無線システムで周波数を効率よく融通・共用

2.4GHz帯に代表されるISM帯では無線LAN (IEEE 802.11a/b/g) をはじめ、コードレス電話 (WDCT)、ワイヤレスマウスやワイヤレスヘッドフォン(Bluetooth, ZigBee)などの様々な無線機器に加え、電子レンジが発する電波など多くの無線機器が同一周波数帯を共用しています。

これらの無線局免許が不要な近距離通信を目的とする小型無線機器・無線システムは、今後のネットワーク社会の進展に伴い更に普及・増加し、ISM帯等の様々な無線システムが混在する共用周波数帯の電波需要はさらに増加がすることが見込まれます。これら個々の無線機器・システムは、通常使用する周波数(無線チャネル)を個々に独立して選択します。

このため、多くの無線機器が混在してくると、図のように時間・周波数 (空間) 領域において未使用のチャネルが断片化されて点在することになります。  本研究では、細かく分割され、かつ時々刻々と変化する未使用チャネルを見つけ出して束ねることにより、電波資源の有効利用と広帯域伝送の実現を両立させる「ダイナミックスペクトラムアクセスシステム」と呼ばれる新たな無線システムを開発しています。

同システムを実現するための鍵となる代表的な技術課題としては、以下の2つが挙げられます。

帯域分割型シングルキャリア伝送

図のように、狭帯域なバンドパスフィルタを用いてシングルキャリア信号のスペクトラムを分割し、空いている周波数にちょうど収まるように変換します。 具体的にはスペクトラムの分割片 (サブスペクトラム) 毎に周波数変換し、伝送します。

利点
  • OFDMに比べて、隣接帯域への漏洩電力 (干渉成分) が少ない
  • ピーク電力対平均電力比 (PAPR) が小さく低消費電力化に適する

CSMA/CA と周波数ホッピングを併用した共通制御チャネル方式

既存無線システムとの間の与・被干渉を回避しつつ制御情報を交換するため、周波数ホッピングにより共通制御チャネルを構成したMACプロトコルです。近隣のセルは互いに近い周波数の制御チャネルを使用するよう、ホッピングパターンを設計します。さらに、チャネル割り当てをフレーム単位で更新し、かつ制御情報のオーバーヘッドを減らすため、ペイロードデータと制御情報を周波数多重して伝送するなどの新たな方式を開発しています。

利点
  • 一部の帯域が他のシステムに占有されていても制御情報が交換可能
  • 他セルの制御情報をモニタリング,複数セル間のチャネル割り当て競合を自律分散的に回避可能

ATR 波動工学研究所