開発事例 – ミリ波をレコーディングしてWiFi, LTE信号の伝搬環境解析

タイトル
ミリ波をレコーディングしてWiFi, LTE信号の伝搬環境解析

サブタイトル
ミリ波送受信は外部にコンバータを接続して解決

お客様の課題

• 第5世代通信(5G)を見据えてミリ波帯での電波伝搬特性の計測を行いたい。
• 送受信とも1chで、30GHzを使用する。
• 計測方法は、送信側からLTEもしくは無線LANを送信し、受信側でサンプリングしたIQデータをストレージに保存する。
• 保存したデータは、ソフトウェアでオフライン解析する。
• 解析結果は、BER、PER、スループット(bps)などを取得する。
• 測定作業は一人でも出来るようにするため、送信側から受信側をリモート制御できる仕組みが必要。

提案システム

ハードウェアについては、既にお客様が以下のナショナルインスツルメンツ製モジュール式計測器を所有していたので、これらをベースに用いて信号送信と信号受信→収録を行うシステムハードウェアを検討。

お客様所有品

提案当時、モジュール式計測器で30GHz対応モジュールがなく6GHzが上限であったため、外部30GHz⇔5GHzのアップコンバータ・ダウンコンバータを接続する形を提案。

ソフトウェアは大きく2つに分けて検討した。

一つは信号処理部分。LTE信号の生成と解析は、ナショナルインスツルメンツLTE計測ツールキットを検討したが、送信フレームフォーマット等や変調方式、リソース割り当て等を変更し柔軟な実験を行うことを考慮して内製することを決定した。

制御ソフト部分は、LabVIEWで全体を開発し送信側受信側の通信は、汎用の2.4G/920MHz通信モジュールを使用して相互に通信可能な設計にした。

送信側

信号送信ソフトは、ユーザインターフェイス上でユーザが指定したパラメータに基づきLTE、無線LAN信号のバイナリ列を生成し、送信モジュールの信号送信を使用して送信する。

また送信タイミングなどを”2.4G/920MHz通信モジュール”を経由して、受信側に通知する。

受信・解析側

受信側は、”2.4G/920MHz通信モジュール”を経由して送られてくる送信側からの制御コマンドを元に動作する。

送信側が信号送信する1秒程度前のタイミングで収録を開始し、IQデータをすべて保存する。送信側で指定した時間で収録を停止する。

収録したデータはユーザが解析ソフトを用いて解析を行う。

構成図

結果

当初の目的を達成することが出来た。

• 屋内・屋外において送受信及びリモート制御を行う事が出来た。
• 30GHz帯の収録が出来た。
  ナショナルインスツルメンツ製モジュール式計測器では対応していない周波数帯であっても、外部にアップコンバータ、ダウンコンバータを接続することでミリ波帯通信に対応することが可能であった。
• 送信した信号を受信側ですべてデータ落ちすることなく収録することが出来た。
• LTE信号を送信することが出来た。
• 収録したデータのオフライン解析でBER、PER、スループット(bps)などを取得出来た。
• リモート制御を行う事で作業者一名での計測を実行することが出来た。
• リモート制御には、当初2.4GHz帯Zibgeeモジュールを使用したが見通し外通信で不安定な現象が見られたため、920MHz帯通信モジュールに変更して安定した制御を行うことが出来た。

開発コンポーネント

本プロジェクトで使用・開発・外部委託したコンポーネントは以下の通りである。