド信号処理）による究極的周波数有効利用の実現 （§3.3(1), (2)で述べた方式の高度化）
ii) 超広帯域周波数拡散による、超低電力密度通信の実現。具体的には、微弱電波での長距離無線通信、非常災害時に活躍するアドホックな無線通信などである。
（§3.3(3)で述べた方式の高度化）
iii) 高機能汎用送受信機構成による未来のユニバーサルソフトウェア無線機の実現
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環境適応型ベースバンド無線を実現するため研究課題a) 高速信号処理デバイスの開発（技術の進化に期待）b) 電波環境認識技術（コグニティブ無線の研究分野）
c) 比帯域の広いアンテナの開発（超広帯域アンテナ）d) 広帯域受信に伴う、干渉波入力飽和による受信系非線形問題の対策
e) 超広帯域伝搬環境のチャネルモデルの確立

f) MIMOなどさらなる高機能伝送の追及、その特徴を生かした新しい通信方式
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究極の環境適応型ワイヤレス通信： ３つの “Radio” の統合
Baseband Radio
電波領域信号をベースバンド信号処理で生み出す
ワイヤレスシステム

Software-DefinedRadio
プログラミングによって機能を実現

Cognitive Radio
電波環境認識と適応変身
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