ユビキタス時代のワイヤレス技術
大阪大学大学院工学研究科
電気電子情報工学専攻
情報通信工学部門
三瓶 政一
Graduate School of Engineering
Osaka University, Japan講演内容• ワイヤレス通信環境の変遷• ワイヤレス通信の伝搬路変動とその対策技術• 電話からマルチメディアへ• マルチメディアからユビキタスへ• ユビキタス社会におけるITS• まとめ2

ワイヤレス通信環境の変遷

Graduate School of Engineering
Osaka University, Japan

無線通信100年の歴史• 1895年～1945年（５０年間）– 無線通信の発明– 限られた分野への応用（軍事，公共業務，運輸）• 1945年～1980年（３５年間）
無線の利用法の検討– 電波の民間利用– 自動車電話システムの開発• 1980年-1995年（１５年間）
無線の普及期– 各種移動体無線システムの導入期• 1995年-2000年（５年間）– 携帯電話の普及期
無線技術が生活の中に• 2000年以降浸透してきた時代– 携帯電話からケータイへ– その他のシステムの普及（無線LAN, ITS，RF-ID等）
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身の回りのワイヤレス通信環境

多様な用途へ一般への浸透
1970年代テレビ
レーダ（公共）アマチュア無線ラジオ

1990年代
カーナビ
POS
携帯電話
リモートセンシング
テレビ
レーダ（公共）アマチュア無線ラジオ

2000年代RF-ID
センサネットレーダ（ITS）
無線LAN
カーナビ
POS
携帯電話
リモートセンシング
テレビ
レーダ（公共）アマチュア無線

ラジオ
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ワイヤレス通信の伝搬路変動とその対策技術

Graduate School of Engineering
Osaka University, Japanワイヤレス通信の伝搬路
受信信号レベルの変動は・長区間中央値変動・短区間中央値変動・瞬時変動で構成される

電波
市街地モデル
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移動体通信における伝搬ロス（奥村カーブ）
d-2に比例

d-3に比例

d-4に比例8

マルチパスフェージング発生メカニズム
反射
反射
基地局

回折
散乱

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距

距

離（離（時時間）間）

周波数選択性フェージング現象の解釈－時間と共に変化するインパルス応答・周波数伝達関数－

電力

フーリエ変換遅延時間
インパルス応答の時間変動周波数周波数伝達関数の時間変動
10周波数選択性フェージングチャネルの特性例
広帯域伝送時の周波数特性（周波数軸上に電力が拡散されている）

狭帯域伝送時の受信電力
11フェージング対策技術の考え方の変遷• 第1期（フェージングに対して受身の時代）1990年以前– フェージング現象を受身で受け入れる– フェージング環境下で変復調器を適切に動作させるための技術開発• 第二期（フェージングに対して積極的にチャンレンジする時代）1990-2000年– 送信機における制御を導入することでフェージングの影響を抑制• 広帯域伝送が中心（受信機感度の向上が目的）• 伝搬路特性の把握• 送信機と受信機における適応制御• 送受信機間の協調動作
121990年代以降の要求条件，伝搬路の見方の変化• 要求されるサービスの変化– 音声→マルチメディア（インターネット）• 伝搬路に対する見方の変化 伝搬路状態の計測と対応– 広帯域伝送が可能に（ディジタル信号処理技術の進展）• 各種適応等化技術• アダプティブアレーアンテナ– 伝搬路の影響に対する制御（能動的な対処） 伝搬路をAWGNへ• 送信電力制御• 適応変調（変調方式，シンボルレート，符号化率，拡散率，etc.）• 干渉キャンセラ
– 受信機感度の改善（シャノン限界への挑戦）• 符号化技術（Turbo符号など）• 情報理論の重視
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2000年以降の伝搬路の捉え方• 伝搬路変動を活用する時代– シャドウィング，マルチパスフェージングによる空間の遮蔽効果，時間変動の活用• MIMO伝送• SDMA• 伝搬路変動で障害となる点の克服– 伝搬路の影響のダイナミック制御が可能• 帯域制限型システムから電力制限システムへ– シャノン限界への挑戦（電力制限型力システム設計の必要性）• セルラシステムのブロードバンド化（次世代携帯電話）• バッテリー駆動型通信ノード（センサネットなど）
14電話からマルチメディアへ

Graduate School of Engineering
Osaka University, Japan

携帯電話におけるサービスの変化－電話からマルチメディアへ－
第1世代

第2世代

第3世代

第4世代

音声（電話）
メール（SMS）
i-mode, EZweb
カメラ（ビデオ）搭載
ロケーションサービス（GPS）
マルチメディアサービス（HP，動画，音楽）
マルチメディアサービスのブロードバンド化
16ワイヤレス通信の利用分野の拡大
オフィス内ネットワーク（無線LAN・無線ATM）機器（機械）間通信

携帯電話
高度道路交通網システム

ホームネットワーク
TV
VTR

AUDIO GAMEHome Link路車間
通信
車車間通信

PRINTERPC
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無線の活用という観点からの変化• コードレス– 携帯電話，コードレス電話，無線LAN，POS• 移動– 携帯電話

• 熱源
– 電子レンジ• 身の回りのものの存在の把握– ITS，RF-ID，GPS• 身の回りのものの状況の把握– センサネット，ITS• 知りたいときに知りたい情報– カーナビ，ITS，RF-ID，センサネット• 非接触測定– リモートセンシング，レーダ（ITS）
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マルチメディアからユビキタスへ

Graduate School of Engineering
Osaka University, Japanユビキタスとは• どこにでも存在するという意味• ユビキタス社会のためのユビキタスネットワーク– 様々な状態の情報化機能• 各種センサ，タグ（RF-ID）– 様々な情報の取捨選択機能• データマイニング技術，エージェント技術– どこにいても情報収集可能なネットワーク機能• 携帯電話，無線LAN，その他で構成される，階層化されたネットワーク– 情報を受ける→情報を集める• 身の回りの情報の常時把握• 情報を集めて行動へ反映
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マーク・ワイザーのユビキタスコンピューティング
コンピュータが背後に隠れ，人間が主役になるシステム• コンピュータの存在を意識せずとも，人が情報を得られるシステム– 人が日常生活で行っている情報の取得・認識と同様もプロセスで様々な情報を，いつでもどこででも入手できるシステム• 人が情報を得る手段– タブ（メモ帳のようなもの）– パッド（一人の人間が複数使うもので，紙のように拡げて使うもの）– ボード（ディスプレイ）
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ユビキタスに含まれる多様な意味
ユビキタスネットワーク

ユビキタスコンピューティング

通信機能の多様化
通信機能の高度化
通信ノードの小型・低価格化
実物系ネットワークの実現

コンピュータの多機能・高機能化
コンピュータの小型化
コンピュータ機能の分散化

ユビキタスの理念

ホームネットワークの実現
センサーネットワークの導入
新システム（ITSなど）の導入

ユビキタスサービ
スの実現

生活をサポートするサービス
何気ない日常生活の中で情報を得るのと同様の感覚での情報収集

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総務省が描くU-JAPAN（総務省HPより）

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結局ユビキタスネットワークとは• パーソナルな個人生活空間を便利で安全に– 自分の身の回りは自分で把握– 接続するものは自分の意思で決定（個人情報）– 快適なパーソナル・プライベート空間の構築• 互いの空間の尊重– プライバシーの尊重– 安全な環境• 共有している空間の環境を快適に– 温度環境，湿度，CO2，騒音– 個人の空間は共有空間の一部
24ユビキタス社会におけるITS

Graduate School of Engineering
Osaka University, JapanITSの役割
音・画像を伝える
NW上の情報電波による情報伝達

マルチメディア化

情報技術

身の回りの情報（センサ，タグ）

電波による計測機能
ITS
瞬時の情報提供
意味の抽出

過去の事

今起きている事

将来起きそうな事【ITSとは】任意の場所で，速やかに必要な状況を把握し，対処することで，スムーズな交通システムを実現するための情報通信システム
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仕事中の長距離運転の1シーン• 道路交通に関する情報– 迂回の是非に関する情報– 道路に関する情報– 混雑状況（何時ころ到着可能？）• 生活に関する情報
自分の分身がいれば。。。。。

– ニュース– 必要なものの入手（買い物）– 家の中の状況• 仕事に関する情報
エージェント機器
通信回線は無線– 仕事の進捗情報– 取引先との連絡– 同僚からの情報27

まとめ• ユビキタス社会における電波の役割– コードレスの実現とモビリティの確保– 電波を利用したセンシング（計測機能）• 計測，存在の認識• ユビキタスネットワーク（電波の活用の観点から）– 複数の生活空間を一体化（ITSでは車内が中心）– 生活空間（車内空間）内の状況の把握– 共有空間（公共空間：車外空間）で起きている事象の把握・予測• 危険の回避• 安心感の確保• ITSはユビキタス空間の一部を担うもの
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