無線LAN

-- 仕組みと活用 --



島根大学
総合理工学部 電子制御システム工学科

縄手 雅彦
2001.12.4

nawate@ecs.shimane-u.ac.jp
http://www.ecs.shimane-u.ac.jp/~nawate



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はじめに

無線LANとは?

2.4GHz帯小電力データ通信システム

1999.9.17
「2.4GHz帯小電力データ通信システムの高度化に関する
規定の整備」の発表

1999.11.8
郵政省令76、77号の発令


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無線LANを理解する二つのポイント

・ 周波数 

  電波の特性

・ スペクトラム拡散方式

  通信の特性


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電波について

電波とは?

通信に利用する電磁波であり、周波数が3kHzから
3THzまでのもの(電波法)
wavelength.JPG



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移動体通信用の周波数

種々の制約がある移動体通信には以下の周波数が利用される
adequet.JPG


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無線LANの周波数 (2.4GHz)

直進性が良い

--> 目視できる場所しか通信できない

PHSの周波数1.9GHzとあまり変わらないが電話と違い
建物内での壁をまたがった利用は困難

--> 電波の出力が関与



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通信方式について

無線通信とは?

必要な信号を搬送波と呼ばれる電波に乗せて伝送すること
信号を搬送波に乗せることを変調、元に戻すことを復調という
AM.JPG
振幅変調の例
FM.JPG
周波数変調の例


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デジタル信号の変調方式
PSK.JPG
位相変調に相当するデジタル変調方式
Phase Shift Keying (PSK)

より高い伝送量を確保するために
Differentially encoded PSK (DPSK)
Quadrature PSK (QPSK)


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帯域幅

搬送波に対して余分な周波数の信号が重なるために、
「帯域幅」が存在する

通常の放送、通信は「狭帯域変調方式」が使用される
(もとの信号の周波数の数倍以内)

ラジオのダイヤルやテレビのチャンネルを合わせる
--> 搬送波の周波数を合わせる

帯域幅が重ならないように搬送波の周波数をずらして放送

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松江市域のラジオ電波周波数


band.jpg


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スペクトラム拡散方式

通信において重要な要素

移動体通信や室内無線LANなどでは避けられない障害

それに対する解答が 「スペクトラム拡散」
通常では考えられないくらい広い帯域を使用して通信を行う

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送受信のイメージ

通常の変調作業を行った後に拡散変調と呼ばれる広帯域化を行う。
PN(Pseudo random Noise) と呼ばれるランダムに見える信号を
かけあわせて、周波数を拡散
send.JPG

受信時には再びPN系列をかけあわせる
receive.JPG


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簡単な信号理論

なぜ、ランダムな信号をかけあわせるか?
本来の信号(ベースバンド)を a(t) とし、PN系列を c(t) とする。送信される
信号 x(t) は
eq1.gif

であり、伝送路での損失を無視すると受信時の入力も x(t) となる。受信時に
再びPN系列と積算するので、再生信号 y(t) は
eq2.gif

となる。ここで、送受信時のPN系列が全く同一であれば
eq3.gif

であるので、y(t) = a(t) が取り出せる。また、途中で干渉波が混入した場合に
は干渉波はPN系列によって拡散されるので電力密度が低下する。

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スペクトラム拡散のイメージ

先程の過程を図で示すと以下のようになる
flow.JPG

PN系列が送受信の両側で全く同じでないといけない -> 本当にランダムな信号は利用できない
同時に利用している通信間で同じ系列が発生すると誤りになる
-> 相互相関性を0にすることはできないので、同時使用数に制限がかかる

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スペクトラム拡散の歴史


GPS
1.2GHzと1.5GHzの二波を利用
ランダム系列としてC/AコードとPコード(軍事用)を使用

軍事用から民生用への転換
IPと同じ

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ISMバンド

Industrial, Scientific, Medical の略
郵政省告示257号、無線設備規則第65条
2450MHz±50MHz
電界強度 規定無し

日本において周波数帯域が狭かった理由
スペクトラム拡散方式は電波のモニタが困難であり、電波監理局にとっ
て都合が悪いため


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利用周波数

チャンネル構成
channel.JPG

14チャネルあっても実際に干渉なしで利用できるのはその中の4つまで
PN系列の分離特性から一つのチャネルを利用できる端末は最高で
20程度まで


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通信の秘匿性について

    --> 最近は自動取得できるようになったため×

    --> 特殊ツールにより解読可能?


有線に比べて秘匿性が劣る可能性あり




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運用事例

島根大学総合理工学部電子制御システム工学科の例





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運用上の注意




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商業的な運用事例

ワイヤレスインターネットサービス(株)の例 (11月サービス開始)
カバーするエリアは東京、名古屋、福岡
最大2Mbpsの接続(実効的に1Mbps程度と思われる)

他にも11月サービス開始に沖縄県北谷町の例もあり
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