チャネルアクセス方式

周波数分割多重アクセス（FDMA）チャネルアクセス方式は、周波数分割多重（FDM）方式に基づく最も標準的なアナログシステムであり、異なるデータストリームに異なる周波数帯域を提供します。FDMAの場合、周波数帯域は異なるノードまたはデバイスに割り当てられます。FDMAシステムの例としては、第1世代の1G携帯電話システムがあり、各通話は特定のアップリンク周波数チャネルと別のダウンリンク周波数チャネルに割り当てられていました。各メッセージ信号（各通話）は、特定の搬送波周波数で変調されます。

関連する技術として、波長分割多重（WDM）に基づく波長分割多重アクセス（WDMA）があり、光ファイバー通信において異なるデータストリームに異なる色が割り当てられます。WDMAの場合、バスまたはハブネットワーク内の異なるネットワークノードに異なる色が割り当てられます。^{[ 8 ]}

FDMA の高度な形式として、例えば4Gセルラー通信システムで使用される直交周波数分割多重アクセス(OFDMA) 方式があります。OFDMA では、各ノードは複数のサブキャリアを使用できるため、異なるユーザーに異なるサービス品質 (異なるデータレート) を提供できます。サブキャリアのユーザーへの割り当ては、現在の無線チャネルの状態とトラフィック負荷に基づいて動的に変更できます。シングルキャリア FDMA (SC-FDMA)、別名線形プリコーディング OFDMA (LP-OFDMA) は、シングルキャリア周波数領域等化 (SC-FDE) に基づいています。

時分割多重アクセス（TDMA）チャネルアクセス方式は、時分割多重（TDM）方式に基づいています。TDMAは、周期的に繰り返されるフレーム構造において、異なる送信機に異なるタイムスロットを割り当てます。例えば、ノード1はタイムスロット1を、ノード2はタイムスロット2を使用するなど、最後の送信機が再びタイムスロットを使用するまで続きます。より高度な形式として、動的TDMA（DTDMA）があり、これはフレームごとに送信機へのタイムスロットの割り当てが変化します。

多周波時分割多重アクセス（MF-TDMA）は、時間多重アクセスと周波数多重アクセスを組み合わせた方式です。例えば、2GセルラーシステムはTDMAとFDMAの組み合わせに基づいています。各周波数チャネルは8つのタイムスロットに分割され、そのうち7つは7つの通話に、1つはシグナリングデータに使用されます。

統計的時分割多重多重アクセスも通常は時間領域多重化に基づいていますが、周期的に繰り返されるフレーム構造ではありません。ランダムな性質を持つため、統計的多重化方式に分類され、動的な帯域幅割り当てが可能です。これにはメディアアクセス制御（MAC）プロトコル、つまりノードがチャネルを順番に使用し、衝突を回避するための原理が必要です。一般的な例としては、イーサネットバスネットワークやハブネットワークで使用されるCSMA/CD 、およびIEEE 802.11などの無線ネットワークで使用されるCSMA/CAがあります。

符号分割多重アクセス（CDMA）方式はスペクトラム拡散に基づいています。つまり、個々のビットストリームのデータレートに必要な帯域幅よりも広い無線チャネル帯域幅を使用し、異なる拡散符号を用いて複数のメッセージ信号を同じ搬送波周波数で同時に送信します。シャノン・ハートレーの定理によれば、広い帯域幅により信号対雑音比が1よりはるかに小さい（0 dB未満）状態で送信することが可能となり、送信電力を、同じ周波数帯域を共有する他のメッセージ信号からの雑音や同一チャネル干渉 のレベルよりも低いレベルまで低減できます。

一つの形式として、直接拡散スペクトラム（DSSS）に基づく直接拡散CDMA （DS-CDMA）があり、例えば3G携帯電話システムなどで使用されています。各情報ビット（または各シンボル）は、チップと呼ばれる複数のパルスからなる長いコードシーケンスで表されます。このシーケンスが拡散コードであり、各メッセージ信号（例えば、各通話）は異なる拡散コードを使用します。

もう1つの形式は、周波数ホッピングスペクトラム拡散（FHSS）に基づく周波数ホッピングCDMA（FH-CDMA）で、拡散コードを構成するシーケンスに従ってチャネル周波数が急速に変化します。例として、Bluetooth通信システムは、周波数ホッピングと、CSMA/CA統計時分割多重通信（データ通信アプリケーション用）またはTDMA（音声伝送用）の組み合わせに基づいています。同じユーザー（同じピコネット）に属するすべてのノードは、同じ周波数ホッピングシーケンスを同期的に使用します。つまり、同じ周波数チャネルで送信しますが、仮想パーソナルエリアネットワーク（VPAN）内での衝突を回避するためにCDMA/CAまたはTDMAが使用されます。Bluetoothでは、周波数ホッピングを使用して、異なるVPANのノード間のクロストークと衝突の確率を低減します。

その他の技術としては、OFDMAやマルチキャリア符号分割多重アクセス（MC-CDMA）などがある。

空間分割多重アクセス（SDMA）は、異なる物理領域に異なる情報を送信する方式です。その例としては、シンプルなセルラー無線システムや、指向性アンテナと電力変調を用いて空間伝送パターンを改良したより高度なセルラーシステムなどが挙げられます。

電力分割多重アクセス（PDMA）方式は、チャネル上の利用可能な電力を共有するために、ユーザー間で可変送信電力を使用することに基づいています。例としては、衛星トランスポンダ上の複数のSCPCモデムがあり、ユーザーは要求に応じて電力予算のより大きな部分を取得して、より高いデータレートで送信できます。^{[ 9 ]}

パケットモードチャネルアクセス方式は、パケット送信期間中、単一のネットワーク送信機を選択します。一部の方式は有線通信に適しており、他の方式は無線通信に適しています。^{[ 1 ]}

有線マルチドロップネットワークにおける一般的な統計的時分割多重アクセスプロトコルには、以下のようなものがある。

• キャリアセンス多重アクセス/衝突検出（CSMA/CD）は、イーサネットおよびIEEE 802.3で使用されている。
• 衝突回避機能付きマルチアクセス（MACA）
• 無線LANにおける多重アクセスと衝突回避（MACAW）
• キャリアセンス多重アクセス（CSMA）
• 優先順位を用いた衝突回避および解決機能を備えたキャリアセンス多重アクセス（CSMA/CARP）
• CANバスで使用される建設的干渉に基づくビット単位の調停
• トークンバス（IEEE 802.4）
• トークンリング（IEEE 802.5）
• FDDIで使用されるトークンパッシング
• 動的時分割多重アクセス（Dynamic TDMA）

パケット無線ネットワークで使用される一般的な多重アクセスプロトコルには、以下のようなものがあります。

• IEEE 802.11 / WiFiで使用される、衝突回避機能付きキャリアセンス多重アクセス（CSMA/CA）は、分散協調機能を使用する可能性がある。
• ALOHAnetで使用されるALOHAとスロット付きALOHA
• アロハ予約(R-ALOHA)
• モバイルスロット式アロハ（MS-ALOHA）
• 符号分割多元接続（CDMA）
• 直交周波数分割多重アクセス（OFDMA）
• 直交周波数分割多重（OFDM）

これらの方法が順方向と逆方向の通信チャネルを分割するために使用される場合、それらはデュプレックス方式として知られています。デュプレックス通信システムは、半二重または全二重のいずれかになります。半二重システムでは、通信は一度に一方向のみで行われます。トランシーバーは半二重システムの例です。両方のユーザーが互いに通信できますが、同時に通信することはできません。次のユーザーが送信を開始するには、前のユーザーが送信を完了する必要があります。全二重システムでは、両方のユーザーが同時に通信できます。電話は全二重システムの最も一般的な例です。両方のユーザーが両端で同時に話して、相手に聞こえるからです。全二重方式には、次のような種類があります。

• 時分割複信（TDD）
• 周波数分割複信（FDD）
• エコーキャンセレーション

ローカルエリアネットワーク(LAN) およびメトロポリタンエリアネットワーク(MAN)では、多重アクセス方式により、バスネットワーク、リングネットワーク、スターネットワーク、無線ネットワーク、および半二重ポイントツーポイント通信が可能になりますが、ネットワークスイッチとルータ間の全二重ポイントツーポイントシリアル回線では必須ではありません。最も一般的な多重アクセス方式は CSMA/CD であり、これはEthernetで使用されています。今日の Ethernet の設置では、スイッチに直接全二重接続を使用していますが、CSMA/CD は古いリピーターハブとの互換性を確保するために依然として使用されています。

衛星通信において、多重アクセスとは、通信衛星が複数の地上端末間の通信リンクの一部として同時に機能できる能力のことである。現在、通信衛星で使用されている多重アクセスには、符号分割多重アクセス、周波数分割多重アクセス、時分割多重アクセスの3種類がある。

セルラーネットワークでは、最も広く採用されている技術はCDMAとTDMAの2つです。TDMA技術は、音声の自然な途切れを識別し、1つの電波を使用して複数の送信を順番にサポートすることで機能します。CDMA技術では、個々のパケットごとに固有のコードが受信され、広い周波数スペクトルに分割されてから、受信側で再構成されます。CDMAでは、同じ周波数で複数の人が同時に話すことができ、同じ量のスペクトルでより多くの会話を送信できます。これが、CDMAが最終的に無線業界で最も広く採用されたチャネルアクセス方式になった理由の1つです。^{[ 10 ]}

CDMAの起源は1940年代に遡り、米国政府によって特許が取得され、第二次世界大戦中はメッセージの送信に使用されました。しかし、戦後、特許が失効し、CDMAの使用は減少し、TDMAに広く置き換えられました。^{[ 10 ]}それは、 MITのエンジニアであるアーウィン・M・ジェイコブスと、 Linkabit社の同僚が通信会社クアルコムを設立するまでのことでした。^{[ 11 ]}クアルコムが設立された当時、ジェイコブスはすでにデジタル技術を使用してスペクトルの容量を増やすことで、軍事の通信問題に取り組むことに取り組んでいました。 [ ^{12 ]}クアルコムは、CDMAが無線の効率と可用性を大幅に向上させると知っていましたが、無線業界はすでにTDMAに数百万ドルを投資していたため、懐疑的でした。^{[ 12 ]ジェイコブスとクアルコムは、数年間かけてインフラストラクチャを改善し、CDMAのテストとデモンストレーションを}実施しました。1993年、CDMAは無線業界の標準として受け入れられました。 1995年までに、CDMAは2Gの基盤として無線業界で商用利用されるようになった。^{[ 10 ]}