情報通信工学 第 8 章 多元接続方式電話回線セルラー移動体通信衛星通信など 担当松藤
多元接続複数ユーザが通信を行う FDMA (Frequency Division Multiple Access) CSMA (Carrier Sense Multiple Access) 送信 1 受信 1 送信 2 受信 2 : 有線 無線 通信路雑音 +フェージング送信 n 受信 m TDMA (Time Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access) CDMA (Code Division Multiple Access) SDMA (Space Division Multiple Access) Hybrid Multiaccess Schemes
TDMA ( 時分割多元接続 ) ch 1 8 ビット A 多重化操作 C B A B ch 2 C 125us ch 3 125us(8kHZ ) フレーム A B Cのディジタル信号が125usの幅にすべて収められる PHS に適用
符号分割多元接続方式 (CDMA) 拡散符号によって複数局 ( ユーザ ) を識別する多元接続方式 送信局 系列 a 伝送路 受信局 自局 情報 拡散処理 変調 系列 a... 他局 情報... 系列 b 拡散処理 搬送波変調搬送波... 復調 搬送波 逆拡散情報処理複数局が多重 同一周波数帯域上で 複数局が同時に通信 周波数帯域 f 4
送信局 CDMA スキーム DS-CDMA 単一搬送波 ( シングルキャリア ) による直接拡散 CDMA 方式 情報 系列 a 1-1 11-11 情報を時間領域で拡散 t t f f c 周波数スペクトル 拡散前 0 f.. 拡散後 0 fc 帯域幅 MC-CDMA 直交多搬送波 ( マルチキャリア ) による CDMA 方式 f 送信局 情報 a 0 a 1 a N 1 f 0 f 1 f N 1 P/S 1-1 情報を周波数領域で拡散 t 11-11 f c フーリエ変換技術の適用 周波数スペクトル Δ f キャリア間隔 f f 0 1 f f 2 N 2 f N 1 帯域幅 5 f
CDMA 方式携帯電話 送信側 符号 1 雑音 受信側 符号 1 符号 2 Σ 符号 3 基地局 1 有線 基地局 2 符号 4 上り回線下り回線
系列 c 系列 a 遅延波 CDMA 方式と干渉 系列 a aの自己相関 + = 遅延波 aとの自己相関 + 情報復調 b 系列 b a -a bとaの相互相関 + b -c -c c と a の相互相関 干渉除去技術 符号設計 適用受信 干渉推定 適用アンテナ適用アンテナ (MIMO) など
電話 電気信号 交換機 電話局 交換機の働き 1. 受話器を取った電話に信号を送る 2. ダイヤルされた相手を探し 確認音を両者へ送る 3. 相手がでたら回線をつなぐ 4. 会話が終わり受話器を置くと元の状態に戻る 5. 料金を精算する
市外帯域制の構成 SZC (7 局 ) ZC ( 約 50 局 ) GC ( 約 1500 局 ) UC ( 約 1000 局 ) 中継系 の交換局 ( 中継局 ) は 空いているルートを探す 同じルートを辿るとは限らない 加入者系 加入加入電話機 ( 約 6000 万 )
セルラ移動体通信 セル内のユーザ( 子局 ) と基地局は無線 - セル - 基地局間は有線 無線 ユーザ 100m~ 数 km ユーザ 基地局 有線 基地局 携帯電話 : 3G: DS-CDMA/FDD MC-CDMA/FDD LTE: OFDM/SC-FDMA /FDD PHS 方式 :TDMA/TDD ユーザ 基地局から子局への通信 ( 下り回線 :down-link) 子局から基地局への通信 ( 上がり回線 :up-link)
携帯電話システム 加入者交換機 電話網 中継交換機 加入者交換機 (1)0?0で始まる番号をダイヤルすると移動交換局につながる 移動交換機 ホームメモリ局 移動交換機 (2) 番号に対応する携帯端末がどのエリアにあるか調べる (3) エリアが分かったら そのエリア内の全基地局から呼び出し信号を出す セル (4) 携帯端末が応答するとエリアの基地局と回線をつないで通話できるようにする 基地局 位置登録エリア ( クラスタ ) 位置登録エリア ( クラスタ ) 一定周期ごとに自分がどのエリアにいるかをホームメモリに登録する
PHS のシステム構成 家庭用のデジタルコードレスホンの発展型 既在の電話網設備を利用 中継線交換器 中継線交換器 位置登録など 加入者交換局 PHS サービス制御局 加入者交換局 セル PHS 接続装置 PHS 接続装置 ISDN(2B+D) 2 回線で結ぶ 基地 500mW 端末 10mW 基地局 同時 3 台までしか使用できない 最大 29.2kbps 半径 100~300m 徒歩 ~ 自転車
携帯電話のアンテナ NTT ドコモ代々木ビル 携帯アンテナ PHS 8 エレメント 4 エレ
現在の携帯電話方式 LTE(Long Term Evolution): 第 3 世代 (3G) の拡張版 (3.9G) の携帯電話の通信規格 ( 理論上最大受信速度 326Mbps, 送信速度 86Mbps) p) LTE ( 高速化 ) 利用周波数帯域が3Gでは最大で5MHzであったが LTEでは最大で20MHzを使用可能 LTEでは複数のアンテナを使用してデータを同時伝送可能な技術である MIMO を採用 最大 4 4 LTE では変調方式に 下りは OFDMA 上りは SC-FDMA をベースに QPSK 16QAM 64QAM を採用
http://livedoor.blogimg.jp/syoyafunabashi-pc_syoya/imgs/e/c/ecff3636.png 1/2 2015/01/05
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他にも BS-3, JCSAT, N-STAR 衛星通信と通信網 インド洋上 太平洋上 船や航空機などの移動体との通信に利用 世界各国の衛星通信所同市の通信に利用
人工衛星を使った通信 赤道上空 中継器 混信しないために中継器 36000km 円軌道 増幅 で周波数を変換する 上り回線大電力送信器 大型アンテナ 下り回線 BS(Broadcasting Satellite)= 放送衛星送信電力が大きく家庭の小さいアンテナで受信可能 CS(Communication Satellite)= 通信衛星 国際通信 : 長距離の電話やテレビ中継 データ伝送 VSAT: ビジネス用の高速データ伝送ネットワーク SNG: ケーブルを引けない場所からニュース映像の入手 CATV 用映像配信 遠隔授業
ケーブルテレビ (CATV: Community Antenna TeleVision) ヘッドエンドセンター 双方向可 上り ( 音声 データ ) 下り ( テレビ番組 / 音声データ ) 周波数 0 50MHz100MHz 200MHz 300MHz テレビの 1 チャネル分の帯域 =6MHz CATV 電話や CATV でのインターネットが可能
通信ネットワーク 電話 情報センタ利用者端末ファクシミリ ビデオテックス網 ファクシミリ データ機器映像機器データ機器ファクシミリ ファクシミリ情報センタ ファクシミリ網 ISDN 衛星データ交換網 ( 回線交換 ) 専用網 データ交換網 ( パケット交換 ) 電話網 コンピュータ インターネット WWW サーバ データ機器 ファクシミリ データ機器 PHS 航空機 自動車 列車 電話 電話 電話 移動体通信 携帯電話 電話
期末試験範囲 図を書いて説明できること 信号波形 電力 信号対雑音電力比 db 表示 電波と光の説明 半波長アンテナの原理:( 固有 ) 周波数とアンテナの長さ ( 複素 ) フーリエ級数とフーリエ変換 白色ガウス雑音および平均と分散 シャノンの通信容量とその計算 PSK 変調 復調とフーリエ変換による周波数スペクトル 自由空間上と市街地における電波の伝播特性についての差異 フェージングとフェージング対策 レイク受信 MIMO 等 スペクトル拡散通信の原理および特徴 レーダの原理と距離 速度の求め方 アドホックモードとインフラストラクチャーモードの説明 スリーハンドシェイク 隠れ端末問題 さらし端末問題と解決策 多元接続方式 FDMA,TDMA,CDMA,CSMA CSMA セルラー移動体通信(PHSと携帯電話方式) 地上デジタル放送 OFDM 衛星通信と通信網 ダイバーシチ技術 MIMO 等