Microsoft Word _5G無線アクセス技術

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2 図2② および高密度にスモール の 周 波 数 利 用 効 率 bps/hz/cell ることができれば 単位面積当りの セルを運用するための技術を組み合 図2① 帯域幅 Hz 図2② 無線通信容量 bps/km² を1,000倍 わせる 図2③ アプローチが考えら 単位面積当りのセル数 cell/km² にできる計算になる 図2の キュー れる これにより 例えばセル当り 図2③ をそれぞれ10倍に向上す ブ の体積に相当 また 無線LAN 5Gにおける代表的な技術 5G OFDMAの拡張 NOMA Massive MIMO 移動通信システムの世代 超高速 超大容量 超低遅延 超多数接続 低消費電力 大容量データ通信 4G LTE/LTE-Advanced 直交分割多元接続 OFDMA MIMO 音声およびデータ通信 3G W-CDMA CDMA 2000など 符号分割多元接続 CDMA 音声およびショートメッセージ 2G GSM PDCなど 時間分割多元接続 TDMA 音声 1G アナログ方式 年代 分割多元接続 FDMA 図 移動通信システムの進化および各世代における代表的な技術 要求条件 1,000倍の大容量化 ①利用効率の向上 NOMA ④トラフィックのオフロード Wi-Fi Massive MIMO/ ビームフォーミング ③ネットワークの高密度化 信号波形の設計 現在の 容量 無線フレームの設計 t New RAT f ②スペクトラムの拡大 既存の帯 広帯域 LTE スモールセルの高密度配置 高帯 広帯域幅 超広帯域 C/U分離 C-plane U-plane 図2 5G無線アクセス技術の発展方向性 4 IoT さまざまな モノ がインターネッ トやクラウドに接続され 制御 情報通信 される形態の総称 5 利用効率 単位当りに送信可 能な最大情報量 単位はbps/Hz NTT DOCOMOテクニカル ジャーナル Vol. 23 No. 4 19

3 既存の帯 分離 高い帯 スモールセル マクロセル C-Plane: マクロセルによりモビリティおよび接続性を担保 U-Plane: スモールセルにより高いデータレートを適用し, より柔軟で効率の良いネットワークオペレーションを展開 20

4 LTE New RAT シンボル長 サブキャリア間隔 LTE のセル固有参照信号 ( 復調とモビリティ測定の双方に使用 ) 時間 サブキャリア間隔拡大 & 広帯域化 LTE との非互換性を許容 データ信号 時間 New RAT のモビリティ測定用参照信号 データ信号 ( ユーザ個別の復調用参照信号を含む ) 21

5 MBB マクロセル カバレッジ拡張, 伝搬遅延 新しい 高帯 高速移動環境 伝搬チャネル変動 IoT MTC ショートパケット, 非同期アクセス 22

6 領域の波形を示す め OFDM信号にフィルタを適用す した新たな信号波形によりさまざま る新たな信号波形が検討されている なサービスをサポートすることが有 以下では5Gに向けた新たな信号波形 FBMCは サブキャリア単位で 望視されている そのため 信号波 候補である FBMC Filter Bank フィルタを適用する サブキャリ 形には 高い利用効率 周 Multicarrier UF-OFDM Univer- ア間の直交性を保持するために急 波数 時間領域波形の高い局在性 sal Filtered OFDM F-OFDM Fil- 峻な特性を有するフィルタ 送信信号の帯域外 時間外への広 tered OFDM に関して概説する を適用するが 帯域外輻射 29 は がりの抑圧によるガードバンド低 図8に LTEの下りリンクですでに 他の信号波形と比較して小さい 減 サブキャリア間の高い直交性 導入されている サイクリックプレ 一方で 時間領域では信号波形が 28 フィクス CP Cyclic Prefix 広がるためショートパケット適用 うな他の技術との親和性など が を適用するCP-OFDM および5Gの 時のオーバヘッド増大や遅延時間 要求される この要件を実現するた 新たな信号波形候補の 時間 の増大が懸念される チャネル推定 27 方法やMIMOのよ ①FBMC 帯 3GHz以下 3 6GHz 帯域幅 例 200MHz以下 6 30GHz 30GHz以上 例 200 1,000MHz 例 1,000MHz以上 New RATの信号波形 信号波形の拡張 OFDMベース シングルキャリアなど 可変的な無線パラメータの適用により 幅広い帯をサポート 図7 各帯における候補信号波形の一例 帯域外輻射 電力スペクトル密度 帯域外輻射 CP-OFDM FBMC CP-OFDM FBMC UF-OFDM F-OFDM 信号振幅 OFDM もしくはOFDMをベースと 信号波形の 時間広がり UF-OFDM F-OFDM サブキャリアインデックス 時間 領域波形 時間領域波形 図8 26 マルチパス 送信機から送信された電波 が 建物や地形などの障害物によって反 射 回折し 複数の経路を通じて受信機に 到達する現象 27 チャネル推定 信号が無線チャネルを経由 した際に受けた減衰量および位相回転量な どを推定すること 得られた推定値 チャ ネル情報 は 受信側でMIMOの信号分離 NTT DOCOMOテクニカル ジャーナル Vol. 23 No. 4 各信号波形の時間 波形 やデータ復調およびフィードバックする チャネル情報の算出などに用いられる 28 サイクリックプレフィクス CP OFDM 信号などにおいて マルチパスなどに起因 する前後シンボル間の干渉を抑圧するため に シンボル間に設けられたガードタイム 29 帯域外輻射 通信のために割り当てられた 帯域の外部への電力の放射 23

7 ₁ 24

8 送信側 UE 1 UE 2 + 送信電力 UE 1 ( セル中央 ) UE 2 ( セル端 ) UE 2 の信号復号およびレプリカ生成 受信電力 - UE 2 の信号レプリカ生成 受信側 UE 1 ₂ ₂ ₁ ₁₁₂ ₁ ₂ ₂ UE 2 の干渉除去 + UE 1 の信号復号 受信電力 復号された UE 1 の信号 ₁ ₂ ₁ ₂ 受信側 UE 2 UE 2 の信号復号受信電力 25

9 ₁ Required SNR of cell center UE セル中央ユーザの BLER が 10-1 を満たす所要 SNR(dB) for achieving BLER of 10-1 (db) OMA(R=2) OMA(R=1) ₁₂ ₁ UE 1 :64QAM(R=0.50) UE 2 :QPSK(R=0.49) R 1 :R 2 =1:1 R 1 :R 2 =2:1 R 1 :R 2 =2: Power セル中央ユーザの多重電力比 ratio of cell center (P UE 1 ) (P 1 ) ₁ 26

10 バンドスケジューリング 47 およ ③伝送実験装置を用いた測定結果 び全帯域を使って行うワイドバン 次に 試作装置を用いた屋内実 を適用し 電波環境における実験結果を示す このような非直交性を用いた新し た場合の結果をそれぞれ示す 結 図11 にNOMA伝送実験装置を い多元接続法は 国外のプロジェク 果より いずれの場合においても 図11 に測定結果を示す 図11 トや国際会議においてキートピック OMAと比較したNOMAゲインが得 に示す通り基地局近傍にUE₁ 基 として扱われており 近年高い注目 られており TM3およびCase 3 地 局 か ら 50m 程 度 離 れ た 地 点 に を集めている[13] 特に国際標準化 を適用した場合では セルスルー UE₂ 図外右奥 を静止させ 2- 団体である3GPPでは 2015年4月 プットで30.6 セル 端 スルー by-2 SU-MIMOを適用した場合の よりLTE Release 13のSI Study プットで34.2 の改善が見られ スループット特性を評価しており Item 49 と し て 検 討 が 開 始 さ れ て NOMAがユーザスループットの 結果よりOFDMAと比較してNOMA いる[14] [15] また ドコモ北京研究 改善に有効であることがわかる 適用により約80 のゲインが得ら 所と NOMAの下りリンクに加えて ドスケジューリング 48 れることが分かる 表1 NOMAのシステムレベル評価結果 2 2 MIMO TM3 Case 1 サブバンドスケジューリン グおよびサブバンドMCS選択 Case 2 サブバンドスケジューリン グおよびワイドバンドMCS選択 Case 3 ワイドバンドスケジューリ ングおよびワイドバンドMCS選択 OMA NOMA ゲイン セル端ユーザスループット セルスループット セル端ユーザスループット セルスループット セルスループット セル端ユーザスループット 2 2 MIMO TM4 OMA NOMA ゲイン BS Antenna BS 図11 47 サブバンドスケジューリング サブバンド 単位での平均チャネル品質指標 CQI Channel Quality Indicator を 基 地 局 へ フィードバックし サブバンド単位で各 ユーザのリソース割当てやMCSを選択を してスケジューリングする方法 48 ワイドバンドスケジューリング 全帯域の 平均CQIを基地局へフィードバックし 各 NTT DOCOMOテクニカル ジャーナル Vol. 23 No. 4 UE1 UE2 NOMA伝送実験装置の外観 屋内実験環境 ユーザが全帯域を使用してユーザをスケ ジューリングする方法 49 SI 仕様作成における課題の検討作業 27

11 送信コンスタレーション リソース割当て OFDMA NOMA 電力分割分割 (1:1) (2:8) 非直交多重 10MHz OFDMA 20MHz NOMA NOMA vs. OFDMA : ~80% ゲイン 受信スループット 28

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