シングルキャリアFDMA

シングルキャリアFDMA（SC-FDMA）は、周波数分割多重アクセス方式の一種です。元々はキャリア干渉法として知られていましたが、線形プリコーディングOFDMA（LP-OFDMA ）とも呼ばれます。他の多重アクセス方式（TDMA、FDMA、CDMA、OFDMA）と同様に、共有通信リソースへの複数ユーザーの割り当てを扱います。SC-FDMAは、従来のOFDMA処理の前にDFT処理ステップが追加されているという意味で、線形プリコーディングOFDMA方式と解釈できます。

SC-FDMA は、特にアップリンク通信において、ピーク対平均電力比 ( PAPR ) が低いことで送信電力効率と電力増幅器のコスト削減の点でモバイル端末に大きなメリットをもたらすため、 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。SC-FDMA という名前は、シングルキャリア QAM 信号の特性を模倣した OFDM 信号であることに由来しています。^[¹^] 3GPP Long Term Evolution (LTE) または Evolved UTRA (E-UTRA)のアップリンク多重アクセス方式として採用されています。 ^[²^]^[³^]^[⁴^]

SC-FDMAのOFDMAに対する性能は、さまざまな研究の対象となってきた。^{[ 5 ]}^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}性能差は小さいものの、SC-FDMAの低PAPRという利点は、送信電力効率が極めて重要な移動体通信システムのアップリンク無線伝送にとって望ましい。

送信機と受信機の構造

SC-FDMA の伝送処理は OFDMA と非常によく似ています。各ユーザについて、送信されるビット列は、複雑なシンボル群 ( 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) 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行われます。受信側には、受信する各ユーザ信号に対して、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 (マルチパス伝搬によって引き起こされる) によるシンボル間干渉を効率的に排除するために、シンボルブロック間に巡回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、ユーザー間の多重アクセスが可能になります。これは、送信側で（IDFTの前に）他のユーザーに割り当てられた位置にサイレントフーリエ係数を挿入し、受信側でDFT後にそれらを取り除くことによって実現されます。

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生成することです。サブキャリアマッピングは、局所マッピングと分散マッピングの2種類に分類できます。局所マッピングでは、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、システム帯域幅のごく一部に限定されます。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非連続的にサブキャリアに割り当てられ、残りのサブキャリアの振幅はゼロになります。分散SC-FDMAの特殊なケースとして、インターリーブSC-FDMA（IFDMA）があり、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は固有のシングルキャリア構造を持つため、OFDMやOFDMAに比べて送信信号のピーク対平均電力比（PAPR）が低く、加入者ユニットの送信パスの設計パラメータが緩和されるという大きな利点があります。直感的に言えば、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点DFTブロックで処理されるという事実がその理由です。^{[ 9 ]}

OFDMおよびSC-FDMAでは、受信側でDFT計算後、各フーリエ係数に複素数を乗じることで等化が行われます。これにより、周波数選択性フェージングや位相歪みを容易に補正できます。FFTを用いた周波数領域等化の利点は、マルチタップFIRフィルタやIIRフィルタを必要とする従来の時間領域等化よりも計算量が少ないことです。計算量が少ないということは、数値ノイズとみなせる丸め誤差の累積が少なくなることを意味します。

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、送信機ではIDFTやDFTを使用しませんが、サイクリックプレフィックスを導入して、線形チャネル畳み込みを円形に変換します。受信機でサイクリック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）方式を使用し、その後IDFT演算を行います。

DFT：離散フーリエ変換
IDFT：逆離散フーリエ変換
CP: 循環接頭辞
PS:パルスシェーピング
DAC：デジタル-アナログ変換器
RF：無線周波数信号
ADC：アナログ-デジタル変換器
LP-OFDMA：線形プリコーディングOFDMA

有用な特性

低PAPR（クレストファクター）
搬送波周波数オフセットに対する感度が低い
非線形歪みに対する感度が低いため、低コストのパワーアンプの使用が可能となる。
スペクトルヌルに対する耐性の向上

参考文献

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↑ 「技術仕様グループ無線アクセスネットワーク; 進化した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）。
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[1] 「SC-FDMA vs. OFDM変調 - MATLAB & Simulink」。www.mathworks.com。2024年4月15日取得。

[2] Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). "Single carrier FDMA for uplink wireless transmission" (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長期進化のための技術的解決策". IEEE Communications Magazine . 44 (3): 38–45 . doi : 10.1109/MCOM.2006.1607864 . S2CID 1168131 .

[4] 「技術仕様グループ無線アクセスネットワーク; 進化した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 アップリンク向け DFT 拡散 OFDM ベース SC-FDMA の初期性能評価". 2007 IEEE 第 65 回車両技術会議 - 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使用した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] 「SC-FDMA LTEにおけるシングルキャリアFDMA」（PDF）。Ixia 。

[9] Myung, Hyung; Lim, Junsung; Goodman, David (2006). "パルス整形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 17th International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications . 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). "単一キャリア広帯域無線システムのための周波数領域等化". IEEE Communications Magazine . 40 (4): 58–66 . doi : 10.1109/35.995852 .

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[ 10 ]

シングルキャリアFDMA

送信機と受信機の構造

有用な特性

関連項目

参考文献

関連するトピック

周波数分割多重アクセス

キャリア干渉法として知られていましたが、

DFT

OFDMA