5Gの話し(その13)

5 要素技術確立のための取り組み・実証実験(NTTドコモの取り組みの話し)
(2)5G無線アクセス伝送実験

※ 採用にはならなかったが、15GHz帯を用いて、実証実験を行っている…。そういう取り組みが、次の「6G」の「技術的な芽」になるわけだ…。「チャネル状態情報」を用いて、「ビームを選択」すると言っている…。やはり、物理的に「ビーム状」の電波を発生・送信するわけでは無く、端末側で電波をデジタル的に選択・結合することにより「仮想的に、ビーム状の電波を受信したと同じ状態を作り出す」と言うことのようだ…。「無線パラメータを最適化して、位相雑音への耐性向上と低遅延伝送」を目指す…、と言っている。

屋外環境における、ユーザ移動速度(~40km/h)の影響を検証」する、と言っている…。最終的には、「リニア新幹線(時速500km/h)」の移動速度でも追従して、通信可能なようにすること辺りが目標だが、まずはこれくらいの速度から、と言うことだろう…。

Dynamic TDDシステムの干渉制御の効果を、フィールド実験により実証すると言っている…。

上段左が実験に用いられた装置だ…。すべて、試作器だろう…。上段右は、従来からの無線パラメータ(パケットサイズ)を、動的に組み替えて、最適なものとするNew RATの技術だ…。理論的には、そういうものだとして、果たして現実にうまく機能するのかは、実際に確かめてみる他は無い…。

下段は、実証実験の様子の概念図だ。左は、「チャネル状態情報を用いるビーム選択」とあるから、端末側で送信して寄こす「チャネル状態情報」に合わせて送信側が適切な受信状態となるように電波を発・送信する…、という話しだろう…。白い箱は、おそらく「中継局」なんだろう…。

下段右は、これだけでは、ちょっと分かりにくいが、矢印が「移動」して行く端末を、表しているんだろう…。「DL transmission」は、「ダウンリンク・送信基地局」を表し、「UL reception」は、「アップリンク・受信基地局」を表しているんだろう…。この間を、端末は「移動」しながら、受信と送信を行って行く…。その都度、「OK!」と「NG!」情報を、送信して行く…。その情報を解析して、「最適な受信状態」に持って行く…。それが、「Cooredinated scheduling」というわけなんだろう…。

5 要素技術確立のための取り組み・実証実験(NTTドコモの取り組みの話し)
(3)超高密度分散アンテナ技術

※ 基地局の構成において、「超高密度に分散配置した分散アンテナユニット」を、構築すると言っている…。そして、その「多数の分散アンテナユニット」を協調させる「協調伝送アルゴリズム」を確立すると言っている…。そして、それらを協調させて、端末の位置に応じて、「仮想セル(仮想基地局)」の制御技術を確立する…、と言っている…。

上段右が、「分散アンテナユニット」の構成例だ…。1個の大きなアンテナユニットで構成するので無く、小さなユニットを組み合わせて、小規模なもの、中規模なもの、大規模なものを、全体で実現して行こう…、と言う発想だ…。これは、後でも紹介するつもりだが、「アンテナ設置(敷設)の作業」にも貢献する…。人力で運搬したり、敷設作業をしたりするには、「小型ユニット」の方が、都合がいいからな…。

上段左は、「ダイナミック仮想セル」と言う構想だ…。8個の分散アンテナユニットを、協調動作するようにコントロールして、あたかも「1つのセル(基地局)」であるかのように制御しようというもののようだ…。「Centralized controller(中央制御装置)」は、図上では「雲」の中に置かれているんで、「クラウド」上に置く…、というつもりなんだろう…。

下段右は、その屋内実験の様子だ…。

5 要素技術確立のための取り組み・実証実験(NTTドコモの取り組みの話し)
(4)5G無線技術の実証実験

※ 「広エリア・大規模なマルチユーザー環境で、フィールド実験を行った」と言っている…。その内容は、「5Gの候補技術である」「Massive MIMO」「Sparse(※ まばらな) Code Multiple Access」「Filtered-OFDM」「Polar Code」を、ひとつの5Gプロトタイプ装置に実装して、フィールド実験を行った…、と言っている…。

しかも、あの「ファーウエイ」との共同実験だ…。前に、TDDは、「難易度の非常に高い技術だ」と言った…。

一種類の電磁波(電波)の中に、送信の波と受信の波を詰め込んで、それをまた、分離して、結合して利用するんだからな…。

ファーウエイは、この技術及びその周辺技術をずっと研究していて、ついに、実用的な水準までに「実用化」したらしい…。日本の横浜にも「日本法人」を置いて、200人以上の技術者を常駐させて、研究体制を構築した…、とも聞いた…。

だから、実証実験の「プロトタイプ装置」を作成するのにも、彼らのライセンスや、知見の力が必要だったんだろう…。

左側上段が、実験の様子だ…。4.6GHz帯の電波を使用し、300mの距離で、1.5Gbpsを達成した…、とある。白いルーフトラックの内部に測定装置と、測定人員が乗り込んでいるんだろう…。写真撮影のために、コーンを置いて、駐車スペースに駐車して撮影しているが、もちろん、路上を走行しながらデータを、計測したんだろう…。

右側が、新無線技術の説明だ…。もはや、見ても分からんな…。「Filtered-OFDM」と、「Polar Code」と言うものの説明らしい…。「非直交マルチプルアクセス」は、「波」の「位相」をずらして、「取り出し易く」する技術だったか…。「sparse code multiple access」とは、どういう技術なのか…。

一応調べたが、テキスト文献では「Machine Type Communication(MTC)に適した非直交多元接続方式とその応用」とか言う学術論文( https://search.ieice.org/bin/pdf_link.php?category=B&lang=J&year=2017&fname=j100-b_8_505&abst= )に当たったくらいだ…。『本論文では LDS と SCMA についての解説を行った.直交多元接続方式よりもシステム容量を拡大させることが可能であることから 5G において非直交多元接続方式が用いられることが想定されており,LDSとSCMAもその候補となっている.LDS,SCMAではあらかじめ決められた周波数で各ユーザが信号をラウンドロビンで重畳して送信するだけでよく,受信側においてMPAにより繰り返し演算を行うことによりユーザ検出ができる。この組み合わせにより伝送シンボル数に対する 100%以上のユーザ数の過負荷伝送を行っても正常に復号できる。この送受信側の原理についてそれぞれ詳細を述べた。また送信側の手順が比較的簡素であることから,mMTC の上りリンク伝送に適していることを説明した。計算機シミュレーション結果より,LDS と SCMA が上りリンク環境において OFDMA よりも高品質大容量伝送を実現していることを明らかにした。更に 5G における標準化動向も 紹介し,多元接続手法に期待されていることと LDS,SCMA の応用例について述べた。5.1 で述べたように 5G における非直交多元接続方式は LDS,SCMA 以外にも種々のものが提案されており,mMTC の早期実現と普及が期待される。』とか語っているが、難しくて、到底理解できん…。

画像で検索したら、けっこういいものに当たったぞ…。英文のサイトだったが…。「Sparse Code Multiple Access [SCMA] for 5G New Radio [NR]」( https://moniem-tech.com/2018/12/28/scma-for-5g-new-radio/ )

まず、「原理(考え方)」の説明だ…。5Gの「多元接続」を実現するためには、「多数の端末」が接続して来た時、基地局側では、その端末毎に要求されたデータを送信する必要がある…。しかし、発信する周波数帯は、限定されており、端末毎に異なる周波数帯を使って送信する…、と言うわけにはいかない…。そこで、各端末が要求しているデータを混ぜ込んだ、「混合データ」を送信し、各端末では、その「混合データ」から、自分の要求に適合した「データ」のみを、「復号」する…、ということを考えたわけだ…。

その「混合データ」の構造は、「レイヤー状(層状)」になっており、各端末で、自分に割り当てられた(復号を指示された)「層」のデータのみを、復号する…、と言うような仕組みにしてあるんだろう…。

その「混合データ」の作り方、「復号」のやり方を取り決めているものが、「codebook」と言うもので、上記の図はその 「codebook」 の生成のやり方の説明のようだ…。エリア内で、アクセスして来た端末の位置を把握し、それから「 codebook 」を生成し、「混合データ」を作成し、復号のやり方を端末に割り当てる…、と言うような感じなんだろう…。

各端末には、そういう「データ」を生成できる、「encoder」を備えている…、ということが前提になっている…。そういう各端末で生成した端末毎の「データ」に基づいて、基地局では、「混合データ」を生成する…、と言う話しのようだ…。

そういう各端末と基地局間のデータの送受信を通じて、「多元接続」にもかかわらず、「低遅延」「大容量通信」を実現して行こうという構想だ…。