第５世代移動体通信システムにおけるIoTのための先端全２重通信技術の研究

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本研究課題では，周波数資源不足が懸念されている次世代移動体通信システム（5G）における周波数高効率利用に向けた全二重通信（FD）に関する研究活動を行った．初年度である平成29年度では，送信機RFチェインにおける非線形雑音の影響を最低化するため，シンボルの送信確率を一様分布からマクスウェル・ボルツマン分布に変更することで非線形雑音の影響を抑制する確率変調変形について取り組んだ．これは交付申請書に記載した研究実施計画にほぼ一致する内容となっており，確率変調変形を用いた非線形雑音の抑制法及びその統計的解析について３編の査読付き国際論文を発行した．この結果，一様分布を用いた時と比べて0.3[bits/s/Hz]の利得を得ることができることを示し，各サブキャリアの周波数帯域幅がメガヘルツオーダーとなる現状の移動体通信システムでは極めて大きな利得を獲得できることを明らかとした．また，受信側でのレイリーフェージングに従う通信路を加味した非線形雑音の確率密度分布を導出し，非線形雑音下における理論的な通信容量及びBER特性を明らかとした．平成30年度では，平成29年度で得られた知見をもとに，複数アンテナを具備した双方向FD通信におけるプリコーディング及びビームフォーミング設計を行った．ここではプリコーディング行列をラグランジュ未定乗数法や勾配投影法，分数計画法などを用いて最適化することで，以前提案されていた手法の通信レート性能を上回り，さらにFD通信において最も問題となる自己干渉電力を移動体通信システムの一般的なノイズフロアである-110[dB]以下に抑制することが可能となった．ここで得られた研究成果は２編の査読付き国際会議にて採択されており，また現在IEEE論文誌の投稿に向け論文を執筆中である．