超高速ビットレート移動通信用伝送実験系のソフトウェア無線機構成

摘要

移動通信のさらなる高速化を目指し，超高速ビットレート伝送が検討されている．その実現性を検証するため，無線周波数（RF）11GHzの無線回路を用いて，帯域幅400MHzの4×4MIMO-OFDMによりスループット5 Gbpsを実現する伝送実験系が構築されている．伝送実験系は，11GHz 帯送信及び受信無線回路ボード，800MHzサンプリングのDAC あるいはADC を搭載したFPGA ボード，オフラインで送受信処理を行うCPU ボードから構成される．各ボードはコンパクトPCIの筐体に挿入され，プログラマブル・デバイスを使用することでソフトウェア無線機構成を実現する．本報告では，本伝送実験系を構成するハードウェアとソフトウェアについて紹介する．ソフトウェアは，FPGA上で動作するVItDLで記述されたものと，CPU上で動作するC＋＋言語で記述されたものに大別できる．さらに，CPU上で動作するソフトウェアは，MIMO-OFDM送受信処理，サンプリング周波数800MHzのベースバンド田B）回路を高精度化するためのBBキャリブレーション，11GHz 帯無線回路の不完成性を補償するRFキヤリプレーションで構成されており，これらについて詳述する．さらに，これらのソフトウェアに加えて，CPU上の受信処理にフェージング・雑音生成処理を付加し，伝送実験系で取得した5Gbps伝送におけるスループット特性を明らかにする．%Super high bit-rate transmission has been investigated to achieve the higher bit-rate in mobile communications. In order to verify its feasibility, a transmission experimental system that can achieve 5 Gbps throughput by using radio circuits with the radio frequency (RF) of 11 GHz and 4x4 MIMO-OFDM with 400 MHz bandwidth has been developed. The experimental system consists of (i) 11 GHz band transmit and receive radio circuit boards, (ii) FPGA boards that include 800-MHz sampling DAC or ADC, and (iii) CPU boards that perform transmission and reception processings in offline mode. Their boards are inserted into compact PCI boxes, and realize software defined radio architecture by using the programmable devices. This report introduces both hardware and software of the experimental system. The software can be divided into the software on FPGA which is written by VHDL and that on CPU which is written by the C++ language. In addition, the latter software consists of MIMO-OFDM transmission and reception processings, baseband (BB) calibration that achieves higher accuracy of the 800 MHz sampling BB circuits, and RF calibration that compensates for imperfection of the 11 GHz band radio circuits, and this report also explains them in detail. Moreover, throughput performance of the 5 Gbps transmission that the experimental system measures by adding fading and noise generation to the reception processing on CPU is shown.