現場のエンジニアのためのワイヤレス通信フィールドガイド
最初のデシベルから5G NRの物理層までを体系立てたレッスン、テーマ別の深掘りハブ、率直なプラットフォーム・無線ハードウェアのリファレンス、そして出典付きで平易に書かれた毎日のニュース。
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学習トラック
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入門トラックの全体 →無線リンクとは何か
ビットからアンテナを経て再びビットに戻るまでの、あらゆる無線リンクを構成する要素、搬送波周波数が変えるもの、帯域幅が重要な理由、そしてデシベルの最初の実践的な使い方を学びます
複素ベースバンドとIQサンプル
無線機が信号をIとQで表す理由、ミキシングで信号を搬送波との間で移す仕組み、複素信号に必要なサンプルレート、負の周波数の意味を説明します。
デシベルとリンクバジェット
dB・dBm・dBW・dBiによるデシベル計算、フリスの伝達公式、ITU-R P.525と照合した自由空間損失、numpyによるリンクバジェット計算機
雑音・SNR・通信路容量
−174 dBm/Hzの熱雑音フロアの由来、雑音指数と多段構成の縦続接続が受信感度をどう決めるか、そしてシャノン容量が帯域幅と電力について何を示すかを解説します
デジタル変調とビット誤り率
BPSK・QPSK・16-QAMのシンボルにグレイマッピングでビットを割り当て、雑音中で検出し、ビット誤り率をEb/N0に対してモンテカルロシミュレーションで測定して理論値と比較します
パルス整形と整合フィルタ
矩形パルスがスペクトラムを無駄にする理由、レイズドコサインとルートレイズドコサインのパルスが符号間干渉を避ける仕組み、受信フィルタを送信パルスに整合させる必要がある理由を説明します
トピックハブ
全20トピック →無線の基礎
無線リンクの全体像、周波数帯、帯域幅、SNR、主なシステムファミリー
信号とスペクトラム
複素ベースバンド、IQサンプリング、FFT、フィルタ、パルス整形、dB計算
アンテナと伝搬
アンテナ利得とアレー、経路損失、Friisの式、フェージング、ドップラー、チャネルモデル
リンクバジェットと雑音
熱雑音、雑音指数、受信感度、リンクマージン、干渉、通信路容量
変調
搬送波のキーイング、信号点配置、ビット誤り率、適応変調
チャネル符号化
ブロック符号・畳み込み符号・ターボ符号・LDPC符号・ポーラ符号と、LTE・NRのHARQ
OFDMとマルチキャリア
OFDM、サイクリックプレフィックス、NRヌメロロジー、OFDMA、DFT-s-OFDM、PAPR
MIMOとビームフォーミング
ダイバーシチ、空間多重、プリコーディング、Massive MIMO、ハイブリッドビームフォーミング
同期と推定
タイミング・周波数再生、チャネル推定、等化、位相雑音
RFフロントエンド
LNA・PA・ミキサ・発振器・データ変換器、線形性とDPD
ソフトウェア無線
SDRアーキテクチャ・GNU Radio・UHD・SoapySDR・サンプルレート・IQファイル
セルラー4G LTE
E-UTRANとEPC、フレーム構造、リソースグリッド、物理チャネル
プラットフォーム
プラットフォームハブ →作ってみる
すべてのプロジェクト →ビット誤り率曲線を実測するQPSKモデム
NumPyでQPSKの送信機と受信機を作ります。ルートレイズドコサインのパルス整形、AWGNチャネル、整合フィルタを実装し、Eb/N0を0 dBから10 dBまで変えてビット誤り率を測定し、理論値と比較します。
合成IQで試験するヘッドレスGNU Radio FM受信機
NumPyでFM試験信号を生成してSigMFとして保存し、ヘッドレスのGNU Radio 3.10フローグラフで復調します。復元したトーン周波数・偏移・オーディオSNRをコードで確認します。
LoRaWANのリンクバジェットとカバレッジマップの計算ツール
Semtech、LoRa Alliance、ITU-R、3GPPの資料をもとに、EU868のLoRaWANアップリンクについて拡散率ごとの受信感度・送信時間・デューティサイクル制限・到達距離を計算し、NumPyで1台のゲートウェイ周辺のカバレッジを地図化します。