2020 Fiscal Year Annual Research Report
MIMO-OFDM Receiver using One-Bit Analog-Digital Converter Utilizing Noise
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20H02149
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| Research Institution | Nagoya University |
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Principal Investigator |
山里 敬也 名古屋大学, 教養教育院, 教授 (20252265)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
齋藤 将人 琉球大学, 工学部, 准教授 (30335476)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Keywords | 確率共鳴現象 / 1bitアナログ／デジタル変換器 / MIMO-OFDM |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，分解能が最も低い1ビットアナログ・デジタル変換器（1bit ADC）であっても，雑音を利用して，低い分解能を超える信号を受信できることを実証する．具体的には，我々がこれまで行った確率共鳴現象の検討結果を発展させ，雑音を利用する1bit ADCを用いた信号受信の基礎理論を構築することを目的とする．対象とする信号として，第5世代移動通信システム(5G)で採用されているMIMO-OFDM信号を取り上げる．そのような複雑な信号であっても，雑音を利用する1bit ADCを用いた受信機で復調できることを，受信機の開発と受信実験を通して実証する．
本研究では2つのテーマを設け検討する．
(a)雑音を利用する1bit ADCによる信号復調に関する成果を発展させ，MIMO-OFDM信号受信に応じて，故意に加える雑音分布，雑音帯域と1bit ADC出力との因果関係を理論解析及び計算機シミュレーションにより検討する．2020年度はOFDM信号受信及びマルチアンテナ受信機における検討を理論解析及び計算機シミュレーションにより行った．
(b)雑音を利用する1bit ADCによるMIMO-OFDM受信機の開発研究．上記(a)を実験により実証することを目的として，雑音を利用する1bit ADCによるOFDM受信機を開発し，その有効性を確認する計画であった．これに対して，2020年度は，減衰率が可変である雑音発生器と，3.2GHzの高速サンプリングが可能なAD変換器及び，サンプルデータを取り込むキャプチャーボードからなる受信機を開発した．任意信号発生器により生成する電圧波形の取り込みにより，動作検証を行い，IF信号については，問題無く動作していることを確認した．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では2つのテーマを設け検討していく．一つ目は(a)雑音を利用する1bit ADC による信号復調の基礎研究である．このテーマでは，我々が既に行った研究成果を発展させ，MIMO-OFDM信号受信に応じて，故意に加える雑音分布，雑音帯域と1bit ADC 出力との因果関係の解析を，理論解析及び計算機シミュレーションにより行う．検討結果を随時下記(b)の開発研究に反映する．また，(b)の開発研究で得られた課題を解析に取り込み，より現実に近い環境にも対応可能な信号復調理論を構築する．もう一つは，(b)雑音を利用する1bit ADC によるMIMO-OFDM受信機の開発研究である．このテーマでは，上記(a)の実験による実証を目的として，雑音を利用する1bit ADC によるMIMO-OFDM受信機を開発し，その有効性を確認する.
以上を踏まえ、2020年度は、雑音を利用した1bit ADC によるOFDM受信機の設計・開発及びその性能評価を実際にハードウェアモデルを構築し，ハードウェア実装において生じる課題の抽出を行った．具体的には1bit ADC受信機を設計・開発し，その基本特性の評価を行っているところである．コロナ禍の状況下で電子部品の入手に時間がかかり，実際にハードウェアでの検証ができるようなったのは年末である．また，動作検証にも時間を要したため，実際の評価はこれからの段階であるが，基本的な動作については問題無いことを確認できている．
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| Strategy for Future Research Activity |
先に述べた現在までの進捗状況を踏まえて，今後の研究推進方策について述べる．本研究で設定したテーマ(a)雑音を利用する1bit ADCによるMIMO-OFDM信号受信について，故意に加える雑音分布，雑音帯域と1bit ADC出力との因果関係を理論解析及び計算機シミュレーションにより検討する．(b)雑音を利用する1bit ADCによるMIMO-OFDM受信機の開発研究，に分けて示す．
(a)2020年度までのOFDM信号受信及びマルチアンテナ受信に関する検討を踏まえて，雑音を利用する1bit ADCによるMIMO-OFDM信号受信について，故意に加える雑音分布，雑音帯域と1bit ADC出力との因果関係を理論解析及び計算機シミュレーションにより検討する．具体的には，雑音を利用する1bit ADCによるMIMO-OFDM信号受信に適したチャネル推定法及び信号復調法を提案する．提案手法について，故意に加える雑音分布，雑音帯域と1bit ADC出力との因果関係を明らかにする．
(b) 2020年度に設計・開発した，雑音を利用する高速AD変換器を搭載した受信機について，性能評価を行っていく．動作検証を行った結果，中間周波数帯（IF帯）における動作に問題は無いものの，ベースバンド信号の受信については原因の分からない現象が観測されている．IF帯を用いたOFDM受信システムの構築を優先的に進める．ベースバンド信号受信の問題について，原因を確かめ修正を行う．MIMO-OFDM信号受信に向けて，入力信号の複数チャネル化について設計・開発を進める．
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