チャープ拡散スペクトル

時間領域における線形周波数変調アップチャープ。他のタイプのアップチャープは、時間の経過とともに指数関数的に増加する場合があります。

デジタル通信において、チャープ拡散スペクトル（CSS）は、広帯域線形周波数変調チャープパルスを使用して情報をエンコードする拡散スペクトル技術です。 ^[1]チャープは、時間の経過とともに周波数が増加または減少する正弦波信号です（多くの場合、時間と周波数の関係は多項式で表されます）。

概要

他の拡散スペクトル方式と同様に、チャープ拡散スペクトルは割り当てられた帯域幅全体を使用して信号をブロードキャストするため、チャネルノイズに対して耐性があります。さらに、チャープはスペクトルの広い帯域を使用するため、チャープ拡散スペクトルは、非常に低い電力で動作している場合でも、マルチパスフェージングに対して耐性があります。ただし、直接拡散スペクトル(DSSS) や周波数ホッピング拡散スペクトル(FHSS) とは異なり、チャネル上のノイズと区別するために信号に疑似ランダム要素を追加せず、チャープパルスの線形性に依存します。さらに、チャープ拡散スペクトルは、モバイル無線アプリケーションで一般的なドップラー効果に対して耐性があります。 ^[2]

用途

チャープ拡散スペクトルは、もともと2.45 GHz 帯域の高精度測距および低速無線ネットワークで超広帯域に対抗するために設計されました。しかし、 IEEE 802.15.4a (IEEE 802.15.4a-2007 とも呼ばれる) のリリース以降、IEEE では高精度測距の分野での標準化を積極的に検討しなくなりました。

チャープ拡散スペクトルは、低電力消費と比較的低いデータレート（1 Mbit/s 以下）を必要とするアプリケーションに最適です。特に、IEEE 802.15.4a は、CSS を低レートのワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（LR-WPAN）で使用する技術として規定しています。ただし、IEEE 802.15.4-2006 標準では WPAN が 10 m 以下のエリアをカバーすると規定されているのに対し、IEEE 802.15.4a-2007 では、より長い範囲と高速で移動するデバイスがネットワークの一部である場合に使用する物理層として CSS を規定しています。Nanotron の CSS 実装は、実際にデバイス間の 570 メートルの範囲で動作することが確認されています。^[3]さらに、Nanotron の実装は、802.15.4a で規定されているよりも高い、最大 2 Mbit/s のデータレートで動作できます。^[4]最後に、IEEE 802.15.4a PHY規格では、CSSエンコーディング技術と差動位相シフトキーイング変調（DPSK）を組み合わせて、より良いデータレートを実現しています。

チャープ拡散スペクトルは、低電力で動作している場合には検出や傍受が非常に困難であるため、将来的には軍事用途にも使用される可能性があります。^[5]

周波数変調連続波レーダーでは、距離を測定するために非常によく似た周波数掃引波形が使用されます。変調されていない連続波ドップラーレーダーは、距離速度（視線に沿った相対速度）のみを測定できます。FM-CW レーダーは、航空機の電波高度計として広く使用されています。

チャープ拡散スペクトルの応用例の一つにLoRaがある。^[6]^[7]

参照

参考文献

^ IEEE Computer Society、(2007 年 8 月 31 日)。IEEE 標準 802.15.4a-2007。ニューヨーク、NY: IEEE。
^ Berni, AJ、Gregg, WD (1973 年 6 月)。デジタル信号伝送におけるチャープ変調の有用性について、IEEE Transactions on Communications。COM-21 巻、748-751 ページ
^ http://www.autoid.org/SC31/wg5/06/WG5_200603_010_InfoCSS.ppt 2007-10-21 に Wayback Machineにアーカイブ、Nanotron Mine Test: slide 22
^ Nanotron Technologies、(2007)。nanoNET チャープベースのワイヤレスネットワーク。http://www.nanotron.com/EN/docs/WP/WP_CSS.pdf から取得^{[永久リンク切れ‍ ]}
^ チャープ拡散スペクトルの逆襲、軍事用途 2008-05-15ウェイバックマシンにアーカイブ
^ 「RF変調：ハッカー向け短期集中講座」2020年1月28日。
^ Ikpehai, Augustine; Adebisi, Bamidele; Rabie, Khaled M.; Anoh, Kelvin; Ande, Ruth E.; Hammoudeh, Mohammad; Gacanin, Haris; Mbanaso, Uche M. (2019 年 4 月)。「モノのインターネット向け低電力広域ネットワーク技術: 比較レビュー」IEEE Internet of Things Journal 6 ( 2): 2225–2240. doi :10.1109/JIOT.2018.2883728. ISSN 2327-4662. S2CID 69444615.

外部リンク

IEEEから802.15規格をダウンロードする
IEEE 802.15 WPAN 低速代替 PHY タスクグループ 4a (TG4a)
ナノトロンテクノロジーのよくある質問ページ
ナノトロンチャープスペクトラム拡散ページ
Nanotron nanoNET チャープベースのワイヤレスネットワーク^{[永久リンク切れ‍ ]}
IEEE 802.15.4aCSS と IEEE 802.11b/g (2.45 GHz WLAN) の共存について

[1] IEEE Computer Society、(2007 年 8 月 31 日)。IEEE 標準 802.15.4a-2007。ニューヨーク、NY: IEEE。

[2] Berni, AJ、Gregg, WD (1973 年 6 月)。デジタル信号伝送におけるチャープ変調の有用性について、IEEE Transactions on Communications。COM-21 巻、748-751 ページ

[3] ^ http://www.autoid.org/SC31/wg5/06/WG5_200603_010_InfoCSS.ppt 2007-10-21 に Wayback Machineにアーカイブ、Nanotron Mine Test: slide 22

[4] Nanotron Technologies、(2007)。nanoNET チャープベースのワイヤレスネットワーク。http://www.nanotron.com/EN/docs/WP/WP_CSS.pdf から取得^{[永久リンク切れ‍ ]}

[5] チャープ拡散スペクトルの逆襲、軍事用途 2008-05-15ウェイバックマシンにアーカイブ

[6] 「RF変調：ハッカー向け短期集中講座」2020年1月28日。

[7] Ikpehai, Augustine; Adebisi, Bamidele; Rabie, Khaled M.; Anoh, Kelvin; Ande, Ruth E.; Hammoudeh, Mohammad; Gacanin, Haris; Mbanaso, Uche M. (2019 年 4 月)。「モノのインターネット向け低電力広域ネットワーク技術: 比較レビュー」IEEE Internet of Things Journal 6 ( 2): 2225–2240. doi :10.1109/JIOT.2018.2883728. ISSN 2327-4662. S2CID 69444615.