日本テクノセンター
2011.08.05
無線通信の高信頼化技術
ダイバシチ
since 2001
名古屋大学 エコトピア科学研究所 情報・通信科学研究部門
（大学院 工学研究科 電子情報システム専攻 兼担）
片山 正昭
誤解？ 理解？
無線は切れる
 無線は誤る




Reliable Robust Radio
Wireless Wire for Wireless Factory
電子情報通信学会情報理論研究会
無線通信の立場からみた工場内環境
2002年7月15日 玉川大学
通信距離が小さい（信号レベルが大）
周波数利用効率への要求が小さい
→同時使用局数が比較的小さい．
→通信速度が比較的小さい．
高レベル，非ガウス性人工雑音の存在
金属性装置等による大きな反射・遮蔽
マルチパスの遅延分散が小さい
→フラットフェージングによる信号消失の発生
環境の変化速度が遅い
→Slow Fading
無線通信の立場からの電波環境の知見・モデルが少ない．
複数アンテナの視点・平均ではなく分布の視点
無線通信品質の向上方法


送信された電力を無駄無く受信する．
誤りを検出・訂正する技術を利用する．

電波環境の知識に基づく受信を行う
電波環境の知識に基づく送信を行う．

妨害や雑音は受信せず信号だけ受信する．

無線通信品質の向上方法


送信された電力を無駄無く受信する．
誤りを検出・訂正する技術を利用する．
ダイバシチ

電波環境の知識に基づく受信を行う
電波環境の知識に基づく送信を行う．

妨害や雑音は受信せず信号だけ受信する．

ダイバシチ

受信ダイバシチ

電波伝搬の物理的性質により複数の伝搬経路が存在．



各伝搬経路の信号を分離合成
送信側

送信側で，意識的に複数の成分として送信




マルチパスチャネル
時間ダイバシチ （ARQ，FEC）
周波数ダイバシチ（多周波数送信，OFDMでのFEC)
空間ダイバシチ （送信アンテナ ダイバシチ）
送受信同時

MIMO
無線の信頼性を下げるもの

妨害（加法性）



雑音
干渉
消失（乗法性）
シャドウイング
 シャドウイング
しばしば，低速（時間ダイバシチ不適）
低分散（周波数ダイバシチ不適）

中継器を用いた空間ダイバシチ
RT
送
信
機
RT
受
信
機
RT
中継器の導入により、
送信機や受信機のアンテナ間距離の制約を緩和
中継器の導入方法

中継器と受信機の間が有線ネットワークで結ばれる場合

中継器と受信機の間が無線ネットワークで結ばれる場合
１．事前割り当て

中継処理の流れ


全ての中継器(L台)に
異なるブランチを
割り当てる
端末からの信号を
中継する
MT
RT
#1
#2
RT
#3
大きな符号語セットが必要
(ブランチを重複させないためにはQ=L)
 復号遅延の増大

RT
BS
２．中継器間で協力割り当て

中継処理の流れ


端末からの信号を
MT
受信する
データを正しく受信した
中継器(La台)間で情報を
交換し、全ての中継器に
異なるブランチを割り当てる
RT
#1
#2
符号語セットは小さくなる(Q=La)
 中継器間で制御チャネル必要
 中継処理遅延の増大

RT
RT
BS
空間ダイバシチの活用
高信頼無線制御実現のための複数送受信アンテナと複数中継器を用いた空間ダイバーシチ手法
電子情報通信学会論文誌, vol.J91-B, no.5, pp.585-594 2008年5月

Cooperative Diversity
Multi-ANT TX --- RX

Repeater Cloud
TX --- MIMO ---- RX
重みベクトルWの導入
高信頼無線制御実現のための複数送受信アンテナと複数中継器を用いた空間ダイバーシチ手法
電子情報通信学会論文誌, vol.J91-B, no.5, pp.585-594 2008年5月
中継器側送信機
基地局側受信機
Q列
L台
bnl ： 第l中継器-第n受信アンテナ間チャネル
w l q ： 第l中継器でq番目のSTBC符号化
シンボルに対して乗算する重み
WもMIMOチャネルの
一部とみなして受信
提案重み付け手法
高信頼無線制御実現のための複数送受信アンテナと複数中継器を用いた空間ダイバーシチ手法
電子情報通信学会論文誌, vol.J91-B, no.5, pp.585-594 2008年5月

ランダム選択
W   1 0  or 1 0  or  0 1 or  0 1 
 0 1  1 0   0 1  1 0 
ー＞確率1/2で同じブランチを選択する状況が発生

提案重み付け手法
 exp(  j 2U11 ) exp(  j 2U12 ) 
W 

exp(

j
2

U
)
exp(

j
2

U
)
21
22 

ここでU lm は、[0,1)の範囲に一様分布するランダム変数として与える
ー＞取りうる値を増やすことで
ワーストケースの発生確率を軽減
提案重み付け手法の性能評価
高信頼無線制御実現のための複数送受信アンテナと複数中継器を用いた空間ダイバーシチ手法
電子情報通信学会論文誌, vol.J91-B, no.5, pp.585-594 2008年5月
RT
RT
BS
RT 独立なレイリーフェージング
(BSで完全に推定可能とする)

変調方式 : QPSK
フレームサイズ：
256 [symbols]
設置中継器台数 : L台
実働中継器台数 : La (=L)台
BS側アンテナ数 : N=1本
STBC符号語サイズ : Q
中継器ー基地局間の性能比較



提案重み付け手法
ランダム選択
重みが理想的に割り当てられる場合
W  I (I は単位行列)
FER vs. SNR（Code size Q=2）
高信頼無線制御実現のための複数送受信アンテナと複数中継器を用いた空間ダイバーシチ手法
電子情報通信学会論文誌, vol.J91-B, no.5, pp.585-594 2008年5月
ランダム
選択
提案重み付け
手法
変調方式 : QPSK
フレームサイズ：
256 [symbols]
設置中継器台数 : L台
実働中継器台数 : La (=L)台
BS側アンテナ数 : N=1本
STBC符号語サイズ : Q=2
理想割り当て
Assignment based


La2のとき、ランダム選択と比較して性能改善
提案手法のLa=3と理想選択のLa=2と比較すると、
FER=10-3のとき、およそ2dBの損失
FER vs. SNR
高信頼無線制御実現のための複数送受信アンテナと複数中継器を用いた空間ダイバーシチ手法
電子情報通信学会論文誌, vol.J91-B, no.5, pp.585-594 2008年5月
理想割り当て
変調方式 : QPSK
フレームサイズ：
256 [symbols]
設置中継器台数 : L台
実働中継器台数 : La (=L)台
BS側アンテナ数 : N=1本
STBC符号語サイズ : Q
提案重み付け手法
Assignment based


Q, Laの増加に伴い、重み割り当てを行う手法と
提案手法との特性差は小さくなる
Q=2のとき約5dB、Q=4のとき約3dB、Q=8のとき約2dBの差
無線通信品質の向上方法


送信された電力を無駄無く受信する．
誤りを検出・訂正する技術を利用する．
Diversity
incl. FEC/ARQ

電波環境の知識に基づく受信を行う
電波環境の知識に基づく送信を行う．

妨害や雑音は受信せず信号だけ受信する．

無線通信品質の向上方法


送信された電力を無駄無く受信する．
誤りを検出・訂正する技術を利用する．

電波環境の知識に基づく受信を行う
電波環境の知識に基づく送信を行う．

妨害や雑音は受信せず信号だけ受信する．

Adaptive Antenna
Cognitive Radio
無線通信品質の向上方法


送信された電力を無駄無く受信する．
誤りを検出・訂正する技術を利用する．

電波環境の知識に基づく受信を行う
電波環境の知識に基づく送信を行う．

妨害や雑音は受信せず信号だけ受信する．

??
雑音を避けて信号だけ受信

空間的な雑音除去


信号の性質による分離





所望波と妨害波の到来方向の違いを利用
所望波と妨害波の相関の低さを利用
所望波と妨害波の既知の相互相関特性を利用
妨害波を先に受信し受信信号より減算
熱雑音には無効
人工雑音には有効である可能性

みんなが望む政治家らしい政治家との狭間で

カリスマリーダーはどこにいる？