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みひなおおばま
5 years ago
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1 非直交多元接続 (NOMA) 慶應義塾大学理工学部電子工学科眞田研究室 4 年安藤健二 -1-

2 背景通信に使うことのできる周波数帯域は限られているため, 増加するトラフィックに対し帯域利用効率のよい多元接続方式が求められる H22.12 H23.03 H23.06 H23.09 H23.12 H24.03 H24.06 H24.09 H24.12 H25.03 H25.06 H25.09 H25.12 (Gbps) 月間平均トラフィック H22.12 H23.03 H23.06 H23.09 H23.12 H24.03 H24.06 H24.09 H24.12 H25.03 H25.06 H25.09 H25.12 (bps) 1 加入者あたり平均トラフィック 1 年で 1.57 倍に増加 H22.12 H23.03 H23.06 H23.09 H23.12 H24.03 H24.06 H24.09 H24.12 H25.03 H25.06 H25.09 H25.12 (Gbps) 最繁時トラフィック (23 時台の平均トラフィック ) 1 年で 1.66 倍に増加 1 年で 1.68 倍に増加 [1]

3 多元接続方式と移動通信システムの世代帯域利用効率 FDMA 周波数軸 TDMA 時間軸 CDMA 符号 1G 2G 3G 増加するトラフィックに対して各世代の移動通信システムは, より帯域利用効率のよい多元通信方式を採用してきた OFDMA 直交性 3.9G さらなる帯域利用効率の向上のために, パワー軸上での通信の多元化を考える大非直交パワー軸多元接続方式の帯域利用効率と移動通信システムの世代推移 -3-

4 時間 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 直交周波数分割多元接続多数の直交する搬送波を変調し重ね合わせる搬送波間の直交性を利用してデータシンボルを取り出す周波数ユーザー 1 ユーザー 2 ユーザー 3 OFDMA のユーザーの割り当て [2] 周波数と時間によってユーザーに割り当てられるサブキャリアが動的に変化することで多数のユーザーが同 [2] 時に通信できる -4-

5 非直交多元接続パワー軸で異なるパワーの信号を重ね合わせ一つの周波数帯域を複数のユーザーに割り当てる方式ユーザー 1 ユーザー 2 ユーザー 4 ユーザー 5 OFDMA 非直交多元接続ユーザー 3 周波数軸におけるユーザーへのチャネルの割り当て [3] 周波数軸ではOFDMAを用いるパワー軸では送信機で事前に各信号のパワーの大きさを割り当て重ね合わせた信号を送信する一つの周波数帯域を複数のユーザーが使うことで限られた周波数帯域の有効利用が可能 -5-

6 Power Power Power Power NOMA with SIC (Non-Orthogonal Multiple Access with successive interference cancellation) 逐次干渉除去 (SIC) をもちいた非直交多元接続 SN 比の異なる端末に対しパワー軸で重ね合わせた信号を送り受信機で順々に干渉除去を行うことで所望の信号を取り出す端末 1 端末 2 送信機大端末 2 への信号を SIC 端末 1 への信号を復調 SN 比の異なる端末での NOMA 信号の復調過程端末 2 への信号を復調 [3] 小端末の SN 比 Noise 端末 2 への信号端末 1 への信号 SIC 端末 1 への信号端末 2 への信号各過程における送受信信号のパワー SN 比の大きい端末では SIC により干渉を除去して復調, SN 比の小さい端末では受信信号をそのまま復調する -6-

7 NOMA with MIMO (Non-Orthogonal Multiple Access with Multiple Input and Multiple Output) 複数ユーザーにおいて MIMO を用いた非直交多元接続受信機に逐次干渉除去 (SIC) と干渉抑制合成 (IRC; Interference Rejection Combining) の 2 つの干渉キャンセラ用いて, 他のユーザーとの干渉を抑制する発信機は指向性を持った複数の信号電波ビームを発信する端末 2 送信機端末 1 IRC 端末 2 への信号を SIC 端末 1 への信号を復調 IRC 端末 2 への信号を復調大端末 3 IRC 端末 4 への信号を SIC 端末 3 への信号を復調端末 4 IRC 受信機で IRC と SIC を適用する MIMO を用いた NOMA 信号の復調過程 [3] 端末 4への信号を復調小端末のSN 比 -7-

8 逐次干渉除去と干渉抑制合成逐次干渉除去 (SIC; successive interference cancellation) 電波ビーム内での干渉を除去する送信信号は SN 比の異なる端末に対しパワー軸で重ね合わせた信号であるので, 逐次干渉除去することで所望の通信信号を取り出すことができる [3] 干渉抑制合成 (IRC; Interference Rejection Combining) 電波ビーム間での干渉を抑制する受信機の複数アンテナで受信した信号を組み合わせることで干渉を抑制する干渉抑制合成をして, 所望の電波ビームの信号を取り出すことができる自身と干渉源の空間相関が高いときは, 性能が落ちる [3] [3] 送信機でランダムビームフォーミングを行い, 空間多重する [4, 5] -8-

9 ランダムビームフォーミングビームフォーミング端末のアンテナがある場所でさまざまな経路を通った電波がちょうど強めあい, それ以外の場所では打ち消しあう [6] ように電波の出し方を調整するランダムビームフォーミング [7] 1. 送信機はあらかじめランダムにビームフォーミングを決定し, 参照信号をユーザー端末に送る 2. ユーザー端末は参照信号を用いて受信信号パワー対干渉と SN 比を測定する 3. ユーザー端末は送信機にフィードバックを返し, 送信機はビームに対してユーザースケジューリングを行い, 信号を送信する -9-

10 参考文献 [1] 総務省情報統計データベース通信トラフィック我が国の移動通信トラヒックの現状概要, ( 参照 ). [2] 日経エレクトロニクス, LTE のすべて基本原理から実装技術, そして国別周波数割り当てまで, 日経 BP 社, pp , [3]Y. Saito, Y. Kishiyama, A. Benjebbour, T. Nakamura, A. Li, K. Hiduchi, Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) for Cellular Future Radio Access, Vehicular Technology Conference (VTC Spring), 2013 IEEE 77 th, pp. 1-5, Jun [4]P. Viswanath, D.N.C. Tse, and R. Laroia, Opportunistic beamfoming using dumb antennas, IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 48, no. 6, pp , Jun [5]M. Sharif and B. Hassibbi, On the capacity of MIMO broadcast channels with partial side information, IEEE Trans. Inf. Theory, vol. 51, no. 2, pp , Feb

11 参考文献 [6] 無線にゃんビームフォーミング, ( 参照 ) [7] 野中信秀, 樋口健一, ランダムビームフォーミングを用いた基地局間連携マルチユーザ MIMO の評価, 電気情報通信学会東京支部学生会研究発表会, [8]A. Benjebbour, Y.Saito, Y. Kishiyama, A. Li, A. Harada, T. Nakamura, Concept and Practical Considererations of Non-Orthogonal Multiple Access (NOMA) for Future Radio Access, Intelligent Signal Processing and Communications Systems (ISPACS), 2013 International Symposium, pp , Nov [9] 竹下鉄夫, 吉川英機, 通信工学, コロナ社, pp , [10] 電子情報通信学会, モバイルコミュニケーション, コロナ社,2009. [11] 日経コミュニケーション, すべてわかる 4G 大全, 日経 BP, [12] 根日屋英之, 小川真紀, ワイヤレスブロードバンド技術 - IEEE 802 と 4G 携帯の展開, OFDM と MIMO の技術 -, 東京電機大学出版局,

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