相河 聡

屋内測位技術として無線LANアクセスポイントによる技術が低コストで有用とされている.更に,無線LAN端末を複数利用することで精度の向上が期待できる.一方で各端末は測定方法などにより位置推定精度が異なる.本論文では,精度情報に基づく重みを利用する手法を提案し,重み付き最小二乗法を用いた位置推定評価により提案手法の有効性を示す.

近年,実社会において人間との共存を目的として,あらゆる場所でロボット自身が直面した状況に応じて行動を行う自律移動ロボットの研究が盛んに行われている.このような自律移動ロボットには,屋内外で利用可能な位置推定技術が必要となる.屋内位置推定技術として,身近な通信手段である無線LANの受信レベルを用いることは有用である.しかし,周辺の電磁環境や測定方法により位置推定精度が異なるため,我々は位置推定精度を重みとして利用する方法を考案する.本研究では,屋内環境における自律移動ロボットの実現に向け,無線LANによる重み付け位置推定法を提案しシミュレーションにより有効性の検証を示した.また,位置推定可能な自律移動ロボットのモデルとして,簡易的なRSSI測距技術を搭載させた台車ロボットを製作した.これを用いて自律移動の予備実験を行った.

筆者らはISM帯における効率的な無線リソース利用に向けたダイナミックスペクトラムアクセス(DSA)システムの検討を行っている.本稿では,DSAシステムのキャリアセンスとして,Welch法に基づくスペクトラムセンシングについて検討し,諸元設計を行った.次に,DSAシステムの性能評価系の構築として,ISM帯における主要無線システムである無線LAN及びBluetoothの物理層/MAC層処理を実装したクロスレイヤシミュレータへの実装を新たに行った.そして,DSAシステムが無線LAN及びBluetoothに与える影響を,上記構築したクロスレイヤシミュレータにより評価した結果について報告する.

無線通信システムでは,周波数の利用効率向上のため小ゾーン化が進められている.従来の基地局は移動せず,予め周波数で固定的に棲み分けることが可能であった.WLAN(Wireless LAN : 無線LAN)では,AP(Access Point)は周波数により棲み分けを行い,CSMA/CAによるアクセス制御で干渉を回避している.一方,ITS(Intelligent Transport Systems)において車群通信が検討されている.この車群は移動性のあるセルと捉えることができるが,WLANのような周波数による棲み分けでは,セルの移動に柔軟に対応するのは困難である.本稿では,拡散符号を用いた棲み分けを検討する.アクセス制御にはコードセンス・メディアアクセスを採用する.シミュレーションにより,周波数,符号を用いた棲み分けについて,セルの移動による干渉比較を行った.

ITS(Intelligent Transport System: 高度道路交通システム)では車両間で情報の共有を行う車車間通信が検討されている.この車車間通信においては複数の車両と効率的な通信を行うため車群通信が考えられている.車群は車車間マルチホップ通信によって形成され,通信車両数を少なくすることで効率的な通信が図れる.しかし,通信車両数が過多であると通信に負荷がかかるため,車群内車両数の制限を行う必要があると考えられる.そこで,本稿では送信電力によって通信車両数を制限し,車群通信を行うことを提案する.さらに,交通流シミュレータを用いて車両の流れを再現した上でシミュレーションによりその効果の確認を行う.

近年,無線LANは身近な通信手段のひとつとして普及している.これに伴い,無線LAN受信レベル(RSSI: Received Signal Strength Indicator)による位置推定技術が低コストで有用であることから検討されている.さらに,無線LAN端末の位置情報を複数利用することで精度向上が期待できる.しかし,各端末は周辺環境や測定方法などにより位置推定精度が異なる.そこで我々は位置推定精度を重みとして利用する方法を考案する.ここで,位置推定精度とは様々な誤差要因から構成されると考えられるが,この中で精度に与える影響が大きい要因の一つである測距精度に着目する.本稿では,測距精度に基づく重み付き最小二乗法による位置推定評価を行い,考案手法の有効性を示す.

本稿では,電波の可逆性を用いた秘密鍵の生成について,正規局間の鍵生成特性と安全性のモデリングを行った.現在までの実験によって正規局間の相互情報量はRSSIの分散幅によって決定されることから,今回RSSIプロファイルを対数正規分布によって定義し,正規局間の相互情報量を分散幅,SNRを用いて数式化した.また,数式に対してアンテナ特性及び一般の屋内伝搬環境で得られる分散幅の特性を加えることよって正規局間で得られる相互情報量を見積もるとともに,空間相関係数を用いて鍵の安全性の検証を行った.提案式の妥当性をシミュレーションによって検証するとともに,従来の実験系(AP:7素子エスパアアンテナ,UT:オムニ指向性アンテナ)において,屋内環境で1bitあたり0.9350bitの相互情報量が得られることを確認した.また,盗聴局が正規局から2波長以上離れていれば,安定して安全性の高い鍵生成ができることを確認した.

本稿では,情報理論的安全性を実現できる電波のゆらぎを用いた鍵生成・共有システムに関して,プライバシ増幅処理を取り入れた鍵生成方式を提案し,各フェーズにおけるパラメータ選択指針について定めた.また,実システムへの実装も考慮し,従来の評価項目である鍵一致率と安全性に鍵生成時間を追加し,システム全体の評価を行った.その結果,各フェーズにおいて適切なパラメータ値を選ぶことで,3秒以内という実用的な時間で,128ビットの生成鍵のうち,124ビット以上の安全な鍵を共有できることを明らかにし,定めた設計指針に基づく提案手法の妥当性を示した.

In rich scattering environments, multiple antenna systems designed to accomplish spatial multiplexing have enormous potential of lifting the capacity of corresponding multiple input multiple output channels. In this paper, we present a new low complexity algorithm for decision feedback equalization detector in the SM scheme. The basic idea is to reduce the joint optimization problem to separate optimization problems to achieve better performance-complexity tradeoffs. Concretely, we separately optimize the detection order and the detector filters so that the complexity of the entire signal detection task is reduced. The new order search rule approximates the optimal Bell Labs layered space time (BLAST) approach from a geometrical perspective, and the detector filters are derived using a Cholesky based QR decomposition. The new algorithm is able to switch from zero forcing to minimum mean square error without additional operations and the computational effort is a small fraction of that in the optimal BLAST algorithm. Despite its low complexity, the error performance of new detector closely approximates that of the standard BLAST.

異方性電波吸収体の反射特性は入射波偏波により異なった値を示す.異方性吸収体の評価は直線偏波を用い,入射波偏波面を方向性の軸に合わせて,反射係数を測定すればよい.しかし,吸収体の表面形状等により方向性の軸が推定できないような試料では,必ずしも十分な評価が行えているとは限らない.本報告では,対角化評価法を用いた異方性電波吸収体の方向性の軸の評価について述べる.対角化評価法とは,反射係数行列の固有値,固有ベクトルを求め,方向性の軸を推定する評価法である.対角化評価法により,種々の異方性電波吸収体の方向性の軸について検討した結果を述べる.

スペクトラム領域でのモーメント法やFDTD法を用いて多層構造の周波数選択性遮蔽の特性を計算する場合,各層の基本素子の配列周期が同じか整数倍でないと計算できない.ここでは,単層の周波数選択性遮蔽をFDTD法で計算し,その特性を等価回路で表すことで,各層の配列周期が異なる構造でも解析可能であることを示す.遺伝的アルゴリズムを用いることで,複数のパラメータを持つ多層構造の周波数選択性遮蔽の最適設計を行った.

金属線を規則的に2次元配列した試料に,電磁波が垂直入射したときの電流分布を,ポイントマッチング法で求め,この電流分布から分極を計算し複素誘電率を計算した.従来の反射波の複素振幅から誘電率を求める方法では,グレーティングローブの発生する周波数より高い領域では,誘電率を求めることができなかったが,この解析法によって,全周波数帯域で複素誘電率を求めることができた.また,求められた誘電率の周波数特性は共鳴型分散を示すことが実験的に求められていたが,解折からも示すことができた.

Recent theoretical and experimental studies indicate that spatial multiplexing (SM) systems have enormous potential for increasing the capacity of corresponding multiple input multiple output (MIMO) channels in rich scattering environments. In this paper, we describe two fast detection algorithms for the standard BLAST receiver. The first algorithm covers the nulling and cancellation (NC) detection interface that applies inflation and deflation recursion to the initialization and iteration stages, respectively. The second algorithm utilizes the QR decomposition (QRD) detection interface that reuses Cholesky decomposition and back substitution, leading to an alternative low complexity detector. Compared with the conventional fastest method, our new algorithms reduce the complexity of the preprocessing by a factor of about 2. Furthermore, they are also implementation friendly by avoiding the recursive permutation and permitting the function reuse.

無線LANの標準規格であるIEEE802.11標準ならびにその追加仕様を紹介する.IEEE802.11 Working Groupでは,物理層とMAC層の標準化規格を策定している.1997年に初期のIEEE802.11標準が規定された.その後様々な追加仕様が規定され,2.4GHz帯を用いるIEEE802.11b/g, 5GHz帯を用いるIEEE802.11a,セキュリティ拡張機能であるIEEE802.11iに準拠した製品がこれまでに広く普及している.また,近年,QoS機能を追加するIEEE802.11e規格が成立し,無線LANシステムの高機能化が進んでいる.本稿では,既存の標準仕様と併せて現在標準化作業が行われている各Task Groupの概要も紹介する. Task Group nではスループット100Mbpsを越える次世代高速無線LAN, Task Group rではローミングの高速化,Task Group sではメッシュネットワークの仕様がそれぞれ検討されている.

パケット通信をベースとしたMIMO (Multiple-Input Multiple-Output)-OFDM (Orthogonal Frequency Divison Multiplexing)に適した簡易な判定帰還形伝搬路トラッキング法をFPGA回路に1/5スケールで実装した。実装したトラッキング法は、はじめにサブキャリアごとに送信信号のレプリカを用いて仮推定した後に、異なる時刻に推定された複数の伝達係数推定行列を重み付け合成し、これを過去に推定された伝達係数推定行列の代わりに逐次用いることにより伝搬路変動に対する追従性を実現する。判定帰還形伝搬路トラッキング回路を含むMIMO-OFDM送受信装置の特性を伝送実験により取得した。送受信アンテナがそれぞれ2本の場合において、PER=10^<-2>を達成するための所要SNRを評価した。無線周波数が5GHzであり、受信器における空間多重信号の検出方法としてZero-forcingアルゴリズムを用い、サブキャリア変調方式と符号化率が16QAM, R=1/2の場合において、端末の移動速度が45km/h以下であれば所要SNRの劣化量を1dB以下に抑制することを確認し、提案手法が実動作においても伝搬路の変動に対して高い追従性を発揮することを明らかにした。

無線LANは、家庭やオフィスではもちろん、公衆無線サービスとしても普及してきており身近な通信手段となってきている。また、無線LAN-VoIP端末の登場により更なる利用拡大が予想される。しかし、ユーザの中には無線LANの知識が乏しく、無線LANシステムを導入しても所望の性能を得られないことがある。そこで、無線LANの知識が無くても容易に扱うことができ、無線LANシステムにおける無線部のスループットの簡易な測定方法を確立した。

本稿では, 無線LANへの適用を前提に固有ビームMIMO(Multi-input multi-output)-OFDM(Orthogonal frequency division multiplexing)伝送に用いる送信アンテナ選択方式を提案する.本方式は, 送信側にフィードバックされた推定MIMOチャネル行列から得られる部分行列の行列式に基づいて送信アンテナを選択する.本稿では, 固有ビームMIMO-OFDM伝送方式をFPGA(Field programable gate array)に実装した場合の特性評価を行った.サブストリーム数が2, サブキャリア変調をQPSKとした場合において, 送信アンテナ数が3の場合の3×2伝送の固有ビームMIMO-OFDMと比較した.3-select-2のアンテナ選択を用いた本方式が, 演算回数を大幅に削減しながら所要CNR(carrier-to-noise power ratio)の劣化を約0.2dBに抑える実動作結果を示す.

This paper describes the experimental performance of transmit antenna selection in a multiple-input multiple-output with orthogonal frequency division multiplexing (MIMO-OFDM) system as measured in a testbed implemented with field programmable gate array (FPGA); it also targets wireless LANs. In this experimental verification, we employ the determinant-based transmit antenna selection approach based on the estimated instantaneous MIMO channel matrix to reduce the computational complexity The measured packet error rate (PER) performance confirms that the antenna selection scheme provides an approximately 3.5 dB improvement in the required carrier-to-noise power ratio (CNR) of 16QAM/MIMO-OFDM. Furthermore, with regard to the impact of Doppler frequency f(d), we focus on the transmission interval between the MIMO channel estimation and data transmission. To suppress the degradation in required CNR to within 1.0 dB, a transmission interval of approximately 13.3 ms is permitted without using the re-estimation procedure in f(d) = 5Hz, QPSK/MIMO-OFDM.

This paper describes the experimental performance of eigenbeam multi-input multi-output with orthogonal frequency division multiplexing (MIMO-OFDM) systems as measured in a testbed implemented with field programmable gate arrays (FPGA). The testbed offers 1/5-scale real time signal processing. Extensive experiments on the testbed confirm the basic operation and performance of eigenbeam MIMO-OFDM with 16QAM. From the PER performance, we confirm that the eigenbeam scheme with permutation matrix and three transmit antennas (M-t = 3) drastically improves the required carrier-to-noise power ratio (CNR) by approximately 5.6 dB over the scheme without eigenbeam with M-t= 2. Furthermore, to determine the impact of Doppler frequency, we focus on the transmission interval between the MIMO channel estimation and data transmission. To suppress the required CAIR degradation to within 1.5 dB, it is found that the eigenbeam scheme with permutation matrix and M,= 3 permits a transmission interval of approximately 15 5 ms when f(d) = 5 Hz.