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第7回 無線機器（続き）• ＦＭ送信機、ＦＭ受信機

– プレエンファシス、ＦＭ変調器、周波数逓倍器

– リミッタ、ミューティング、デエンファシス

• ＦＭステレオ

• 送信機の性能、受信機の性能

– 占有周波数帯幅、スプリアス放射、アンテナ電力

– 感度、選択度、忠実度

ＦＭ送信機(P.157)

FM送信機は、周波数が高くなるほど信号の減衰が大きいので（SN比悪化）、あらかじめ高域を強調しておくことをプレエンファシスといいます。実体はRC回路です。 RC回路構成

信号増幅器信号波をそのまま増幅します

ＦＭ変調器信号の大きさによって周波数を変えます

周波数逓倍器

変調器で得られた信号の周波数を整数倍します ⇒ 高周波となります

緩衝増幅器終段電力増幅器

AM送信機を同じなので説明省略

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ＦＭ送信機

ＦＭ変調器

ＡＭ送信機の発振器で用いた技術・電圧制御発振器（VCO）・自動位相調整器（ＰＬＬ）を用いて、安定した中心周波数のFM波に変換します

すでにＶＣＯ回路例は説明しましたが、右図の回路図も同様に、可変容量ダイオード（バリキャップともいう）により電圧でコンデンサ容量を変化させ、発振回路の周波数を制御します（現在VCOはIC化されたものもあります）

信号の大きさによりFM波を発生させます

問1～問3へ

ＦＭ受信機(P.159)

リミッタ

デエンファシス

ミューティング

FM波の振幅を制限します。後段復調器の歪や雑音を抑える目的

高周波増幅器電波は微弱なので、まず、受信周波数のまま増幅します。

周波数変換中間周波数 fIF に変換します。

中間周波数増幅器中間周波数を増幅します。

送信時に強めた高周波成分を弱めて本来の信号成分に近づけます。

本来の大きさの電波がないとき、信号増幅を遮断し雑音を出力しないようにします。

この機能は、スケルチともいいます。

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ＦＭ受信機ＦＭ復調器

①複同調型復調器

周波数弁別器とも呼びます。FM変調の周波数変化を電圧や電流の変化として取り出します。

②ＰＬＬ型復調器

複同調型は、回路内に異なる共振周波数を持たせ、周波数に応じて、電圧を変化させます。（下図参照）

上側の回路と下側の回路で共振周波数を変えて作ります

電圧制御発振器の出力周波数がFM波の周波数と同じになるように出力電圧を調整する回路です。（下図参照）

問4,5へ

ＦＭステレオ（P.164）

FMラジオでは左チャンネル(L)と右チャンネル(R)の信号波を多重化して送信しています。

マトリクス回路原理図

平衡変調器に、L-Rの周波数と38kHzを入力すると38kHz±(L-R)の周波数となります。（混合器と同様です）

受信機側のマトリクスでは、(L+R)と(L-R)が入力となるので、(L+R)+(L-R) = 2L (L+R)-(L-R) = 2R が出力され、左(L)右(R)が別々に取り出せます。

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送信機の性能(P.165)

スプリアス放射

増幅器の非直線部によって生じる高調波成分と周波数逓倍器によって生じる不要な成分をスプリアスと呼びます

占有周波数帯幅

電波法により、左図のように上端0.5%、下端0.5%を除いた周波数の幅を占有周波数帯幅といいます

無線設備規則により、放送等無線業務の占有周波数帯幅の範囲が決められています。

送信機の性能周波数安定度

搬送波の周波数は安定していなければならず、無線設備規則により、放送等無線業務の周波数許容偏差が決められています。

アンテナ電力

送信機からアンテナに供給される電力は下記の３つで表します。１．せん頭電力：左図参照２．平均電力：送信中の平均電力３．搬送波電力：無変調時の平均電力

受信機の性能

受信機の性能は、感度、選択度、忠実度、安定度などで表されます

⇒ P.168

この間１周期の電力せん頭電力

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第8回 無線通信のいろいろ• 固定通信

• 移動体通信

– セル、クラスタ、多元接続

• 衛星通信

– トランスポンダ、アップリンク、ダウンリンク、衛星放送

• 無線応用

– レーダ、電波航法システム、ＧＰＳ

固定通信(P.170)

固定通信は、市外電話の中継等、固定地地点間の情報を伝送するシステムです。遠い場所には、中継局を介して情報を送ります。

衛星通信やレーダーなどもマイクロ波を利用していますが、決まった地点間の通信ではないので、固定通信ではありません

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[MHz]100 200 300 400 500 600 700 800 900

・警察無線・消防・救急無線・鉄道・バス無線・漁業無線・業務用無線など

・沿岸船舶無線電話・コードレス電話・航空無線・公共移動通信など

・タクシー無線・列車無線・コードレス電話・警察無線など

・携帯電話・MCA(業務用)システム・航空機無線・地域防災無線など

700MHz～900MHz帯400MHz帯250MHz帯150MHz帯

1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 2.0 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 [GHz]

・携帯電話・MCAシステム

1.5GHz帯

・衛星移動通信・GPS

1.6GHz帯

・携帯電話

1.7GHz帯

・PHS

1.9GHz帯

・携帯電話

2.1GHz帯

・無線LAN・ブルートゥース

2.4GHz帯

・WiMAX・AXGP

2.5GHz帯

携帯電話、PHSの利用帯域

移動無線通信の利用状況

移動無線通信は、携帯電話をはじめ幅広く利用されています

携帯電話システム

携帯電話システム・携帯電話端末・基地局

端末との電波授受

・移動交換局相手端末との接続切替え

・関門中継局電話網との中継

・専用通信網各局間の通信ネットワーク

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携帯電話システム携帯電話システムでは、

基地局の周り(3Gでは3～5km)をセルと呼ぶ小さなエリアに分割し、いくつかのセルをまとめたものをクラスタと呼びます

移動携帯端末は、常に電波を出し、ホームメモリ局に自分の位置を登録します（位置はクラスタ単位で識別します）

電話網から電話がかかると①関門中継局が着信②移動交換局へ接続③ホームメモリ局に相手の登録されている

クラスタ問い合わせし、登録エリアを得る④相手のいるエリアの交換局へ接続⑤登録エリアの全セルで一斉呼出し⑥受話すると基地局は通信チャネルを確保し通話が可能となる

セル（クラスタサイズ７の例）

セルのサイズ・フェムトセル(10m)・ピコセル(数10m) ー 無線LAN・マイクロセル(数100m) ー 3G、LTE、WiMAX・セル(3～5km) ー 携帯電話

フェムトセル：高層マンションの最上階など電波が届きにくいところで利用される

隣接セルは異なる周波数を割り当て、セルを小さくすると同じ周波数を繰り返し利用できるので周波数利用効率が上がります電力消費も少なくなり、電波の品質も上がりますただし、基地局がそれだけ必要となります

周波数割当て(クラスタサイズ7)

セルとクラスタ

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アナログコードレス電話 ディジタルコードレス電話第2世代携帯電話

第3世代携帯電話 第4世代(LTE)、WiMAX、無線LAN

多元接続

スペクトラム拡散通信で周波数範囲を

広げています

-1 -1 -1 １ -1 -1 １ １ -1 １ -1 １ １ １ １

拡散信号 周期15のM系列での例

-1 -1 -1 １ -1 -1 １ １ -1 １ -1 １ １ １ １

k ずらしたときの積の和 ⇒ k = 0 のときに最大 ⇒ この系列を2次変調に利用

(この拡散信号を送信情報に乗ずる⇒拡散)

同期信号を入れておき、受信信号に拡散信号を乗ずれば、k=0 のタイミングで元の情報を取り出すことができます(⇒逆拡散)

× 積和

k

拡散、逆拡散

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LTE技術 OFDM 64QAM MIMO

Orthogonal Frequency Division Multiple Access(直交周波数分割多元接続)

問ALTEは何の略？ OFDM信号

全伝送帯域

サブキャリア

分割帯域

時間

周波数

ユーザA ユーザCユーザB ユーザD

LTE技術 OFDM 64QAM MIMO

QPSK ⇒ 4つの位相を使う ⇒ 1シンボルで2ビット（2の2乗）を伝送可能16QAM ⇒ 位相と振幅の両⽅を使う ⇒ 1シンボルで4ビット（2の4乗）を伝送可能LTEで使われる64QAMは6ビット（2の6乗）を伝送可能

Quadrature Amplitude Modulation

(直交振幅変調)

移動通信はノイズなどの影響で⼲渉を受けることもあり、LTEでのデータ変調⽅式は64QAMまでとなっています。基地局と端末の距離が離れた場所や端末の電力の制約があるアップリンクでは16QAMを使うなど、無線環境に応じて切り替えて通信品質の劣化を防いでいます。

（リンクアダプテーションと呼ばれます）

64QAM ⇒ 16QAMの4倍の高速通信 ⇒ LTEに不可欠の技術です

問B64QAMは何故6bit/シンボルになりますか？

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LTE技術 OFDM 64QAM MIMO

NTT技術報告より

Multiple Input Multiple Output

MIMOとは、複数のアンテナを用い、複数の伝送経路（チャネル）で通信する方式です。各アンテナから、それぞれ同時に異なるデータを送受信できるため、アンテナの数が増えると通信速度が向上します。

例えば、２×２MIMOは、送信用と受信用にそれぞれ2本のアンテナを使用して、１本のアンテナの場合の2倍の通信速度になります。４×４MIMOでは、4倍の通信速度になります。

この技術は、市販の無線LAN機器にも使われているので、店で確かめでみましょう

２種類のLTE

FDD-LTE と TD-LTE

FDD-LTE（Frequency Division Duplex Long Term Evolution）「電話通信」から発展したLTESoftBank 4G LTE、au 4G LTE、ドコモXi、LTE-Advancedなど一般的に「LTE」と言えば、FDD-LTEを指します

TD-LTE（Time Division Long Term Evolution）

「無線通信」から発展したLTEWiMAX、WiMAX 2+のほかに、ソフトバンクのAXGP回線（SoftBank 4G）

周波数上りと下りで、別々の周波数帯域を利用する

上りと下りで、同じ周波数帯域を利用する

メリット：上りと下りの比率を調整できるので、アクセス集中による通信障害を緩和可能

メリット：上りと下りが別なので衝突が発生することがないので高速通信が可能

ＬＴＥの種類

周波数

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通信速度の面で有利なLTEの問題・電波が届くエリアが狭い・電波が障害に弱い

音声は3Gで通信(VoLTEは機種制限あり)

音声は3G、データはLTEの2重構造⇒ 今後の維持が問題⇒ VoLTEへの移行

VoLTEはLTE網での質を保証した(QoS)IP電話化といえます

⇒ 設備更新のコストの問題

3GとＬＴＥの共存

問C VoLTEは何の略？

衛星通信

宇宙局(人工衛星の中継局)地球からの電波を受信し、周波数変換、増幅を行い再送信するトランスポンダー搭載

アップリンク：地球局 → 宇宙局ダウンリンク：宇宙局 → 地球局

電子の窓(1～10GHz)を利用降雨や空気による減衰が少ない

宇宙局では、アップリンク、ダウンリンクとも双方向通信を行うため、アップリンクとダウンリンクは異なる周波数を利用します

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衛星通信の例

インマルサットシステム静止衛星の宇宙局を仲介して、遠距離海上の船舶地球局と海岸地球局を結び、通信網管理局との情報のやりとりを行います

衛星放送

衛星を使って行う放送を衛星放送といい、これに利用する衛星を放送衛星(BS)といいます

日本の放送衛星は東経110°の赤道上にある静止衛星です

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無線応用(P.180)

レーダー指向性の鋭い電波を放射し、目標物からの反射電波を受信して、電波の往復時間とアンテナの向きから、目標物の距離と方位を測定します

⇒ 目標物の移動方向、移動速度、衝突予測などに利用されています

無線応用(P.180)

電波航法システム（船舶や航空機の航行支援）無線標識

・中波無線標識 － 船舶・航空機向け 、電波方向探知機・VOR/DME － 超短波 － 航空機向け、

→ VORで方位（指向性回転）、DMEで距離を測定・ロラン － 双曲線航法 － 船舶・航空機向け

→ ２つの点からの距離の差が

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全地球測位システム(GPS）の種類

自立型GPS3つのGPS衛星から電波を受けて、衛星からの距離を測定します。(カーナビ)

電波は球面で広がるので、1つの衛星からの電波では同じ距離の球面上の位置しか特定できません。3つの衛星からの電波を受け取れれば、球面の交点から位置を捕捉できます。

ただし、時間が正確に測れることが条件です。もし、100万分の1秒だけずれたとすると、電波は30万km/秒なので、300m もずれが発生することになります。

自立型GPS カーナビ 10～20m 衛星電波のみA-GPS 携帯電話 数m～数十m 基地局情報の補正利用DGPS 海上保安庁 数cm～1m 衛星ごとの誤差修正利用RTK-GPS 測量用 1cm 共用基準点などをセンターと通信

無線応用(P.180)

自立型GPS カーナビ 10～20m 衛星電波のみA-GPS 携帯電話 数m～数十m 基地局情報の補正利用DGPS 海上保安庁 数cm～1m 衛星ごとの誤差修正利用RTK-GPS 測量用 1cm 共用基準点などをセンターと通信

無線応用(P.180)

Ａ－GPS（Assisted－GPS）現在、一般的に利用されているGPSは、ほとんどがこのＡ－ＧＰＳです。Ａ－ＧＰＳでは３個の衛星の電波と位置情報センターからの情報を基地局から受け取り、修正します。（携帯電話など）

DGPS（Differential GPS）正確な位置が分かっている基準点にGPS受信機を設置し、標識局の測定値との誤差から修正します。標識局からは、中波やFM電波で送信します。

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全地球測位システム(GPS）の種類

自立型GPS カーナビ 10～20m 衛星電波のみA-GPS 携帯電話 数m～数十m 基地局情報の補正利用DGPS 海上保安庁 数cm～1m 衛星ごとの誤差修正利用RTK-GPS 測量用 1cm 共用基準点などをセンターと通信

無線応用(P.180)

RTK-GPS（Real Time Kinematic GPS）国土地理院が定める測量用精度のＧＰＳです。4個以上のGPS衛星を利用し、GPSの値と電子基準点とデータセンタ間のデータを解析した値で位置を決定します最も精度は高いですが、時間とコストをかかります。

本日の講義はここまで