RZ光パルスを用いた5 Gbps UWBインパルス無線通信の位相変調の検討電子システム工学専攻博士前期課程1回生河原英彰研究室名光エレクトロニクス研究室 Hideaki Kawahara 背景と課題信号処理シミュレーション 先述で得られたUWB-IR信号を スマートフォン等携帯情報端末の急速な普及 OptiSystem上で偶数bit, 奇数bit に分離 さらに2段階ダウンコンバージョンを行うことで受信信号を得る ⇒更なる大容量無線通信の需要が高まっている 高速大容量通信が可能な光通信と移動体通信が可能な無線通信を組み合わせた光ファイバ無線通信システムが注目されている高速大容量移動体通信光ファイバ無線光ファイバ通信無線通信通信システム Fig4：信号処理構成図 UWB-IR位相変調 RZパルス信号の位置変調によりUWB-IR信号の発生タイミングをずらして位相変調を行うアプローチと目標 θ τ τ 上記課題を解決するため、RZ光パルス信号を超広帯域にわたり切り出すこと t により通信を行うUWBインパルス無線(UWB-IR)通信を提案 t t UWB-IR通信 RZパルス信号ウェーブレット信号 Fig5:UWB-IR位相変調イメージ図 RZ光パルス信号を超広帯域で切り出すことで、搬送波を用いずに通信を行う正弦波の位相をずらす ⇒正弦波を時間的にずらす -30 利点 非常に高速な無線通信が可能 インパルス無線方式により簡単な EIRP [dBm/MHz] -40 -50 3 GHz (7.25 ～10.25 GHz) -60 RZパルス信号の位置変調 ⇒UWB-IR信号の位相変調 2段階ダウンコンバージョン構成で実現でき、送受信系の UWB 1段目：UWB-IR信号のダウンコンバージョン時のミキシング周波数は𝑛𝑅/2 [Hz] -70 上側帯域小型化、低コスト化、低消費電力化 ⇒中心周波数に近づける -80 が可能 USA 2段目： 𝑅 2 [Hz]で周波数シフトを行う -90 Japan 課題 ⇒通常のダウンコンバージョンと周波数スペクトルの位置を合わせる -100 1段階目 2段階目 UWBスペクトルマスクにより、 1 3 5 7 9 11 13 R/2 周波数 [GHz] R/2 利用帯域が制限され、ビットレート向上に限界がある Fig1:UWBスペクトルマスク . . . 0 nR (n+1)R f 0 f 0 R f Fig6:2段階ダウンコンバージョン概念図信号を劣化させる直交信号を抑制しつつ、ダウンコンバージョン後の帯域を広くとれる Fig2：インパルス無線通信簡易構成図 本研究では、UWBハイバンド(7.25 ~ 10.25 GHz)を利用し、5 Gbpsのビットレートを持つ送信データを偶数bit, 奇数bitに分離することでビット間隔に余裕を持たせ光ファイバによる長距離伝送時のパルス幅の広がりによる符号間干渉に対する耐性の向上を狙う取り組み状況 約5 GbpsのRZ光パルス信号を発生させ、10 kmのシングルモード光ファイバ (SMF)で伝送した。O/E変換を行いバンドパスフィルタ(BPF)を通過させることで UWB-IR信号を発生させ、指向性アンテナにより伝送距離1.5 m間の無線伝送実験を行った。受信したUWB-IR信号をOptiSystem上で処理することで偶数bit, 奇数bitを分離し、送信信号の再生を行った。 UWB-IR信号生成 (実験) EA変調器で約10 奇偶数分離OOK 送信データを偶数bit, 奇数bitをそれぞれ𝑅 [bps]の2信号と見なす ダウンコンバージョン後の信号間の位相差は 1/2R ミキシング周波数と信号間の時間差で決定される 2𝜋 1 2𝑅 ⇒ 2 𝑛𝑅 奇数bit 偶数bit = 𝑛𝜋 2となり偶数bit, 奇数bitが直交していると見なせる これによりダウンコンバージョン時にsin波、cos波を Fig7:偶奇RZパルス信号乗算することで偶数bit, 奇数bitを分離する s 偶数bit, 奇数bitを分離することでbit間隔に余裕 ⇒長距離伝送時のパルス幅の広がりによる符号間干渉に耐性結果 上記実験・シミュレーションにより得られた GbpsのRZ光パルス⇒約5 Gbpsの”0010111”の疑似偶数bit, 奇数bitのそれぞれのアイパターンランダム信号に変調をFig.8に示す O/E変換を行い、パルス幅47 psのRZ電気 得られたQ値は、偶数bit, 奇数bitそれぞれパルス信号を得る 4.4, 4.5であった UWBハイバンド対応BPFにRZ電気パルス Fig8：奇偶数分離アイパターン信号を入力し、UWB-IR信号を生成 (左：偶数bit 右：奇数bit) UWB-IR信号を利得11 dBiの指向性アンテナにより1.5 m間を無線伝送 DCAで波形観測 Fig3：UWB-IR信号生成実験構成図 BPFの通過帯域幅、中心周波数を変更することで更にQ値向上の可能性今後の計画 ⇒BPFの作製を行う