5Gの話し(その4)

4 その実現のための要素技術

※ ここの話しが、一番難しい…。無線技術関係の、専門用語が出まくりだし、さらには、前記のように、1Gから4Gまでの規格を、包摂している規格なんで、その時代の技術の話しも、混ざっている…。全部を詳細に「分かる」と言うことは、素人には到底ムリだ…。

※ それで、ごくごく一般常識レベルで、「新聞記事」程度に書いてあるくらいは、「当たり」がつけられるようにする…、という方針で、かかることにする…。

※ 「要素技術」の話しも、多岐にわたるんで、さらに細分類することにする。

(1)要素技術の提案・提言の話し

※ 5Gの規格策定過程の詳細は、知る由もないが、規格の大枠は策定されたものの、その実現のための具体策・細部は、あえて詰めること無く、各国の各企業に委ねたように見える…。そうした方が、各国の実情に合わせて実現できるし、競争原理も働くんで、かえって促進が早いだろう…、とでも考えたんだろう…。

※ ネットワーク網の全体像のイメージは、こんな感じ…。大小さまざまの「基地局(中継基地)」を配置し、有線(光ファイバー)で繋げるところは、有線で繋げ、それが無理なところは、無線(電波)で繋げ、最終的にはユーザーの保有する端末と無線で繋げるようにする…、と言うものだ…。

※ この説明だと、基地局(中継基地)に名前をつけていて、マクロセル>スモールセル>ファントムセル、と言っている…。「セル」って、「細胞」という意味だから、ネットワーク内で生きてる、いろんな役目を果たしている「単位」というような意味なんだろう…。マクロセルは、大基地局で通信情報も集約されるから、マクロセル同士は、光回線で繋いだ方がいいんだろう…。

※ こっちは、携帯電話ネットワークも含めた、「デジタル・ネットワーク全体」のイメージだ…。携帯端末と(最寄りの)基地局間は、無線で繋がっているが、基地局や中継基地、交換局間は、有線でも無線でも繋がり方は、どっちでも構わない…。デジタル信号をやり取りできれば、それでいい…、と言うことになる…。

※ 最終的な「携帯端末」と「(最寄りの)基地局」に焦点を当てた、説明だ。これでは、大基地局間は、有線で繋がっているが、別に無線で繋がっていても、構わない…。小基地局を無線で繋げて行っても、OKだ…。

※ 「無線通信技術」の話しになると、専門用語出まくりで、格段に話しが難しくなる…。上段は、その話しのようだ…。

※ 「無線通信」、その中でも「無線デジタル通信」は、基本、「電波(電磁波)」における、波の「山」と「谷」を、「1」と「0」に対応させた処理を行う、と言うものだろう…。OFDMAのイラストは、一つ一つの「波」の色が違うから、それぞれの波をある「固まり(グループ)」と捉え、それぞれに「相応の」処理を施す…、と言った感じのものなんだろう…。その次の、FDMAは、一つの波の中に、違った色の部分があるから、「一つの波」に各種の「分割した部分を、仕込んでおいて」、あとで「取り出して」、「結合させ」、再度「一つの波」として構成し直す…、というような感じの技術なんだろう…。物理的には、空間が伝達できる「電磁的な波」には限界があるから、その波の「伝達効率」、波の中に「仕込める各種の情報」の効率を上げる技術…、と言った感じのものなんだろう…。

※ その次のNOMAは、よく分からんので調べた…。しかし、調べても、よく分からん…。

『LTE、LTE-Advancedといった4G(第4世代)方式のモバイル通信技術から、次の世代の技術にあたる5G(第5世代)では、さらに高速な通信速度などを実現するため、さまざまな技術が開発されています。
 今回紹介する「NOMA」は、そんな5G以降で採用されるであろう無線通信の考え方のひとつで、「非直交多元接続」を意味する英語“Non-orthogonal Multiple Access”の略です。
 NOMAの「MA」(Multiple Access)は、多元接続という意味です。これは、複数の電波(無線機)を使って通信する機器が、帯域をシェアして情報を送ることです。たとえば3G方式の携帯電話で採用された通信方式の「CDMA」は、CD(符号分割、Code Division)のMA、つまり(拡散)符号で分割したMAですし、PHSやTD-LTEなどの「TDMA」はTD(Time Division)、つまり時間で分割したMAです。
 「同じ空間で複数の電波をやり取りする」という技術を工夫すれば、従来よりも効率よく、同じ空間に多くの端末を詰め込める、つまり効率よく帯域を使えるようになります。』

『NOMAは、簡単に言うと、これまでの考え方であった信号と更新する通信機器の直交性を崩すことで、これまでよりも効率よく、同じ空間で多くのデータ通信する端末を詰め込めるという多元接続の手法です。これまでの多くのMAは、直交多元接続と言い、複数のキャリア伝送において、ひとつのサブバンドに1ユーザーが割り当てられ、ユーザー同士で干渉が生じないようになっていました。NOMAでは、あえて干渉させてもよいと考えることでより多くの端末をセルに収容できるようにするのです。
 しかし「直交性を崩す」とはどういうことでしょうか?
 直交とは、算数では「直角に交わること」と教わります。しかし、今回は情報科学における「直交性」というワードになります。これは「順引きでも逆引きでも、あるいは多次元的にも引く(探す)ことができる」ことを言います。
 たとえば
「1→A」
「2→B」
という規則があるときに
「A→1」
「B→2」
あるいは
「1の次が2であるとき、Aの次がBである」
「Aの次がBであるとき、1の次が2である」
ということも同時に導き出せることを「直交性が高い」と言います。
 これまでのCDMAやTDMAといった直交多元接続では、たとえば同じセル内で同じ周波数・同じ時間であれば、そこで通信している携帯電話は1台だけしかありませんでした。逆に、携帯電話と時間を特定すれば使っている周波数も特定できる、つまり“直交性があった”わけです。
 これに対して、非直交なNOMAでは、この規則性を崩します。簡単に言うと、
「1→A」
「2→B」
が成り立つのに
「A→1」
「A→2」
が同時に成り立つのです。
 実際の通信ではどうなっているかと言うと、たとえば、直交性のある多重接続のひとつである「TDMA」の場合、同じ空間にある複数の端末は、同じ周波数帯を使って通信しますが、その通信する時間が異なります。「Time Division」つまり、時間で分割されるわけです。
「基地局から端末Aへの通信 → 時刻 0」
「基地局から端末Bへの通信 → 時刻 1」
「基地局から端末Aへの通信 → 時刻 2」
という具合になります。
 こうした考え方の“直交性のある通信”に対して、非直交な多重接続であるNOMAでは、ユーザー間で干渉してもいい形にしています。複数の端末で、同じ電波をつかったり、同じ時間で使っていても気にしなくて良いことにします。
 ただ干渉がそのままであれば、通信しても内容が伝わりません。非直交な多重接続を実現するためには、たとえばSIC(Successive Interference Cancellation:逐次干渉キャンセル)という技術を利用します。これは、同じ時刻、同じ周波数で送られた信号の中から自分宛の信号だけを分離する技術です。
 たとえば、基地局からごく近い端末と、とても遠い端末の2台があるとします。基地局~近い端末には、小さな出力の電波を、遠くの端末には大きな出力の電波を使いつつ、どちらも混ぜて信号を送ります。基地局から近い場所にいる端末にとって、遠い場所に向けて発射される電波が強いためわかりやすく、干渉対象としてキャンセルして、出力の小さい電波の信号のみを取り出します。』 と言うことらしい…。

NOMA とは( https://k-tai.watch.impress.co.jp/docs/column/keyword/1033480.html )