SCMA（Sparse Code Multiple Access） 散在符号多重接続 慶應義塾大学理工学部電子工学科 眞田研究室 4年 松木 計達 -1- 背景 2020年以降の無線通信アクセス実現に向けて5Gの通信方式が研 究されている [1] 大容量化, 高速化, 低遅延化, 超多数端末の同時接続, 低パワー化 が求められている 近年, スマホやタブレットが爆発的に普及したことで 特に, 超多数端末の同時接続 が求められている しかし 無線通信に使うことのできる周波数帯域は限られている -2- [2] 3G: CDMA（Code Division Multiple Access） 3GはCDMA（符号分割多元接続）という通信方式を用いたものである 符号を分割することによって, リソースブロックを複数のユーザーに 割り当てる方式 符号（コード） 周波数 同じセル内では同一周波数で通信を行うため, セル内のユーザー数が 増えてしまうと限界に近づくと通信ができなくなってしまう -3- 4G: OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) 4GはOFDMA（直交周波数分割多元接続）という通信方式を用いたも のである 周波数ドメインと時間ドメインを分割し、リソースブロックを複数の ユーザーに割り当てる方式 周波数 時間 同じ周波数帯でも多数端末の接続を可能にすることができる 今後, さらなる超多数端末の同時接続においての通信は厳しい -4- [3] 5G？: SCMA（ Sparse Code Multiple Access） 通信方式 OFDMAを拡張し, 時間と周波数に加え符号によって多重化を行っている 計算方式 CDMAを応用し, 計算量を少なくして通信できる ゆえに 超多数端末との接続が可能（システムが過負荷されても通信可能） 遅延も低減できる 省電力である -5- SCMAのシステムモデル（送信側） X2 01 もともとの コンスタレーション Y2 01 01 00 00 X1 10 1110 0110 Y1 1000 1010 11 Y2 1001 0010 1000 1101 1100 0000 1111 0111 1001 1011 0001 1100 0101 0011 1111 1000 0100 0011 1110 0111 1111 1010 1110 ゼロ要素が多い 0010 0000 1001 Y2 1000 0000 0100 0100 X2 1011 Y1 10 Y1 0001 00 10 X1 0101 11 (X1,Y1)と(X2,Y2)を入れ替える 0000 Y2 X1 1101 1101 00 10 ゼロ要素が少ない 0100 軸上に回転した コンスタレーション 01 Y1 11 11 1100 X2 [4] 0110 -6- 0101 0110 0001 1010 1001 0010 0111 1011 1011 X1 0011 1000 1010 0000 0011 1100 1111 1110 0010 0111 X2 0100 1001 [5] SCMAのシステムモデル（送信側） マッピング例 ビットは,各レイヤのSCMAコード ブックの 中のコードワー ドに直接マッピングされる 11 01 00 10 符号化 FEC Encoder1 ビットをコードワードにマッピング SCMA Modulation Codebook Mapping 非ゼロトーン FEC Encoder2 FEC Encoder3 FEC Encoder4 FEC Encoder4 ゼロトーン SCMA Modulation Codebook Mapping SCMA Modulation Codebook Mapping SCMA Modulation Codebook Mapping SCMA Modulation Codebook Mapping コードブック -7- SCMAのシステムモデル（受信側） 送信側のコードブック 非ゼロトーン [6] MPA (Message Passing Algorism) ゼロトーン 検査ノード P1 C1 P1 F= 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 C2 P3 C3 P4 C4 C5 ビットノード 行列に変換 C1 P2 メッセージの更新を交互に繰り返し, 各送信ビットの 推定値を決定し復号する MPAにより少ない計算量で復号が可能である -8- SCMAの利用先 [2] 周波数 時間 Iot（Internet of Things）や自動車, HDVなどに利用されると考えられて いる -9- 参考文献 [1] NTT DOCOMO, INC. “DOCOMO 5G White Paper,” Sept 2014. [2] P. Zhu, “5G Enabling Technologies,” IEEE, PIMRC 2014, Sept. 2014. [3] HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. “ファーウェイの５Gへの取り組み,” HuaWave, July 2015. [4] M. Taherzadeh, H. Nikopour, A. Bayesteh, and H.Baligh, “SCMACodebook Design,” IEEE Vehicular Tech. Conf. 2014 Fall, Sept 2014. [5] ファーウェイ・ホワイトペーパー, “5G：新たな無線インターフェースと無線アクセスの仮想化,” HUAWEI TECHNOLOGIES CO., LTD. pp. 5-6, July 2015. [6] 井坂元彦, 「知識ベース」, pp 5-7, 電子情報通信学会, 2013. -10-
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