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電送方式の基礎

変調(Modulation)について

電波で伝送できるようにするために、「音声やデータ」を「無線信号」に変換する技術のこと
ラジオ放送や携帯電話の初期に活用されたアナログ変調と、現在の携帯電話の主流であるデジタル変調がある。

アナログ変調

振幅変調方式(AM: Amplitude Modulation)

→音声の変化を搬送波の振幅の変化として伝送する方法
※機器が単純で済むメリットがあるが、干渉が発生しやすい

周波数変調方式(FM: Frequency Modulation)

→音声やデジタルデータを搬送波の周波数の変化に変えて送る方法
※一定の電波強度があれば、高い通信品質を確保できる。アナログ携帯電話に採用された。音楽放送にも適している。

デジタル変調

振幅偏移変調(ASK: Amplitude Shift Keying)

→300~1200bps程の低速データ伝送に適している

周波数偏移変調(FSK: Frequency Shift Keying)

→0を低い周波数、1を高い周波数で表現し伝送する
※アナログ携帯電話の制御データ伝送に用いられた

位相偏移変調(PSK: Phase Shift Keying)

→一定の周波数の搬送波の位相をずらして伝送する
※位相の変化をより細かくしていくことで、同じ帯域幅でより高速なデータ伝送が可能になる。移動体通信の主体技術となった。(BPSK(2位相)、QPSK(4位相)、8PSK(8位相)等がある)

直交振幅変調(QAM: Quadrature Amplitude Modulation)

→位相偏移変調(PSK)に振幅変調の要素を加えた技術
※1シンボル当たりの送信電力を保ったまま情報量を多くして高速伝送を行うと、
異なる情報シンボル間の電力差が小さくなるため雑音や干渉を受けやすい。

誤り訂正<通信路符号化>(FEC: Forward Error Correction)

伝送路や受信機内で発生する雑音・フェージング・干渉による影響は、送信情報を復元する妨げとなる。
送信情報系列に対してアルゴリズム通りに冗長ビットを付加(=符号化)し送信し、受信側ではアルゴリズムを利用し、受信系列から送信系列を複合する。
※冗長ビット数を多くすることで誤り訂正能力を高めることができる。しかし、情報量が多くなるため周波数利用効率が低下する。

ARQ(Automatic Report request)

フレームまたはパケットなど復号ブロックごとに、復号後の誤りの有無を判定し誤りが検出されたブロックのみ送信側に再送要求する。
ARQとFECを組み合わせることでより高性能なデータ伝送が実現(=Hybrid ARQ)

多重化(Multiplexing)

一定の帯域幅の周波数資源を、周波数・時間・符号空間などによって区分し、それぞれ異なる情報を同時に伝送する技術
※1つの基地局と複数の携帯無線端末間の通信を効率的に使用するために、携帯電話システムにおいて不可欠な技術

 

多元接続(Multiple Access)

複数の携帯無線端末から1つの基地局に向けて情報伝送を行う上り回線において、周波数資源を効率に共有して使用するための技術

FDMA (Frequency Division Multiple Access) 周波数分割多元接続

1つの搬送波を1つの通信で占有する。通信の数分伝送波が必要となるため、複数の搬送波を干渉しない間隔(ガードバンド)を空けて利用する。

TDMA (Time Division Multiple Access) 時分割多元接続

複数のデジタルデータ信号を時分割により1つのデジタルデータ信号に多重化する。
受信側は復調後に目的のデジタルデータ信号を時間軸上で分離する。1つの搬送波で複数の通信を処理できることで、送受信機も簡易な構造にすることができた。

CDMA (Code Division Multiple Access) 符号分割多元接続

① 伝送する個々のデジタルデータ信号で、搬送波をデジタル変調する <1次変調>

② 拡散符号という特殊なビット列(PN符号、QVSF符号等)で再度変調する <2次変調>

③ 受信側で、2次変調に使用した同じ拡散符号で逆拡散し、一次変調信号に戻す

④ これを復元することで元のデジタルデータとなる

高度な電力制御・同期技術が必要とされたが、メリットとして妨害に強い。拡散符号を暗号化することで高度なセキュリティを確保できる。データ通信容量の向上。
DownLinkにおいて干渉の主な要因は、隣接する基地局からの(同一周波数または隣接周波数)電波である。
これらの干渉信号や熱雑音に比べて、「目的の信号の逆拡散後の信号強度」が必要十分な強度となる必要がある。
各基地局の配置や送信電力の適切な設定・制御が必要である。

 OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access)

ユーザ毎に伝送するデータ速度に応じたサブキャリア数を割り当てる技術である。FDMAの進化形。

サブキャリアの割り当ては、リソースの有効活用のためにサブキャリアごとの回線品質や送信速度要求などに応じて、
ダイナミックに更新することが可能である。①連続サブキャリア割当てと②離散的割当てがある。無線LANやモバイルWiMAX、LTEなどに活用されている。

 デュプレクス(復信)方式

DownLinkとUpLinkとの双方間通信として提供する仕組み

 FDD(Frequency Division Duplex)

DownLinkとUpLinkをそれぞれ分離された周波数で行う方式。
この上りと下りの対になった周波数帯域を「ペアバンド」と呼ぶ。

 TDD(Time Division Duplex)

1つの周波数を共通で使用しながら端末と基地局が、交互に高速に送信と受信を切り替えて双方向のデータ通信を行う。
メリットは、FDDと違いペアバンドを組まないため、周波数の割り当てが柔軟に行える。
送信受信が同一の周波数なためスマートアンテナ(電気的に指向性を変化可能)を効率的に利用できる。
高度なタイミングの制御が必要なため、携帯電話ではまだFDDが主流。PHSやWiMAXで採用される。

 

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