計算がクロック速度の物理的限界に近づくと、マルチコア アーキテクチャに頼ることになります。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 システムに頼ることになります。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することになった利点は何ですか?基地局にアンテナを追加する最初の動機は空間ダイバーシティでしたが、1990 年代半ばに、送信側および/または受信側に複数のアンテナを設置すると、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判明しました。この文脈における 3 つの主要なテクニック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 携帯電話ネットワークの物理層の基礎となる主要なテクノロジーです。ビームフォーミングには 2 つの異なるタイプがあります。
従来のビームフォーミング。Line-of-Sight (LoS) または物理ビームフォーミングとも呼ばれます。
汎用ビームフォーミング。Non-Line-of-Sight (NLoS) または仮想ビームフォーミングとも呼ばれます。
どちらのタイプのビームフォーミングの背後にある考え方は、複数のアンテナを使用して、干渉源からの信号を抑制しながら、特定のユーザーへの信号強度を高めることです。同様に、デジタル フィルターはスペクトル フィルターと呼ばれるプロセスで周波数領域の信号内容を変更します。同様に、ビームフォーミングは空間領域の信号内容を変更します。このため、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には、ソナーおよびレーダー システムの信号処理アルゴリズムにおいて長い歴史があります。送信または受信のために宇宙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) に密接に関係します。OFDM が周波数領域で並列ストリームを作成する方法と同様に、古典的または物理的ビームフォーミングは角度領域で並列ビームを作成します。
一方、最も単純な具体化では、一般化されたビームフォーミングまたは仮想ビームフォーミングは、信号電力が特定のユーザーに対して最大化されるように、適切な位相調整と利得重み付けを使用して各 Tx (または Rx) アンテナから同じ信号を送信 (または受信) することを意味します。ビームを物理的に特定の方向にステアリングするのとは異なり、送信または受信は全方向で行われますが、重要なのは、マルチパス フェージングの影響を軽減するために、受信側で信号の複数のコピーを建設的に追加することです。
**空間多重化**
空間多重モードでは、入力データ ストリームが空間領域で複数の並列ストリームに分割され、各ストリームが異なる Tx チェーンを介して送信されます。チャネル パスが十分に異なる角度から Rx アンテナに到着する限り、ほとんど相関がなく、デジタル信号処理 (DSP) 技術によって無線メディア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、独立した情報が同じ帯域幅で複数のアンテナから同時に送信されるため、最新のワイヤレス システムのデータ レートが桁違いに増加する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、複数のデータ ストリームが複数の送信アンテナから複数のユーザーに向けて同時に送信されます。
**時空コーディング**
このモードでは、単一アンテナ システムと比較して、時間とアンテナ全体にわたって特別なコーディング スキームが採用され、受信機でデータ レートを損失することなく受信信号のダイバーシティを強化します。時空間コードは、複数のアンテナを備えた送信機でのチャネル推定を必要とせずに、空間ダイバーシティを強化します。
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投稿日時: 2024 年 2 月 29 日