共同研究・競争的資金等の研究課題

本研究では第６世代移動通信に用いられる大規模MIMO技術のための復調アルゴリズムとして，解候補ベクトルの複数の要素を並列に最適化するアルゴリズムを提案し，その収束特性ならびに計算量を評価する．提案方式は最適化アルゴリズムとして最小２乗アルゴリズムをメトロポリス・ヘイスティングス法と組み合わせることにより，解候補ベクトルの複数の要素を並列に最適化し，高速かつ比較的低演算量でMIMO復調を実現する．そして，大規模MIMOの通信環境において，収束特性の改善を目指す．さらに大規模MIMOに用いられるビームフォーミングを提案手法に組み合わせて適用した場合の収束特性を評価し，同時に計算量の低減を検討する．

無線通信システムでは限られた周波数を有効利用できる新たな技術が強く望まれている．この新技術の有力候補が，近傍端末が高速無線通信を介して互いに協調することにより疑似的な大規模 MIMOを形成し空間多重伝送を実現する端末協調である．最新の携帯端末では高周波数帯での通信機能が実装されており，これを端末間通信に活かせば端末協調が実現できる可能性が高い．本研究では，周辺に遍在する無線端末と基地局アンテナを高度に協調させることによって，複数アンテナを自在に活用した周波数利用効率とエネルギー効率の高い新たな無線システムの創出を目指す． 無線通信システムでは限られた周波数を有効利用できる新たな技術が強く望まれている．この新技術の有力候補が，近傍端末が高速無線通信を介して互いに協調することにより疑似的な大規模MIMOを形成し空間多重伝送を実現する端末協調である．最新の携帯端末では高周波数帯での通信機能が実装されており，これを端末間通信に活かせば端末協調が実現できる可能性が高い．端末協調では個々の端末の位置や電波伝搬を考慮して周辺基地局のアンテナ群と端末協調グループを構成する必要がある．また，近傍の無線端末を関与させるため端末間通信も含めた消費エネルギー削減も重要な課題となる．本研究では，周辺に遍在する無線端末と基地局アンテナを高度に協調させることによって，複数アンテナを自在に活用した周波数利用効率とエネルギー効率の高い新たな無線システムの創出を目指している． このような端末連携システムの構築に向けて，本研究では，(1) 分散端末同期技術，(2) 高周波数帯協調通信技術，(3) 端末協調グループ構成技術，の確立に取り組んでいる．また，その成果の確認には，基地局分散アンテナと端末協調グループ間の伝搬特性の検証，端末グループ内の高周波数帯近距離協調通信の伝送特性の検証が必要となる．今年度はこれら3技術の特性評価と検証に必要とされる基地局分散アンテナと端末協調グループ間の伝搬特性，端末グループ内の高周波数帯近距離協調通信の伝送特性の把握に向けて実験装置系の構築を行った．実験装置としては12x12 MIMO伝送が可能な装置であり，基本的な動作確認を終えている．今後，この装置によって得られた知見を積極的に各技術の研究過程にフィードバックする. その他，各技術グループでは積極的に研究成果の発表を行い，論文雑誌2件，学会発表27件の成果を得ている． 本年度は高周波数帯での端末連携通信システムの実装，高周波数帯での通信特性の把握，グループ構成技術，などの研究を行い，論文雑誌2件，学会発表27件の成果を得た．特に，12x12MIMO伝送が可能な実験装置を整備したことは大きな進展である．今後，エネルギー効率の明確化に向けた研究を推進するために．無線免許取得後に測定した伝搬データや実測特性などを共有し，(1) 分散端末同期技術，(2) 高周波数帯協調通信技術，(3) 端末協調グループ構成技術，の各技術の研究を推進する．得られた成果は取りまとめて適宜論文誌や国際会議，研究会などでの発表を行う． 今後は同期技術の確立，高周波数帯での端末連携通信システムの柔軟性向上，高周波数帯での通信特性の詳細な把握，グループ構成技術の具体化，などを行い，エネルギー効率の明確化に向けた研究を推進する．さらに，無線免許取得後に測定した伝搬データや実測特性などを共有することによって，(1) 分散端末同期技術，(2) 高周波数帯協調通信技術，(3) 端末協調グループ構成技術，の各技術の研究を推進する．特に，実環境において取得したデータの共有を具体化することによって，各技術の真の課題と改善手法を明確化する．

第５世代移動通信システムでは多数のセンサデバイスからの情報を収容し，従来とは違ったアプリケーションのプラットフォームになることが期待されている．そのため基地局では超多素子アンテナを実装し，同時に100以上の信号を受信，復調することが必要である．従来の復調アルゴリズムでは計算量的に同時受信することができる信号数が10程度に限られてしまう．そこで本研究ではマルコフ連鎖モンテカルロ法を用いて100を超える信号を同時に受信し復調するアルゴリズムを検討する．提案アルゴリズムは確率分布の期待値を簡易的に求める手法であるが，これを信号復調に適用する． 第５世代移動通信システムでは多数のデバイスからの情報を収容し，従来とは違ったアプリケーションのプラットフォームになることが期待されている．基地局では超多素子アンテナを実装し，同時に100以上の信号を受信，復調することが必要である．従来の復調アルゴリズムでは計算量的に同時受信することができる信号数が10程度に限られる．そこで本研究ではマルコフ連鎖モンテカルロ法を用いて100を超える信号を同時に受信し復調するアルゴリズムを検討する．提案アルゴリズムは確率分布の期待値を簡易的に求める手法であるが，これを信号復調に適用する．具体的には(1)提案アルゴリズムによる計算量の削減，(2)想定するチャネルモデルによる復調特性の評価，(3)誤り訂正符号と組み合わせた提案アルゴリズムの特性評価を計算機シミュレーションにより評価する． 2019年度の研究成果として(1)に関してはマルコフ連鎖モンテカルロ法に並列信号処理を用いた方式を提案した．複数の受信信号間は相互依存しているが，これを無視し並列に処理することにより単位時間当たりの復調回数を増加し，受信特性を改善する．計算機シミュレーションの結果並列数が３のとき最も良い特性を示した．またアルゴリズムが特定のローカルミニマムに停留した場合に強制的に移動させる式も提案した．さらに(3)については１回目の多信号復調のみ受信信号を用いるが，２回目以降誤り訂正後の繰り返し復調に関してはマルコフ連鎖モンテカルロ法の出力のみを用いる方式を提案した．これにより受信信号を用いた復調処理部分の計算量を削減し，従来方式と同等の誤り率を達成できた． またマルコフ連鎖モンテカルロ法を超多素子アンテナの別の形態である分散アンテナに用い，ユーザに対するアンテナと周波数リソース割り当て最適化も検討し，少ない計算量で最適手法に近い周波数利用効率を実現できることを明らかにした． 当初の研究計画では(1)提案アルゴリズムによる計算量の削減，(2)想定するチャネルモデルによる復調特性の評価，(3)誤り訂正符号と組み合わせた提案アルゴリズムの特性評価を検討項目に挙げた．このうち(1)および(3)に関しては想定通りの計算量削減効果を得られた．これに対して(2)に関しては，受信アンテナ間の相関のあるチャネル応答を想定したマルコフ連鎖モンテカルロ法による受信信号の復調を試みたが，想定以上に特性が劣化した． 当初計画(2)想定するチャネルモデルによる復調特性の評価に関して，2020年度においては格子基底縮小を用いてアンテナ間の相関を低減し，マルコフ連鎖モンテカルロ法を適用することを検討する．この組み合わせによる復調方式はすでに提案されているが本研究では特に並列信号処理を用いて等価的にマルコフ連鎖モンテカルロ法の繰り返し処理回数を増加した場合の特性について検討する予定である．また通信路応答の大小により受信アンテナをグループ化し，それぞれのグループに対して個別の拡張係数を適応することによる効果を検討する．さらにマルコフ連鎖モンテカルロ法をチャネル推定にも適用し信号復調と同時にチャネル推定精度を改善する方法を検討する．