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無線LAN/デジタルTV用 ローパワー受信機

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無線LAN/デジタルTV用
ローパワー受信機
奈良先端科学技術大学院大学
情報科学研究科
教授 岡田 実
1
研究背景
• 広帯域デジタル無線伝送
– W-LAN
– 地上デジタルテレビ放送
– Zig-Bee, BlueTooth, etc.
• 信頼性の高い通信必要
– 複雑な信号処理アルゴリズムが必要 => 消費電力の増大
• 消費電力
– 携帯端末では電池サイズが厳しく制限
2
マルチパスフェージング伝搬路
周辺の什器、壁、床な
どにより反射された複
数の波が合成されて受
信される
Q-ch
送信信号ベクトル
I-ch
Q-ch
受信信号ベクトル
I-ch
マルチパスフェージング伝搬路により
受信信号の振幅・位相が変動する
3
符号間干渉
(Inter-Symbol Interference: ISI)
インパルス応答
インパルス
時間
時間
受信波形
送信波形
時間
時間
• 受信シンボルに先行シンボルが重なり干渉となる.
4
マルチパスフェージング対策
• 振幅変動による伝送特性の劣化
–ダイバーシチ 方式
• 遅延広がりによる符号間干渉
–OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplex)
5
ダイバーシチ技術
送信信号
合成
受信信号
・ 複数の通信路で同一の情報を送ることにより
通信の信頼性を高める
6
OFDM
Orthogonal Frequency Division Multiplex
インパルス
インパルス応答
時間
時間
受信波形
周波数
周波数
時間
時間
• 符号間干渉が減少する
7
従来型のESPARアンテナを用いた
OFDMダイバーシチ受信機
ESPAR antenna
RF
Front-end
FFT
QAM
Demod
VC
受信信号の
品質を検出
受信信号品質が高くなるようにVCのリアクタンスを制御する
8
ESPAR Antennaの動作原理
Electrically Steerable Passive Array Radiator
メイン素子近傍に
variable capasitor
(VC) 終端されたサ
ブ素子を配置
X
受信信号VはEM、ESの合成
になっている。ここで係数α
はサブ素子終端リアクタンス
Xにより変化する。
VC
V = EM + αES
EM
ES
メイン素子における電界
サブ素子における電界
9
周波数選択性フェージング
インパルス応答
インパルス
時間
時間
freq
freq
フェージングにより生じる振幅、位相変動が周波数毎に異なる
10
従来型ダイバーシチの動作
V = EM + ES
EM
ES
freq
freq
freq
V = EM − ES
freq
11
従来のOFDMダイバーシチ
#1
L
DFT
#2
L
DFT
MRC
freq
#M
L
DFT
freq
Post-DFT Combining
受信部、復調部が複数必要
→ ハードウェア規模、消費電力の問題
12
従来技術とその問題点
DFT後合成ダイバーシチ
RFチューナ、FFTが必要であり
消費電力の増大を招く
DFT前合成ダイバーシチ
周波数選択性フェージング通信路では
ダイバーシチ効果が小さい
伝搬路状況の変動に対する追従性
13
本発明によるESPARアンテナを用いた
OFDMダイバーシチ受信機
ESPAR antenna
VC
RF
Front-end
FFT
Frequency
Domain
Equalizer
Oscillator
f = carrier spacing
単一のRFチューナ
フィードバック不要
14
本発明によるESPARアンテナを用いた
OFDMダイバーシチ受信機
ESPAR antenna
VC
RF
Front-end
FFT
Frequency
Domain
Equalizer
Oscillator
f = carrier spacing
単一のRFチューナ
フィードバック不要
15
提案するダイバーシチの原理
3 4
2
5
1
6 7
E M Freq. shift due to VC freq
+
Freq. Domain Equalizer
freq
連立方程式を解く
ES e
j 2 πf s t
freq
r1 = h11 s1
r2 = h12 s 2 + h21 s1
ESPAR antenna output
freq
hik : i番目のアンテナの k番目のサブキャリアの フェージング変動
s k : k番目のサブキャリアの 送信信号
rk : k番目のサブキャリアの 受信信号
M
r7 = h17 s7 + h26 s6
r8 =
+ h27 s7
16
提案するダイバーシチの動作
EM
freq
freq
ES
いずれのサブチャネルも同相合成
することが可能
freq ダイバーシチ効果大
17
BER特性
・52-carrier OFDM
・ QPSK/uncoded
・ Two-Ray Rayleigh
Fading Channel
18
新技術の特徴・従来技術との比較
従来はダイバーシチ効果を得るため、RF回路
およびDFT回路を複数有するDFT後合成ダイ
バーシチが用いられてきたが、消費電力の点で
問題があった。本技術を用いることで、1組のRF
回路およびDFTでダイバーシチ効果を得ること
ができ、消費電力削減効果が期待できる。
19
想定される用途
• 消費電力の制限が厳しい携帯端末や携帯
ゲーム機での無線LANの性能改善。
• 上記以外に、地上デジタル放送の携帯受信に
ついても効果的である。
• 地上デジタル放送車載受信機のアンテナ配
線が削減できる。このことによる実装コストの
削減効果も期待できる。
20
想定される業界
• 利用者・対象
無線LAN
地上デジタル放送受信機
• 市場規模
無線LAN 搭載携帯端末 (ex. DS出荷台数累計 1億台)
ワンセグ携帯 (8190万台 (2010/4))
地上デジタル放送車載受信機 (459万台(2010/4))
http://www.jeita.or.jp/japanese/stat/digital/2010/05.html
21
実用化に向けた課題
• 現在、無線LANベースバンド信号処理につい
て実装が可能なところまで開発済み。
• 今後、地上デジタル放送への拡張について検
討を行う。
• 実用化に向けて、ESPARアンテナの形状や
制御回路に関する検討が必要。
22
企業への期待
• ベースバンドデジタル信号処理部に関しては
実装に向けた検討まで対応可能。
• RF回路実装技術を持つ、企業との共同研究
を希望する。
• 無線LANや地上デジタルテレビ放送受信機を
開発中の企業には、本技術の導入が有効と
思われる。
23
産学連携の経歴
2000年ー現在
大学発ベンチャー
シンセシス 主幹研究員
共同研究多数あり。
NTT、シャープ、豊田中央研究所、富士通研究所
、三菱電機、ルネサステクノロジ、フィリップス、etc
本技術に関する知的財産権
発明の名称:無線受信装置と
そのチャネル等化方法
出願日 :2009/8/31
出願番号 :特願2009-187714
発明者 :岡田 実、塚本 悟司
出願人 :奈良先端科学技術
大学院大学
お問い合わせ先
国立大学法人
奈良先端科学技術大学院大学
産官学連携推進本部
TEL:0743-72-5930
FAX: 0743-72-5194
e-mail:[email protected]
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