Microsoft PowerPoint - ①無線通信システム概要140409

年 前 期 無 線 通 信 システム 第 回 無 線 通 信 システムの 概 要 IEEE8.a 無 線 LANを 例 に 荒 木 純 道 <araki@mobile.ee.> 年 月 9 日 講 義 スケジュール( 前 半 ) 日 付 教 科 書 内 容 第 回 月 9 日 7 無 線 通 信 システムの 概 要 IEEE8.WLANを 例 に 第 回 月 6 日 他 無 線 通 信 システムのモデルとフェージング 第 回 月 日 の 統 計 的 性 質 第 回 月 日.. ディジタル 変 調 と 波 形 整 形 第 回 月 日. 復 調 方 式 と 誤 り 率 特 性 第 6 回 月 8 日. 符 号 間 干 渉 と 波 形 等 化 器 第 7 回 6 月 日. 中 間 試 験 年 月 9 日 講 義 内 容 無 線 通 信 システムの 分 類 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 IEEE8.a 無 線 LAN デモ Body Personal 通 信 速 度 BAN PAN LAN 通 信 距 離 MAN Local Metropolitan 年 月 9 日 年 月 9 日 加 入 者 数 ( 百 万 台 ) 携 帯 電 話 無 線 LANの 現 状 携 帯 電 話 加 入 者 数 無 線 LAN 対 応 端 末 数 9 G 8 PHS 7 G 6 99 端 末 数 ( 百 万 台 ) ホームRF ゲーム 機 パソコン 6 7 8 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 GHz WRC (World Radio Conference) 国 際 電 気 通 信 条 約 の 改 正 年 に 度 開 催 最 近 は7 年 月 国 内 の 周 波 数 割 当 て 状 況 ミリ 波 6GHz 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 GHz 帯 高 速 無 線 LAN 準 マイクロ 波.GHz 帯 (ISMバンド) GHz 帯.9GHz 帯.GHz 帯 9MHz 帯 8MHz 帯 小 電 力 データ 通 信 ( 無 線 LAN) 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 年 月 9 日 年 月 9 日 6

無 線 通 信 システム 無 線 通 信 システムの 設 計 レイヤ 構 造 無 線 通 信 システム ある 無 線 通 信 システムを 設 計 したい! 7 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) 帯 域 幅? 周 波 数? アンテナ? 通 信 方 式? 物 理 層 (PHY) 送 信 電 力? アクセス 方 式? アクセス 制 御 (MAC) 年 月 9 日 7 年 月 9 日 8 システム 設 計 ( 周 波 数 帯 域 幅 電 力 ) システム 設 計 (アンテナ). 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 ) 伝 搬 損 失 屋 内 伝 搬 損 特 性 の 例. 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 db 利 得 移 動 通 信 の 例 基 地 局 db( 垂 直 面 ) 利 得. 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 通 信 距 離 地 球 局 db 利 得 端 末 db 利 得 年 月 9 日 9 年 月 9 日 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 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) - 誤 り 率 特 性 BPSK QPSK 6QAM 6QAM スループット 特 性 周 波 数 分 割 時 間 分 割 符 号 分 割 Bit Error Rate - - - - -6 Average SNR per antenna [db] アクセス 方 式 CSMA, TDMA, CDMA 年 月 9 日 年 月 9 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 端 末 複 数 の 電 波 が 重 なり 合 うことに 起 因 符 号 間 干 渉 データレートと 同 程 度 の 遅 延 波 に 起 因 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) 年 月 9 日 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 normalized 号 対 雑 音 SNR 電 力 [db] 比 年 月 9 日 - SNRの 累 積 確 率 SISO SIMO br. SIMO br. SIMO br. 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 遅 延 波 なし 遅 延 波 あり 等 化 前 等 化 器 等 化 器 周 波 数 特 性 等 化 後 年 月 9 日 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 年 月 9 日 6 符 号 間 干 渉 とOFDM. OFDM 遅 延 波 に 起 因 する 符 号 間 干 渉 IEEE8. 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 IEEE8.a IEEE8.b IEEE8.g IEEE8.n 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) 送 信 周 波 数 特 性 受 信 周 波 数 特 性 Year of 999 999 unapproved approval RF band GHz.GHz.GHz. & GHz Channel MHz MHz MHz /MHz bandwidth Modulation OFDM DSSS, CCK OFDM, CCK OFDM, CCK Max data rate Mbps Mbps Mbps 6Mbps IFFT FFT MAC CSMA/CA CSMA/CA CSMA/CA CSMA/CA 年 月 9 日 7 年 月 9 日 8

IEEE8.a 送 信 データ 畳 込 み インタ サブキャ シンボル ガードインタ IFFT 符 号 化 リーブ 処 理 リア 変 調 ーバル 付 加 整 形 6 Mbit/s 同 期 信 号 付 加 (フレーム 処 理 ) 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 BPSK6QAM 適 応 変 調 IFFT+ガードインターバル 付 加 OFDM 変 調 シンボル 整 形 帯 域 外 漏 洩 電 力 の 削 減 6 7 8 9 D A 直 交 変 調 D A HPA 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 (GHz 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 年 月 9 日 9 復 号 データ ビタビ 復 号 9 デインタ リーブ 処 理 IEEE8.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(7MHzなど) 周 波 数 への 変 換 直 交 復 調 器 複 素 BB 信 号 への 変 換 A-D アナログデジタル 変 換 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 AFC タイミング 検 出 A D A D 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 BPSK6QAM 復 調 9デインターリーバ インターリーバの 逆 変 換 ビタビ 復 号 計 算 量 の 小 さい 誤 り 訂 正 復 号 年 月 9 日 AGC LNA IEEE8.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, 6QAM) サブキャリア 数 サブキャリア(パイロット 信 号 を 含 む) 6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=/, /, /) 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=/) オプション Mbit/s (QPSK, R=/) 必 須 8 Mbit/s (QPSK, R=/) オプション Mbit/s (6QAM, R=/) 必 須 6 Mbit/s (6QAM, R=/) オプション 8 Mbit/s (6QAM, R=/) オプション Mbit/s (6QAM, R=/) オプション OFDMシンボル 長. μs ガードインターバル.8 μs 占 有 周 波 数 帯 域 幅 6.6 MHz チャネル 数 ( 周 波 数 帯 域 :.. MHz [ 日 本 ]) チャネル 間 隔 :MHz 年 月 9 日 IEEE8.aデモ 年 月 9 日 IEEE8.aデモ( ) 次 変 調 器 IEEE8.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/ 畳 込 み 符 号 9Mbps 6QAM+ レート/ 畳 込 み 符 号 8Mbps 畳 込 み 符 号 器 インターリーバ QAM 変 調 器 6QAM+ レート/ 畳 込 み 符 号 Mbps 年 月 9 日 年 月 9 日

IEEE8.aデモ( 遅 延 波 なし) IEEE8.aデモ( 遅 延 波 あり) 年 月 9 日 年 月 9 日 6 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 IEEE8.a 無 線 LAN OFDMと 適 応 符 号 化 変 調 を 用 いたW-LAN 年 月 9 日 7