ソフトウェア無線用ソフトウェア無線用研究開発プラットフォーム研究開発プラットフォーム

須山須山 聡，鈴木聡，鈴木 博，府川博，府川 和彦和彦

技術展示技術展示

東京工業大学東京工業大学

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研究背景研究背景

ソフトウェア無線研究開発用プラットフォームとしてソフトウェア無線研究開発用プラットフォームとして無線伝送シミュレータを開発無線伝送シミュレータを開発

プログラマブル・デバイスによって構成され，プログラマブル・デバイスによって構成され，ソフトウェアの変更ソフトウェアの変更だけで異なる伝送方式に対応だけで異なる伝送方式に対応

適応的にユーザ環境適応的にユーザ環境にに対応対応し，し，動的に伝送方式を再構成動的に伝送方式を再構成

ハードウェアと一体になったモジュールの研究開発ハードウェアと一体になったモジュールの研究開発環境環境が必要が必要

集積回路集積回路技術の高度化技術の高度化

-- 信号処理プロセッサ信号処理プロセッサののアーキテクチャアーキテクチャの検討の検討

・・ ソフトウェア無線ソフトウェア無線

・・ コグニティブ無線コグニティブ無線

-- シリコンシリコン CMOS CMOS によによりり RF RF 無線無線回路とベースバンド回路を一体化回路とベースバンド回路を一体化

無線信号処理モジュールの研究開発無線信号処理モジュールの研究開発

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シミュレータの基本概念シミュレータの基本概念モジュールの研究開発プラットフォームとして以下を提供モジュールの研究開発プラットフォームとして以下を提供

- 高度な無線信号処理の容易な検証

- 開発の高効率化： 効率的なデバッグ，リアルタイム検証

- 周辺技術の確立とシステム性能の提示

- 実システムへの転用が容易 (ASIC化も含む)

- 最適な信号処理デバイス，アーキテクチャの評価

- ソフトウェアとハードウェアの最適配分

- 処理リソースの動的な制御

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シミュレータの開発方針シミュレータの開発方針

リアルタイム無線信号処理リアルタイム無線信号処理の実現と伝送系での評価の実現と伝送系での評価

ハードウェアと一体となったモジュールの研究開発ハードウェアと一体となったモジュールの研究開発

無線信号処理プロセッサの最適構成の検討無線信号処理プロセッサの最適構成の検討

無線信号処理の無線信号処理の視覚視覚化，デバッグの効率化化，デバッグの効率化

大学で考案された高度な無線信号処理の実用化大学で考案された高度な無線信号処理の実用化

デモンストレーションの簡易化デモンストレーションの簡易化

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シミュレータの基本構成シミュレータの基本構成

-- 送信処理部，受信処理部，無線伝搬路シミュレーション部送信処理部，受信処理部，無線伝搬路シミュレーション部

-- 伝送系を実現し，系での性能評価が可能伝送系を実現し，系での性能評価が可能

-- 信号処理デバイス，信号処理デバイス，ADCADC，，DACDAC は汎用品を使用は汎用品を使用

-- 様々なインターフェースに対応様々なインターフェースに対応

-- 信号処理による無線回路の補償信号処理による無線回路の補償

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シミュレータシミュレータ開発の変遷開発の変遷

DSPDSP 無線伝送シミュレータ無線伝送シミュレータ

展示中展示中

77

FPGAFPGA無線伝送無線伝送シミュレータシミュレータ

第２世代第２世代

第第11世代世代

88

無線信号処理モジュール無線信号処理モジュール

C : C言語（浮動小数点，固定小数点）

HDL : ハードウェア記述言語（VHDL）ASM : DSP用アセンブラ

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実装事例実装事例11 ガウスマルチキャリア伝送系ガウスマルチキャリア伝送系

ガウスマルチキャリア（ガウスマルチキャリア（GMCGMC））OFDMOFDM・ 急峻なスペクトル減衰・ 高い周波数利用効率・ 直交性がないため， 干渉が発生

・ 緩慢なサイドローブ減衰・ 広いガードバンドが必要・ 直交性あり

OFDM(windowing)

GMC

干渉キャンセラが必要干渉キャンセラが必要

ガウス波形によりスペクトル整形されたマルチキャリア方式

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GMCGMCモジュールの配置モジュールの配置第第22世代世代 FPGAFPGA 無線伝送シミュレータ上に実現無線伝送シミュレータ上に実現

DETDET ：： 同期検波とビタビ復号器の信号検出処理同期検波とビタビ復号器の信号検出処理

IICIIC ：： 繰り返し干渉キャンセラ繰り返し干渉キャンセラ

DETDET

送信処理

伝搬路伝搬路

1111

視覚的なデバッグ視覚的なデバッグ

初回処理初回処理

IICIICを１回適用後を１回適用後

FFTFFT後の受信信号後の受信信号

IICIICをを22回適用後回適用後

16QAMにおける同期検波器出力

1212

GMCGMCモジュールの性能モジュールの性能

-- 伝送系でシミュレータの全体の回路リソースの伝送系でシミュレータの全体の回路リソースの 13.6513.65 %%を使用を使用（乗算器は（乗算器は 397397 個）個）

-- 9090 MHzMHz 動作時に動作時に 16QAM16QAM，符号化率，符号化率 1/21/2 でで 135135 MbpsMbps を実現を実現

1313

実装事例実装事例22 ミリ波伝送系ミリ波伝送系 ((展示内容展示内容))最新世代の最新世代の FPGAFPGA 無線伝送シミュレータ無線伝送シミュレータ

6060 GHzGHz ミリ波伝送系の構築ミリ波伝送系の構築

-- 6060 GHzGHz 無線回路を接続無線回路を接続

-- CPUCPU ボード上に送信処理，受信処理を実現ボード上に送信処理，受信処理を実現

-- 位相雑音補償モジュールの検証位相雑音補償モジュールの検証

-- シンボルレートシンボルレート 200200 MHzMHz のの SCSC 伝送系伝送系

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ミリ波送受信処理モジュールミリ波送受信処理モジュール-- SCSC--FDEFDE変調モジュール変調モジュール

パケット構成 パイロット信号パイロット信号

- 判定指向形位相雑音補償 (DD-PNC) 付きSC復調モジュール

復号結果を用いて

送信レプリカを生成し，

1 タップ LMSアルゴリズムで

位相雑音を推定

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伝送特性の評価伝送特性の評価実験諸元実験諸元 パケット誤り率特性パケット誤り率特性

-- QPSKQPSKにおいて位相雑音により伝送特性が大幅に劣化において位相雑音により伝送特性が大幅に劣化

-- DDDD--PNCPNCによりにより位相雑音位相雑音をを補償補償可能可能

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まとめまとめソフトウェア無線における無線信号処理モジュールをソフトウェア無線における無線信号処理モジュールを研究開発するための無線伝送シミュレータについて紹介研究開発するための無線伝送シミュレータについて紹介

今後の予定今後の予定

・・ 基本概念と開発方針，基本構成基本概念と開発方針，基本構成

・・ ハードウェアとその開発の変遷ハードウェアとその開発の変遷

・・ 開発した無線信号処理モジュール開発した無線信号処理モジュール

・・ 実装事例実装事例

-- ガウスマルチキャリア伝送系：ガウスマルチキャリア伝送系： 干渉キャンセラモジュール干渉キャンセラモジュール

-- 6060 GHzGHz ミリ波伝送系：ミリ波伝送系： 位相雑音補償モジュール位相雑音補償モジュール

・・ LTELTEの無線信号処理モジュールの開発の無線信号処理モジュールの開発

・・ 位相雑音や位相雑音やIQIQインバランスを補償するモジュールの開発インバランスを補償するモジュールの開発