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コグニティブ無線入門

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Academic year: 2021

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(1)

コグニティブ

コグニティブ無線の可能性

無線の可能性

移動通信における電波資源拡大のための研究開発

2008年2月18日

眞田 幸俊

慶應義塾大学理工学部電子工学科

(2)

コグニティブ無線の定義

A radio that employs model-based reasoning to

achieve a specific level of competence in

radio-related domains

Observe

Orient

Plan

Learn

Decide

Act

Outside World

Prior

Status

New

Status

Pre-process

Normal

Urgent

Immediate

Register to

Current Time

Allocate

Resources

Initiate

Process

Save Global

Status

Send a

Message

Receive a

Message

Read Buttons

The

Cognitive

Cycle

-2-Mitola, J., III, “Cognitive radio for flexible mobile

multimedia communications,” Proc. MoMuC’99

(3)

1つの定義

無線通信環境

送受信機の状態,能力

マルチバンド

マルチモード

信号処理能力

バッテリー資源

通信路状態

利用可能周波数帯

伝搬路環境(遅延時間軸,空間軸)

トラフィック(有線,無線)

ユーザー側要求

データレート

QoS

コスト

に応じて

周波数資源(帯域,経路)

送受信機処理(信号処理,バッテリー資源)

通信品質(データレート,経路,QoS,コスト)

観測

通信状態

送受信機

状態

計画

学習

決定

処理

Normal Immediate Urgent

判断

(4)

例.無線

LANから3Gへの切り替え

-4-観測

通信状態

送受信機

状態

計画

学習

決定

処理

Normal Immediate Urgent

判断

NW

端末の移動

(5)

例.無線

LANから3Gへの切り替え

観測

通信状態

送受信機

状態

計画

学習

決定

処理

Normal Immediate Urgent

判断

NW

WLAN

信号レベルの低下

(6)

例.無線

LANから3Gへの切り替え

-6-観測

通信状態

送受信機

状態

計画

学習

決定

処理

Normal Immediate Urgent

判断

NW

対応策の検討

(7)

例.無線

LANから3Gへの切り替え

観測

通信状態

送受信機

状態

計画

学習

決定

処理

Normal Immediate Urgent

判断

NW

他システムへの切り替え検討

(8)

例.無線

LANから3Gへの切り替え

-8-観測

通信状態

送受信機

状態

計画

学習

決定

処理

Normal Immediate Urgent

判断

NW

3Gシステムへの切り替え決定

(9)

例.無線

LANから3Gへの切り替え

観測

通信状態

送受信機

状態

計画

学習

決定

処理

Normal Immediate Urgent

判断

NW

3Gシステムと接続

(10)

2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006 2007 2008

Year

0

50

100

150

200

250

300

Aggregated IX traffic [Gbps]

Traffic volume

0

1

2

3

4

5

Annual growth rate

Growth rate

主要

IXにおけるピークトラフィック

(JPIX/JPNAP/NSPIXP)

ブロードバンド普及による指数関数的増加

2002年には年率4.5倍、最近は50%程度の増加

-10-長 健二朗.

ISPから見たブロードバンドトラフィックの傾向.

JPNIC総会, March 2007.

(11)

ユーザーの希望

リアルタイム&ロバストな無線通信への要求

リアルタイム性

ロバスト性

遅延可

高データ

レート

低データ

レート

WEB

ストリーミング

VoIP

Chat

E-mail

緊急通信

非常災害

高齢化社会

(12)

コグニティブ無線を取り巻く環境

周波数再編方針

2003年7月:電波政策ビジョン

世界最先端のワイヤレスブロードバンド環境の構築

抜本的な周波数割り当ての見直し

【今後中核となる電波利用システム】

移動通信システム

270MHz ⇒ 340MHz(5年) ⇒ 1380MHz (10年)

無線LAN

200MHz ⇒ 480MHz(5年) ⇒ 740MHz (10年)

地上テレビジョン

デジタル化の円滑な推進とその普及,発展

RFID

高度利用が進展

UWB,ITX,準天頂衛星通信システム,情報家電

電波利用システムの高度化,開発の進展及び導入の促進

【周波数再編の方針】

1) 5年以内に1.7GHz帯,2.5GHz帯を中心に約340MHzを確保 2) 5~10年以内に5~6GHz以下を中心に1.38GHzを確保 1) 5年以内に5GHz帯を中心に最大で480MHzの周波数需要 に対応可能 2) 5~10年以内に5GHz帯等を中心に最大で約740MHzの 周波数需要に対応可能な周波数を確保 1) デジタル放送の円滑な全国展開のための周波数割当て 2) UHF帯は2012年以降移動通信システムに利用 3) VHF帯は地上デジタル音声放送,新規事業への割当て 950MHz帯付近等の新たな周波数帯も検討 UWB無線システム:2006年8月制度化 ITS関連:既存の周波数の有効利用,高度化 準天頂衛星通信システム:2.6GHz帯が音声衛星放送用 情報家電:利用状況の調査や使用ニーズを踏まえ検討

-12-小泉:電波解放戦略とワイヤレスブロードバンド推進に向けた総務省

の取組,.電子情報通信学会技術報告,SR2006-5,2006年4月

(13)

NW

コグニティブ無線による周波数資源有効利用

無線システム選択(周波数軸)

利用可能なシステムを認識し,要求された

QoSに合わせ

て最適な無線システムを選択

マルチモード端末によるモード切替

マルチバンド端末による複数バンド利用

PDC PHS

IMT-2000

WLAN

WiMax

IMT-

WLAN

Adva

(14)

コグニティブ無線による周波数資源有効利用

周波数共用(時間/空間軸)

通信路環境を認識し,通信可能な時間/空間を選択

アドホックネットワーク

IEEE802.22

UWBにおける干渉回避機能

-14-第4世代移動体

通信/WiMAX

UWB

アドホック

ネットワーク

干渉回避

(15)

マルチモード/マルチバンドを達成する

ソフトウェア無線技術

マルチバンド

アンテナ,

広帯域

受信機により複数の周波

数帯の信号を受信

高速

A/D変換器

によりできるだけアンテナ側で受信信号

をディジタルに変換

マルチモード

対応のディジタル信号処理により受信信号

を処理

RF信号

A/D

変換器

ディジタル

信号処理

出力

マルチ

バンドRF

(16)

周波数資源有効利用

コグニティブ無線の位置づけ

-16-ソフトウェア無線技術

ユーザー側要求

コグニティブ無線

(17)

ハードディスク/メモリ内のデータを共有

方式の違いをユーザに意識させないネットワーク

コグニティブ無線の可能性

ホームネットワークにおけるコグニィブ無線

PLC

802.8i/u

802.11a/b/g/n

Bluetooth

UWB

NFC

NW

Broadcasting

IPTV

(18)

コグニティブ無線の可能性

モバイル環境下のコグニティブ無線

-18-

ネットワーク越しにコンテンツにアクセス

ネットワークを含めて

QoSを

制御

ロバストな無線通信

LAN

802.11a/b/g/n

WiMax

3G/HSDPA/4G

CP

IPTV

NW

(19)

コグニティブ無線を取り巻く世界の研究開発

IEEE P1900

IEEE802.15

IEEE802.16

IEEE802.22

世界に先駆けた実証実験

電子情報通信学会

ソフトウェア無線研究会

ITU-R SG5

WP5A

移動通信における電波資源拡大

のための研究開発

(20)

電子情報通信学会ソフトウェア無線研究会

1999年発足

1999年-2005年の発表内容

3月5日-7日 移動通信WS@YRP

電波利用料R&D研究成果特別セッション

オーガナイズド一般セッション

-20-21% General Issue 31% Hardware 25% Signal Processing 11% Security 6% Softwar e 6% Antenna

Research Topics

43% University 41% Industry 6% Research Institute 7% Etc. 3% Government

Affiliations of Presenters

(21)
(22)

まとめ

コグニティブ無線の定義

コグニティブ無線による周波数有効利用

ソフトウェア無線とコグニティブ無線

コグニティブ無線の応用

コグニィブ無線の研究開発

参照

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