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無線通信とは、電波や光波などの電磁波を利用して情報を伝達する通信方式のことで、有線通信と比べて通信範囲が広く、移動の自由度が高いという利点があり、この分野において重要な技術の一つとなっています。現代のコミュニケーション。無線通信の基本原則は次のとおりです。
たとえば、友人に音声メッセージを送信したいが、遠く離れていて対面で通信できない場合は、次のことを行う必要があります。
- アナログ信号サンプリング: アナログ量→デジタル量、音声情報を電気信号(電気信号 = 元のベースバンド信号、低周波) に変換します。一般的に言えば、元のベースバンド信号は連続した音波、電気信号、またはデジタル信号とみなすことができます。私たちのスピーチの音声、携帯電話の音楽ファイルなどのように、これらの信号自体は搬送波信号に変調されていません。つまり、電波を介して送信できる信号にエンコードされていません）。
- 低周波の元のベースバンド信号は、変調技術によって無線伝送に適した高周波信号に変換されます。(振幅変調を使用すると、元のベースバンド信号の振幅を変更して変調信号を生成できます。音は音波を生成しますが、音波は振幅が時間とともに変化する信号です。音波に振幅変調を実行することで、信号と搬送波信号を組み合わせて変調信号を生成できます)
- 変調された信号は無線ネットワークを通じて友人に送信され、友人は変調された信号（高周波）を復調技術によって元のベースバンド信号（低周波）に復元し、スピーカーから再生することでスムーズに通信することができます。
1. 信号伝送
無線通信は、まず情報信号を電波や光波などの電磁波に変換して伝送します。信号の送信中は、信号の帯域幅、周波数、電力、変調方式などの要素を考慮する必要があります。
2. 変調
信号変調は、無線通信における技術であり、変調技術を通じて元のベースバンド信号 (ベースバンド信号、低周波とも呼ばれます) を無線伝送に適した高周波信号 (搬送波信号、高周波とも呼ばれます) に変換します。無線ネットワークにおける信号変調は、アナログ変調とデジタル変調の 2 種類に分類できます。
アナログ変調
アナログ変調は、アナログ回路を通じてアナログ ベースバンド信号を変調信号に変換するプロセスです。一般的なアナログ変調方式には、振幅変調 (AM)、周波数変調 (FM)、位相変調 (PM) があります。
- 振幅変調 (AM): 変調信号は、元のベースバンド信号の振幅を時間の経過とともに変化するように変更することによって生成されます。
- 周波数変調 (FM): 変調信号は、元のベースバンド信号の周波数を時間の経過とともに変化するように変更することによって生成されます。
- 位相変調 (PM): 変調信号は、元のベースバンド信号の位相を時間の経過とともに変化するように変更することによって生成されます。デジタル変調
デジタル変調
これは、デジタル回路を通じてデジタル ベースバンド信号を変調信号に変換するプロセスです。デジタル変調には、振幅偏移キーイング (ASK)、周波数偏移キーイング (FSK)、および位相偏移キーイング (PSK) の 2 つの主なタイプがあります。
- 振幅偏移変調 (ASK): デジタル変調は、デジタル ベースバンド信号の「0」と「1」を異なる振幅に対応させることによって実現されます。
- 周波数偏移変調 (FSK): デジタル変調は、デジタル ベースバンド信号の「0」と「1」を異なる周波数に対応させることによって実現されます。
- Phase Shift Keying (PSK): デジタル変調は、デジタル ベースバンド信号の「0」と「1」を異なる位相角に対応させることによって実現されます。
3. 復調
受信側では、受信した変調信号を復調し、元の情報信号に変換する必要がある。復調では、信号ノイズや干渉などの要因を考慮する必要があります。
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直接検波・復調（包絡線検波）：変調信号を非線形素子（ダイオードなど）を通過させた後、ローパスフィルターを介して包絡線信号を抽出することで、変調信号の復調を実現します。
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コヒーレント復調 (コヒーレント検波): 受信側で、変調信号の位相情報が基準信号から復元され、変調信号は振幅復調器を通じて元のベースバンド信号に復調されます。
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周波数弁別 (周波数弁別): 受信信号は、主に周波数変調 (FM) 信号の復調に使用される周波数弁別器を通じて復調されます。
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位相復調 (Phase Demodulation): 受信信号は、位相比較器を介して局部発振器によって生成された信号と比較され、変調信号の位相情報が取得され、その後、変調信号はデフェーズ信号を介して元のベースバンドに復調されます。
4. チャネルコーディング
無線通信の信頼性とセキュリティを向上させるために、情報信号を符号化してチャネルの誤り訂正能力と機密性を高めるために、チャネル符号化技術がよく使用されます。
チャネルコーディングは、冗長情報を追加することでデータ伝送の信頼性を向上させる技術です。一般的に使用されるチャネルコーディング方法には次のものがあります。
- パリティ チェック コード (パリティ チェック コード): 最も単純なエンコード方法であり、データ内のエラーを検出するためにデータにパリティ ビットを追加するだけで済みます。
- 巡回冗長検査 (CRC): マルチビット エラーを検出できる一般的なチェック コードであり、データ送信時のエラーを検出するために使用されます。
- ハミング符号：単位ビット誤りを訂正できる符号化方式であり、誤り訂正能力が高い。
- 畳み込み符号：スライディングウィンドウを利用した符号化方式であり、誤り訂正能力が高く、符号化率や遅延特性が良好で、移動体通信や衛星通信などの分野で広く用いられている。ターボ符号（Turbo Code）：高い誤り訂正能力と優れた性能を備えた多層反復符号化方式であり、無線通信やデジタルTVなどの分野で広く使用されています。
5. 多重化
無線通信では、各ユーザーが無線チャネルを使用して通信を行うため、各ユーザーが独立したチャネルを占有すると、無線チャネルのリソースがすぐに消費されてしまい、通信効率が低下します。
多重化テクノロジーにより、複数のユーザーが同じチャネルを共有して、チャネル リソースをより効率的に使用できるようになります。この技術は、チャネルをいくつかのサブチャネルに分割し、各サブチャネルを異なるユーザーに割り当て、複数のユーザーのデータを同じチャネルで同時に送信します。具体的には、多重化技術により、時間、周波数、またはチップに従ってチャネルを複数のサブチャネルに分割し、異なるユーザーが異なるサブチャネルで通信して相互干渉を回避できます。
一般的な多重化手法は次のとおりです。
- 時分割多重 (TDM): チャネルは時間に従って複数のタイム スロットに分割され、異なるユーザーが異なるタイム スロットでデータを送信し、各ユーザーは固定のタイム スロットを占有します。
- 周波数分割多重 (FDM): チャネルは周波数に従っていくつかのサブチャネルに分割され、異なるユーザーが異なるサブチャネルでデータを送信し、各ユーザーは固定のサブチャネルを占有します。
- 符号分割多重 (CDMA): 異なる拡散符号を使用することにより、チャネルがいくつかのチップ シーケンスに分割され、異なるユーザーが符号化と復号化に異なる拡散符号を使用して、同じチャネル上でデータの送信を実現します。
実際のアプリケーションでは、より優れたチャネル利用効率とデータ伝送効果を実現するために、さまざまな多重化技術が組み合わせて使用されることがよくあります。
6. 電力制御
無線通信の信頼性の確保と省エネルギーのためには、電波の送信電力を制御する必要があります。電力制御では、チャネル損失や干渉などの要因を考慮して、最適な送信電力を決定する必要があります。