Microsoft PowerPoint - ①無線通信システム概要12

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きょういちさどひら
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0 年前期無線通信システム第回無線通信システムの概要 IEEE80.a 無線 LAN を例に荒木純道 <araki@mobile.ee.> 0 年 4 月日講義内容無線通信システムの概要無線通信システム設計の概略システム劣化要因と対策技術の概略 IEEE80.

1 0 年前期無線通信システム第回無線通信システムの概要 IEEE80.a 無線 LAN を例に荒木純道 0 年 4 月日講義内容無線通信システムの概要無線通信システム設計の概略システム劣化要因と対策技術の概略 IEEE80.a 無線 LAN デモ 0 年 4 月日講義スケジュール ( 前半 ) 日付教科書内容第回 4 月日 7 無線通信システムの概要 IEEE80.WLANを例に第回 4 月 8 日 5 他無線通信システムのモデルとフェージング第回 4 月 5 日電波伝搬の統計的性質第 4 回 5 月日..4 ディジタル変調と波形整形第 5 回 5 月 9 日.5 復調方式と誤り率特性第 6 回 5 月日.5 符号間干渉と波形等化器第 7 回 5 月 0 日 4. 中間試験 Body Personal 無線通信システムの分類通信速度 BAN PAN LAN 通信距離 MAN Local Metropolitan 0 年 4 月日 0 年 4 月日 4

2 携帯電話無線 LAN の現状無線通信システムレイヤ構造無線通信システム加入者数 ( 百万台 ) 携帯電話加入者数 G PHS G 端末数 ( 百万台 ) 無線 LAN 対応端末数ホーム RF ゲーム機パソコンアプリケーションネットワークアクセス制御 (MAC) 物理層 (PHY) 電波伝搬電波伝搬物理層 (PHY) 電波伝搬アクセス制御 (MAC) 0 年 4 月日 5 0 年 4 月日 7 国際的規律と周波数割当て ITU (International Telecommunication Union) 国際的周波数管理 khz 00GHz WRC (World Radio Conference) 国際電気通信条約の改正 4 年に度開催最近は 007 年 0 月国内の周波数割当て状況ミリ波 60GHz 帯次世代超高速無線 LAN 8GHz 帯準ミリ波 6GHz 帯加入者系無線アクセス (FWA) GHz 帯 9GHz 帯超高速無線 LAN マイクロ波 5GHz 帯高速無線 LAN 準マイクロ波.4GHz 帯 (ISMバンド) 小電力データ通信 ( 無線 LAN) GHz 帯.9GHz 帯.5GHz 帯 900MHz 帯 800MHz 帯第世代携帯電話小規模需要無線アクセス PHS 第世代携帯電話 0 年 4 月日 6 帯域幅? 無線通信システムの設計ある無線通信システムを設計したい! 周波数? アンテナ? 送信電力? アクセス方式? 通信方式? 0 年 4 月日 8

通信方式最大通信距離信号対雑音電力 (SNR) 比最小データレートを犠牲にした誤り率の最小化 ( 信頼性最大 ) 誤りを許容したデータレートの最大化 Bit Error Rate 0 0 0-0 - 0-0 -4 0-5 誤り率特性 BPSK QPSK 6QAM 64QAM 0-6 0 5 0 5 0 5 0 Average SNR

3 システム設計 ( 周波数帯域幅電力 ). 環境屋内屋外通信距離データレート. 周波数と帯域幅 ITU の勧告に従い政治的に決定. 伝搬特性伝搬損失 ( 環境に依存周波数に依存 ) 4. 送信電力所要ビットレート所要最小電力所要最小電力 + 伝搬損失 = 送信電力必要以上の送信電力は他局への干渉伝搬損失屋内伝搬損特性の例通信距離 0 年 4 月日 9 システム設計 ( 通信方式 ) 6. 通信方式最大通信距離信号対雑音電力 (SNR) 比最小データレートを犠牲にした誤り率の最小化 ( 信頼性最大 ) 誤りを許容したデータレートの最大化 Bit Error Rate 誤り率特性 BPSK QPSK 6QAM 64QAM Average SNR per antenna [db] スループット特性 0 年 4 月日システム設計 ( アンテナ ) 5. アンテナアンテナ設置位置アンテナ指向性伝搬損失を補うことが可能衛星通信の例衛星局 0dB 利得移動通信の例基地局 0dB( 垂直面 ) 利得システム設計 ( アクセス方式 ) 7. アクセス方式複数の端末に対する無線リソースの割当てルール予約型 : FDMA TDMA CDMA 競合型 : ALOHA CSMA( キャリアセンス ) 周波数分割時間分割符号分割地球局 0dB 利得端末 0dB 利得アクセス方式 CSMA, TDMA, CDMA 0 年 4 月日 0 0 年 4 月日

システム劣化要因と対策技術無線通信特有の特性劣化要因? フェージング ( 定存波 ) 基地局複数の電波が重なり合うことに起因符号間干渉と等化器.

電波の同報性に起因 (ISM バンドなど ) 0 年 4 月日遅延波あり等化器周波数特性 0 年 4 月日 5 フェージングとダイバーシチ.

-0-0 0 0 信号対雑音電力比 normalized SNR [db] 0 0 年 4 月日 4 0 0 0 - SNR の累積確率 SISO SIMO br. SIMO br. SIMO 4 br.

4 システム劣化要因と対策技術無線通信特有の特性劣化要因? フェージング ( 定存波 ) 基地局複数の電波が重なり合うことに起因符号間干渉と等化器. 等化器遅延波に起因する符号間干渉伝搬路と逆特性を持つフィルタ等化器符号間干渉特性等化器符号間干渉データレートと同程度の遅延波に起因遅延波なし等化前等化後端末他システムからの干渉電波の同報性に起因 (ISM バンドなど ) 0 年 4 月日遅延波あり等化器周波数特性 0 年 4 月日 5 フェージングとダイバーシチ. ダイバーシチフェージングに起因する電力変動複数アンテナの受信信号を合成空間時間周波数ダイバーシチフェージング特性 cumulative distribution 時間または場所信号対雑音電力比 normalized SNR [db] 0 0 年 4 月日 SNR の累積確率 SISO SIMO br. SIMO br. SIMO 4 br. 他局間干渉と CDMA. CDMA 電波の同報性に起因する他局間干渉送受共通の符号 ( 鍵 ) を用いた拡散と逆拡散 (CDMA) 他局からの干渉を抑圧送信スペクトラム拡散前拡散後拡散拡散符号逆拡散受信スペクトラム逆拡散前他局干渉逆拡散後 0 年 4 月日 6 4

5 符号間干渉と OFDM 4. OFDM 遅延波に起因する符号間干渉等化器遅延時間が大きい場合はフィルタの次数が膨大フィルタを周波数軸上で実現直交周波数分割多重 (OFDM) IFFT FFT 送信周波数特性受信周波数特性 0 年 4 月日 7 送信データ畳込み符号化 654 Mbit/s IEEE80.a 4 5 インタリーブ処理サブキャリア変調同期信号付加 ( フレーム処理 ) IFFT ガードインターバル付加畳込み符号器 +パンクチュア誤り訂正適応的なパリティビットインターリーバサブキャリアランダマイザサブキャリア変調 BPSK64QAM 適応変調 4 IFFT+ガードインターバル付加 OFDM 変調 5 シンボル整形帯域外漏洩電力の削減シンボル整形 D A D A 直交変調 6 D-A デジタルアナログ変換 7 直交変調器複素シンボルのIF 信号への変換 8ミキサ RF 周波数 (5GHz 帯 ) への変換 9 電力増幅器 +アンテナ大電力信号への変換と放射 0 年 4 月日 9 HPA IEEE80. 無線 LAN 屋内環境における ISM バンドを想定した無線システム IEEE80.a IEEE80.b IEEE80.g IEEE80.n Year of unapproved approval RF band 5GHz.4GHz.4GHz.4 & 5GHz Channel 0MHz 0MHz 0MHz 0/40MHz bandwidth Modulation OFDM DSSS, CCK OFDM, CCK OFDM, CCK Max data rate 54Mbps Mbps 54Mbps 600Mbps MAC CSMA/CA CSMA/CA CSMA/CA CSMA/CA 0 年 4 月日 8 0 ビタビ復号復号データ 9 デインタリーブ処理 IEEE80.a 8 サブキャリア検波位相回転補正 7 チャネル等価チャネル推定 FFT 6 アンテナ+ 低雑音増幅器受信 + 熱雑音の最小化ミキサ IF(70MHzなど ) 周波数への変換直交復調器複素 BB 信号への変換 4 A-D アナログデジタル変換 5 AFC タイミング検出時間周波数同期ガードインターバル除去 5 タイミング検出 4 直交検波 6 FFT+ガードインターバル除去 OFDM 復調 7 チャネル等化周波数軸等化器 8 サブキャリア検波 BPSK64QAM 復調 9デインターリーバインターリーバの逆変換 0ビタビ復号計算量の小さい誤り訂正復号 0 年 4 月日 0 AFC A D A D AGC LNA 5

( 拘束長 :K=7, 符号化率 :R=/, /, /4) ビタビ復号方式シンボル内インタリーブ伝送レート 6 Mbit/s (BPSK, R=/) 必須 9 Mbit/s (BPSK, R=/4) オプション Mbit/s (QPSK,

Mbit/s (64QAM, R=/4) オプション OFDMシンボル長 4.0 μs ガードインターバル 0.8 μs 占有周波数帯域幅 6.6 MHz チャネル数 4 ( 周波数帯域 :5.505.

6 IEEE80.a の主要諸元変調方式 OFDM 方式 ( 各サブキャリアの変調方式 :BPSK, QPSK, 6QAM, 64QAM) サブキャリア数 5サブキャリア (4パイロット信号を含む) 64ポイントFFTの利用を想定誤り訂正方式畳み込み符号化 ( 拘束長 :K=7, 符号化率 :R=/, /, /4) ビタビ復号方式シンボル内インタリーブ伝送レート 6 Mbit/s (BPSK, R=/) 必須 9 Mbit/s (BPSK, R=/4) オプション Mbit/s (QPSK, R=/) 必須 8 Mbit/s (QPSK, R=/4) オプション 4 Mbit/s (6QAM, R=/) 必須 6 Mbit/s (6QAM, R=/4) オプション 48 Mbit/s (64QAM, R=/) オプション 54 Mbit/s (64QAM, R=/4) オプション OFDMシンボル長 4.0 μs ガードインターバル 0.8 μs 占有周波数帯域幅 6.6 MHz チャネル数 4 ( 周波数帯域 : MHz [ 日本 ]) チャネル間隔 :0MHz 0 年 4 月日 IEEE80.a デモ ( ) 次変調器畳込み符号器インターリーバ QAM 変調器 0 年 4 月日 IEEE80.a デモ IEEE80.a デモ ( ) 適応符号化変調器 BPSK+ レート / 畳込み符号 6Mbps BPSK+ レート /4 畳込み符号 9Mbps 64QAM+ レート / 畳込み符号 48Mbps 4 64QAM+ レート /4 畳込み符号 54Mbps 0 年 4 月日 0 年 4 月日 4 6

7 IEEE80.a デモ ( 遅延波なし ) まとめ無線通信システムの概要 BAN, PAN, LAN, MAN, ITU, PHY, MAC 無線通信システム設計の概略周波数, 帯域幅, 電力, アンテナ, 通信方式システム劣化要因と対策技術の概略フェージング, 符号間干渉, 他局間干渉 IEEE80.a 無線 LAN OFDM と適応符号化変調を用いた W-LAN 0 年 4 月日 5 0 年 4 月日 7 IEEE80.a デモ ( 遅延波あり ) 0 年 4 月日 6 7

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PowerPoint Presentation 2015 年前期無線通信システム第 1 回講義概要阪口啓 2015 年 4 月 15 日無線通信システム身の周りの無線通信身の周りのディジタル無線通信を2つ挙げよ? そのシステムの特徴 ( 周波数通信方式 ) は? 無線通信システム送信機無線伝搬路受信機 2 講義の目的目的無線 LAN などの無線通信システムを設計するための基礎知識として