2017 Fiscal Year Annual Research Report
Research on analog beam scheduling with dual transmission using massive MIMO
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17H03262
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| Research Institution | Niigata University |
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Principal Investigator |
西森 健太郎 新潟大学, 自然科学系, 准教授 (90500611)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
平栗 健史 日本工業大学, 工学部, 教授 (90582817)
廣川 二郎 東京工業大学, 工学院, 教授 (00228826)
本間 尚樹 岩手大学, 理工学部, 教授 (70500718)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2020-03-31
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| Keywords | Massive MIMO / アナログビーム / ユーザスケジューリング / Robust ICA / CSI推定 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
第5世代などの将来の高速無線システムにおいては，多ユーザ収容能力を有する無線基地局として有望な技術がMassive Multiple Input Multiple Output (MIMO)である．その実現のカギは伝搬チャネル応答情報 (CSI)の基地局へのフィードバックの削減である．本課題では，アナログマルチビームにより， CSI推定なしで上り・下り回線の双方向のユーザスケジューリングを実現可能なMassive MIMOシステムを提案することを目的として検討を進めた．
平成29年度の主な研究実績として，アナログビームのみを用いてユーザ選択をリアルタイムで実現する手法を提案した．提案法では，ビーム間の電力差と相関値を利用してユーザ選択を行うものであり，ユーザ数に対して適切なしきい値を導出することで従来法よりも高い伝送レートを得ることを明らかにした．
信号処理法としては，CSI推定を不要とするConstant Modulus Algorithm (CMA)を用いてアナログビーム選択で残留した干渉除去を行っていたが，CMAでは多値変調を用いると動作が不安定になっていた．そこで新たな手法としてRobust ICAと呼ばれる，4次モーメントを用いて尖度を最大化することで残留干渉を低減する手法を提案し，CMAに対して大幅に性能が改善することを明らかにした．
これらの成果は，IEICE Trans. Communications等の論文誌に投稿し，採録を受けた．査読付論文11件，査読付国際会議13件，口頭発表53件という形でアウトプットを出している．また，国内のワイヤレステクノロジーパークの展示会でユーザ選択の効果をデモンストレーションに関するデモンストレーションを行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
現在までの研究進捗状況は予定以上に進んでいる．具体的には，査読付論文11件，査読付国際会議13件，口頭発表53件という形でアウトプットを出しているように，アナログマルチビームの構成，アナログビームによる上り・下り回線のユーザの選択法，残留干渉をCSI推定なしで低減する手法はすでに提案できており，計算機シミュレーションベースによる効果は十分に達成できている．
平成29年度内でも，屋外実環境における測定は実施しており，基本特性は把握できている．平成30年度は多くの実験を実施し，これらの提案法の効果を検証する予定となっている．また，分担研究者とも密に連絡を取り，2～3か月に1回，進捗報告会を開催しているため，プロジェクトの全体的な進捗も問題なく進められている．すなわち，論文化するための詳細な計算結果や実験結果は，今後，データの蓄積をする必要があるが，残り2年の研究期間で進める研究課題のためのベースとなる
基礎データ取得は終えており，研究の方向性についても，確立できたと考える．また，学会発表や展示会などの対外的なアピールも研究成果として残すことができた．ただし，平成29年度の屋外実験で，実験には非常に多くの労力と費用が発生することから，効率的な実験や自動測定を行うことなどによる測定時間の短縮に関する検討を行う予定である．
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| Strategy for Future Research Activity |
研究課題に対する今後の研究推進方策は，平成29年度までに提案した内容と計算機シミュレーションによる特性評価から得られた知見をもとに，平成30年度は研究を進めていく予定である．
平成30年度のメインの検討として，屋内および屋外実環境において提案法の効果を検証することである．すでに評価するために必要なハードウエア（マルチビーム回路，送受信装置，アナログビーム選択回路，ベースバンド受信機）はすでにそろっており，基本的な実健は平成29年度に確認することができた．しかし，本測定は非常に多くの時間を有し，測定箇所があまり多く取れない問題点があった．そこで自動測定を導入することで，多くの場所で提案法を評価するためのデータを取得するシステムを開発し，このシステムにより屋内および屋外環境における提案法の効果を明らかにする予定である．
平成30年度のもう一つの検討として，下り回線におけるユーザスケジューリングとその効果を明らかにする．平成29年度では，主に上り回線にフォーカスをあて，ユーザ選択や信号処理法を提案してきたが，下り回線が高速伝送を実現する上でキー技術となる．すでに手法はいくつか提案しているため，それらを定量的に評価する．また，これらの手法を実験結果に反映させ，その効果を明らかにする予定である．
これらの研究成果は学会発表および，査読付論文化を早急に進めることを予定している．
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