計算処理がクロック速度の物理的限界に近づくと、マルチコアアーキテクチャが採用されます。通信が伝送速度の物理的限界に近づくと、マルチアンテナシステムが採用されます。科学者やエンジニアが5Gやその他の無線通信の基盤として複数のアンテナを選択した理由は、どのような利点があったのでしょうか。基地局にアンテナを追加する当初の動機は空間ダイバーシティでしたが、1990年代半ばには、送信側や受信側に複数のアンテナを設置することで、単一アンテナシステムでは予測できなかった他の可能性が開かれることが発見されました。それでは、この文脈における3つの主要な技術について説明しましょう。
ビームフォーミング
ビームフォーミングは、5Gセルラーネットワークの物理層を支える主要技術です。ビームフォーミングには2つの異なる種類があります。
古典的なビームフォーミングは、視線ビームフォーミング（LoS）または物理ビームフォーミングとも呼ばれる。
一般化ビームフォーミングは、非視線ビームフォーミング（NLoS）または仮想ビームフォーミングとも呼ばれる。
両タイプのビームフォーミングの基本的な考え方は、複数のアンテナを使用して特定のユーザーへの信号強度を高め、同時に干渉源からの信号を抑制することです。例えるなら、デジタルフィルタはスペクトルフィルタリングと呼ばれるプロセスで周波数領域の信号内容を変化させます。同様に、ビームフォーミングは空間領域の信号内容を変化させます。そのため、空間フィルタリングとも呼ばれます。
物理ビームフォーミングは、ソナーやレーダーシステムの信号処理アルゴリズムにおいて長い歴史を持つ技術です。これは、送信または受信のために空間内に実際のビームを生成するため、信号の到来角（AoA）または出発角（AoD）と密接に関係しています。OFDMが周波数領域で並列ストリームを生成するのと同様に、古典的な物理ビームフォーミングは角度領域で並列ビームを生成します。
一方、最も単純な形では、汎用ビームフォーミングまたは仮想ビームフォーミングとは、各送信（または受信）アンテナから同じ信号を適切な位相とゲイン重み付けで送信（または受信）し、特定のユーザーに向けて信号電力を最大化することを意味します。ビームを物理的に特定の方向に向けるのとは異なり、送信または受信はあらゆる方向に行われますが、重要なのは、受信側で信号の複数のコピーを建設的に加算して、マルチパスフェージングの影響を軽減することです。
空間多重化
空間多重化モードでは、入力データストリームは空間領域で複数の並列ストリームに分割され、各ストリームは異なる送信チェーンを介して送信されます。チャネルパスが受信アンテナに十分に異なる角度から到着し、相関がほとんどない限り、デジタル信号処理（DSP）技術によって無線媒体を独立した並列チャネルに変換できます。このMIMOモードは、複数のアンテナから同じ帯域幅で独立した情報が同時に送信されるため、現代の無線システムのデータレートが桁違いに向上した主な要因となっています。ゼロフォーシング（ZF）などの検出アルゴリズムは、変調シンボルを他のアンテナの干渉から分離します。
図に示すように、WiFi MU-MIMOでは、複数の送信アンテナから複数のユーザーに向けて複数のデータストリームが同時に送信されます。
**時空間コーディング**
このモードでは、単一アンテナシステムと比較して、時間軸とアンテナ全体にわたって特別な符号化方式が採用され、受信機でのデータレート損失なしに受信信号の多様性が向上します。空間時間符号は、送信機で複数のアンテナを使用してチャネル推定を行う必要なく、空間多様性を向上させます。
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投稿日時：2024年2月29日