ホームソリューションエレクトロニクスの基礎ベースバンドと無線周波数は何に使用されますか?

ベースバンドと無線周波数は何に使用されますか?

2022-04-14 1004

今は「エンドツーエンド」が流行っている。携帯電話の通話を例として、携帯電話から基地局までの信号のプロセス全体を観察して、ベースバンドと RF が何のためにあるのかを見てみましょう。

電話がつながると、人の声が電話のマイクで拾われ、電気信号になります。この電気信号はアナログ信号であり、本来の信号とも言えます。

音波（機械波）が電気信号に変換されます。

この時点で、最初の主役であるBasebandが登場し始めました。

ベースバンドは英語でBasebandと呼ばれ、基本的な周波数帯域です。

基本周波数帯域とは、特別な周波数帯域幅、つまりゼロ周波数に近い周波数範囲 (DC から数百 KHz まで) を指します。この周波数帯域の信号がベースバンド信号になります。ベースバンド信号は最も「基本的な」信号です。

実生活では、多くの場合、ベースバンドと呼ばれます。これは、携帯電話のベースバンドチップと回路、または基地局のベースバンド処理ユニット (BBU とも呼ばれます) を指します。

音声アナログ信号について今述べたことに戻りましょう。

これらの信号は、ベースバンドのADデジタルアナログ変換回路によってサンプリング、量子化、エンコードされ、デジタル信号になります。具体的なプロセスは次のとおりです。

上の図のコードを私たちはこう呼びますソースエンコーディング。

ソースコーディングとは、端的に言えば、音と映像を0と1にすることです。変換の過程では、ソースコーディングを可能な限り圧縮して「量」を減らす必要があります。

オーディオ信号の場合、通常、パルス符号変調 (上の図に示すように、パルス符号変調) と MP3 コーディングが使用されます。移動通信システムでは、３ＧＷＣＤＭＡを例にとると、ＡＭＲ音声符号化が使用される。

ビデオ信号の場合、MPEG-4 コーディング (MP4)、H.264、および H.265 コーディングが一般的に使用されます。誰もがよく知っているはずです。

ソースコーディングに加えて、ベースバンドは次のことを行う必要があります。チャンネルコーディング。

コーディングは次のように分かれていますソースエンコーディング(NAIST) とチャネルコーディング

チャネルコーディングはソースコーディングとはまったく異なります。ソースコーディングとは「量」を減らすことです。逆に、チャネルコーディングは「音量」を増加させます。

チャネルコーディングは、チャネル内の干渉と減衰に対抗するために冗長な情報を追加することにより、リンクのパフォーマンスを向上させることができます。

たとえば、チャネルコーディング商品の側面を埋めるようなものです。ストッパー保護フォーム。道路上で衝突や衝突が発生した場合でも、商品が損傷する可能性は低くなります。

ターボコード、ポーラーコード、LDPC コード、および昨年の Lenovo 投票イベントで言及されたよく知られた畳み込みコードはすべてチャネルコーディングに属します。

エンコードに加えて、ベースバンドは信号も暗号化します。

次の仕事、つまりベースバンドが担当するのは、変調。

変調とは、簡単に言えば、「波」が0と1をよりよく表現できるようにすることです。

最も基本的な変調方式は、周波数変調 (FM)、振幅変調 (AM)、位相変調 (PM) です。下図に示すように、0 と 1 を表すために異なる波形が使用されます。

現代のデジタル通信技術は非常に発達しています。上記に基づいて、さまざまな変調方式が開発されています。たとえばよく知られている振幅シフトキーイング (ASK)、周波数シフトキーイング (FSK)、位相シフトキーイング (PSK)、および直交振幅変調。振幅シフトキーイング (ASK)、周波数シフトキーイング (FSK)、位相シフトキーイング ( PSK)、直交振幅変調などはよく知られています。QAM。

さまざまな変調方式を視覚的に表現するために、と呼ばれる方式を採用します。星座早見盤ツール。コンスタレーション内の点は、変調信号の振幅と位相の可能な状態を示すことができます。

星座早見盤

信号が変調されると、1 つのシンボルが伝送できる情報量が大幅に向上します。現在、256G で広く使用されている 5QAM は、8 つのシンボルを使用して 8 ～ XNUMX ビットのデータを表現できます。

256QAM

さて、ベースバンドの作業がついに完了しました。次に何をすればいいでしょうか？

無線周波数の出番です。

無線周波数、英語名はRadio Frequency，RFとも呼ばれます。文字通り、Radio Frequencyは無線周波数を意味します。厳密に言えば、無線周波数とは、周波数が 300 kHz ～ 300 GHz の高周波電磁波を指します。

誰もが知っているように、電流が導体を通過すると磁界が形成されます。交流電流が導体を通過すると、電磁場が形成され、電磁波が発生します。

100kHz より低い周波数の電磁波は地表に吸収され、効果的な伝送を行うことができません。 100kHzを超える周波数の電磁波は、空気中を伝播し、大気の外縁にある電離層で反射され、長距離伝送能力を形成します。

このような長距離伝送能力を持った高周波の電磁波を高周波（信号）といいます。

ベースバンドと同様に、通常、RF 回路、RF チップ、RF モジュール、RF コンポーネントなど、RF 信号を生成する一連のものを RF と呼びます。

そのため、「○○携帯電話のベースバンドはひどい」「○○社はベースバンドを作れません」「○○機器は無線周波数の性能が非常に優れています」「○○無線周波数は非常に高価です」といった声をよく聞きます。 …などなど、「○○社はベースバンドを作れません」、「○○機器の無線周波数性能は非常に優れています」、「○○無線周波数は非常に高価です」…などなど。

ベースバンドから送信される信号の周波数は非常に低いです。無線周波数が行うべきことは、低周波数から指定された高周波数帯域まで信号を変調し続けることです。たとえば、GSM 帯域は 900 MHz、4G LTE 帯域は 1.9 GHz、5G 帯域は 3.5 GHz です。

無線周波数の機能はディスパッチャーのようなものです。

一方で、前述したように、ベースバンド信号は長距離伝送には適していません。

一方で、無線スペクトルのリソースは逼迫しており、低周波数帯域は通常、他の目的で占有されています。高周波帯域のリソースが比較的豊富であるため、広い帯域幅を実現しやすくなります。

さらに、指定された周波数帯域に変調する必要があります。そうしないと、他人に干渉することは違法になります。

工学的な実装では、低周波は適していません。

アンテナ理論によれば、アンテナの長さが無線信号の波長の1/4のとき、アンテナの送受信変換効率は最も高くなります。電磁波の波長は周波数に比例します（光速＝波長×周波数）。低周波信号が使用される場合、携帯電話および基地局のアンテナのサイズが比較的大きくなり、エンジニアリングの実装の難易度が高くなります。特に携帯電話側では、貴重なスペースを占有する大きなアンテナサイズは許容できません。

RF 変調後の信号は電力が低いため、依然として通過する必要があります。パワーアンプ増幅して十分なRF電力を取得し、アンテナに送信します。

信号はアンテナに到達した後、アンテナを通過します。filter フィルタリング (干渉クラッターの除去)、そして最終的に通過アンテナ素子それを起動します。