Microsoft PowerPoint - ⑥説明者（太刀川）.ppt

高速無線LANの

安定な通信のための

MC-CDMA符号ダイバーシチ方式

長岡技術科学大学 電気系 准教授 太刀川信一

●これからの高速無線LAN、携帯電話等の通信 多周波数にわたって並列に同時に送る t f₁ t f1 t f2 t f_M ･ ･ ･

Σ

Multi Carrier:MC_{例：OFDM、WiMAX}

Ｓｉｎｇｌｅ Carrier: SC

1. 研究背景

近年の高度無線情報通信の発展はめざましく、 ますます、その利用範囲は広がっていく。 ·●現在の無線LAN、携帯電話等の通信 単一（少数）の周波数に+1、-1等の情報を乗じて送る 例：DS/SS

OFDM

(Orthogonal Frequency Division Multiplexing) -

直交周波数分割多重

IFFT

逆フーリエ 変換回路 ･ ･ ･ ±1 ･ ･ ･ ±1 ±1 ±1 f領域 t領域 シリアルに送る ･･･ f f₁ f₂ f₃ f₄ f_M-1 f_M

2.従来無線通信の問題と通信方式

無線環境の変化 → 伝送路特性の変動 多くのユーザの同時利用 → 信号の衝突、混信 （従来のアンテナダイバーシチ：問題点、寸法大） 符号系列を乗じ、その相関特性を利用することによって上 記の軽減化を図る（パスダイバーシチRAKE効果あり） z スペクトル拡散方式(Spread Spectrum：SS)

z 符号分割多元接続 (Code Division Multiple Access：

CDMA)

先に、これらに適した新たなダイバーシチ：

符号ダイバーシチ

z 多数の信号系列に同一情報を乗じて送信し、 受信側では、それらの系列を個々に相関受信し、 その出力に応じた重み係数を乗じて加算し、 安定した出力を得るもの。 系列A1 系列A2 系列A1A 系列A2

これまでに提案したもの

z 直接拡散スペクトル拡散方式(DS/SS)を対象とした 符号ダイバーシチ技術 受信 出力 A_M … 重み係数g₁ g₂ g_M Σ BPF A₂ 系列A₁ f₁ Data ∑ … 系列A₁ A₂ A_M （問題点： DS/SS方式は、これからのLAN、マルチ キャリアMC,OFDMに使用できない）

今回提案する方式(送信機)

z

OFDMを用いたマルチキャリア符号分割多元接続

(

MC-CDMA

)を対象とした符号ダイバーシチ技術

A_M … Data A₂ a₁₁ + a₂₁ +･･･+ a_M1 系列A₁ a₁₂ + a₂₂ +･･･+ a_M2 a_1N + a_2N +･･･+ a_MN f₂ f₁ f_N A_M … Data A₂ a₁₁ + a₂₁ +･･･+ a_M1 系列A₁ a₁₂ + a₂₂ +･･･+ a_M2 a_1N + a_2N +･･･+ a_MN f₂ f₁ f_N

今回提案する方式(受信機)

受信 出力 … 重み係数g₁ a_1N Σ f分離 (FFT) a₁₂ a₁₁ … 重み係数g₂ a_2N Σ a₂₂ a₂₁ … 重み係数g_M a_MN Σ a_M2 a_M1 Σ … 系列A₁ A₂ A_M

3. 提案技術の特徴・従来技術との比較

z 周波数方向に多数の符号系列を乗じて、 符号ダイバーシチを行う。この点を新しく特許の対象にして いる。 z 従来技術では、時間軸だけの符号ダイバーシチで使用制 限されていたものが、次世代の 高速無線LAN用MC-CDMAに適用可能となった。 z 他局間干渉抑圧効果の他に、従来にはなかった周波数ダ イバーシチの効果も期待できる。 z 本技術の適用により、通信品質の安定化、ビット誤り率特 性の改善ができるため、送信出力低減化、小型化が可能と なり、コスト低減の効果も期待できる。

4.MC-CDMA符号ダイバーシチの設計と評価

4.1 システムモデル

∑ PN₁ PN₂ PN_M … I F F T F F T AWGN Interference d(t) d'(t) P / S PSK or QAM S / P … S / P … Symbol decide … P / S Transmitter Receiver ･･･ … ∑ PN₁ PN₂ PN_M g₁ g₂ g_M … ∑ ∑ PN₁ PN₂ PN_M … I F F T F F T AWGN Interference d(t) d'(t) P / S PSK or QAM S / P …… S / P …… Symbol decide …… P / S Transmitter Receiver ･･･ …… ∑ ∑ PN₁ PN₂ PN_M g₁ g₂ g_M …

重み係数の決定法について

] [ ] [ ] [ ] [ 2 ] [ 2 ] [ 2 ] [ ] [ ] [ ] ) [( 2 2 2 2 2 2 2 2 k k k k k k k k k k k k k k k k N E I E S E N S E N I E I S E N E I E S E N I S E Out + + = + + + + + = + + = ] [ ] ) [( ] [ ] [I_k2 E N_k2 E S_k I_k N_k 2 E S_k2 E + = + + − ] N [ E ] I [ E g ₂ k 2 k k + = λ λ：各相関器の 自局信号成分 出力信号の二乗平均 S_k ： 自局信号 I_k ： 干渉 N_k ： 雑音 E[ ] ： 平均 信号以外の成分の分散 重み係数g_k は、

4.2 割り当てる符号系列

z

直交Gold系列

ランダム系列に近い2値系列の合成によるもの

z

定振幅合成系列

各系列はアナログ系列であるが合成したものが

定振幅となる

„ 直交Gold系列の例 送信電力を正規化するためアナログ値となる „ 定振幅合成系列の例 定振幅 多レベル

合成した符号系列の形状

4.3 シミュレーション

シミュレーション諸元

（直交Gold系列）

Modulation System MC-CDMA code diversity

Number of users 2

Digital modulation BPSK,QPSK,16QAM PN sequence Orthogonal Gold sequence

Code length 32

Parallel input 128

Number of

branches 5

Timing Synchronous

Transmission line AWGN and Interference

SIR 0 [dB](16QAM)

-10 [dB](BPSK,QPSK)

Training bit 1000 [bits]

表　MC-CDMA符号ダイバーシチ シミュレーション諸元 (直交Gold系列)

BPSK SIR=-10[dB]における比較

1.E-04 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 0 2 4 Eb/N0 6 8 10 BER _{CD ON AVE} CD ON BEST CD ON WORST CD OFF AVE CD OFF BEST CD OFF WORST CD: Code Diversity

16QAM SIR=0[dB]における比較

1.E-04 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 0 5 _Eb/N0 10 15 BE R CD ON AVE CD ON BEST CD ON WORST CD OFF AVE CD OFF BEST CD OFF WORST

シミュレーション諸元

（定振幅合成系列）

Modulation System MC-CDMA code diversity

Number of users 2

Digital modulation 16QAM

PN sequence Const. Amp. Comp. Seq. (Orthogonal cyclic M-seq.)

Code length 31

Parallel input 124

Number of

branches 31

Timing Synchronous

Transmission line AWGN and Interference

SIR 0 [dB]

Training bit 1000 [bits]

表　MC-CDMA符号ダイバーシチ シミュレーション諸元 (定振幅合成系列)

定振幅合成系列による

MC-CDMA符号ダイバーシチ

1.E-04 1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 0 5 10 15 CD OFF AVE CD OFF BEST CD OFF WORST CD ON AVE CD ON BEST CD ON WORST

5. 想定される用途

z 本技術の特徴を生かし、次世代高速無線LAN(OFDM, WiMAX等)、現行無線LAN、携帯電話システムに適用 できる。 z 上記以外に、電灯線データ伝送（低周波用10-450kHz, 高周波用2-30MHz)においても効果の得られることが 期待される。 z また、RFタグ(ICタグ）、微弱無線使用の各種機器や用 途に展開することも可能と思われる。

6. 想定される業界

z 想定されるメーカ、通信管理会社 無線LANの関連機器メーカ 無線通信機の関連機器メーカ 電灯線データ伝送機器メーカ RFタグ(ICタグ）、微弱無線使用機器メーカ 通信システム、機器管理会社 z 想定される市場規模 小規模でも数千万円（1000円*2万台） →大規模なら数十億円(1000円*500万台）

7. 実用化に向けた工夫・課題

z

現在、定振幅合成系列の提案により、

送信機、伝送信号規格はそのままで、受信機

のみの容易な設計変更で適用できる。

したがって、他の機器を変更せず、この方式の

製品化が可能であり、産業上有効と思われる。

z

今後、各種伝送路での性能の検討を行い、実用

上の品質評価とともに、場所に応じた工夫を考

案していく。

8. 企業への期待

z 実際のハードウエア構成、試作を行い、ものと

しての実験・開発を行ないたい。そのためにも、

無線・有線通信の回路試作の技術をもつ企業との 共同研究を希望。

z 特にOFDM, WiMAX, MC-CDMAといったこれからの

無線技術開発中の企業においては、本方式の導入を ぜひ御検討願えればと考えている。

z また、各種無線、有線通信装置開発中の企業、あるい

は、微弱信号処理分野への展開を考えている企業に おいても、本技術の導入が有効と思われる。

9. 本技術に関する知的財産権

z

発明の名称 ：

無線ＬＡＮ／ＯＦＤＭ用ＭＣ-ＣＤＭＡ

符号ダイバーシチ通信方式

z

出願番号 ：特願2008-6441

z

出願日

：2008年1月16日

z

出願人

：国立大学法人長岡技術科学大学

z

発明者

：太刀川信一、青木伸次

10. お問い合わせ先

長岡技術科学大学 総務部 産学・地域連携課 知的財産係 五十嵐 ＴＥＬ ０２５８－４７ －９２７９ ＦＡＸ ０２５８－４７ －９０４０ e-mail patent＠jcom.nagaokaut.ac.jp 電気系 准教授 太刀川 ＴＥＬ ０２５８－４７ －９５１７ ＦＡＸ ０２５８－４７ －９５００ e-mail tach01＠vos.nagaokaut.ac.jp