| □ H20年12月期 A-23 Code:[HI0403] : UHF帯等の移動体通信に特有な伝搬特性と対応した通信方式 |
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(1) 無線工学の基礎 |
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分野別出題一覧 |
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| 2022年 |
| 12/31 12月期問題頁掲載 |
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モービルをやられる方はご存知かと思いますが、一定のスピードで走っていても、アンテナで受信される信号の強さは常に変動しています。また、モービルではFMだとよく分かりませんが、衛星通信など高速に動く物体と通信する時は、その速度に応じて周波数が変化する、ドップラー（ドプラとも書きます）効果が顕著になることがあります。［１］複数の経路の電波の合成…マルチパスフェージングフェージングはHFだけで起こるものではありません。電離層やラジオダクトなどを介しない通信においても発生します。 | |
 Fig.HI0403_a 移動体との通信と伝搬現象 |
特に、VHF以上の電波を使う移動体との通信では、Fig.HI0403_aの左のように、建物や山などに反射・回折がある経路が複数存在することは日常的にあります。このような複数の伝搬経路のある中を受信しながら進んで行くと、経路差が波長λの整数倍となった時には電界が強く、逆に、経路差がλ/2の奇数倍になった時には弱くなります。 これは、電波の「干渉」によるものですが、特にこれにより生じるフェージングをマルチパスフェージングと呼んでいます。移動している受信側では、刻々と複数の経路の経路長が変化して電界強度が変化するので、フェージングとなるわけです。 |
FMの受信では、弱くなった時にスケルチのスレッショルドレベルを超えるぐらいの十分な強さがあればいいですが、弱くなった時にスケルチで切られると、音声が途切れて、非常に聞きづらくなります。［２］周波数がずれるドップラー効果ドップラー効果自体は、消防車などがサイレンを鳴らしながら近づいてくる時、遠ざかる時で、音の高さが変わる現象として普段接していますが、電波においても全く同じことが当てはまります（正確に言うと、相対性理論がからんでくるので違います）。送信側の移動体が、相対的に近づく場合は受信周波数が上がり、遠ざかる場合は下がります。また、移動体が直線上を移動していて、その直線上で周波数を観測するとすると、速度が一定であれば周波数のズレも一定です。ただし、ズレの符号（周波数が上がるか下がるか）は上記のように近づくか遠ざかるかで反対です。 上記は、送信側が運動している場合ですが、「運動は相対的」なので、受信側が運動していても、あるいは両方が運動していても、定性的には同じ結果になります。では、定量的にはどうなのでしょうか？ 送信側も受信側も同じ直線上を運動するものとして、送信側の速さをｖT、受信側の速さをｖR、光速をｃとする（いずれも単位は[m/s]）と、送信側での周波数ｆTが受信側でｆRになるとすると、 ｆR＝ｆT{(ｃ−ｖR)/(ｃ−ｖT)} …(1) ちなみに、速さの符号は、送信側から受信側に向かう方向を正にとります。通常は、電車の線路や高速道路の直線部分の同一車線でもなければ、同じ直線上を送受信の双方が運動することはありませんから、受信される周波数はこの式では表せません。両者の速度が直線状にない場合は、お互いを結ぶ直線上の速度成分のみで計算します。どのような方向を持った速度であるにせよ、受信周波数は「離れれば低くなる」「近づけば高くなる」という振る舞いに変わりはありません。 ［３］デジタル通信方式で行なわれる信号処理移動体の通信は、このように振幅も周波数も非常に不安定で、音声ならば人間が何とかその不安定さを補って、一部が途切れても前後の会話から推測したり、最悪でも「再送要求」を行なって、通信を確保することができます。しかし、デジタル通信方式では、エラー訂正や再送要求のアルゴリズムが機能するには、受信した信号での変動をイコライズ（ずれた周波数や位相、周波数特性を元に戻すこと）したり、本質的にこのような変動に強い変調形式を採用し、ある水準以上の信号品質に保たなければなりません。 そのため、携帯電話等の移動体通信では、変動に強い複雑な変調方式を採用したり、デジタルでの補正信号処理や誤り訂正処理などを行なって、エラーを低減させています。 それでは、解答に移ります。 Ａ…複数の経路の干渉によるフェージングはマルチパスフェージングです Ｂ…送受信局間の相対運動によって周波数がずれるのはドプラ効果です Ｃ…信号処理で不安定要因を除けるのはデジタル通信方式だからです となりますから、正解は５と分かります。 | |
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