第4世代移動通信システムのコア技術とは何ですか?

第4世代移動通信システムの中核技術は「OFDM」です。 OFDMとは、高速シリアルデータを周波数分割多重することで並列伝送を実現するOrthogonal Frequency Division Multiplexing技術のことで、マルチパスフェージングに強く、マルチユーザーアクセスにも対応します。 OFDM テクノロジーは、拡張性の高いネットワーク構造、優れた耐ノイズ性能、および耐マルチチャネル干渉機能を特徴としており、現在の無線データ技術よりも高品質 (高速、低遅延) のサービスと優れたパフォーマンスと価格を提供できます。これにより、4G ワイヤレス ネットワークにより優れたソリューションを提供できます。

このチュートリアルの動作環境: Windows 7 システム、Dell G3 コンピューター。

第4世代移動通信システムは「4G」と呼ばれます。第3世代移動通信システムをベースに、データ伝送速度の高速化と高品質化を実現した移動通信システムです。

第4世代移動通信システムのネットワークアーキテクチャは、下から物理ネットワーク層、中間環境層、アプリケーション環境層の3層に分かれます。

物理ネットワーク層はアクセスおよびルーティング機能を提供します。中間環境層はブリッジ層として機能し、QoS マッピング、アドレス変換、セキュリティ管理などを提供します。物理ネットワーク層、中間環境層、およびそのアプリケーション環境層間のインターフェースがオープンであるため、次のようなメリットが得られます。

• ① 新しいサービスの開発と提供が容易になる 簡単;

• ② シームレスな高速データ レートの無線サービスを提供できます;

• ③ 複数の周波数帯域で動作できます;

• ④ 複数の通信事業者やサービスプロバイダーにわたる複数の無線規格やマルチモード端末にサービスを適応させ、より幅広いサービスを提供できるようにします。

# 第 4 世代移動通信システムは、コア技術として主に直交周波数分割多重 (OFDM) に基づいています。

OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) は直交周波数分割多重技術であり、実際には、OFDM はマルチキャリア変調の一種である MCM (Multi Carrier Modulation) です。周波数分割多重により高速シリアルデータを並列伝送するため、マルチパスフェージングに強く、マルチユーザーアクセスにも対応します。

OFDM テクノロジーは、MCM (Multi-Carrier Modulation、マルチキャリア変調) から発展しました。 OFDM 技術はマルチキャリア伝送方式の実装方式の 1 つで、変調と復調はそれぞれ IFFT と FFT に基づいて実装され、実装の複雑さが最も低く、最も広く使用されているマルチキャリア伝送方式です。

OFDM テクノロジーは、拡張性の高いネットワーク構造、優れた耐ノイズ性能、および耐マルチチャネル干渉機能を特徴としており、現在の無線データ技術よりも高品質 (高レート、低遅延) のサービスを提供できます。パフォーマンスと価格の比率が向上するため、4G ワイヤレス ネットワーク向けに優れたソリューションを提供できます。

たとえば、ワイヤレス エリア ループ (WLL)、デジタル オーディオ ブロードキャスト (DAB) などはすべて OFDM テクノロジーを使用します。 4G モバイル通信は、ブロードバンド ワイヤレス接続要件の加速する増大に技術的に対応し、公共とプライベート、屋内と屋外の両方の複数の無線システムとネットワークにわたってシームレスなサービスを保証します。

ユーザーが必要とする最高のサービスを、利用可能な最適なネットワーク上で提供することで、予想されるインターネットベースの通信の成長に対応し、新しい周波数帯域を追加し、スペクトルリソースを大幅に拡張し、さまざまな種類の通信を提供できます。主要なネットワーク アーキテクチャとしてルーティング テクノロジを使用し、フーリエ変換を使用してハードウェア アーキテクチャを開発し、第 4 世代のネットワーク アーキテクチャを実現します。モバイル通信はデータベース、高速、ブロードバンド、高周波帯へと発展し、将来的にはモバイルデータとモバイルIPがモバイルネットワークの主流サービスとなるでしょう。

OFDM テクノロジーの長所と短所

利点

OFDM には、次のような多くの技術的な利点があります。 3G および 4G で使用されており、通信に多くの利点があります:

(1) 狭帯域の帯域幅でも大量のデータを送信できます。 OFDM テクノロジーは同時に少なくとも 1,000 のデジタル信号を分離でき、干渉信号の周囲で安全に動作するその能力は、CDMA テクノロジーのさらなる開発と成長を直接脅かします;

(2) OFDM テクノロジーは突然の信号を継続的に監視できます。伝送媒体上の通信特性の変化。データを送信する通信パスの能力は時間の経過とともに変化するため、OFDM はそれに動的に適応し、対応するキャリアをオンまたはオフにして、通信を継続的に成功させることができます;

( 3) この技術は、伝送媒体内のどの特定のキャリアに大きな信号減衰や干渉パルスがあるかを自動的に検出し、適切な変調措置を講じて、指定された周波数でのキャリアの通信を成功させることができます;

(4) OFDMこの技術は、高層ビル、人口が密集し地理的に目立つ場所、信号が拡散するエリアでの使用に特に適しています。高速データ伝送とデジタル音声ブロードキャストはどちらも、信号に対するマルチパスの影響を軽減することを目指しています。

(5) OFDM テクノロジーの最大の利点は、周波数選択性フェージングや狭帯域干渉に対する耐性です。シングルキャリア システムでは、単一のフェージングまたは干渉によって通信リンク全体に障害が発生する可能性がありますが、マルチキャリア システムでは、キャリアのごく一部のみが干渉されます。エラー訂正コードは、これらのサブチャネルのエラー訂正にも使用できます。

(6) 信号波形間の干渉に効果的に対処でき、マルチパス環境やフェージングチャネルでの高速データ伝送に適しています。マルチパス伝送によりチャネル内で周波数選択性フェージングが発生した場合、周波数帯域の落ち込みに該当するサブキャリアとそのサブキャリアが搬送する情報のみが影響を受け、他のサブキャリアは損傷を受けないため、全体的なビット誤り率性能は低下します。システムははるかに優れています。

(7) 各サブキャリアの共同コーディングにより、強力なフェージング防止能力を備えています。 OFDM 技術自体はすでにチャネルの周波数ダイバーシティを利用しているため、フェージングが特に深刻でない場合は、時間領域イコライザーを追加する必要はありません。各チャネルを共同でコーディングすることにより、システムのパフォーマンスを向上させることができます。

(8) OFDM テクノロジは、狭帯域干渉に対して非常に耐性があります。これは、これらの干渉がサブチャネルのごく一部にのみ影響するためです。

(9) IFFT/FFT に基づいた OFDM 実装方法を選択できます;

(10) チャネル使用率が非常に高く、これはスペクトルが限られたワイヤレス環境では特に重要ですリソース; とき キャリアの数が多い場合、システムのスペクトル利用率は 2Baud/Hz になる傾向があります。 (ボーはボーです。1 ボー = log2M (ビット/秒)、M は信号のエンコード レベルです)。

欠点

OFDM には上記の利点がありますが、その信号変調メカニズムは、OFDM 信号の送信プロセスにおいていくつかの欠点も引き起こします。

(1 ) 位相ノイズとキャリア周波数オフセットに非常に敏感です。

これは OFDM テクノロジーの致命的な欠点です。OFDM システム全体には、各サブキャリア間の直交性に関する非常に厳しい要件があります。キャリア周波数がわずかでもずれると破壊されてしまいます。サブキャリア間の直交性が低下し、ISI が発生します。同様に、位相ノイズもシンボル コンスタレーション ポイントの回転と拡散を引き起こし、ISI を形成します。シングルキャリア システムにはこの問題はなく、位相ノイズとキャリア周波数オフセットによって受信信号対雑音比 SNR が低下するだけで、相互干渉は発生しません。

(2) ピーク対平均比が大きすぎる

OFDM 信号は複数のサブキャリア信号で構成されており、これらのサブキャリア信号は異なる変調シンボルによって独立して変調されます。従来の定包絡線変調方式と比較して、OFDM 変調は非常に高い波高率を持っています。 OFDM 信号は多数の小信号の合計であるため、これらの小信号の位相は送信されるデータ シーケンスによって決まります。データによっては、これらの小さな信号が同相であり、振幅が加算されて大きな瞬間ピーク振幅が生成される場合があります。ピーク対平均比が大きすぎると、A/D および D/A の複雑さが増し、RF パワーアンプの効率が低下します。同時に、送信側では、増幅器の最大出力電力によって信号のピーク値が制限されるため、OFDM 周波数帯域内および隣接する周波数帯域間で干渉が発生します。

(3) 必要な線形範囲が広い

OFDM システムはピーク対平均電力比 (PAPR) が大きく、非線形増幅の影響を受けやすいため、OFDM 変調システムはシングルキャリアシステムよりもアンプの影響を受けやすく、線形範囲の要件も高くなります。

関連知識の詳細については、FAQ 列をご覧ください。

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