2 目次ソフトウェア無線とコグニティブ無線コグニティブ無線の 2 つの流れヘテロジニアスネットワークダイナミックスペクトルアクセスコグニティブ無線と法規制コグニティブ無線の技術課題著作権の関係で一部図面が抜けております. 当該文献をご参照下さい.

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あかりかんけ
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1 1 コグニティブ無線の研究動向高田潤一東京工業大学電子情報通信学会東京支部シンポジウム未来のワイヤレスを変えるコグニティブ無線技術 2008 年 9 月 2 日

2 2 目次ソフトウェア無線とコグニティブ無線コグニティブ無線の 2 つの流れヘテロジニアスネットワークダイナミックスペクトルアクセスコグニティブ無線と法規制コグニティブ無線の技術課題著作権の関係で一部図面が抜けております. 当該文献をご参照下さい.

3 3 ソフトウェア無線システムをディジタル化してソフトウェアで仕様を変更することにより単一のハードウェアでも複数の仕様に対応できるマルチモードの無線通信システムを実現する概念 (SR 研設立趣意書より引用 )

4 4 初期のソフトウェア無線 Mitola によるソフトウェア無線機のアーキテクチャ Rf 回路広帯域 ADC/DAC リアルタイムソフトウェア狭帯域 ADC/DAC ( ユーザインタフェース用 ) [Mito95] Fig. 2 より引用

5 [Hara08a] Fig. 2 より引用 5 現実的なソフトウェア無線機の実装 NICT で開発されているソフトウェア無線技術を用いたコグニティブ無線端末可変 RF 回路が肝要アンテナ, 増幅器,RF/IF フィルタ, ミクサ, シンセサイザベースバンド信号処理インタフェース,IP コア, パラメタ制御, リコンフィギャラブル部

6 6 ソフトウェア無線からコグニティブ無線へ Mitola & Maguire, 1999 [MiMa99] コグニティブ無線はソフトウェア無線の拡張ユーザのニーズに関する推論 ( 認知 =cognition) 周波数, 伝送方式, プロトコルハードウェア, ソフトウェア伝搬環境, ネットワークユーザの嗜好使用するアプリケーション

7 7 コグニティブ無線周辺の電波環境や利用者のニーズを認知 (cognition) し, 自動的に最適な通信を行う無線システム

8 [MiMa99], [Samp08] コグニティブサイクル 8 メッセージ受信ボタン押下前処理分析観測指向優先順位付けすぐ急ぎ学習通常判断計画外界行動

9 9 コグニティブ無線の 2 つの流れヘテロジニアスネットワークユーザの QoS デマンドとネットワークのサービス状況によりネットワーク間のハンドオーバをシームレスに行う. 周波数有効活用 (dynamic spectrum access) 既存無線システムに割り当てられたスペクトルの時間的空間的な空きを利用して通信を行う. 最近は両者の融合も検討されている

10 [Wata01] Fig. 9 より引用ヘテロジニアスネットワーク 10 単一の 4G システムは来ない ~ 異種ネットワークの統合

11 [BoEN07] Fig. 1 より引用 11 IST E2R ( ) E2R = End-to-end reconfiguration

12 より引用 12 IST E2R ( )

13 13 移動通信システムにおける高度な電波の共同利用に向けた要素技術の研究開発 ( 電波利用料プロジェクト ) 4 つの個別研究課題コグニティブ無線端末機の実現に向けた研究開発各周波数帯の電波の利用状況に応じて, 無線リソースを制御する無線端末機を確立コグニティブ無線通信技術の研究開発各周波数帯の電波の利用状況に応じて, 無線リソースを制御するネットワーク技術を確立空間軸上周波数有効利用技術の研究開発超伝導フィルタ技術の研究開発

14 14 [Soum08] より引用

15 [Hara08b] Fig. 4 より引用 15 コグニティブ無線クラウド (NICT) 1.CTM は無線アクセス方式を検出 2.CNM はユーザ端末の検出結果に基づきネットワークポリシーを決定 3.CNM から CTM へネットワークポリシーを送信 4.CTM は無線アクセス方式及び通信事業者をユーザの嗜好とネットワークポリシーにより決定 5. 無線アクセス方式を切り替えまたは束ねる 6. 通信開始 CNM: コグニティブネットワークマネージャ CTM: コグニティブ端末マネージャ

16 16 ダイナミックスペクトルアクセスホワイトスペースの opportunistic な利用空きチャネル ~ ホワイトスペース

17 17 FCC の周波数開放政策 Spectrum Policy Task Force Report [FCC02] 帯域の枯渇より未利用が問題多くの周波数帯域が長時間利用されていない図は 1GHz 以下の 700MHz 帯域のスペクトログラムアトランタニューオリンズサンディエゴ時間周波数 [FCC02] より引用

18 18 FCC の周波数開放政策 Spectrum Policy Task Force Report [FCC02] 既割当周波数の opportunistic and dynamic な利用を提言利用率の低い周波数帯に対し, 本来業務である一次利用者の随時優先利用を担保しつつ, 周波数が使用されていない時間を見計らって他の利用者が二次的に利用することを, コグニティブ無線のアプローチにより実現する UWB (underlay) の使用にも言及

19 19 FCC の周波数開放政策未利用テレビ周波数帯における免許不要のコグニティブ無線利用の提案 [FCC04] ブロードバンドインターネットアクセス用与干渉対策自らの位置の同定近傍の送信機情報データベースへの参照他の送信機を検出するセンシング機能

20 IEEE Wireless Regional Area Network 20 ルーラル向け FWA

21 21 スペクトルの二次利用モデル Sahai らによる分類 [SHMT06, Fuji06] 二次利用者が許容範囲内で通信二次利用者が自律的に注意一次利用者による干渉管理あり Markets ( 一次利用者が制御 ) Denials ( 一次利用者が干渉ユーザに停止命令 ) 一次利用者による干渉管理なし UWB ( 二次利用者が拡散 ) Opportunistic ( 二次利用者が一次利用者を認識 )

22 22 無線リソースの確保の観点からみたコグニティブ無線三瓶による分類 [Samp08] ( 一部翻案 ) 無線リソース無線システム利用可能システムの認知統合化されたネットワーク無線スペクトル利用可能スペクトルの認知ヘテロジニアスネットワークダイナミックスペクトルアクセス

23 23 コグニティブ無線システムの進化単一事業者, 複数アクセス方式複数事業者単一 / 複数の一次事業者, 複数の二次事業者 [Hara08b] Fig. 2 より引用

24 24 コグニティブ無線と法規制 ITU-R では現在検討中 WP5A( 陸上移動 ) では陸上移動業務のためのコグニティブ無線システムレポートを検討中. WP1B( スペクトル管理 ) では WRC-11 にむけてのワーキングプランを策定. 当面は無線通信規則 ( 国際法, 略称 RR) に従う.

25 25 無線通信規則 (RR) RR 4.4 Administrations of the Member States shall not assign to a station any frequency... [allocated in RR]..., except... that such a station... shall not cause harmful interference to, and shall not claim protection from harmful interference caused by, a station operating in... [regulations].

26 26 システム間干渉問題隣接周波数干渉帯域外発射 ( スペクトルのサイドローブ ) による干渉ガードバンドの設計周波数共用 UWB (underlay): 低 PSDの広帯域信号 CRS (overlay): 未利用周波数の検出利用許容干渉量, 離隔距離の設定

27 27 システム間干渉問題干渉シナリオの設定与干渉局 : 位置, アンテナ特性, 送信電力被干渉局 : 位置, アンテナ特性, 許容干渉電力固定 ( 離隔距離 )/ 移動 ( 時間率 ) 単一局からの干渉 (single entry) / 多数局からの干渉 (aggregate) 伝搬環境

28 28 RR 4.4 に基づく ITU-R の解釈 UWB Rec SM1756/1757, Rep SM2057 UWB は無線通信業務ではない既存業務に影響を与えない既存業務に保護を求めない CRS WP1B でこれから議論 Resolution 956 (WRC-07) Regulatory measures and their relevance to enable the introduction of software-defined radio and cognitive radio systems UWB での検討がベースになる可能性無線通信業務とするか否かで異なる結論?

29 29 許容干渉レベルの問題与干渉の立場実際の受信機に影響を与えなければ OK? 被干渉の立場約束事は既にある :ITU-R 勧告予防原理 precaution principle 劣化要因の配分 apportionment

30 30 ktbf-20 db の根拠固定業務の例 : 勧告 F 1094 劣化要因の配分システム内干渉および機器の熱雑音 89% 他の一次業務からの干渉 10% その他の干渉 1% 1/89 = db 13 年前に要検討と明記されたまま現在に至っている

31 干渉シナリオにおける伝搬モデルの設定 31 与干渉の立場現実的典型的な伝搬環境で評価をしたい屋外であれば市街地損失を考えたい屋内であれば建物壁面の透過損失を考えたい被干渉の立場最悪の伝搬環境で評価をしたい全く影響がないことを保証して欲しい自由空間 ( 見通し ) での評価を希望

32 32 コグニティブ無線と法規制米国では FCC が率先して取り組む RR の適用は国境を越える問題に限定基本的には国内問題 ~ 国土の広さもプラス要因不適切な過去の判断は取り消しも可能試行的導入が可能欧州では CEPT が検討中 [CEPT08] 現時点では懐疑的. 更なる検討を要する. ホワイトスペースの運用は与干渉不可被干渉保護の方針 (UWB と同じ ).

33 33 コグニティブ無線と法規制日本では? 総務省コグニティブ無線 = ヘテロジニアスシステム? 干渉検討は非常に慎重自由空間伝搬 ktbf-20 db ( 被干渉業務による ) ダイナミックスペクトルアクセスはまだ議論に上がっていない?

34 34 離隔距離の比較 IEEE における推奨離隔距離と日本での UWB の議論に基づく離隔距離を比較 [PoTK08] 条件 BS EIRP 50 dbm, CPE EIRP 36 dbm BS height 75 m, CPE height 10 m Frequency 617 m 離隔距離 (BS) IEEE 24 km, 日本 UWB 49,000 km 伝搬モデルの違い :P1546 vs 自由空間保護基準の違い :SIR vs INR

35 35 コグニティブ無線の技術課題商用化までには多くの技術課題ハードウェア可変 RF 回路 :LNA, HPA, RFフィルタ, ミクサ, 局発 BBアナログ回路 :IFフィルタ,ADC/DAC BBディジタル回路 : リコンフィグレーションの実装法制御センシングコグニティブパイロットチャネル

36 36 コグニティブ無線の技術課題伝送方式 PHY: 変復調, スペクトル整形 MAC: 周波数アクセス制御, 方式切り替えネットワーク制御法規制干渉の評価法コグニティブ無線システムの法的取り扱い

37 [Hara08c] Fig. 2 より引用 [JoPh07] Fig. 5-5 より引用 37 コグニティブ無線端末のプロトタイプ NICT のプロトタイプ WCDMA, g, 11a に対応 White Space Coalition (MS, Google etc) のプロトタイプ FCC での White Space の試験には不合格

38 [Hara08b] Harada, H., "Needs, research and development on software defined cognitive radio technology," 2008 URSI General Assembly, Aug 参考文献 38 [BoEN07] Boufidis, Z, E. Patouni, and N. Alonistioti, "End-to-End Reconfiguration Management and Control System Architecture," E2R II White Paper, June 2007, available at whitepapers [CEPT24] "A preliminary assessment of the feasibility of fitting new/future applications/services into non-harmonised spectrum of the digital devidend (namyly the so-called "white spaces" between allotments)", CEPT Report 24, July [FCC02] Federal Communications Commission, "Spectrum Policy Task Force Report," FCC ET Docket no , Nov [FCC04] Federal Communications Commission, "Notice of Proposed Rule Making in the Matter of Unlicensed Operation in the TV Broadcast Bands," FCC ET Docket no , May [Fuji06] 藤井威生, " コグニティブ無線の研究課題とその将来像," 2006 年信学ソ大, パネル討論資料, Sept [Hara08a] Harada, H., "Research and development on cognitive and software radio technologies - Devices and hardware platform -," 2008 URSI General Assembly, Aug

39 参考文献 39 [Hara08c] Harada, H., "Research and development on cognitive and software radio technologies - Concept and prototype -," 2008 URSI General Assembly, Aug [JoPh07] Jones, S.K., and Thomas W. Phillips, "Initial Evaluation of the Performance of Prototype TV-Band White Space Devices," FCC OET Report FCC/OET 07-TR-1006, July, [Mito95] Mitola, J., "The Software Radio Architecture," IEEE Communications Magazine, vol. 33, no. 5, pp , May [MiMa99] Mitola, J., and G.Q. Maguire Jr., "Cognitive Radio: Making Software Radios More Personal," IEEE Personal Communications, vol. 6, no. 4, pp , Aug [PoTK08] Po, K., J. Takada, and M.S. Kim, "On the protection ctiteria of TV broadcasting services from cognitive radio based wireless regional area network," in preparation. [Samp08] 三瓶政一, " コグニティブ無線の動向と展開 ", 通信ソサイエティマガジン, no. 5, pp , 2008.

40 参考文献 40 [SHMT06] Sahai, A., N. Hoven, M. Mishra, and R. Tandra, "Fundamental tradeoffs in robust spectrum sensing for opportunistic frequency reuse," Tech Report, University of California at Berkeley, Berkeley, CA, Mar 2006, available at [SM1756] Framework for the introduction of devices using ultra-wideband technology, Rec. ITU-R, SM. 1756, [SM1757] Impact of devices using ultra-wideband technology on systems operating within radiocommunication services, Rec. ITU-R, SM. 1757, [SM2057] Studies related to the impact of devices using ultra-wideband technology on radiocommunication services, Rep. ITU-R, SM. 2057, [Soum08] 総務省, " 平成 20 年度事後事業評価書 ", July 2008, available at [Wata01] Watanabe, F., "IMT-2000 and Beyond IMT -- Radio Technologies toward Future Mobile Communications --," IEICE Transactions on Communications, vol. E84-B, no. 9, pp , Sept

1 第 5 回情報通信審議会作業班資料資料 60 作 5-2 干渉評価検討結果 1. 評価基準の違いによる離隔距離について - エントランス回線システムにおける机上計算 - 2. アンテナモデルに対する差分平成 27 年 3 月 6 日パナソニック株式会社

1 第 5 回情報通信審議会作業班資料資料 60 作 5-2 干渉評価検討結果 1. 評価基準の違いによる離隔距離について - エントランス回線システムにおける机上計算 - 2. アンテナモデルに対する差分平成 27 年 3 月 6 日パナソニック株式会社 2 1. 評価基準の違いによる離隔距離についてアプローチ平成 25 年度技術試験事務における干渉検討に用いたシステムの受信感度の規格値から算出した所要