ほぼ10年ごとの世代交代ほぼ10年ごとの世代交代...fa/tohoku univ....

FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」 1

第10章次世代移動通信

東北大学大学院

電気・通信工学専攻安達

「応用電気通信工学」

1.無線技術の進化ほぼ10年ごとの世代交代

広帯域化への技術革新

無線アクセス技術の進展

第2世代と第3世代携帯電話との違い

第3世代システム

第3世代システムの浸透，第3.9世代システムの始まり

インターネットアクセス

第3世代システムの進化と限界

第3.9世代そして第4世代へ


F. Adachi, “Wireless past and future - evolving mobilecommunications systems,” IEICE Trans. Fundamentals, vol. E84-A,pp. 55-60，Jan. 2001.

ほぼ10年ごとの世代交代携帯電話は今や社会の重要なインフラになった 30年かけて数10kbps狭帯域システムから数10Mbps広帯

域システムへと変わってきた(1979年～2010年) これからは1Gbpsを超えるブロードバンドシステムへと変わ

る(2015年～)


20201980 1990 2000 年

~64kbps~2.4kbps

音声会話低速データ通信

通信

サービス

音声会話

マル

チメディア

~2Mbps

HSPA

第0世代公衆電話

点と点の通信

現在

LTE

音声会話

高速データ通信音声会話

超高速データ通信

2010

W-CDMACDMA2000

~14Mbps LTE-Advanced

第4世代~3Gbps

~300Mbps ?小セルネットワーク

第5世代>10Gbps

~1980

第3世代第1世代第2世代


ほぼ10年ごとの世代交代誰もがいつでも，どこでも，だれとでも，どんな情報をもやり取りしたいと

思っている

通信手段がどこにでも存在（偏在）するユビキタス社会

無線技術なくしてはこのような社会は実現できない

10年ごとに新しい無線技術が誕生し，私たちの社会を変革してきた

1980年代：固定通信から，「いつでもどこでも」通信の到来

1Gシステム（アナログ）

1990年代：音声からデータへ

2Gシステム（ディジタル）

インターネットへのアクセス

2000年代：広帯域データ通信の時代へ

3Gシステム，そして3.5Gシステムへ（高速パケットアクセス）

2010年代：ブロードバンド，ユビキタスモバイル

3.9Gシステムへ，そして4Gシステム

多様な無線システムへのアクセス（2G，3G，3.5G，3.9G，4G)F. Adachi, “Wireless past and future - evolving mobile communicationssystems,” IEICE Trans. Fundamentals, vol. E84-A, pp. 55-60，Jan. 2001.

無線アクセス技術の進展

1G:周波数分割マルチアクセス(FDMA) 2G: 時間分割マルチアクセス(TDMA) 3G: 直接拡散符号分割マルチアクセス

(DS-CDMA) 3.9G (LTE) 下りリンク:直交周波数分割マルチアクセス

(OFDMA) 上りリンク:シングルキャリFDMA

(SC-FDMA)


Time Domain Processing

Time

1G: FDMAf3f2f1

Freq

uenc

y 2G: TDMA

Time

1 3 1 2 32

Code

Freq

uenc

y

20ms

Ex. 6.25kHz

Spreading code #3Spreading code #2

3G:DS-CDMA

Freq

uenc

y

Spreading code #1

Time

Ex.

5MH

z

25kHz

Frequency Domain Processing

3.9G (LTE): OFDMA, SC-FDMA

第2世代と第3世代携帯電話との違い第2世代携帯電話が提供するのは低速のビットパイプ

第3世代携帯電話が提供するのは高速のビットパイプ

音声から高速インターネットに至るまで，幅広いデータ速度のサービスを提供できる．


リアルタイム音声低速データ

テキスト

音声

画像

マルチメディア

3.9G/4G(LTE/LTE-A)

Digital(OFDMA,SC-FDMA)

高速化への技術革新第2世代と第3世代の間に大きな飛躍

中心サービス

音声＋データ

スペクトル利用効率の向上

狭帯域化スペクトル利用効率の向上

ピークレートの増大

チャネル数の増加

広帯域化

中心サービス

音声＋データ

16FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」

1GAnalog(FDMA)

2GDigital(TDMA)

Big leap

~64kbps ~2Mbps~14Mbps

~2.4kbps

3G/3.5GDigital(CDMA)

無線スループット0.3~3Gbps/BS限られた帯域幅20~100MHz

3.5G (HSPA,5MHz)

3.9G (LTE,~20MHz)

4G (LTE-A, ~100MHz)

上り下り上り下り上り下り

5.7Mbps

14Mbps

75Mbps

300Mbps

15bps/Hz

30bps/Hz

中心サービス

音声＋データ


第3世代システム

F. Adachi, M. Sawahashi and H. Suda, “Wideband DS-CDMAfor next generation mobile communications systems,” IEEECommun. Mag., vol. 36, pp. 56-69, Sept. 1998.

Indoors~2Mbps

Mobile~144kbps

IMT2000Network

Pedestrian~384kbps

2GHz帯

2Gシステムにおけるデータ伝送速度は世界中に分布するサーバーへアクセスし，情報をダウンロードするにはあまりにも低すぎた

3Gシステムは2Gシステムシステムより圧倒的に速い速度のデータ伝送を提供するよう設計 DS-CDMA技術 (5MHz帯域）を採用

屋内: 2Mbps，歩行速度:384kbps，高速移動: 144kbps

ＣＤＭＡ容量


SfEG

BUS

fEGG

fSFU

S

b

c

b

cp

11

1/

)bps/Hz/km(

1B1

1/1

1B

uncoded0

2

uncoded00

　

は利用効率あるから，面的周波数

ではチップレートの逆数帯域幅ビットレートであり，

ユーザ当たりのは当たりの総伝送レート

　

当たりのユーザ数収容可能な

0uncoded0

0

2

//

)km(

bb

c

p

EESINR

G

GS

f

：無符号化時の所要

：所要

：符号化利得

：処理利得

：無線セル面積

対時セル干渉電力比：周辺セルからの干渉

干渉

大野,安達, “DS-CDMAの上りリンク容量と送信電力,” 信学論, Vol. J79-B-II, pp.17-25, Jan. 1996.

符号化を用いたときのBER特性（計算機シミュレーション, AWGNチャネル）


0.0001

0.001

0.01

0.1

1

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Eb/N0 [dB]

BER

Pb(γ)AWGN

(23, 35) CC

(13, 15) turbo

符号化率R=0.5(23, 35) 畳み込み符号符号化利得Gcoding = 3.6dB@BER=10-3

(13, 15)ターボ符号符号化利得Gcoding= 5.5dB@BER=10-3

G0=13G1=15

D D D

D D D

uk pk

(1)

pk(2)

uk

Inter-leaver

Punc

ture

r

組織符号（情報ビット）

パリティ符号1

パリティ符号2

D. Garg and F. Adachi, “Application of ratecompatible punctured turbo coded hybrid ARQto MC-CDMA mobile radio,” ETRI Journal, vol. 26,no. 5, pp. 405-412, Oct. 2004.

1

0.1

0.01

0.001

0.0001

BER

Eb/0 (dB)0 1 3 4 5 6 7 8 92 10

No coding

(23,35) CC(13,15) Turbo


第3世代システムの進化と限界3Gサービス(~384kbps)：2001年開始

導入当初：緩やかな浸透

現在：100%に近いユーザが3Gに移行

ブロードバンドサービスの普及に合わせた進化特に下りリンク（基地局→端末）の高速化

高速下りリンクパケットアクセス（HSDPA, 3.5G）:2006年開始

→ ピークレートは~14Mbps/5MHz．→ 現在では不十分

第3世代システムの浸透, LTEの始まり携帯電話ユーザ数

(2013年12月末，出典TCA)

135,832,000 (人口浸透率106.5%)

2Gは消滅，LTEが増えている

ブロードバンドサービス

固定ネットワークでの高速インターネットサービスの広がりに呼応して，携帯電話でのインターネットトラフィックが増え続けている．

＊日本人口@ 2012年8月1日:1億2748万7000人 FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」 26

0.E+00

2.E+07

4.E+07

6.E+07

8.E+07

1.E+08

1.E+08

1.E+08

2G 3G/CDMA20001x 3G/W-CDMA LTE (NTTdocomo)


インターネットアクセスブロードバンドサービス

固定ネットワークでの高速インターネットサービスの広がり

→携帯電話でのインターネットトラフィックが増加

インターネットアクセス機能付きの携帯電話ユーザ数1

携帯電話ユーザ総数: 129,127,300 (浸透率101.3%)＊日本人口@ 2011年5月1日: 1億2774万2000人

インターネットアクセス機能付の携帯電話ユーザ数:104,380,300(81.9%)

i-mode (docomo): 51,207,200 Ezweb (au): 29,397,900 Yahoo Ke-tai (SoftBank): 23,775,200

1: 2012年12月末（出典TCA）


第3.9世代そして第4世代へ世界共通バンド（3.4~3.6GHz）は200MHz帯域幅[WARC2007]

1システムで利用可能な帯域幅は2（上り・下り）×100MHz程度

強い干渉環境下でセルラー周波数利用効率30bps/Hz/BS（1基地局あたりの周波数効率）を実現できる高度無線技術の開発が必要

第4世代システムの目標

→ピークデータ速度~3Gbps/BS(100MHz)の実現

20201980 1990 2000 年

~64kbps~2.4kbps


通信

サービス

音声会話

マル

チメディア

~2Mbps

HSPA


点と点の通信

現在

LTE

音声会話



2010

W-CDMACDMA2000


第4世代~3Gbps


第5世代>10Gbps

~1980


セルラーシステムセルラー概念

クラスタサイズと繰り返しパターン

面的周波数利用効率

ディジタル方式

周波数利用効率


奥村，進士監修：移動通信の基礎，8章，信学会，1986年．進士編：移動通信，7章，丸善，1989年．

セルラー概念限られた無線帯域幅（無線チャネル数）で携帯通信サービス

を提供するにはどうしたら良いか？→干渉を許容した同一周波数の再利用電波は減衰（およそ距離の2~4乗に反比例）しながら伝搬

→同一周波数のチャネルを十分離れた場所で繰り返して使えるこれをうまく利用したのがセルラー方式


無線局

電波

の強

さ

距離

4~2; rPr

基地局

基地局がカバーするエリア（セル）半径0.75-5km

同じ周波数の再利用同じ周波数を異なる基地局で繰り返して利用（ここでは21個のチャネルを想定）


0.75～5km

無線セル

F3F3

F3

F3

F3F1F1

F1

F1

F1

F1F1

F4

F4F4

F4

F4

F2F2

F2F2

F2

F7F7

F7F7

F7

F6

F6F6

F6

F6

F5F5

F5

F5

F5

F1 F2F3F4 F6F7 周波数

全無線帯域幅

F5

第3世代携帯（CDMA）では，各基地局が21個のチャネルを全て使って通信することが可能に

F1

21個のチャネル

周波数


クラスタサイズと繰返しパターンの例


RDjiF

3)1(3

RD

jiF

32

)0,2(4

RD

jiF

21

)1,2(7

RD

jiF

33

)0,3(9

面的周波数利用効率同一周波数の再利用

伝送速度bps/BS→周波数利用効率bps/Hz/BS→面的周波数利用効率bps/Hz/km2

面的周波数利用効率の定義アナログ方式：人/Hz/km2

ディジタル方式：bps/Hz/km2

情報理論から面的周波数利用効率(bps/Hz/km2)を考察する


ディジタル方式の面的周波数利用効率目標：帯域幅B(Hz)を使って面積A(km2)のエリアへの総情報

レートCtotal(bps)のデータサービス

セルラー方式の面的周波数利用効率は次のようになる．


とすると

ビットレートチャネル当たりの情報

幅チャネル当たりの帯域

セル当たりの面積

　　　

ここで

　　

(bps)1(Hz)1

)(km1

)km/(bps/Hz

2

2

CWS

ABCtotal

クラスタサイズN=7

F4F5

F6F1

F2F7

F3

f

B


ディジタル方式の面的周波数利用効率面的周波数利用効率は，A=S F，B=W F，

Ctotal=C Fを用いて

)km/(bps/Hz 11 2

SFWC

クラスタサイズNの低減(N=7→4→3→1），すなわち所要SIRの低減・誤り制御，ダイバーシチ受信・セルのセクタ化，ビームチルティング

セルサイズ（半径）の縮小・マクロセル（半径数km）→マイクロセル（半径数100m）→ピコセル（半径数10m）

1Hz当たりの伝送効率の向上・多値変調・高能率誤り制御

ディジタル方式の面的周波数利用効率どんな変調・誤り制御技術を使うかの議論から離れて，純粋にチャネル

容量だけを考える

面的周波数利用効率を最大化するクラスタサイズが存在するだろうか？

)km(bps/Hz 1

)6(131

)1(log

)6(1)3/1(

(bps/Hz) )1(log/

)km(bps/Hz 11

2

2/1

2se

2/1

2

2se

S

F

WC

SFWC

　

を代入すると

　　

に

　


　


セルサイズ（半径）の低減・マクロセル（半径数km）→マイクロセル（半径数100m）→ピコセル（半径数10m）

容量を最大にするセル端SIRが存在する


ディジタル方式の面的周波数利用効率

0

0.1

0.2

0 5 10 15 20 25 30 35 40

(dB)

S1

)6(1)1(log3

5.3

212

se

4 7F=3

se×

S/3

最大値は=8dBの時で， = 0.19623×3/S=0.588684/S

周波数再利用係数F=4~7のとき最大点がありそう

* 安達, “移動通信におけるマルチアクセス技術,” （BI-2 RCS研専20周年記念 - 今日の移動通信システムを実現したキー技術の系譜）, B1-2-3, 信学会総合大会,2009年3月20日.

* 安達，“拡散シングルキャリア・ブロックマルチアクセス，” （ BP-1 次世代移動通信方式のマルチアクセス技術）， BP-1-1，信学会総合大会，2010年3月19日

セル端SIR Λ対面的

周波数利用効率の上界

第3.9世代と第4世代システムの概要第4世代システムのビジョン

第4世代への架け橋となる第3.9世代LTE 広帯域化への技術革新

無線チャネルの問題

周波数選択性の強いチャネル

FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」 216 FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」 217

第4世代システムのビジョンブロードバンドサービス：移動ユーザ端末では~ 100 Mbps，準静止ユーザでは~1Gbps．

ギガビット無線：4Gシステム実現に欠かせない無線技術．

High(60~250km/h)

Low(Pede-strianspeed)

IMT2000 EnhancedIMT2000

New MobileAccess

New nomadic/LocalArea wireless access

Enhancement

Digital broadcast system

Inter-connection

1 10 100 1000Peak useful data rate (Mb/s)

New capabilities of systems beyond IMT-2000

Mobility

将来ビジョン, ITU-R WP8F (Ottawa, June 2002)ITU-R WP8F: Illustration of Capabilities of IMT2000 and Systems Beyond

IMT後継システム


第4世代への架け橋となる第3.9世代LTE第3.9世代LTEの登場:2010年開始

第4世代LTE-Aに極めて近い性能

第3世代に割り当てられた2GHz周波数帯(20MHz)を利用

ピークデータ速度：下り300Mbps，上り75Mbps

第4世代LTE-Aへの割当周波数帯がITUで決着 450-470MHz/790-806MHz/2.3-2.4GMHz/3.4G-

3.6GHz@2007年12月 2008年からLTE-Aの研究開発が開始された

おそらくLTE-Aの登場は2020年ころだろう

LTE-Aの目標：下り30bps/Hz，上り15bps/Hz

1GシステムではFDMA (12.5kHz)，2GではTDMA (50kHz)，そして3Gと3.5GではDS-CDMA (5MHz) いずれも時間領域信号処理に基づくシングルキャリア無線技術

重要な技術課題:周波数選択性チャネル広帯域(20MHz)→厳しい符号間干渉（ISI）新しい高度な無線信号等化技術が必要

→周波数領域信号処理の導入

3.9G(LTE)では上り下りの無線技術が違ってくる 3.9Gでは，下りOFDMA，上りSC-FDMA


無線チャネルの問題マルチパスチャネル

基地局・移動端末間に存在する建物→多数の伝搬路を形成

強い周波数選択性 12.5MHz帯域伝送の1シンボル長はたったの24m．

シンボル長をはるかに超える遅延時間差を有する多数の伝搬路が存在．


Localscatterers

Large obstacles

Transmitter

ReceiverReflection/diffraction

d-4


無線チャネルの問題ブロードバンド無線チャネ

ルでは，チャネルの伝達関数H(f,t)は信号帯域幅内でもはや一定ではなく，激しく変動する

このような周波数選択性の強いチャネルで1Gbpsに近いデータ伝送を実現するのは至難の業

強力な等化器の開発

0.01

0.1

1

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0.01

0.1

1

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Frequency f (MHz)

Frequency f (MHz)

Cha

nnel

gai

nC

hann

el g

ain

L=16Uniform power delay profilel-th path time delay=100l + [-50,50)ns

1

0)2exp()(

L

lll fjhfH

L=16 uniform power delay profilel-th path time delay=100l + [-50,50)ns

無線チャネルの問題端末が移動すれば，チャネルの伝達関数は周波数領域変

動だけでなく時間領域変動も存在する．


Cha

nnel

gai

n H

(f,

t) (

dB)

2GHz, L=6, Uniform profile100nsec, 4km/h

第3.9世代システム(LTE)の無線技術上りリンクと下りリンクの無線アクセス

なぜ上りリンクにはシングルキャリア伝送が適しているのか？

LTEの無線アクセス

下りリンクOFDMA 上りリンクSC-FDMA SC-FDMA局所マッピング

SCとOFDMとの比較


信号処理が時間領域から周波数領域へと変わる

セルラー（携帯電話）システムの無線アクセス技術の変遷 1G:周波数分割マルチアクセス(FDMA) 2G: 時間分割マルチアクセス(TDMA) 3G: 直接拡散符号分割マルチアクセス

(DS-CDMA) 3.9G (LTE)

下りリンク:直交周波数分割マルチアクセス(OFDMA)

上りリンク:シングルキャリFDMA(SC-FDMA)


Time Domain Processing

Time

1G: FDMAf3f2f1

Freq

uenc

y 2G: TDMA

Time

1 3 1 2 32

Code

Freq

uenc

y

20ms

Ex. 6.25kHz

Spreading code #3Spreading code #2

3G:DS-CDMA

Freq

uenc

y

Spreading code #1

Time

Ex.

5MH

z

25kHz

Frequency Domain Processing

3.9G (LTE): OFDMA, SC-FDMA

上りリンクと下りリンクの無線アクセス上りリンクと下りリンクの無線アクセス技術は同じである必要

はない．ピーク対平均電力比（PAPR）は携帯端末の送信電力増幅器（上りリ

ンク送信）にとって重要な課題．

PAPRができるだけ小さい無線アクセスが望まれる．


基地局

携帯端末

)2sin()(Im)2cos()(Re)2exp()(Re)(veformcarrier wa Modulated

tftstftstftstx ccc

なぜ上りリンクにはシングルキャリア伝送が適しているのか？シングルキャリア（SC）信号は

OFDM信号よりPAPRが低い．各シンボル時間点の送信信号波形に

はISIが発生しない（ナイキスト伝送）．

SCは上りリンク無線アクセスに適している．ピーク電力が少なくてよいので，比較的

安価な送信電力増幅器が使える．


-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

55 57 59 61 63 65

α= 0.00

4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

55 57 59 61 63 65

α= 1.00

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

55 57 59 61 63 65

α= 0.50

SC信号波形

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

55 57 59 61 63 65

OFDM

OFDMA信号波形

Nc=256subcarriers

Nc=256symbols/block

LTEの無線アクセス異なる下りと上りのマルチアクセス技術

下りリンク：OFDMA 上りリンク：SC-FDMA

パケットアクセスに適したリソース割当（スケジューリング）マルチユーザダイバーシチ

ハイブリッドARQ 非実時間サービス


下りリンク上りリンク

帯域幅(MHz) 1.4/3/5/10/15/20IFFT/FFTポイント数 128/256/512/1024/1536/2048アクセス OFDMA SC-FDMAスケジューリングマルチユーザダイバーシチ

ハイブリッドARQ ターボ符号化IR-HARQ

下りリンクOFDMA マルチユーザダイバーシチ

各ユーザのチャネル状態に応じてリソースブロック(1msec, 12サブキャリア180kHz）を割り当てるリソース割り当て（スケジューリング）

送信機会をできるだけ公平に保ちつつシステムスループットを高くするProportional Fairness(PF)スケジューリング*


* A. Jalali, R. Padovani, and R. Pankaj, “Data throughput of CDMA-HDR a high efficiency-high data rate personal communication wireless system,” Proc. IEEE VTC 2000-Spring, vol. 3, pp. 1854 - 1858, Tokyo, 15-18May 2000.

周波数領域スケジューリング

周波数

周波数

ユーザB ユーザA ユーザC

チャネル

利得

12サブキャリア(180kHz)

S/P

P/S

IFFT

User A

+CPS/P

User B

Map

ping

OFDMAsignal

下りリンクOFDMA


A

A

A

A

A

B

B

B

B

B

B

B

B A

12サブキャリア(180kHz)

基地局

端末A

端末B1ms

時間

周波数

上りリンクSC-FDMA 各ユーザのM個のデータ変調シンボルブロックをDFTによりM個の周波

数成分に分解．それらが重ならないようにNc個のサブキャリアにマッピングするのがSC-FDMA[Dinis]．局所（Localized）FDMAと分散（Distributed）FDMAの2つがある．

分散FDMAでは，各ユーザの時間領域信号の振幅を一定にできる．

分散FDMA信号はシンボルブロック繰り返しにより生成するIFDMAと同じ[Schnell]．

同様な原理に基づく拡散FDMAが文献[Takeda]で提案されている．


f0 (M-1)K

・・・・・・

K 2K

・・・

Nc-1

・・・

User A User B

Distributed (equal spacing)

[Dinis] R. Dinis,D. Falconer, C. T.Lam, and M.Sabbaghian, Proc.GlobeCom2004,vol.6, pp. 3808-3812, Dallas, TX,USA, 29 Nov.-3 Dec.2004

[Takeda] K. Takeda andF. Adachi, Proc. IEEEVTC2005-Fall,Dallas, U.S.A., 26-28 Sept. 2005.

[Schnell] M. Schnell, I.Broeck, and U.Sorger, ETT, Vol. 10,No.4, pp. 417-427,Jul.-Aug. 1999.

0 M-1

・・・

1 2

User A

f

Localized0 M-1

・・・

1 2

User B

UserM-point

DFT P/SSC-FDMA

signal

IFFT

+CP


SC-FDMA局所マッピング LTEでは局所マッピングを用いるSC-FDMAを採用

下りリンクOFDMAと同様にマルチユーザダイバーシチ効果を得ることができる．

各ユーザのチャネル状態に応じてリソースブロック(1msec, 12サブキャリア180kHz）を割り当て．

周波数

マルチユーザダイバーシチ（周波数領域スケジューリング）

周波数ダイバーシチ

分散FDMAシステム帯域幅

ユーザ#1

ユーザ#3

ユーザ#2

ユーザ#4

局所FDMAシステム帯域幅

チャネル

利得

SCとOFDMとの比較各ユーザへ異なるサブキャリアグループを割り当て

SC-FDMAとOFDMAの違い SC-FDMAではMシンボルブロックを周波数分解し，各周波数成分を

割り当てられたサブキャリアブロックに配置．

OFDMAではMシンボルブロックをそのまま割り当てられたサブキャリアブロックに配置．


Transmit data

Data m

od.

＋CP

SC

OFDM

Nc-Point

IFFT

送信機

M -Point D

FT

マッピング

Freq.

0d 1d 1Md

)0(D

)1(D)1( MD

Freq.

OFDMA

0 1 k 2cN 1cN

0 1 k 2cN 1cN

SC-FDMA

SCとOFDMとの比較 OFDM

SC


f

0d 1d 1cNd

0 1 2cN 1cN

周波数スペクトラム

f

0 1 2cN 1cN

周波数スペクトラム

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

55 57 59 61 63 65

OFDM

時間波形

Nc=256subcarriers

-4

-3

-2

-1

0

1

2

3

4

55 57 59 61 63 65

α= 1.00

時間波形

Nc=256symbols/block

)2sin()(Im)2cos()(Re)2exp()(Re)(veformcarrier wa Modulated

tftstftstftstx ccc

57d 59d 63d61d55d 65d

SCとOFDMとの比較 OFDM

SC-FDE


の複素雑音成分：平均ゼロで分散　

ここで

cgs

k

k

NNTNkNkHkHkW

kNkHdP

kWkNkWkHdPkd

/1)/2()(|)(|/)()(

)(ˆ)(2

)()()()(2)(ˆ

0

*

FH h Fd

n

r RFDE

h Fd

n

rFHFDE

R

n

N

k

N

nn c

nc

n

N

kc

N

k ccn

nN

nnkjdPkHN

dkHN

P

NknjkR

Nd

kNkDkHPkNkWkDkHkWPkRkWkR

c cc

c

ˆ2exp2)(ˆ1)(ˆ12

2exp)(ˆ1ˆ

)(ˆ)()(ˆ2)()()()()(2)()()(ˆ1

1

0

1

0

1

0

1

0

　　

タップ周波数領域等化

R

d

d

誤り訂正符号化効果が違う誤り訂正符号化効果が違う

第4世代システムの概要第4世代システムへの進化

第4世代システムの技術課題

深刻な無線帯域不足

マルチアンテナ(MIMO)技術

もう一つの技術課題～送信電力問題～

基地局連携送信(CoMP) 小セルネットワークの問題

ヘテロジニアスネットワークの導入


第4世代システムへの進化 ITUは，2007年12月に4G帯域割り当てを決定．

450~470MHz (20MHz) 790~806MHz (16MHz) 2.3~2.4GMHz (100MHz) 3.4G~3.6GHz 世界共通バンド(200MHz)

4G LTE-Aの目標は下り30bps/Hz，上り15bps/Hz 100MHzで3Gbps/BSものピークデータ速度を狙っている．


3.9G/4G(LTE/LTE-A)

Digital(OFDMA,SC-FDMA)

高速化への技術革新第2世代と第3世代の間に大きな飛躍

中心サービス

音声＋データ

スペクトル利用効率の向上

狭帯域化スペクトル利用効率の向上

ピークレートの増大

チャネル数の増加

広帯域化

中心サービス

音声＋データ


1GAnalog(FDMA)

2GDigital(TDMA)

Big leap

~64kbps ~2Mbps~14Mbps

~2.4kbps

3G/3.5GDigital(CDMA)

無線スループット0.3~3Gbps/BS限られた帯域幅20~100MHz

3.5G (HSPA,5MHz)

3.9G (LTE,~20MHz)

4G (LTE-A, ~100MHz)

上り下り上り下り上り下り

5.7Mbps

14Mbps

75Mbps

300Mbps

15bps/Hz

30bps/Hz

中心サービス

音声＋データ

第4世代システムの技術課題 3.9G LTEでは，周波数選択性チャネルを克服する

周波数領域信号処理が大活躍

４Ｇ LTE-Aでは，強い干渉環境下で30bps/Hz/BS をいかにして達成するかが大問題

深刻な無線帯域不足

ピーク速度3Gbpsは膨大な端末送信電力を要求する→送信電力増加を抑えるためには新しい無線技術が必要

無線ネットワークも大きな変革を迎えるだろう．

基地局連携，協調リレー，ヘテロジニアスネットワークなど

FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」 252 FA/Tohoku University 253

深刻な無線帯域不足拡散無しでは実効4セル繰り返しにせざるを得ない

100MHz帯域幅と言っても，1基地局あたりの実効帯域幅はたったの25MHz程度

つまり，30bps/Hzは実力では120bps/Hzに相当

単純に変調技術で実現しようすると2120QAMが必要→Mission impossible!


16QAM(4bps/Hz) 256QAM

(8bps/Hz)1024QAM

(10bps/Hz)

FA/Tohoku University 254

マルチアンテナ（MIMO)技術超多値変調（例えば2120QAM）に向かうのはもう無理

そこで登場したのがMIMO空間多重（SDM）異なるアンテナから並列データ伝送することで，超多値変調を実現

でもMIMOだけでは不十分


Coding S/P Signaldetection Decod.

Multipathchannel

Nt antennas Nr antennas

G. J. Foschini and M. J. Gans, “On limits of wireless communications in afading environment when using multiple antennas,” Wireless PersonalCommun., Vol.6, No. 3, pp.311-335, Mar. 1998.

MIMO空間多重だけでは十分ではない送信電力は限られている

超高速伝送では送信電力は極端に大きくなってしまう


）の標準偏差である．グ損失（分布するシャドウイン

は対数正規は伝搬損失指数を，間距離を・はここで，

　

送信

　　　　　　　

　

チャネル容量

dB ,MT BS

,10

SNR

1, if,min

1log,min

,min11log,min

10/

2

1

0

1

0

22

rr

NNNN

NNN

hNNN

NNC

t

rtrt

rrt

rN

rn

tN

tntnrn

rttrt

受信SNR

もう一つの技術課題~送信電力問題~

送信電力に制限があるので，超広帯域通信では通信距離がかなり短くなってしまうピーク電力は “データレートx fc2.6 [Hata]”に比例

1Gbpsを超える無線伝送では送信電力が膨大

基地局からの距離1kmにおいて1Wの電力で8kbps@2GHzの音声通信を行っているとする．[email protected]のピーク送信電力は，1Gbps/8kbps x (3.5GHz/2GHz)2.6 = 535,561倍

もし，送信電力を1Wのままに保つとしたら，無線通信距離は43分の1に短縮してしまう（つまり1,000m 23m ）

新しい無線技術が必要


M. Hata M, “Empirical formula for propagation loss in land mobile radio services”, IEEE Trans. Veh. Technol., VT-29, pp. 317-325, 1980.

無線制御装置

コアネットワーク

基地局

コアネットワーク高速データ通信エリア

無線エリア内で一様な品質を確保したい


中心からの距離

品質

（e.

g.スル

ープット）

現在

目標

セル端

協調基地局連携送信 (CoMP) セル端に近いユーザの品質の向上のための協調基地局連

携送信 (CoMP) 限られた送信電力でSINRの向上

CoMPは分散アンテナネットワーク(DAN)への第一歩T



基地局

そして第5世代システムへ将来の無線ネットワークサービス

モバイルデータトラフィックの予測


第5世代システムの技術課題


第5世代システムへの進化

分散アンテナネットワーク(DAN)


将来の無線ネットワークサービス人々は通信ネットワークでつながっている

いつでもネットワークとつながった社会

ネットワークがいつでも使えるということをもとにした社会


インターネット

将来の無線ネットワークサービス


クラウド・コンピューティング・ネットワーク

無線アクセスネットワーク

無線端末（大容量メモリ，超高速通信）

太い無線パイプ(>1Gbps)低遅延(~10ms)

多様なデータサービス


第3.9世代そして第4世代へ世界共通バンド（3.4~3.6GHz）は200MHz帯域幅[WARC2007]

1システムで利用可能な帯域幅は2（上り・下り）×100MHz程度

強い干渉環境下でセルラー周波数利用効率30bps/Hz/BS（1基地局あたりの周波数効率）を実現できる高度無線技術の開発が必要


→ピークデータ速度~3Gbps/BS(100MHz)の実現

20201980 1990 2000 年

~64kbps~2.4kbps


通信

サービス

音声会話

マル

チメディア

~2Mbps

HSPA


点と点の通信

現在

LTE

音声会話



2010

W-CDMACDMA2000


第4世代~3Gbps


第5世代>10Gbps

~1980


急増するトラヒック（10年で1000倍）モバイルデータトラヒックの予測（2020年代に1000倍へ）

3G/HSPA(14Mbps)

3.9G/LTE(300Mbps)

4G/LTE-A(3Gbps)

×20×1 ×220

技術革新

トラヒック

2010年 2015年

×1000

2020年

音声＝データ

音声<<データ・動画像

音声>データ


5Gにおける継続的な技術革新が求めら

れる

第5世代システムの目標ピークデータレート:30bps/Hz×100MHz/BS=3Gbps

かなりの数のユーザが同一基地局にアクセスすると・・

→ 1Gbpsよりはるかに低い 1ユーザあたりのデータレート

ユーザ密度が高いホットスポットエリアでは能力不足 BSセルサイズ：半径1km アクティブユーザ密度：1ユーザ/(10x10)m2

31,400ユーザ/BS 0.1Mbps/ユーザ

これからは面的スペクトル利用効率の観点からの検討が大事伝送レートbps/BS→スペクトル利用効率bps/Hz/BS→面的スペク

トル利用効率bps/Hz/km2

目標：1Mbps/ユーザ/(10x10)m2

100bps/Hz/km2 31.4Gbps/100MHz/BS


第5世代システムの技術課題限られた無線帯域を有効利用するために，第1世代（1G）か

ら第4世代（4G）まではスペクトル利用効率（SE)の向上に努力が注がれてきた

超高速化の達成には徹底的なエネルギー利用効率の向上が重要→消費電力を徹底的に抑える 5G以降（あるいは4Gでも），SEに加えてエネルギー利用効率（EE)

の向上も重要になってきた

SEとEEを同時に飛躍的に向上できる技術開発が望まれている

5G以降の重要課題 SEとEEの飛躍的向上

新周波数帯（ミリ波帯など）の開拓


スペクトル利用効率（SE)とエネルギー利用効率（EE) スペクトル利用効率(bps/Hz/km2)

エネルギー利用効率(bits/Joule)


)Watt()bps(

)bits/Joule(ee

電力：基地局当たりの送信

ネル容量：基地局当たりのチャ

ここで

t

t

PC

PC

)km(:

)Hz()bps(

11)bps/Hz/km(

2

2se

基地局エリア

：周波数再利用係数

帯域幅：基地局当たりの実効

ネル容量：基地局当たりのチャ

ここで

SFWC

SFWC

1.E-01

1.E+00

1.E-03 1.E-02 1.E-01 1.E+00 1.E+01

Spe

ctru

m E

ffic

ienc

y

Energy Efficiency

SE-EE tradeoff w/ TPCF=1

F=3

F=4

F=7

F=9

F=1

9

4

73

0dBtpc=20dB 10dB

SE-EEトレードオフ


周波数再利用係数F=4が最適

TPC目標値(tpc)を高くするにつれSEを向上できるが，EEは劣化する（トレードオフ）

Frequency reuse factor F

F=1 9

SEとEEはトレードオフの関係にある

F. Adachi, “Spectrum and Energy Efficiency Tradeoff,” Workshop on the Next Generation Mobile Communication Technologies and Applications-2014, Naha, Okinawa, 19-20 June 2014

SE-EEを同時に向上する小セル化


どうすればSEとEEの両方を一挙に向上できるか？

小セル化が鍵になる！例）セルサイズを1/10にす

ればSEを100倍，EEを1,500倍以上に向上できる

近距離通信になればミリ波帯などの高い周波数帯を使える

どのようにネットワーク化するか？

1.E-01

1.E+00

1.E+01

1.E+02

1.E-01 1.E+00 1.E+01 1.E+02 1.E+03 1.E+04

Spe

ctru

m e

ffic

ienc

y

Energy efficiency

Effect of reducing cell sizew/ TPCF=4

10dB5dB

tpc=0dB

r=1.0

r=0.5

r=0.1

Small

F. Adachi, “Spectrum and Energy Efficiency Tradeoff,” Workshop on the Next Generation Mobile Communication Technologies and Applications-2014, Naha, Okinawa, 19-20 June 2014

小セルネットワークの課題小セル化によりSEとEEを同時向上

しかし，単純な小セル化ではセル間制御情報のやり取りやハンドオフ制御が大変

いかにしてこれらを解決して小セル化を実現するか？




基地局

小セル化

頻繁なハンドオフのための追跡接続制御が必要

大セルネットワーク小セルネットワーク

分散アンテナ配置へ


伝搬損失シャドウイング損失

ㇾマルチパスフェージング

ㇾ伝搬損失ㇾシャドウイング損失ㇾマルチパスフェージング

局所アンテナ配置分散アンテナ配置

マルチユーザアクセスシングルユーザアクセス

ユーザ中心セル

ユーザ中心の無線セルパーソナル無線セルを形成

ユーザの移動と共にパーソナル無線セルも移動


膨大な送信電力低スペクトル利用効率セル端に近くなるほど品質が劣化

膨大な送信電力低スペクトル利用効率セル端に近くなるほど品質が劣化

低送信電力高スペクトル利用効率一様な品質

低送信電力高スペクトル利用効率一様な品質

基地局が無線セルの中心

ユーザが無線セルの中心

分散アンテナネットワーク(DAN)


通信エリア内に数多くのアンテナを分散配置分散アンテナをコヒーレント光リンクで信号処理局（基地局相当）と結ぶ端末周辺にいくつかの分散アンテナが高い確率で存在（近距離通信）分散アンテナ群がユーザ中心セルを形成

F. Adachi, K. Takeda, T. Obara, T. Yamamoto,and H. Matsuda,"Recent Advances in Single-carrier Frequency-domain Equalization andDistributed Antenna Network," IEICE Trans.Fundamentals, Vol.E93-A, No.11, pp.2201-2211,Nov. 2010.

F. Adachi, K. Takeda, T. Yamamoto, R.Matsukawa, and S. Kumagai,"Recent Advancesin Single-carrier Distributed Antenna Network,"Wireless Communications and MobileComputing, Volume 11, Issue 12, pp. 1551–1563, Dec. 2011, doi: 10.1002/wcm.1212.

F. Adachi, W. Peng, T. Obara, T. Yamamoto, R.Matsukawa, and M. Nakada, “DistributedAntenna Network for Gigabit Wireless Access,”International Journal of Electronics andCommunications (AEUE), Elsevier , Vol. 66,I 6 605 612 2012 DOI

SPC

SPC

SPC

SPC

分散アンテナプレーン（ユーザ中心のセル形成）

信号処理プレーンコヒーレント

光リンク

大規模分散MIMO（多重，ダイバーシチ，リレー，ビーム形成）

ベースバンドTRx

光アクセスネットワーク

分散アンテナネットワーク(DAN) 分散アンテナ群がユーザ中心の動的パーソナルセルを形成

パーソナル無線セルの形成によるほぼシングルユーザアクセスおよび近距離での周波数再利用

ユーザと基地局間は仮想無線リンクを形成

信号処理センター（SPC）の役割従来のマクロセル基地局の密度程度で設置

無線信号処理（時空間符号化，等化など）

配下に接続される分散アンテナに対する無線リソース割り当て制御（周波数，時間，空間（アンテナ間），電力）

SPC・アンテナ間はフルコヒーレント光無線伝送 SPCから光・無線空間を一体として扱う


分散アンテナネットワーク(DAN) ほぼシングルユーザアクセス

ほぼ全ての帯域を各端末が占有できる

面的周波数利用効率の飛躍的な向上

端末の存在しているところだけに選択的に電波を照射する→パーソナル無線セルの形成による近距離での周波数再利用

近距離通信なのでミリ波帯などの高い周波数帯を使える

近距離化は面的周波数利用効率とエネルギー利用効率の両方を一挙に解決できる

FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」 282 FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」 283

更に厳しくなるチャネル選択性ブロードバンド無線チャネ

ルでは，チャネルの伝達関数H(f,t)は信号帯域幅内でもはや一定ではなく，激しく変動

このような周波数選択性の強いチャネルで数Gbpsものデータ伝送を実現するのは至難の業

強力な周波数領域等化器は必須

0.01

0.1

1

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0.01

0.1

1

10

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Frequency f (MHz)

Frequency f (MHz)

Cha

nnel

gai

nC

hann

el g

ain

L=16Uniform power delay profilel-th path time delay=100l + [-50,50)ns

1

0)2exp()(

L

lll fjhfH

L=16 uniform power delay profilel-th path time delay=100l + [-50,50)ns

送信等化送受信チャネルが同じになるTDDは，高度な送受信信号処

理の導入にとって魅力的な双方向通信

TDDではチャネル情報の帰還なしに送信等化が可能


上り下り

TDDフレーム

時間

上りリンクチャネル推定

送信FDE

SPC

受信FDE

周波数領域時空間符号化ジョイント送受信ダイバーシチ(STBC-JTRD) (下りリンク）受信アンテナ数は4本に限定されるが，任意の数の送信アンテナを用い

ることができるので下りリンクに適する．

周波数ダイバーシチ利得を得る前置等化（チャネル情報が必要）

復号処理は加減算と複素共役処理だけなので簡単な処理．


データ変

調#0

#Ndan-1

IFFTFFT

・・・

・・・

+CP

SPC

Ndan本の分散アンテナ

#1

データ復

調

#0 時空

間復

号

IFFT

FFT

・・・

・・・

CP

#Nmt -1Nmt本の端末アンテナ

時空

間符

号化

・送

信等

化

周波数領域時空間符号化ジョイント送受信ダイバーシチ(STBC-JTRD) (下りリンク）受信アンテナ数は4本に限定されるが，任意の数の送信アンテナを用い

ることができるので下りリンクに適する．

周波数ダイバーシチ利得を得る前置等化（チャネル情報が必要）

復号処理は加減算と複素共役処理だけなので簡単な処理．

291

* H. Tomeba, K. Takeda and F. Adachi, “Space-Time Block CodedJoint Transmit/Receive Diversity in a Frequency-NonselectiveRayleigh Fading Channel,” IEICE Trans. Commun., Vol.E89-B,No.8, pp.2189-2195, Aug. 2006.

*H. Tomeba and F. Adachi, “Frequency-domain Space-Time BlockCoded-Joint Transmit/Receive Diversity for The Single CarrierTransmission,” Proc.10th IEEE International Conference onCommunication Systems (ICCS 2006), Singapore, 30 Oct. – Nov.2006.

FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」

# Ryusuke Matsukawa, Tatsunori Obara, Kazuki Takeda, andFumiyuki Adachi, “Single-carrier Distributed Antenna NetworkDownlink Using Joint Transmit/Receive Diversity,” Proc. 12thIEEE International Conference on Communication Systems2010, Singapore, 18-19 November, 2010.

# Hiroki MATSUDA, Ryusuke MATSUKAWA, Tatsunori OBARA,Kazuki TAKEDA, and Fumiyuki ADACHI, “Channel Capacity ofDistributed Antenna Network Using Space-Time Block Coded-Joint Transmit/Receive Diversity,” Proc. 12th IEEEInternational Conference on Communication Systems 2010,Singapore, 18-19 November, 2010.

J blocks Q blocks

time…

・・・

・・・

・・・

timeWTransmit FDE

N (no. of transmit

antennas)

M (no. of receive

antennas)J Q Coding

rate

Arbitrary

1 1 1 12 2 2 13 3 4 3/44 3 4 3/4

スループットの空間分布（下りリンク）分散アンテナネットワーク（DAN）は無線エリア全体に亘って高いスルー

プットを実現従来のネットワーク（CN）ではおよそ1.2(bps/Hz)．セル端のスループットはDANではおよそ2.6(bps/Hz)．符号化レート1/3のターボ符号を用いたタイプII S-P2 (Incremental

Redundancy)


スル

ープット

(bps

/Hz)

4.0

3.5

3.0

2.5

2.0

1.5

1.0(a) DAN (b) 従来のネットワーク

16QAM，正規化総Es/N0=0 dB，(Ndan,Nmt)=(4, 2) ．

セルラーネットワーク(CN)との比較 DANはCNより高いスル

ープットを達成(Ndan,Nmt)=(1,1)を用いるDANであっても，(Nt,Nr)=(4,2)を用いるCNより高いスループットが得られる


DAN

○△●▲

Normalized transmit Es/N0 (dB)

5%-o

utag

e th

roug

hput

(bps

/Hz)

16QAM

CN

(Nt,Nr)=(1,1)(4,2)

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

-10 0 10 20 30

上りリンクFD-STTD

299

Mobile Terminal

Nmt=2

cc

cc

NtNstsNtNsts

mod)()(mod)()(~

*01

*10S


Dat

a m

od.

STT

Den

codi

ng +CP

+CP

#0

#1s1(t) s0(t)

2 symbol blocks DAN SPC

Estimated symbol blocks

Dat

a de

mod

.

STT

D

deco

ding

with

FD

E

・・・

-CP#0

#Ndan-1

#1

+

s1(t)^ s0(t)

^

FFT

FFT

S.M. Alamouti, “A simple transmit diversity technique for wireless communications,” IEEE Journal on Selected Areas in Communications, Vol. 16, No. 8, pp. 1451–1458, October 1998.

上り下りリンクの比較上り下りリンクはほ

ぼ同じBER特性

0.001

0.01

0.1

1

1.00E-05 1.00E-04 1.00E-03 1.00E-02 1.00E-01

Prob

[BER

>abs

ciss

a]

BER

FD-STTD(Uplink , MMSE weight)FD-STBC-JTRD(Downlink, MMSE weight)

Ndan =1

23

4

10-1

10-2

10-3

Transmit Es/N0 = 5dB=3.5, =7.0, L=16Nc=256, Ng=32Nmt=2 ＊


協調MIMO空間多重端末周辺の複数の分散アンテナを用いて空間多重すること

でスループットを大幅に向上可能.


Distributed antenna

DANSPC

協調MIMO空間多重周波数領域QRM-MLBD信号検出を用いる既知系列挿入シングルキャ

リア空間多重


Nc+Ng-pointDFT

QRD of equivalent channel matrix

…

Nda

n本の分散アンテナ

Nc+Ng-point DFT

Y1

YNdan

…

… Mul

tiplic

atio

n of

QH

MLD

usi

ng M

-al

gorit

hmY

De-

mod

ulat

ion

SPC

Info. bits

Dat

am

odul

atio

n +TSd

S/P

…

+TS

d1

dNmt

s1

sNmt

…

Nmt 本の端末アンテナ

端末

T. Yamamoto, K. Takeda, and F. Adachi, “Training sequence-aided QRM-MLD block signal detection for single-carrier MIMO spatial multiplexing,” Proc. IEEE International Conference on Communications (ICC 2011), Kyoto, Japan, 5-9 June, 2011.

スループットの空間分布分散アンテナネットワーク(DAN)は従来のネットワーク(CN)より高いス

ループットを達成

無線セル端でのスループットを3bps/Hz程度向上可能

従来のネットワークでは基地局近くでのみ高いスループットが得られる


2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

7.0 (a) DAN (b)従来のネットワーク

スル

ープット

(bps

/Hz)

*TS-SC MIMO multiplexing (Nc=64 and Ng=16)*QRM-MLBD(M=16), 16QAM*Turbo-coded HARQ type-II S-P4 strategy *Packet size=2048.

*(Ndan, Nmt)=(2,2), Es/N0=5dB*An L=16-path frequency-selective block Rayleigh fading channel with uniform power delay profile

アナログネットワーク符号化中継アナログネットワーク符号化（ANC）中継：2タイムスロット

従来のTDD中継：4タイムスロット

ANC中継は従来の協調中継よりスループットが高い

320

ANC relayXB : BS transmit blockXM : Mobile transmit block

TDD Relay

XM+XB

XM+XB XM+XB

XB

XBXM

XM

XM XB

XM+XB

H. Gacanin et al., IEEE trans. Wireless Commun., Vol. 9, No. 5 pp. 1577-1783, May, 2010


ANC中継は通信エリア内でより均質なスループットを実現


チャネル容量の空間分布

FA/Tohoku University 321

Direct link10

8

6

4

2

0Capacity (bps/H

z)

ANC relay 10

8

6

4

2

0

Capacity (bps/H

z)

Direct/cooperative relay switching

Cooperative relay

周波数領域適応アンテナアレー（上りリンク）複数の分散アンテナを用いて周波数領域MMSE-FDE合成

することにより，他ユーザ干渉を低減．

Omniantenna

Directional beam

Distributed antenna(a group of antennas)

DANProcessing

center


周波数領域適応アンテナアレー（上りリンク）複数の分散アンテナを用いて周波数領域MMSE-FDE合成

することにより，他ユーザ干渉を低減．

Omniantenna

Directional beam

Distributed antenna(a group of antennas)

DANProcessing

center


ヘテロジニアスネットワークは現実的なアプローチ小セルネットワーク（例えばDAN）でホットスポットエリアをカバー大セルで全域をカバー

接続制御高速移動ユーザ

ヘテロジニアスネットワークの導入


ホットスポット

コアネットワークコアネットワーク

ホモジニアスネットワーク（大セルのみ）

ヘテロジニアスネットワーク（大セルと小セルの共存）

ホットスポット

ヘテロジニアスネットワークへの期待とデペンダビリティ近距離通信を実現する小セルネットワーク（例えば

DAN）ホットスポット（高速データトラフィックユーザとの通信）徹底した省電力化ミリ波など新しい無線周波数帯が使える→マイクロ波からミリ波に至る多様な周波数帯の利用

大セルネットワークが必要な理由接続制御高速移動ユーザとの通信 M2M通信トラフィック（通信速度は低速であるが，デバイス数が膨大）

デペンダビリティ

大セル・小セルネットワークの同時運用による信頼性の向上 FA/Tohoku Univ. 「応用電気通信工学」 348

むすび第4世代システム（LTE-A）はピーク速度3Gbps/BSのブロードバンドネットワーク送信電力問題：基地局の協調(CoMP)の導入

ホットスポットエリアのカバー：ヘテロジニアスネットワーク

第5世代システムでは，面的周波数利用効率とエネルギー利用効率の向上を狙った無線通信技術

深刻な送信電力と帯域不足：無線ネットワークを根本的に変えなければならない→小セルネットワークをさらに進化させた分散アンテナネットワーク

周波数領域信号処理と一体になったMIMO信号処理

OFDMAやSC-FDMAだけでなく，拡散・周波数領域等化を用いるDS-CDMAやMC-CDMAも無線アクセスの候補


謝辞本発表の一部に「ギガビット無線信号処理とネットワーク研究室」の研究成果を利用しました．研究室の皆さんの活躍に深謝します．


ほぼ10年ごとの世代交代 ほぼ10年ごとの世代交代...fa/tohoku univ....

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