博 士 （ 工 学 ） 斉 醫 恒
学位 論文題名
A Study on Very High Speed and Low Power Wireless Communication Systems
（超高速低消費電力無線通信システムの設計に関する研究）
学位論文内容の要旨
近年まで進め られた大量生産時代が終焉し、情報化及び多様化の社会とをり、ネットワーク上で の人と人、機器 と機器間の高速通信は、より重要を技術課題と橡ってきている。その中の無線通信 では、より大容 量のデータ通信とモバイル通 信にも対応できる小型化・ 低消費電力化が望まれて いる。
本学位論文で は、無線通信ネットワークの新しい技術に関して検討し、その有効性について述べ た。特に通信路 符号化、情報源符号化、時間・空間・周波数資源の同時利用技術についての研究を 行うと共に、現 在のネットワーク環境に適した最適な通信方式と高速で低消費電カな無線通信シス テムの実現手段 を開発した。シミュレーショ ン評価及び半導体LSIの試作も合めて、実用化を念頭 にした研究であ る。
本論文での目的 は、SGHz周波数を利用するワ イヤレス通信の通信速度、 性能、伝送距離及び低消 費電カに関する 新技術を実現することである。そのため、理論的極新方式の提案、コンピュータシ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 評 価 と 実 ハ ー ド ウ ェ ア 実 装 やLSIチ ッ プ 試 作 で の 確 認 を 行 っ た 。 本論文の構成 は、以下のようにをっている 。
第一章では、デ ィジタル無線通信の研究動向と本研究の概要について述べている。ここでは、従来 から行われてき たディジタル無線通信技術の総括を行い、その中での問題点を明らかにしている。
第二章でtよ、デ ィジタル適応ノイズキャンセラーの研究について説明している。この章では、直交 周波数分割多重 方式(Orthogonal FrequencyーDivision Multiplexing。以下OFDMと称する）の概要 に つい て述 ベ、OFDMシ ステ ムに 適し たノイズ除去技術 と設計手法の提案を行い、 その有効性を 示 して いる 。第 三章 で は、OFDM信号 のガードインター バル長の設計について述べ ている。マル チ パス フェ ージ ング 環 境に 適用 でき るOFDMシステムを 設計するために、ガードイ ンターバルを 導入することが 一般的であるが、時間長の長いガードインターバルを利用すると、システム全体の スループットが 下がる。ここでは有効橡ガー ドインターバル長で、同時 にシステムのスループッ トをあまり低下 させない最適蘊ガードインタ ーバルの設計を提案し、マ ルチパスやノイズに強い OFDMシステムに 適した信号フオーマットを提 案する。
第 四章 では 、高 速SISO‑OFDM，MIMO―OFDM無 線送 受 信シ ステ ムの設計・試作につ いて述べてい る。ここでは、 スループットが数百Mbpsを超 える、高速無線システムの 基本構成について考え、
従来の方式に比 ベ数倍高速をシステムの提案 ・開発を行った。第五章で は、MMSE‑MIMO Detector 及 び4x4MIMO‑OFDMシ ス テム につ いて 述ベ 、 高速 化に 伴う 回 路規 模の 削減 や、 低 消費 電力化の
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新しい技術を提案し、 その実装について説明した。 第六章では、1.2Gbps高速無線送信、受信技術 の研究について言及し 、lGbpsのスループットを超 えるシステムの設計と、802.11a/nパックコン パチビリティを有する データフオーマットの提案、さまざまを雑音環境下における実効伝送容量の 検討 、提 案 シス テム のLSI化 を行 った 。 第七 章で は、 次世 代OFDM信号フオーマッ トについて述 ベ、OFDMで問題と誼っ ている、Peak to Average Power Ratio (PAPR)特性の改 善と伝送効率を上 げるデータフオーマッ トの提案を行った。
第八章においては、4Kディジタルシネマを用いた無 線通信システムについて説 明し、上記のシス テムを利用した、画像 通信システムの構築を行った。実アプリケーションの実装と評価を行い、そ の有効性を確認した。
無線LANの世 界標 準規 格 を考 えるIEEE802.11委員 会で は、802.llnの 次の 規格 であ る802.11ac において、lGbpsを超え る標準規格が考えられてい る。それに対して、本研究は、情報理論とディ ジタル信号処理技術を利用して、802.lln，802.llacの規格を超えた通信速度が達成できるアルゴリ ズムを提案し、そのハ ードウエアの小型化、低消費 電力化実現を行った。そし て従来規格方式の
′ヾック・コンパチビ リティーも両立させた新しいMIMO−OFDM方式の研究、そ のシステム開発、
設計を行い。同時に通 信データパケットのフレーム 構成を提案した。これらは 、IEEE802.11委員 会の国際規格の動向に 対応した研究である。
本研究の着想点は、802．lln国際規格に準拠しをがら、信号処理、符号理論、情報通信教ど最先 端技術を導入すること によって、常に国際規格を一歩先リードすることである。それにより開発し た最先端技術の有効性 を常に高く維持している。
これらにより、本論 文では、従来の無線通信が実現している通信スループットをはるかに超える 数Gbpsの 無 線通 信速 度を 実現 す る新 しいMIMOーOFDMシス テム を設 計 ・開 発し た。 さらにその フイールド実験や画像 通信に応用することで、実用化に対応するシステム構築を行った。同時に、
極 低 消 費 電 力 型 のLSIシ ス テ ム と し て 設 計 実 現 し 、 そ の 有 効 性 を 示 し た 。
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学位論文審査の要旨
学位論文題名
A Study on Very High Speed and
Low Power Wireless Communication Systems （超高速低消費電力無線通信システムの設計に関する研究）
近年まで進められた大量生産時代が終焉し，情報化及び多様化の社会とをり，ネットワーク上での 人と人，機器と機器間の高速通信は，より重要を技術課題とをってきている。その中の無線通信で は，より大容量のデータ通信とモバイル通信にも対応できる小型化・低消費電力化が望まれている。
本学位論文では，無線通信ネットワークの新しい技術に関して検討し，その有効性について述べて いる。特に通信路符号化，情報源符号化，時間・空間・周波数資源の同時利用技術についての研究を 行うと共に，現在のネットワーク環境に適した最適を通信方式と高速で低消費電カを無線通信シス テ ムの実 現手段を開発した。シミュレーション評価及び半導体LSIの試作も含めて，実用化を念頭 にした研究である。
本論文での目的は，SGHz周波数を利用するワイヤレス通信の通信速度，性能，伝送距離及び低消 費電カに関する新技術を実現することである。そのため，理論的を新方式の提案，コンピュータシ ミ ュ レ ー シ ョ ン に よ る 評 価 と 実 ハ ー ド ウ エ ア 実 装 やLSIチ ッ プ 試 作 で の 確 認 を 行 っ た。
本論文の構成は，以下のようにをっている。
第一章では，ディジタル無線通信の研究動向と本研究の概要について述べている。ここでは，従来 から行われてきたディジタル無線通信技術の総括を行い，その中での問題点を明らかにしている。
第二章では，ディジタル適応ノイズキャンセラーの研究について説明している。この章では，直交 周 波数分 割多重方式(Orthogonal Frequency‑Division Multiplexing。以下OFDMと称する）の概要 に ついて 述ベ，OFDMシステ ムに適 したノイズ除去技術と設計手法の提案を行い，その有効性を示 し ている 。第三章 では．OFDM信号 のガードインターバル長の設計について述べている。マルチパ ス フェー ジング環 境に適 用でき るOFDMシ ステムを 設計す るため に，ガ ードイ ンターバルを導入 することが一般的であるが，時間長の長いガードインターバルを利用すると，システム全体のスルー プットが下がる。ここでは有効をガードインターバル長で，同時にシステムのスループットをあま り 低下さ せをい最 適をガ ードイ ンター バルの 設計を 提案し ，マル チパスや ノイズ に強いOFDMシ ステムに適した信号フオーマットを提案している。
第 四章 で は 。高速SISO―OFDM，MIMO‑OFDM無線 送受信 システ ムの設 計・試 作につ いて述べ て
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一 雄
則 孝
喜
俊
正
恭
永
島
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川
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野
小
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授
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教
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査
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主
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いる。ここでは，スループットが数百Mbpsを超える，高速無線システムの基本構成について考え，
従来の 方式に比ベ数倍高速をシステムの提案・開発を行った。第五章では，MMSEーMIMO Detector 及び4x4MIMOーOFDMシ ステム について 述ベ， 高速化 に伴う回路規模の削減や，低消費電力化の新 しい技術を提案し，その実装について説明した。第六章では，1.2Gbps高速無線送信，受信技術の研 究について言及し，lGbpsのスループットを超えるシステムの設計と，802.lla/nバックコンパチピ リティを有するデータフオーマットの提案，さまざまな雑音環境下における実効伝送容量の検討，提 案 シス テ ムのLSI化を行 った。 第七章 では， 次世代OFDM信号フ オーマ ットに ついて 述ベ，OFDM で問題とをっている，Peak to Average Power Ratio (PAPR)特性の改善と伝送効率を上げるデータ フオーマットの提案を行った。
第八章においては，4Kディジタルシネマを用いた無線通信システムについて説明し，上記のシス テムを利用した，画像通信システムの構築を行った。実アプリケーションの実装と評価を行い，その 有効性を確認した。
無線LANの世界 標準規 格を考 えるIEEE802.11委員会 では、802.llnの次の 規格である802.llac において，lGbpsを超える標準規格が考えられている。それに対して，本研究は，情報理論とディジ タル信号処理技術を利用して，802.lln，802.llacの規格を超えた通信速度が達成できるアルゴリズ ムを提案し，そのハードウエアの小型化，低消費電力化実現を行った。そして従来規格方式のバッ ク・コ ンパチ ビリテ ィーも 両立さ せた新 しいMIMO‑OFDM方式の研究，そのシステム開発，設計を 行い。同時に通信データ′Xケットのフレーム構成を提案した。これらは，IEEE802.11委員会の国際 規格の動向に対応した研究である。
本研究の着想点は，802.lln国際規格に準拠し誼がら，信号処理，符号理論，情報通信をど最先端技 術を導入することによって，常に国際規格を一歩先リードすることである。それにより開発した最 先端技術の有効性を常に高く維持している。
以上のことより，本論文では，従来の無線通信が実現している通信スループットをはるかに超える 数Gbpsの 無線 通 信 速 度を 実 現 す る新 し いMIMO‑OFDMシ ス テ ムを設 計・開 発した 。さら にその フイールド実験や画像通信に応用することで，実用化に対応するシステム構築を行った。同時に，極 低消費 電力型のLSIシステムとして設計実現し，その有効性を示した。これにより超高速かつ低消 費 電 カ の 無 線 通 信 シ ス テ ム に 関 す る 研 究 開 発 に お い て ， 十 分 を 成 果 を 上 げ て い る 。 これを要するに，筆者は，無線通信システムの高速化及び低消費電力化問題について，新たを方式 の提案とそのアーキテクチャ実現を行い，その有効性を示した。これにより，超高速かつ低消費電カ の無線通信システム技術に関する多くの有益を知見を得ており，工学の分野に貢献するところ大を るものがある。
よ っ て 筆 者 は ， 北 海 道 大 学 博 士 （ 工 学 ） の 学 位を 授 与 さ れる 資 格 あ るも の と 認 める 。
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