2013 Fiscal Year Annual Research Report
最適電力制御型コグニティブＭＩＭＯ－ＯＦＤＭシステムの設計・実現に関する研究
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24240007
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
宮永 喜一 北海道大学, 情報科学研究科, 教授 (20166185)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉澤 真吾 北見工業大学, 工学部, 准教授 (20447080)
伊藤 良生 鳥取大学, 大学院工学研究科, 教授 (70263481)
黒崎 正行 九州工業大学, 大学院情報工学研究院, 准教授 (80404094)
笹岡 直人 鳥取大学, 大学院工学研究科, 助教 (80432607)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 情報通信工学 / 無線通信システム / 低消費電力型LSI / 信号処理 / 映像無線通信 / コグニティブ無線 / MIMO-OFDM / 高品位映像ストリーミング |
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| Research Abstract |
平成２５年度は，初年度で提案された種々の通信方式に対する評価と，FPGAシステム化を行った。項目毎の研究実績は以下の通り。
（１）コグニティブ方式のための環境センサーの設計（鳥取大担当）。ここでは，（１－１）無線通信環境推定アルゴリズムのシミュレーション評価と再設計による性能の高度化，（１－２）アジマススプレッド，Kファクタ推定による，BER, PER改善，（１－３）ドップラー周波数推定，CNR,占有帯域推定によるコグニティブ無線方式の評価を行った。
（２）多様な通信環境下での高速通信システムの方式設計（北大担当）。ここでは，（２－１）提案するマルチチャンネル無線通信環境モデルの精度評価と改良，（２－２）（２－１）に対応したMIMOコーダー・デコーダーの評価，（２－３）最高スループットでの最小消費電力無線通信の自動設計方式に関する評価を行った。
（３）最適低消費電力化技術の開発（北大担当）。ここでは（３－１）並列・パイププライン処理を効率よく実現する動的アーキテクチャのシミュレーション評価とそのFPGA化，（３－２）クロックタイミングと電源電圧の最適化による低消費電力モジュールを実現し，それを導入したMIMO-OFDMシステムの低消費電力効果を評価，（３－３）MIMOアルゴリズムの改良により，極低消費電力化を実現した。
（４）システムの最適制御とデータリンク層とのインターフェイス実現（九工大担当）。ここでは，（４－１）「劣悪環境下高速通信」及び「最適低消費電力通信」を同時に実現する新制御機能の性能評価，（４－２）高品位映像データストリーミングを可能とするQoS型MAC/LLCの開発を行った。さらに（４－３）大容量データ通信を実現する超高速型MAC/LLCの開発も行った。
（５）さらに，上記を統合したコグニティブMIMO-OFDMシステムをFPGAにより実現した（北大担当）。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究では，コグニティブ無線通信の方式提案とそのアーキテクチャ実現，無線通信システム上での動画像伝送システムの実現と，それらのトータルシステムを利用したデモシステムの実現が最終目的である。各モジュールのハードウエア化は終了しており，最終年度には，全体のシステムが完成する予定である。
（１）コグニティブ方式のための環境センサーの設計（鳥取大担当）については，事前に７つの無線通信シナリオを用意し，無線通信環境推定アルゴリズムにより，室内環境では80％以上の精度で，環境を同定できることを示した。これにより，各シナリオに最適な通信システムの自動構築が実現できた。（２）多様な通信環境下での高速通信システムの方式設計（北大担当）については，SISO-OFDM (1x1 SISO-OFDM) から 8x8 MIMO-OFDMまでを自動的に制御できる動的アーキテクチャを実現し，高効率と高精度化を同時実現するハードウエア設計とその実現（FPGA)を行った。（3）最適低消費電力化技術の開発（北大担当）については，クロックタイミングと電源電圧の最適化による低消費電力モジュールを実現し，それを導入したMIMO-OFDMシステムの低消費電力効果を評価し，さらにMIMOアルゴリズムの改良により，ディジタル部分での極低消費電力化（1W以下）を実現した。（４）システムの最適制御とデータリンク層とのインターフェイス実現（九工大担当）においては，「劣悪環境下高速通信」及び「最適低消費電力通信」を同時に達成する動画像の圧縮方式を提案・設計・実現した。例えば，CNR 30dB での無線通信環境では，画像の歪が主観評価において，顕著にみられたが，新システムにおいては，ほとんど歪なく伝送できていることが示された。（５）上記を統合したコグニティブMIMO-OFDMシステムをFPGAにより実現した（北大担当）。
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| Strategy for Future Research Activity |
全体の研究計画に変更はなく，当初の予定通り進める。初年度及び2年度において設計・開発された種々の通信方式に対するシミュレーション評価とその高精度化，さらに本システムに最適に設計された専用FPGAシステムを用いたトータルシステムの実現を行う。その後，フルカスタムLSIの設計と性能評価を行う。項目毎の研究計画は以下の通り。
（１）コグニティブ方式のための環境センサー設計（鳥取大）。無線通信環境推定アルゴリズムのシミュレータ再設計によるシステムの高度化，各種通信チャンネル係数推定による，BER, PER改善アルゴリズムの評価・検証を行う。
（２）多様な通信環境下での高速通信システムの方式設計（北大）。提案するマルチチャンネル無線通信環境モデルの高速化，すでに提案している無線通信環境に適応した高性能MIMOデコーダーシステムの評価・検証，最高スループットを保証した最小消費電力無線通信の自動設計方式に関する性能評価を行う。
（３）最適低消費電力化技術の開発（北大）。MIMO-OFDMシステム用動的アーキテクチャのFPGA実現と性能評価，MIMOアルゴリズムの改良による極低消費電力化を達成し，その性能評価を行う。
（４）システムの最適制御とデータリンク層とのインターフェイス実現（九工大）。「劣悪環境下高速通信」及び「最適低消費電力通信」を同時に実現する新制御機能の性能評価と高効率化，高品位映像データストリーミングを可能とするQoS型MAC/LLCの実装と性能検証を行う。上記の映像ストリーミング用MAC/LLCの他に，大容量データ通信を実現する超高速型MAC/LLCの設計も含めて開発を行う。
（５）さらに，上記を統合したコグニティブMIMO-OFDMシステムのFPGAによる実現と，フルカスタム用のLSI設計を行う（北大）。
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