シングルキャリアFDMA

シングルキャリアFDMA（SC-FDMA）は、周波数分割多元接続方式です。元々はキャリア干渉計として知られていましたが、線形プリコードOFDMA（LP-OFDMA ）とも呼ばれます。他の多元接続方式（TDMA、FDMA、CDMA、OFDMA）と同様に、SC-FDMAは複数のユーザーを共有通信リソースに割り当てる方式です。SC-FDMAは、従来のOFDMA処理の前に追加のDFT処理ステップがあるという意味で、線形プリコードOFDMA方式と解釈できます。

SC-FDMAは、 OFDMAの魅力的な代替手段として大きな注目を集めています。特にアップリンク通信においては、ピーク対平均電力比（PAPR）が低いことが、送信電力効率とパワーアンプのコスト削減という点でモバイル端末に大きなメリットをもたらすからです。SC-FDMAの名前の由来は、シングルキャリアQAM信号の特性を模倣したOFDM信号であることです。^{[ 1 ]} SC-FDMAは、3GPP Long Term Evolution （LTE）、またはEvolved UTRA（E-UTRA）のアップリンク多元接続方式として採用されています。^{[ 2 ]}^{[ 3 ]}^{[ 4 ]}

OFDMAと比較したSC-FDMAの性能は、様々な研究の対象となっている。^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}性能差は小さいが、SC-FDMAの低PAPRの利点は、送信機の電力効率が最も重要である移動通信システムのアップリンク無線伝送に適している。

送信機と受信機の構造

SC-FDMA の送信処理は OFDMA の送信処理と非常によく似ています。各ユーザーについて、送信されたビットのシーケンスは複雑なシンボルの星座 ( BPSK、QPSK、または M- QAM ) にマッピングされます。次に、異なる送信機 (ユーザー) に異なるフーリエ係数が割り当てられます。この割り当てはマッピングブロックとデマッピングブロックで実行されます。受信側には、受信するユーザー信号ごとに 1 つのデマッピングブロック、 1 つの IDFT ブロック、および 1 つの検出ブロックが含まれます。OFDMと同様に、ブロック間の時間拡散 (マルチパス伝播によって発生) によるシンボル間干渉を効率的に排除するために、シンボルのブロック間には巡回的な繰り返しのガードインターバル (巡回プレフィックスと呼ばれる) が導入されています。

SC-FDMAでは、異なるユーザーに重複しないフーリエ係数（サブキャリア）の異なるセットを割り当てることで、ユーザー間のマルチアクセスが可能になります。これは、送信側で（IDFTの前に）サイレントフーリエ係数を（他のユーザーに割り当てられた位置に）挿入し、受信側でDFT後にそれらを除去することで実現されます。

SC-FDMAの特徴は、マルチキャリア伝送方式であるOFDMAとは対照的に、シングルキャリア送信信号を実現することです。サブキャリアマッピングは、ローカライズマッピングと分散マッピングの2種類に分類できます。ローカライズマッピングでは、DFT出力は連続するサブキャリアのサブセットにマッピングされ、システム帯域幅の一部のみに制限されます。分散マッピングでは、入力データのDFT出力は、帯域幅全体にわたってサブキャリアに非連続的に割り当てられ、残りのサブキャリアの振幅はゼロになります。分散SC-FDMAの特殊なケースはインターリーブSC-FDMA（IFDMA）と呼ばれ、占有されるサブキャリアは帯域幅全体にわたって等間隔に配置されます。^{[ 8 ]}

SC-FDMAは、その固有のシングルキャリア構造により、OFDMやOFDMAに比べて送信信号のピーク対平均電力比（PAPR）が低いという大きな利点があり、加入者端末の送信経路における設計パラメータが緩和されます。直感的に言えば、その理由は、OFDMの送信シンボルが複数のサブキャリアを直接変調するのに対し、SC-FDMAの送信シンボルはまずNポイントDFTブロックによって処理される点にあります。^{[ 9 ]}

OFDMでは、SC-FDMAと同様に、受信側でDFT計算後に各フーリエ係数に複素数を乗算することでイコライゼーションが行われます。これにより、周波数選択性フェージングと位相歪みを容易に抑制できます。FFTを用いた周波数領域イコライゼーションの利点は、マルチタップFIRフィルタまたはIIRフィルタを必要とする従来の時間領域イコライゼーションよりも計算量が少ないことです。計算量が減少することで、数値ノイズとして見られる丸め誤差も軽減されます。

関連する概念として、シングルキャリア伝送とシングルキャリア周波数領域等化（SC-FDE）方式の組み合わせがあります。 ^{[ 10 ]}シングルキャリア伝送は、SC-FDMAやOFDMとは異なり、送信機でIDFTやDFTを使用しませんが、巡回プレフィックスを導入して線形チャネル畳み込みを循環畳み込みに変換します。受信機で巡回プレフィックスを除去した後、DFTを適用して周波数領域に到達し、そこで単純なシングルキャリア周波数領域等化（SC-FDE）方式を適用し、その後IDFT演算を行います。

有用な特性

低いPAPR（波高係数）
搬送周波数オフセットに対する感度が低い
非線形歪みの影響を受けにくく、低コストのパワーアンプを使用できる
スペクトルヌルに対する堅牢性の向上

参照

参考文献

^ 「SC-FDMAとOFDM変調 - MATLAB & Simulink」 www.mathworks.com . 2024年4月15日閲覧。
^ Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). 「アップリンク無線伝送のためのシングルキャリアFDMA」(PDF) . IEEE Vehicular Technology Magazine . 1 (3): 30– 38. doi : 10.1109/MVT.2006.307304 . S2CID 12743526 .
^ Ekstrom, H.; Furuskar, A.; Karlsson, J.; Meyer, M.; Parkvall, S.; Torsner, J.; Wahlqvist, M. (2006). 「3Gの長期的な進化に向けた技術的ソリューション」. IEEE Communications Magazine . 44 (3): 38– 45. doi : 10.1109/MCOM.2006.1607864 . S2CID 1168131 .
^ 「無線アクセスネットワーク技術仕様グループ; Evolved UTRAの物理層の側面」第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）。
^ニサール、ムハンマド・デンマーク人;ノッテンシュタイナー、ハンス。ヒンデラング、トーマス (2007)。「DFT 拡散 OFDM システムの性能限界について」。2007 第 16 回 IST モバイルおよびワイヤレス通信サミット(PDF)。 pp. 1–4 . doi : 10.1109/ISTMWC.2007.4299159。ISBN 978-1-4244-1662-2. S2CID 6077115 .
^ Priyanto, Basuki E.; Codina, Humbert; Rene, Sergi; Sorensen, Troels B.; Mogensen, Preben (2007). 「UTRA LTEアップリンクにおけるDFT-Spread OFDMベースSC-FDMAの初期性能評価」. 2007 IEEE 65th Vehicular Technology Conference - VTC2007-Spring . pp. 3175– 3179. doi : 10.1109/VETECS.2007.650 . ISBN 978-1-4244-0266-3. S2CID 206836778 .
^ Benvenuto, N.; Tomasin, S. (2002). 「周波数領域フィードフォワードフィルタを用いたDFEによるOFDMとシングルキャリア変調の比較について」IEEE Transactions on Communications . 50 (6): 947– 955. doi : 10.1109/TCOMM.2002.1010614 .
^ 「LTEにおけるSC-FDMAシングルキャリアFDMA」（PDF）。Ixia 。
^ Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). 「パルスシェーピングを用いたシングルキャリアFDMA信号のピーク対平均電力比」. 2006 IEEE 第17回国際パーソナル・屋内・移動無線通信シンポジウム. pp. 1– 5. doi : 10.1109/PIMRC.2006.254407 . ISBN 1-4244-0329-4. S2CID 7457641 .
^ Falconer, D.; Ariyavisitakul, SL; Benyamin-Seeyar, A.; Eidson, B. (2002). 「シングルキャリアブロードバンド無線システムにおける周波数領域イコライゼーション」. IEEE Communications Magazine . 40 (4): 58– 66. doi : 10.1109/35.995852 .

[1] 「SC-FDMAとOFDM変調 - MATLAB & Simulink」 www.mathworks.com . 2024年4月15日閲覧。

[2] Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). 「アップリンク無線伝送のためのシングルキャリアFDMA」(PDF) . IEEE Vehicular Technology Magazine . 1 (3): 30– 38. doi : 10.1109/MVT.2006.307304 . S2CID 12743526 .

[3] Ekstrom, H.; Furuskar, A.; Karlsson, J.; Meyer, M.; Parkvall, S.; Torsner, J.; Wahlqvist, M. (2006). 「3Gの長期的な進化に向けた技術的ソリューション」. IEEE Communications Magazine . 44 (3): 38– 45. doi : 10.1109/MCOM.2006.1607864 . S2CID 1168131 .

[4] 「無線アクセスネットワーク技術仕様グループ; Evolved UTRAの物理層の側面」第3世代パートナーシッププロジェクト（3GPP）。

[5] ニサール、ムハンマド・デンマーク人;ノッテンシュタイナー、ハンス。ヒンデラング、トーマス (2007)。「DFT 拡散 OFDM システムの性能限界について」。2007 第 16 回 IST モバイルおよびワイヤレス通信サミット(PDF)。 pp. 1–4 . doi : 10.1109/ISTMWC.2007.4299159。ISBN 978-1-4244-1662-2. S2CID 6077115 .

[6] Priyanto, Basuki E.; Codina, Humbert; Rene, Sergi; Sorensen, Troels B.; Mogensen, Preben (2007). 「UTRA LTEアップリンクにおけるDFT-Spread OFDMベースSC-FDMAの初期性能評価」. 2007 IEEE 65th Vehicular Technology Conference - VTC2007-Spring . pp. 3175– 3179. doi : 10.1109/VETECS.2007.650 . ISBN 978-1-4244-0266-3. S2CID 206836778 .

[7] Benvenuto, N.; Tomasin, S. (2002). 「周波数領域フィードフォワードフィルタを用いたDFEによるOFDMとシングルキャリア変調の比較について」IEEE Transactions on Communications . 50 (6): 947– 955. doi : 10.1109/TCOMM.2002.1010614 .

[8] 「LTEにおけるSC-FDMAシングルキャリアFDMA」（PDF）。Ixia 。

[9] Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). 「パルスシェーピングを用いたシングルキャリアFDMA信号のピーク対平均電力比」. 2006 IEEE 第17回国際パーソナル・屋内・移動無線通信シンポジウム. pp. 1– 5. doi : 10.1109/PIMRC.2006.254407 . ISBN 1-4244-0329-4. S2CID 7457641 .

[10] Falconer, D.; Ariyavisitakul, SL; Benyamin-Seeyar, A.; Eidson, B. (2002). 「シングルキャリアブロードバンド無線システムにおける周波数領域イコライゼーション」. IEEE Communications Magazine . 40 (4): 58– 66. doi : 10.1109/35.995852 .

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