5G実現へ検討される新たな周波数帯と変調方式：計測器メーカーから見た5G（2）（3/4 ページ）

[Taro Eichler（Rohde ＆ Schwarz），EDN Japan]

各変調方式の特徴を紹介

　ここからは、それぞれの変調方式の特徴について紹介していく。

GFMD（Generalized Frequency Division Multiplex）

　現在LTEなどで使われているOFDMでは、基本的に矩形（くけい）窓として表されるシンボル時間Δtの逆数Δfをサブキャリア間隔としている。これにより、各サブキャリア位置でのスペクトルサイドローブによる干渉がゼロとなり、サブキャリアは直交する。

　一方で矩形窓によるスペクトルサイドローブは、緩やかに減衰しながら離れた周波数まで影響することになる。この離れた周波数まで存在するスペクトルサイドローブが、帯域外発射の発生に影響を与えている。

　GFDMでは、サブキャリアにフィルターをかけることで、サブキャリア間の直交性の劣化と引き替えに、帯域外発射を十分に抑圧する方式である。サブキャリア間の干渉が発生する一方で、ホワイトスペースなど非常に低いレベルの帯域外発射が求められているケースにおいて特に優れているといえる。受信機側では、サブキャリア間の干渉を抑えるために干渉キャンセラーが必要となる。

GFDMフィルタリングのイメージ （クリックで拡大）

FBMC（Filter-Bank Multi Carrier）

　FBMCでは、サブキャリアごとにフィルタリングを行う。各サブキャリアの変調方式としてオフセットQAMを用いる。オフセットQAMを用いることで、各サブキャリアのデータシンボルの実部、虚部における直交性を保つことができる。

　そのためFBMCでは、OFDMのようにサイクリックプリフィックスを用いる必要はない。また、フィルタリングを行うことにより、帯域外輻射はOFDMと比較し優れた特性を示す。FBMCは移動しながらの通信にも適している。しかし、MIMOへの拡張やフィルターの時定数の影響による遅延は課題となっている。

FBMCフィルタリングのイメージ （クリックで拡大）

UFMC（Universal Filter Multi Carrier）

　UFMCは、複数のサブキャリアのまとまりであるサブバンドごとにフィルタリングを行い、OFDMとFBMCの中間の方式ともいえる。比較的シンプルな実装で帯域外輻射は、OFDMより良い特性を示す。時間的な波形の広がりを抑えられるため、mMTCに求められる非同期アクセスへの適用や低遅延実現に適している。

UFMCフィルタリングのイメージ （クリックで拡大）

f-OFDM
（filtered Orthogonal Frequency Division Multiplexing）

　f-OFDMは、OFDMのパラメーターであるサブキャリア間隔、シンボル時間、サイクリックプリフィックス、フィルターを、サブキャリアのまとまりであるサブバンドごとに柔軟に設定できるようにしたものである。サブバンドごとパラメーターを定義し、UFMCに近いの方式ともいえる。比較的シンプルな実装で、MIMOなど従来のLTEの技術との整合の点でも優れている。

f-OFDMフレキシビリティのイメージ （クリックで拡大）

5Gで検討されている変調方式

-		CP-OFDM	FBMC	GFDM	UFMC	f-OFDM
Full Name		Cyclic Prefix OFDM	FilterBank MultiCarrier	Generalized Frequency Division Multiplexing	Universal Filtered Multi-Carrier	filtered OFDM
Note		-	Offset-QAM provides orthogonality	Cyclic filtering forms time-domain segmentation	Same parameters for each sub-band	Different sub-carrier spacing per sub-band
Cyclic Prefix		All carriers	No	All carriers	No	Sub-band
Filter in frequency		-	Sub-carrier	Sub-carrier	Sub-band	Sub-band
Filter in		-	symbol （Polyphases）	Frame	symbol	Frame