ブロードバンド無線アクセスにおけるMIMO多重法を用いた2.5Gbit/s超高速パケット信号伝送屋外実験〜1.まえがき

次世代移動通信方式の伝送レートとして、最大1Gbit/s以上という目標値が規定されている[1]。著者らはこれまで、可変拡散率(VSF:Variable Spreading Factor)注意1を適用するSpread OFDM(Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)注意2実験装置を用いた屋外実験により、基地局から最大1000m程度離れた広域カバレッジエリアにおいて、スループット注意3 100Mbit/s以上の高速パケット信号伝送を、さらに基地局から最大300m程度の主に見通し外の近距離においてスループット1Gbit/s以上の超高速パケット信号伝送を実証してきた[2][3]。特に1Gbit/sのスループット(周波数利用効率注意4 10bit/s/Hz)は、複数の送信/受信アンテナブランチを用いて、同一の周波数、時間、コードによる物理チャネルを空間的に多重するマルチアンテナ信号伝送(MIMO:Multiple Input Multiple Output)多重法を適用して実現した。

また、欧州での次世代移動通信の無線伝送技術に関する研究フォーラムであるWINNER(Wireless world INitiativeNEw Radio)注意5において、次世代移動通信方式のシステム要求条件である孤立セル環境における最大周波数利用効率の目標値として、25bit/s/Hzが示されている[4]。将来の移動通信方式における送受信アンテナ数、変調方式の実現性、移動無線環境における所要の受信信号電力対干渉、および雑音電力比(SINR : Signal−to−Interference plus Noisepower Ratio)を考慮すると、ピークの周波数利用効率としての25bit/s/Hzは、ほぼ限界に近い値と考えられる。そこで本稿では、100MHzの周波数帯域幅で、64値直交振幅変調(64QAM:64 Quadrature Amplitude Modulation)注意6、チャネル符号化率注意7 8/9のターボ符号化、送受信アンテナ数6のMIMO多重法の組合せにより、最大スループット2.5Gbit/s(周波数利用効率25bit/s/Hz)を実現するVSF−Spread OFDM注意8無線アクセスを用いた超高速パケット信号伝送実験の技術概要、装置構成および屋外実験結果について報告する。

  • 注意1  可変拡散率 : W−CDMA方式およびSpread OFDM(注意2参照)方式などデータの拡散を用いる無線伝送方式において拡散率およびチャネル符号化のチャネル符号化率を適応的に変えること。これによりさまざまな無線環境を柔軟にサポートする。
  • 注意2 OFDM : 直交周波数分割多重。デジタル変調方式の1 つでありマルチパス干渉への耐性を高めるため高速な伝送レートの信号を多数の低速な狭帯域信号に変換し周波数軸上で並列に伝送する方式。高い周波数利用効率での伝送が可能である。Spread OFDMはOFDMにデータの拡散(チャネル符号化を含む)を適用した無線伝送方式。
  • 注意3 スループット : 単位時間当りに誤りなく伝送される実効的なデータ量。本稿ではスループット=(送信側のデータ伝送速度)×(単位時間当りに誤りなく受信されるパケット数)/(単位時間当りに送信されるパケット数)により定義される。
  • 注意4 周波数利用効率 : 単位時間単位周波数帯域当りに送ることのできる情報ビット数。
  • 注意5 WINNER : 欧州での次世代移動通信の無線伝送技術に関する研究フォーラム。2004年に設立。
  • 注意6 64値直交振幅変調 : 無線などで用いられるデジタル変調方式の1つ。位相と振幅の異なる64種類の状態を用いてデータ伝送に用いる。QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)や16QAMに比べて1回の送信当りのデータ量(6bit)が多い。
  • 注意7 チャネル符号化率 : 情報ビット数と誤り訂正符号化後のビット数の比(符号化率8/9では8bitの情報ビットに対して誤り訂正符号化処理を行い9bitにする)。
  • 注意8 ターボ符号化 : 誤り訂正符号化技術の1つ。復号結果の信頼度情報を用いて、繰返し復号することにより、強力な誤り訂正能力が得られる。

本記事は、テクニカル・ジャーナルVol.14 No1に、掲載されています。