無線LAN研究室

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変調方式

〜電波のお話

スペクトラム拡散(SS)

802.11の物理層には、赤外線を使うタイプと電波を使うタイプの2つがあります。電波の方はスペクトラム拡散(SS・Spread Spectrum)という技術を用いて拡散させています。スペクトラム拡散とは、元の信号を広帯域に拡散することによって干渉に強く秘匿性の高い通信を行うための技術です。

通常、無線通信の信号エネルギーは、狭い周波数帯域に集中することになります。この場合、その帯域にノイズや別の電波が混入すると、その影響を大きく受けてしまい、送信した信号を失ってしまう可能性が高くなります。これを改善するために、信号の変調を行います。

変調とは、信号の周波数帯や電波強度・位相などを変化させることで、スペクトラム拡散ではこれによってエネルギーを広い周波数帯域に拡散させます。スペクトラム拡散は他の変調方式に比べ、変調された後の信号の帯域幅をはるかに広くさせるのが特徴です。電波を受信した側では同じ符号を使って逆拡散し、元の狭帯域の信号を復元します。これによって、ノイズや別の電波も拡散され、その影響を受けにくくなります。また、拡散方式や拡散に用いたコードがわからなければ復号化を行うことができないため、セキュリティの面も優れており、軍事通信などでも用いられています(元々軍事利用を目的として開発された方式です)。ただし、規格化されたIEEE802.11の無線LANでは固定されたコードが用いられているためこの特長は当てはまりません。

更に、SS方式には周波数ホッピング方式(FHSS・Frequency Hopping Spread Spectrum)と直接拡散方式(DSSS・Direct Sequence Spread Spectrum)、そして両者を混合させたハイブリッド(FH/DS)方式が存在し、IEEE802.11ではスペクトラム拡散方式と周波数ホッピング方式の2つが用いられています。

周波数ホッピング(FHSS)

FHSS方式では、4FSKまたはBPSKという位相変調を行い、搬送周波数を拡散符号からできるホッピングパターンに沿ってきりかえる事で、広帯域信号に拡散して送信する方式です。 周波数帯域を変更しながら通信を行なうため、同時に複数の端末で通信が可能で通信エラーも少なく、消費電力を押さえられるという特徴を持っています。その反面、そのオーバーヘッドなどのため通信の高速化は困難となっています。

直接拡散(DSSS)

DSSS方式は、信号にPN(Pseudo Noise)コードと呼ばれる符号を乗算することによって変調を行います。広い帯域を固定的に利用できるため通信速度の高速化が可能となるのが大きな特徴です。最近普及が広がっている、伝送速度11MbpsのIEEE802.11b無線LAN製品は、すべてこの方式が用いられています。

ちなみに、直接拡散方式において、同時に異なるPNコードを使うことによって同じ帯域で複数の通信を行なうCDMA(Code Division Multiple Access)という多重化技術もあり、携帯電話のcdmaOneなどでこの技術が用いられています。

直交周波数分割多重(OFDM)

また、SS方式以外に、最近無線LANで採用されている変調方式として直交周波数分割多重変調(OFDM・Orthogonal Frequency Division Multiplexing)があります。OFDM方式はマルチキャリア変調方式のひとつで、一つの帯域に対してフィルタを用いて多数の帯域に分割、マルチキャリアでデータのやり取りを行う方式です。 隣接の帯域同士は重なりを持つが、帯域分割フィルタに直交性を持たせることによってお互いに干渉を起こさないよう設計されています。特定の周波数帯に乗ったノイズに強く、伝送効率も高いという特徴を持っているため、IEEE802.11aやIEEE802.11gで採用されています。

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