通信ディジタル工学

達成目的

携帯電話は常に近隣の無線基地局の電波強度を測定し続けていて、電波がある一定の強度以下になると、それまでの回線を切断して、より強度の強い別の回線に切り替えるようになっているためです。常に次の接続の準備を行っているので、利用者に意識させることなく、スムーズに切り替えることがでるのです。この仕組みは「ハンドオーバー」と呼ばれています。

波を送る

基地局からスマホ、スマホから基地局に電波を送る。
波の式は以下である。
S(t)=A(t)cos(2πfct + Θ(t))

振幅　A(t)
周波数　fc
位相　Θ(t)
上記3つは変えられる。

つまり、上記3つをうまく調整して、デジタル信号を電波に変換し情報を送ることを考える。

周波数は使える周波数帯が決まっている。
振幅と位相の変化に情報を乗せる。

デジタル変調器

BPSK (Binary Phase Shift Keying)

電波で変えられる要素「振幅・周波数・位相」のうち、位相のみを変化させて変調する。2つの入力データ(0,1)を2つの位相(0,π)に対応させて送信する。

スマホ→基地局の例を考える。スマホ側から0101を送りたいときは、まず位相0でピュっと短く電波を出す。次に位相πでピュっと短く電波を出す。これを入力データと位相の対応に従って続けていく。

QPSK

4つの入力データ(00,01,10,11)を4つの位相(0,1/2π,π,3/2π)に対応させて送信する。
(1/2πづつずらした位相に入力データを対応させる）

てかそもそも波は周波数一定で送れないの？

ドップラー効果

音源が移動しながら音を発するとき、進行方向に進む音は波長が短くなり、 反対に進行方向と逆方向に進む音は波長が長くなる。

• ICチップはCPUとメモリで構成されている
  カードリーダー等の外部機器から電気を供給してもらって動く。

フェージング

電波は球面で広がるの？→yes
波源から球面で広がる。ただし、遠くの受信点では球面がほぼ平面に近似できる。
波源から球面で広がるため、遠くに行けば行くほど球の表面積が増え、単位面積当たりの電力が減少する。→

電波の速度

電波は電磁波の一種なので、速度は光と同じ 1[秒]間に30万[km]進みます。
（早っ！！）

電波の波長

波長＝1秒間に進む距離(30万km)/1秒間に振動する回数(=周波数)
例えば周波数5GHzの波長は、3.010^8m/5.010^9=0.06m=6cm

ホイヘンスの原理

Wifiを使う＝ノード機器とルータ間で電波の送受信が行われている。

LTEの仕組み

回折への対応

受信を考える。電波は360度あらゆる方向から飛んでくる。電波同士が干渉しあうという問題が発生する。解決策は以下である。

• マルチパスを受信しない
  アダプティブアレイアンテナを⽤いる。
• マルチパスフェージングによる変動（遅延プロファイルもしくは位相
  変動）を推定し、逆特性のフィルタをかける。
  等化⽅式
• 差動変調、遅延検波の利⽤
• 情報を複数のチャネルを⽤いてゆっくりと伝送
  並列伝送⽅式

フェージング

無線通信において、時間差をもって到達した電波の波長が干渉し合うことによって電波レベルの強弱に影響を与える現象

並列伝送

• 周波数分割多重伝送
• 符号分割多重伝送

直交周波数分割多重伝送（OFDM)