マルチキャリア符号分割多重アクセス

マルチキャリア符号分割多重アクセス( MC-CDMA ) は、OFDMベースの通信システムで使用される多重アクセス方式であり、システムが同じ周波数帯域で同時に複数のユーザーをサポートできるようにします。

MC-CDMA は、各ユーザー シンボルを周波数領域に拡散します。つまり、各ユーザー シンボルは複数の並列サブキャリアで搬送されますが、コード値に応じて位相シフトされます (通常は 0 度または 180 度)。コード値はサブキャリアごと、およびユーザーごとに異なります。受信機は、すべてのサブキャリア信号を重み付けしてさまざまな信号強度を補正し、コード シフトを元に戻すことで、これらの信号を結合します。受信機は、異なるユーザー (たとえば、直交) の信号を分離できます。

各データ シンボルはデータ レート (ビット/秒) よりもはるかに広い帯域幅 (ヘルツ) を占めるため、信号対ノイズおよび干渉の比率 (信号電力を伝送帯域全体のノイズおよび干渉電力の合計で割ったものとして定義する場合) は 0 dB 未満が実現可能です。

MC-CDMA を解釈する 1 つの方法は、これを逆 FFT (高速フーリエ変換)を通した後に送信される直接シーケンス CDMA 信号 ( DS-CDMA ) と見なすことです。

ワイヤレス無線リンクは、周波数選択チャネル干渉の影響を受けます。1 つのサブキャリアの信号が途絶えた場合でも、他のサブキャリアで受信したエネルギーから再構築できます。

ダウンリンク（1 つの基地局が 1 つ以上の端末に送信する）では、MC-CDMA は通常、マルチキャリア コー​​ド分割多重化に縮小されます。すべてのユーザー信号は簡単に同期でき、1 つのサブキャリア上のすべての信号は同じ無線チャネル プロパティを経験します。このような場合、推奨されるシステム実装は、N 個のユーザー ビット（異なる宛先の場合もありますが、必ずしもそうである必要はありません）を取得し、ウォルシュアダマール変換を使用してこれらを変換し、その後 IFFT を実行することです。

この周波数領域拡散を行う方法については、長い PN コードを使用してサブキャリア上の各データ シンボル d _{iに PN コード c i}のチップを乗算する、または短い PN コードを使用して各データ シンボルを個別の PN コードで拡散する (つまり、 d _{iに各 c i}を乗算し、結果のベクトルを N _freqサブキャリアに配置する) など、さまざまな代替方法が存在します。ここで、N _freqは PN コードの長さです。

周波数領域の拡散が行われ、OFDMサブキャリアにすべて値が割り当てられると、IFFT を使用してOFDM変調が行われ、 OFDMシンボルが生成されます。次に、 OFDMガード インターバルが追加されます。ダウンリンク方向の送信の場合は、結果として得られた各シンボルが送信前に追加されます。

マルチキャリアCDMAの代替形式である MC-DS-CDMA または MC/DS-CDMA は、MC-CDMA の場合の周波数領域ではなく、時間領域で拡散を実行します。キャリアが 1 つしかない特殊なケースでは、標準のDS-CDMAに戻ります。

変調方式としてOFDMが使用されるMC-DS-CDMA の場合、個々のサブキャリア上のデータ シンボルは、PN コード上のチップをサブキャリア上のデータ シンボルで乗算することによって時間的に拡散されます。たとえば、PN コード チップが {1, −1} で構成され、サブキャリア上のデータ シンボルが − jであるとします。そのキャリアに変調されるシンボルは、シンボル 0 と 1 の場合、シンボル 0 では − j、シンボル 1 では + jになります。

周波数領域と時間領域の両方で2次元拡散も可能であり、2次元拡散を使用する方式はVSF-OFCDM（可変拡散係数直交周波数符号分割多重）であり、NTTドコモはこれを4Gプロトタイプシステムに採用している。

VSF-OFCDMの 2D 拡散がどのように機能するかの例として、最初のデータ シンボルd ₀、時間領域の拡散係数SF _time（長さ 4）、周波数領域の拡散係数SF _frequency （長さ2）を取ると、データ シンボルd ₀は長さ 2 の周波数領域 PN コードで乗算され、サブキャリア 0 と 1 に配置され、サブキャリア 0 と 1 のこれらの値は長さ 4 の時間領域 PN コードで乗算され、OFDMシンボル 0、1、2、3で送信されます。 ^[1]

NTTドコモは、100MHz幅のチャネルで4G プロトタイプシステムを使用し、時速10kmで移動する受信機への5Gbit/sの伝送をすでに達成している。この4Gプロトタイプシステムでは、12×12アンテナMIMO構成と、誤り訂正符号化のためのターボ符号化も使用されている。 ^[2]

まとめ

1. 周波数拡散型OFDMA （MC-CDMA）
2. 時間拡散型OFDMA (MC-DS-CDMA および MT-CDMA)
3. 時間拡散と周波数拡散の両方を備えたOFDMA (直交周波数符号分割多重アクセス (OFCDMA))

• OFDMA は、OFDM システムの代替となる多重アクセス方式であり、異なるサブキャリアを異なるユーザーに割り当てることで、異なるユーザーの信号が周波数領域で分離されます。

• N. Yee、JPMG Linnartz、G. Fettweis、「屋内無線無線ネットワークにおけるマルチキャリア CDMA」、IEEE パーソナル屋内およびモバイル無線通信 (PIMRC) 国際会議、1993 年 9 月、横浜、日本、pp. 109–113 (1993: システムと MC-CDMA という名前を提案した最初の論文)
• K. Fazel および L. Papke、「モバイル通信システムにおける畳み込み符号化 CDMA/OFDM の性能について」、IEEE パーソナル屋内およびモバイル無線通信 (PIMRC) 国際会議、1993 年 9 月、横浜、pp. 468–472
• A. Chouly、A. Brajal、および S. Jourdan、「直接シーケンス拡散スペクトル CDMA システムに適用される直交マルチキャリア技術」、Proceedings of Global Telecommunications Conference (GLOBECOM'93)、pp. 1723–1728、テキサス州ヒューストン、1993 年 11 月。
• N.Yee、JPMG Linnartz、G. Fettweis、「屋内無線ネットワークにおけるマルチキャリア CDMA」、IEICE Transaction on Communications、日本、Vol. E77-B、No. 7、1994 年 7 月、pp. 900–904。
• JPMG Linnartz、「遅延とドップラー拡散の両方を考慮したモバイル レイリー チャネルでの同期 MC-CDMA のパフォーマンス分析」、IEEE VT、Vol. 50、No. 6、2001 年 11 月、pp 1375–1387。PDF
• K. Fazel および S. Kaiser、「マルチキャリアおよび拡散スペクトルシステム: OFDM および MC-CDMA から LTE および WiMAX まで」、第 2 版、John Wiley & Sons、2008 年、ISBN 978-0-470-99821-2。 
• Hughes Software Systems、マルチキャリア符号分割多重アクセス、2002 年 3 月。
• ドイツ航空宇宙センター、通信航法研究所、マルチキャリア符号分割多重アクセス (MC-CDMA) の歴史とマルチキャリア拡散スペクトルワークショップ、2006 年 11 月。
• ワイヤレス通信リファレンス Web サイト、MC-CDMA に関するセクション、2001 年。