直交周波数分割多重アクセス

直交周波数分割多重アクセス（OFDMA ）は、広く普及している直交周波数分割多重（OFDM）デジタル変調方式のマルチユーザー版です。OFDMAでは、サブキャリアのサブセットを個々のユーザーに割り当てることで多重アクセスを実現します。これにより、複数のユーザーから同時に低データレートの送信が可能になります。

比較

OFDMAは、OFDMと統計的時分割多重方式の組み合わせと比較されることが多い。以下にまとめた利点と欠点については、「特性と動作原理」のセクションでさらに詳しく説明する。OFDMの主な機能一覧も参照のこと。

利点

複数のユーザーからの低速データ送信を同時に可能にする。
パルス搬送波は回避できる。
低データレートユーザー向けに最大送信電力を低く設定
短い遅延と一定の遅延
競合ベースの多重アクセス（衝突回避）が簡素化される。
OFDMのフェージングおよび干渉に対する耐性をさらに向上させる
狭帯域干渉に対処する。
さまざまな周波数帯域にわたって柔軟に展開でき、エアインターフェースへの変更はほとんど不要です^{[ 1 ]}
異なるセル内のユーザー間で異なる基本キャリア順列を使用し、隣接セルからの干渉を平均化する。
細胞内の干渉は、巡回順列を用いた割り当てによって平均化される。
単一周波数ネットワークによるカバレッジを可能にし、カバレッジに問題がある地域でも優れたカバレッジを提供します。
搬送波を利用周波数帯域全体に分散させることで、周波数多様性を提供する。
チャンネルごと、またはサブチャンネルごとの電力設定が可能です。

デメリット

周波数オフセットと位相ノイズに対する感度が高い^{[ 1 ]}
ウェブアクセスなどの非同期データ通信サービスは、高速データレートでの短い通信バーストを特徴としています。基地局セル内では、少数のユーザーが低速で一定のデータレートで同時にデータを転送しています。
FFTアルゴリズムや前方誤り訂正を含む複雑なOFDM電子回路は、データレートに関係なく常に動作しているため、電力を消費します。一方、OFDMとデータパケットスケジューリングを組み合わせることで、FFTアルゴリズムを一時的に休止状態にすることができます。
各ユーザに割り当てられるサブキャリアが非常に少ない場合、またすべてのOFDMシンボルで同じキャリアが使用される場合、 OFDMのダイバーシティ利得と周波数選択性フェージングに対する耐性が部分的に失われる可能性があります。そのため、チャネルに関する高速フィードバック情報に基づく適応型サブキャリア割り当て、すなわちサブキャリア周波数ホッピングが望ましいと言えます。
OFDMでは、近隣セルからの同一チャネル干渉への対処はCDMAよりも複雑である。そのため、隣接する基地局間での高度な連携を伴う動的なチャネル割り当てが必要となる。
高速チャネルフィードバック情報と適応型サブキャリア割り当ては、CDMAの高速電力制御よりも複雑である。

動作特性と原理

チャネル状態に関するフィードバック情報に基づいて、適応的なユーザとサブキャリアの割り当てが実現できます。^{[ 2 ]}割り当てが十分に速く行われると、OFDMの高速フェージングや狭帯域の同一チャネル干渉に対する堅牢性がさらに向上し、より優れたシステムスペクトル効率を実現できます。

異なるユーザーには異なる数のサブキャリアを割り当てることができ、これにより、差別化されたサービス品質（QoS）をサポートし、各ユーザーのデータレートとエラー確率を個別に制御することが可能になります。

OFDMAは、OFDMと時分割多重アクセス（TDMA）または時間領域統計多重通信を組み合わせる代替手段と見なすことができます。低データレートのユーザーは、「パルス状」の高出力キャリアを使用する代わりに、低送信電力で連続的に送信できます。これにより、一定の遅延、あるいはより短い遅延を実現できます。

OFDMAは、周波数領域と時間領域の多重アクセスを組み合わせたものとも説明でき、リソースは時間周波数空間で分割され、スロットはOFDMシンボルインデックスとOFDMサブキャリアインデックスに沿って割り当てられます。

OFDMAは、拡張性や複数アンテナの使用（ MIMOとの親和性）、チャネル周波数選択性を利用できる能力などの利点があるため、ブロードバンド無線ネットワークに非常に適していると考えられています。 ^{[ 1 ]}

スペクトルセンシング型コグニティブ無線において、OFDMAは空いている無線周波数帯域を適応的に埋めるための有効な手法の一つである。カールスルーエ大学のTimo A. Weiss氏とFriedrich K. Jondral氏は、ノードが感知した空いている帯域をOFDMAサブバンドで即座に埋めるスペクトルプーリングシステムを提案した。

使用法

OFDMAは以下の用途で使用されます。

IEEE 802.16無線MAN規格のモビリティモードは、一般的にWiMAXと呼ばれています。
無線LAN（WLAN）規格IEEE 802.11ax（Wi-Fi 6 / Wi-Fi 6Eとして販売）
IEEE 802.20モバイル無線MAN規格（一般にMBWAと呼ばれる）
MoCA 2.0
3GPP Long-Term Evolution (LTE) 第4世代移動通信規格のダウンリンク。無線インターフェースは以前はHigh Speed OFDM Packet Access (HSOPA)と呼ばれていましたが、現在はEvolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA)と呼ばれています。
3GPP 5G New Radio（5G NR）第5世代移動通信ネットワーク規格のダウンリンクとアップリンク。5G NRはLTEの後継規格です。
クアルコム・フラリオン・テクノロジーズのモバイルフラッシュOFDM
現在は廃止されたクアルコム/ 3GPP2 ウルトラモバイルブロードバンド（UMB）プロジェクトは、 CDMA2000の後継として構想されたものの、LTEに取って代わられた。

OFDMAは、テレビスペクトルのホワイトスペースを利用する認知無線技術であるIEEE 802.22無線地域ネットワーク（WRAN）の候補アクセス方式であり、高スループットモバイルブロードバンド（eMMB）および超高信頼低遅延（URLLC）アプリケーションに関するIMT-2020の要件を満たすことを目的としたDECT -5G仕様の提案アクセス方式でもある。

参考文献

1 2 3フジュン・インとシアヴァシュ・アラムーティ（2007 年 8 月）。「OFDMA: ブロードバンド無線アクセス技術」。2006 IEEE サーノフシンポジウム。IEEE。 pp. 1–4 . doi : 10.1109/SARNOF.2006.4534773。ISBN 978-1-4244-0002-7. S2CID 21920940 .
↑ Guowang Miao ; Guocong Song (2014). Energy and spectrum efficient wireless network design . Cambridge University Press . ISBN 978-1-107-03988-9。

外部リンク

直交周波数分割多重アクセス：未来の多重アクセスシステムとなるか？ 2009年1月5日にWayback Machineにアーカイブ済み、S. Srikanth、V. Kumaran、C. Manikandan他、AU-KBC研究センター、アンナ大学、インド。
OFDM入門– アルカテル・ルーセント社フレキシブル無線講座の責任者であるデバ教授によるチュートリアル。

[yin-1] 1 2 3フジュン・インとシアヴァシュ・アラムーティ（2007 年 8 月）。「OFDMA: ブロードバンド無線アクセス技術」。2006 IEEE サーノフシンポジウム。IEEE。 pp. 1–4 . doi : 10.1109/SARNOF.2006.4534773。ISBN 978-1-4244-0002-7. S2CID 21920940 .

[Miao-2] Guowang Miao ; Guocong Song (2014). Energy and spectrum efficient wireless network design . Cambridge University Press . ISBN 978-1-107-03988-9。

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直交周波数分割多重アクセス

比較

利点

デメリット

動作特性と原理

使用法

関連項目

参考文献

外部リンク

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