2018 Fiscal Year Research-status Report
Massive MIMO高密度ネットワークに関する研究
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17K06435
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| Research Institution | Osaka Prefecture University |
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Principal Investigator |
林 海 大阪府立大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (40336805)
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| Project Period (FY) |
2017-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 無線ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
Massive MIMOシステムのダウンリンク伝送はプレコーディングに委ね，その性能は完全にチャネル情報に依存する．チャネルコヒーレント時間内に直交するパイロットの個数が限られているため，チャネル推定にはパイロット信号の再利用が必要となる．隣接するセル間のパイロット再利用はパイロット干渉問題を引き起こし，特にMassive MIMO方式においては，アンテナ数を増やしても改善できないため，パイロット干渉が固有な難題とされている．本年度はパイロット干渉が発生した際，信号対干渉雑音比の関係式を導出し，カバレッジ確率を分析した．
Massive MIMOの超多素子アンテナに必要な回路規模が大きく，プレコーディングの一部を位相シフタのみのアナログプレコーディングで実現するハイブリッドプレコーディングは有効なコスト削減策である．また，5G技術であるミリ波帯の利用においては，ミリ波ビームの「直進性」から，ビームフォーミングは標準技術であり，ハイブリッドプレコーディングの考え方と一致する．ハイブリッドプレコーディングはアナログビームフォーミングを行う際，実装中には位相シフタの精度により，生成するアナログビームに解像度の制限がある．ユーザの位置とビームの間に角度ずれがあった場合，チャネル推定と信号対干渉雑音比の両方に影響が起こる．本年度はこの角度ずれがもたらした効果を数学モデリングし，チャネル推定精度やビームフォーミング利得，さらにカバレッジ確率への影響を研究した．
前年度はアレー信号処理の視点から，角度域におけるアナログとデジタルプレコーディングの設計法を提案した．本年度はその角度域の考え方を拡張し，Massive MIMO方式における空間ワイドバンド効果について，研究を行った．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
パイロット干渉がある場合，基地局の密度が上がれば，カバレッジ確率の上昇に限度があり，ある一定値を超えたらカバレッジ確率が下がることとなる．上昇する理由としては，高密度になったことにより，基地局とユーザとの距離が縮まり，信号電力が大幅に増加したことが考えられる．ある一定値の閾値を超えるとカバレッジ確率が減少する理由としては，高密度化により干渉となる基地局自体も距離が縮まり，干渉も大きくなると考えられる．すなわち，基地局密度に対してカバレッジ確率が凸関数であり，基地局密度の最適値が存在あることが分かる．一方，周波数リユースはMassive MIMOシステムにおけるパイロット干渉対策の一つとして認識されている．周波数リユースファクターを上げれば，カバレッジ確率が増加することも分析から分かった．
ハイブリッドプレコーディングにおいては，位相シフタの精度を原因にユーザの位置とビームの間に角度ずれがあった場合，チャネル推定やビームフォーミング利得，カバレッジ確率を分析した．ミリ波帯Massive MIMOシステムにおけるビーム誤差はアンテナ数が多いため，アンテナ数が増加すればするほど，影響が少なくなることが分かる．ビーム誤差は信号対干渉雑音比の信号部分にも干渉部分にも影響するため，結果として信号対干渉雑音比自体も変化が少なく，カバレッジ確率への影響が少ないとの結果が分かった．
一方，Massive MIMOシステムのアンテナ素子数がある閾値を超えると，従来のプレコーディング方法が適応できないのが新たに分かった．その原因は新たに発見された空間ワイドバンド効果にあり，ミリ波帯においては特に顕著にあらわれる．空間ワイドバンドと周波数ワイドバンド両方を考慮したMassive MIMOの設計法を提案した．
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| Strategy for Future Research Activity |
次年度は本研究の最終年度となり，Massive MIMOにおける角度域のチャンネル推定やプレコーディング技術を中心に，以下の三方面から研究を推進していく予定である．
１．Massive MIMO技術とNOMA技術を結合し，角度域からIoTの大規模接続に適した高効率な通信方式を提案する。
２．Massive MIMOシステムにおけるBeam squint効果の有効対策を提案する。
３．Massive MIMO方式のOFDMシステムにおいて，角度域からドップラー周波数や周波数ずれの新しい推定法を提案する．
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| Causes of Carryover |
次年度使用額が生じた理由は以下の二点である。
１．本年度に予定していた実験装置の購入を次年度に変更した．
２．本年度に予定していた二回の国際学会の出張が一回になりました．
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