第5世代移動体通信（5G）システム向け新通信方式UTW-OFDMの実証実験に世界で初めて成功
―LTEに対する簡単な信号処理追加のみで帯域外漏洩電力を大幅に抑圧―
| 国立大学法人 京都大学 大学院情報学研究科の水谷 圭一 助教、松村 武 特定准教授、原田 博司 教授らの研究グループは第5世代移動体通信（5G）システム向けの新しい通信方式である、UTW-OFDM方式（注１）の実証実験に世界で初めて成功しました。本実証実験により、現行の第4世代移動体通信（4G）システムLTE/LTE-Advancedで問題となる帯域外輻射（注２）を、簡単な信号処理の追加のみで大幅に抑圧できることが実証され、移動通信に適した周波数（6 GHz以下）において、これまで以上に高密度な周波数利用や、5Gが目指す超多数端末の同時接続やチャネルあたりの通信速度の向上が期待できます。また、UTW-OFDM方式は現行の通信方式に簡単な信号処理を追加するだけで実現可能なため、現行の4Gシステムから5Gシステムへのスムーズな移行も期待できます。 |
背景
現在、端末数の激増ならび超高速のデータから超多数の低速伝送のセンサーまで多様化する無線通信のトラフィックを収容するために、第5世代移動通信システム (5G) の研究開発が国際的に進められています。しかし、移動通信に適した周波数は現在逼迫しており、限りある周波数資源を有効利用するためには、現在利用可能な第４世代移動通信システムLTE/LTE-Advancedとも互換性があり、さらに周波数の高密度配置が可能な通信方式の開発が急務となっています。
このような背景の下、本研究グループが5Gシステム向けの新しい通信方式として開発したのがUTW-OFDM方式です。計算量の少ない「時間軸窓処理（注３）」を用いることにより、現行の4Gシステムで採用されているCP-OFDM（Cyclic Prefix-OFDM）方式（注４）と比べ、帯域外不要輻射を1000分の1以下に削減することが可能な方式として注目を集めています。しかし、この方式をリアルタイムで動作させる実システムの構築ができておらず、その実現可能性について更なる研究開発が必要になっていました。
研究成果
今回、現行LTE/LTE-Advancedシステムに対応したリアルタイム波形整形処理装置を開発し、実際のLTEシステムにおける送信信号のUTW-OFDM方式化に世界で初めて成功しました[図1]。さらにUTW-OFDM方式を導入したLTEシステムの評価を実施し、従来のLTEシステムのスループット（通信速度）を劣化させることなく、帯域外不要輻射を約20 dB（約１００倍）抑圧することに成功しました[図2-3]。
本実証実験により、現行の4GシステムLTE/LTE-Advancedで問題となる帯域外輻射を、簡単な信号処理の追加のみで大幅に抑圧できることが実証され、移動通信に適した周波数（6 GHz以下）において、これまで以上に高密度な周波数利用や、5Gが目指す超多数端末の同時接続やチャネルあたりの通信速度の向上が期待できます。また、UTW-OFDM方式は簡単な信号処理の追加のみで実現可能なため、現行の4Gシステムから5Gシステムへのスムーズな移行も期待できます。
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 » 図2：UTW-OFDM方式を導入したLTEダウンリンクシステムの実験結果（送信スペクトル測定結果） |
 » 図3：UTW-OFDM方式を導入したLTEダウンリンクシステムの実験結果（スループット特性と不要帯域外輻射との関係） |
波及効果・今後の予定
今回成功したLTEダウンリンクにおけるUTW-OFDM方式の実証実験結果について、2017年5月26日に東京ビッグサイト（ワイヤレス・テクノロジー・パーク(WTP)2017会場内）で行われる「電子情報通信学会スマート無線(SR)研究会」にて、研究発表および技術展示を行います。
研究プロジェクトについて
本研究成果の一部は、総務省から受託した「電波資源拡大のための研究開発」によって実施しました。
注１: Universal Time-domain Windowed Orthogonal Frequency Division Multiplexing（ユニバーサル時間軸窓直交周波数分割多重）方式。従来のCP-OFDM方式において、帯域の利用効率劣化につながる帯域外不要輻射の発生原因である、隣接シンボル間の不連続性を長大な時間軸窓で波形整形することで、強力に抑圧する方式。フィルタを用いた抑圧手法は畳み込み処理が必要になるが、UTW-OFDM方式では乗算処理のみで実現できるため、計算量が非常に小さい。また、受信側は従来のCP-PFDM方式のアーキテクチャがそのまま利用可能なため、従来システムとの親和性が非常に高い。
注２: 無線周波数の利用効率劣化の要因となる割り当てチャネル帯域外への漏洩電力。
注３: 現行CP-OFDM方式において高い帯域外輻射を発生させる原因となる、隣接シンボル間の不連続性を平滑化する処理。フィルタの畳込処理と違い、乗算器1つで実現できるため非常に小さい計算量で実現できる。
注４: Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing（サイクリックプレフィックス直交周波数分割多重）方式。マルチキャリア伝送方式の一つで、マルチパスフェージングに対する耐性があり、現行の4Gシステム（LTE_LTE-Advanced）のダウンリンク、無線LANシステムなどに採用されている。
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[お問い合わせ先]
京都大学大学院情報学研究科通信情報システム専攻 原田研究室 担当：水谷 圭一 Email : contact@dco.cce.i.kyoto-u.ac.jp Tel : 075-753-5318 京都大学広報課国際広報室 Email : comms@mail2.adm.kyoto-u.ac.jp Tel : 075-753-5727 |