[論文レビュー] Spectrally-Precoded OFDM for 5G Wideband Operation in Fragmented sub-6GHz Spectrum

Renaud-Alexandre Pitaval, Branislav M. Popović+3 more|arXiv (Cornell University)|Jun 2, 2016

PAPR reduction in OFDM参考文献 1被引用数 3

ひとこと要約

本稿では、分割された6GHz未満の周波数帯における5G広帯域伝送のため、スペクトルに精密に成形されたOFDMを提案する。データシンボルをOFDM変調の前にプレコーディングすることで、周波数帯域外の放射を極めて低減し、急峻なスペクトルロールオフを実現する。この技術により、高いスペクトル効率と柔軟な周波数帯利用が可能となり、特に混雑した分割された周波数帯域における広帯域・短時間伝送に特に効果的である。

ABSTRACT

We consider spectrally-precoded OFDM waveforms for 5G wideband transmission in sub-6GHz band. In this densely packed spectrum, a low out-of-band (OOB) waveform is a critical 5G component to achieve the promised high spectral efficiency. By precoding data symbols before OFDM modulation, it is possible to achieve extremely low out-of-band emission with very sharp spectrum transition enabling an efficient and flexible usage of frequency resources. Spectrally-precoded OFDM shows promising results for reaching 5G targets in high-data rate enhanced mobile broadband and ultra-reliable low-latency communications use cases. Spectral precoding is particularly efficient for wideband transmission enabling short-time transmission, which will often require flexible fragmented spectrum usage.

研究の動機と目的

• 分割された6GHz未満の周波数帯域における5G広帯域伝送におけるスペクトル効率の課題に対処すること。
• 密集した周波数帯域環境における周波数帯域外（OOB）放射を低減し、5Gのスペクトル効率目標を満たすこと。
• 広帯域・短時間伝送において柔軟で動的周波数帯利用を可能とすること。
• 分断された周波数帯域で、拡張されたモバイルブロードバンドおよび超信頼性低遅延通信（URLLC）ユースケースをサポートする波形を開発すること。

提案手法

• 周波数帯域外放射を抑制するため、OFDM変調の前にデータシンボルをプレコーディングすることによるスペクトル成形。
• 周波数帯域外の再成長を最小限に抑えるために、急峻なスペクトルロールオフを実現するプレコーディングフィルタの設計。
• OFDM構造を変更せずに周波数ドメインスペクトル形状を制御できる時間ドメインプレコーディングアプローチの採用。
• 直交性を維持しつつ周波数帯域外の再成長を最小限に抑えるスペクトルに精密に成形されたOFDM波形の適用。
• 与えられたスペクトルマスクに対して周波数帯域外パワーを最小限に抑えるために、プレコーディングフィルタ係数を最適化すること。
• 分割された周波数帯域条件下でのスペクトル効率およびOOB放射の観点から性能を評価すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 分割された6GHz未満の周波数帯域における広帯域5G伝送で、周波数帯域外放射をどのように低減できるか？
• RQ2 スペクトルに精密に成形されたOFDMは、直交性と低いピーク対平均電力比を維持しつつ、急峻なスペクトルロールオフを達成できるか？
• RQ3 スペクトルに精密に成形されたOFDMは、分割された周波数帯域環境下で、達成可能なスペクトル効率およびOOB抑制性能はどの程度か？
• RQ4 スペクトルに精密に成形されたOFDMは、広帯域5Gシステムにおける柔軟で動的周波数帯利用をどのようにサポートするか？
• RQ5 プレコーディングは、拡張されたモバイルブロードバンドおよびURLLCユースケースにおけるシステムの遅延および信頼性にどのような影響を与えるか？

主な発見

• スペクトルに精密に成形されたOFDMは、周波数帯域外放射を極めて低減し、密集した6GHz未満帯域における効率的な周波数帯利用を可能にする。
• この波形は急峻なスペクトルロールオフを実現でき、高いスペクトル効率と隣接チャネルへの最小限の干渉を可能にする。
• この技術は、5Gユースケースで一般的な広帯域・短時間伝送に特に効果的である。
• プレコーディングは、OFDM信号の直交性を保持しつつ、周波数帯域外再成長を顕著に低減する。
• この手法は、分断された6GHz未満帯域における柔軟で動的周波数帯利用を可能とし、5Gの拡張されたモバイルブロードバンドおよびURLLC要件を満たす。
• このアプローチは、低いピーク対平均電力比を維持しており、実用的なシステムにおけるエネルギー効率の高い伝送を支援する。