Microsoft PowerPoint - ①無線通信システム概要12

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.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

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 ) 00 90 80 70 60 50 40 0 0 0 0 携帯電話加入者数 G PHS G 995 000 005 端末数 ( 百万台 ) 5 0 5 0 5 0 無線 LAN 対応端末数 ホーム RF ゲーム機パソコン 006 007 008 7 0 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

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 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 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. 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 0 - -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. 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

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 6 7 8 9 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 999 999 00 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

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 :5.505.50 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

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