ダイバーシティ合成とは、 ダイバーシティ受信 装置で受信した複数の信号を、単一の改良された信号に結合するために用いられる技術である。
さまざまなテクニック 多様性を組み合わせるための様々な手法を区別することができる。
等利得合成:受信したすべての信号はコヒーレントに加算されます。 最大比合成 [ 1 ] は、大規模なフェーズドアレイ システムでよく使用されます。受信信号はSNR に基づいて重み付けされ、その後加算されます。結果として得られるSNRは、∑ k = 1 N S N R k \displaystyle \sum _{k=1}^{N}SNR_{k}} どこS N R k {\displaystyle SNR_{k}} 受信信号のSNRk {\displaystyle k} 。スイッチドコンバイニング:受信機は、現在選択されている信号があらかじめ定義された閾値を下回ると、別の信号に切り替わります。これは「スキャニングコンバイニング」とも呼ばれます。 選択合成 :受信したN個の信号のうち、最も強い信号を選択します。N個の信号が独立でレイリー分布 に従う場合、期待されるダイバーシティ利得は 次のようになります。∑ k = 1 N 1 k \displaystyle \sum _{k=1}^{N}{\frac {1}{k}}} 電力比として表される。[ 2 ] したがって、チャネル数の増加に伴い、追加のゲインは急速に減少する。これは、スイッチドコンバイニングよりも効率的な手法である。場合によっては、複数の合成技術が使用されることがあります。例えば、ラッキーイメージングで は、選択合成を用いて(通常は)最良の10%の画像を選択し、その後、選択された画像を等ゲイン合成します。
他の信号結合技術はノイズ低減のために設計されており、単一分子生物物理学 、ケモメトリクス などの分野で応用されている。[ 3 ]
タイミングの組み合わせ イーサネットパケットなどのより長い信号シーケンスの無線伝送に焦点を当てると、並列冗長無線伝送システムにおけるダイバーシティゲインに関する特定の性能特性が観察されます。「タイミング合成」では、データパケットは並列パスを介して冗長かつ同時に送信されます。受信側では、分岐から最初に到着したパケットが選択され、エンドアプリケーションに向けて直ちに処理されます。パケットのさらなるコピーが到着した場合は破棄されます。このタイプの検出後合成器は、最初に到着したパケットを直ちに処理することで大幅な性能向上が得られるため、「タイミング合成器」と呼ばれます。[ 4 ]
双方向無線機のスイッチ結合例 陸上移動無線 では、車両搭載型 および携帯型 無線機が単一の周波数で基地局 無線機と通信するため、空間ダイバーシティは、異なる場所に複数の受信機を配置することによって実現されます。双方向無線システムにおけるダイバーシティ合成、または投票は、 トランシーバー や車両搭載型移動無線機からの応答範囲を改善する方法です。[ 5 ]
投票機能を備えた水道事業用双方向無線システムのシステム図。 水道設備設置場所。 受信機は、投票比較器または投票装置と呼ばれる装置に接続される。
投票比較器は、受信したすべての信号を評価し、最も使用可能な受信信号を選択します。[ 6 ] リピーター システムでは、投票された信号が再送信されます。シンプレックスシステムでは、基地局のコンソールスピーカーに送られます。投票されなかった受信機からの音声は無視されます。アナログFM システムの投票比較器は、10 分の 1 秒または 100 分の 1 秒 (1 音節よりも速い) で受信機を切り替えることができます。システム内の単一の受信機に聞き取れる信号が届く限り、繰り返される音声、またはコンソールスピーカーに送られる音声は聞き取れます。
この構成では、遠隔地の受信機は、専用電話回線、 DS1 上のD4チャネルバンク 内のチャネル、またはアナログマイクロ波 ベースバンド チャネルを介して投票比較器に接続される。
信号の評価方法 初期の投票比較器は、別の音声経路に符号化されたトーンに依存しており、各受信地点に4線式回路または2つの音声経路が必要でした。トーンのピッチは、遠隔受信地点での受信信号レベル 、またはFM受信機のリミッター電圧を表すように変化しました。しかし、マイクロ波ベースバンドノイズやノイズの多い電話回線を考慮していなかったため、この方法はうまく機能しませんでした。
最新の投票比較器は、投票比較器における信号対雑音比を比較し、エンドツーエンドのノイズ、劣悪な電話回線、不十分なレベル制御、および最適なダイバーシティ受信経路を考慮に入れています。
トランシーバーの通話範囲 携帯無線機(トランシーバー )で通信する場合、基地局は一般的に受信できる距離よりも送信できる距離の方が長くなります。複数の受信機が異なる場所に設置され、投票を行うことで、システム内の双方向無線機から使用可能な信号を受信できる可能性が高まります。
干渉低減 ダイバーシティ合成により、単一障害点の可能性が1つ減少します。つまり、単一の受信機の故障、または単一の受信機への局所的な干渉によって、システム全体の受信が妨げられることはありません。機器サイトには、多数の無線送信機と受信機を設置できます。[ 7 ] 単一のサイトは、そのサイト固有の局所的な干渉信号の影響を受けます。これらの干渉信号は、送信機のオン/オフに応じて発生したり消えたりする可能性があります。
高所に設置された受信機の潜在的な問題点は、遠く離れた郡、県、または他の州からの信号を受信する可能性があることです。これらの望ましくない遠方の信号は、ローカルのトランシーバーからの望ましい信号よりも強い場合があります。[ 8 ] 場合によっては、遠方の信号がローカルの弱い信号を遮断する可能性があります。受信サイトを複数設けることで、遠方の望ましくない信号が存在する場合でも、いずれかのサイトがローカル信号を受信する可能性が高まります。[ 9 ] 選択呼び出し により、遠方の信号が1つ以上の受信機の受信範囲内にある場合でも、ユーザーが遠方の信号の音声を聞く必要がなくなります。
投票ロックまたは投票保留オプション ダイバーシティ合成装置を使用する設備の大部分は、受信された最良の信号を他のすべての信号と比較して継続的に評価します。受信送信中、比較器は数十分の1秒ごとに受信機を切り替えることがあります。トランシーバーのユーザーが頭を回して信号が弱まったり、投票された受信サイトで通過する大型トレーラーが信号を遮断したりすると、合成ユニットは別の受信機に素早く切り替わります。[ 12 ]
一部の設置では、ダイバーシティ合成装置が受信機にロックするように構成されています。たとえば、一部の地方の地域カバレッジシステムでは、受信機はそれぞれ固有の地理的エリアをカバーしています。重複はほとんどありません。システムが北と南の2つのサイトで構成されている場合、2つのうちより良い方を選択し、送信が終了するまでその受信機にロックし続けます。[ 13 ] これは、信号強度が安定している傾向があるため、モバイル無線機でより効果的です。[ 14 ]
場合によっては、この投票と保留は送信機の選択を制御するために使用されます。北と南の2つの基地局を持つ地域システムの場合を考えてみましょう。ダイバーシティ合成装置が「北」に投票した場合、次にディスパッチャが送信ボタンを押すと、北の送信機がキーイングします。送信機ステアリング と呼ばれるこの方法は、複数の送信サイトが利用可能なシステムで送信機の選択を自動化することを目的としています。場合によっては、うまく機能しません。[ 15 ]
モバイルデータシステムでは、受信機間の頻繁な切り替えによってデータパケットが失われるため、投票ロック方式が好まれます。ダイバーシティ合成装置は、音節が失われないほど高速に切り替えますが、ビットが失われないほど高速ではありません。モバイルデータシステムは通常、移動無線機のモデムから始まります。移動無線機は通常、複数の受信サイトに安定した信号を送信するため、信号強度は投票ロックがうまく機能するのに十分な強度があります。[ 16 ]
参考文献 ↑ Kulkarni, M; Choudhary, L.; Kumbhani, B; Kshetrimayum, RS (2014). "等相関レイリーフェージング多入力多出力チャネルにおける最大比合成と直交空間時間ブロック符号を用いた送信アンテナ選択の性能分析比較" . IET Communications . 8 (10) (2014年7月1日公開): 64–70 . doi : 10.1049/iet-com.2013.1087 . S2CID 30676735 . {{cite journal}}: CS1 maint: 複数の名前: 著者リスト (リンク)↑ DG Brennan、「線形多様性合成技術」、 Proc. IRE 、第47巻、第1号、1075~1102ページ、1959年6月 ↑ "Mashaghi et al. 光ピンセットのドリフト補正に適用したフーリエ空間での信号結合によるノイズ低減、Rev. Sci. Instrum. 82, 115103 (2011)" 。 2012年5月3日に オリジナルからアーカイブ済み。 2011年11月8日 に取得 。 ↑ Rentschler, M.; Laukemann, P.、「並列冗長WLANの性能分析」、Emerging Technologies & Factory Automation (ETFA)、2012 IEEE 17th Conference on、vol.、no.、pp.1、8、2012年9月17~21日 ↑ この装置を説明するために「投票」 という言葉が使われていることを確認するには、米国特許商標庁の特許ID 4531235 [ リンク削除 ] および5884192「アンテナのダイバーシティ合成」を参照してください。 ↑ 「第V章:結論」、カリフォルニア州ハイウェイパトロール 通信技術研究プロジェクト(800MHz帯) 、80-C477、(カリフォルニア州サクラメント :総務局通信技術課、1982年)、pp. V-6。 ↑ 例えば、ある特定の機器設置場所には、6 つの基地局と多数の受信機があると説明されています。参照: 「3.1.3 ドレイパー湖無線サイト」、トランキング無線システム: 提案依頼書 、(オクラホマ州 オクラホマシティ: オクラホマシティ市施設局、公共安全資本プロジェクトオフィス、2000 年) 56 ページ。 ↑ 一般的な目安として、トランシーバーの送信機は、基地局受信機において、車載無線機の信号レベルの 10 分の 1 (-10 dB) から 100 分の 1 (-20 dB) の信号レベルを生成します。 ↑ 「地域代替案の評価:場所の選定」、緊急医療通信計画:第2巻、地域レベル計画ガイド 、(ワシントンDC:米国運輸省国家道路交通安全局、1995年)52-55ページ。 ↑ 「地域代替案の評価:サイト選定」、緊急医療通信計画:第2巻、地域レベル計画ガイド 、(ワシントンDC:米国運輸省国家道路交通安全局、1995年)52ページ。「95%のカバー率」はさまざまな解釈が可能であるため、エンジニアリングシステムのカバー率の定義については、専門のコンサルタントの支援を受けるべきです。 ↑ エンジニアリングされたシステムのカバレッジ定義については、California EMS Communications Plan: Final Draft (Sacramento, California: State of California EMS Authority, September 2000) およびArizona Phase II Final Report: Statewide Radio Interoperability Needs Assessment (Phoenix, Arizona: Macro Corporation and The State of Arizona, 2004) の「用語集」、pp. 165 に記載されています。 ↑ 運用中のシステムの説明については、「2.1 移動無線システム」、サンラファエル警察無線委員会:市長および市議会への報告書 (カリフォルニア州サンラファエル :サンラファエル市、1995年)、4ページを参照。 ↑ 投票ロック方式と従来型投票方式の比較については、「第 V 章: 結論」、『カリフォルニア州ハイウェイパトロール 通信技術研究プロジェクト 800 MHz 』、80-C477、(カリフォルニア州サクラメント :総務局通信技術部、1982 年)、pp. V-6 を参照。報告書によると、カリフォルニア州ハイウェイパトロールは、非常に混雑した無線環境であるロサンゼルス では投票ロック方式を使用していない。一部の干渉条件下では、投票ロック方式は悪い結果をもたらす可能性がある。最初に投票されたサイトが必ずしも最良のサイトとは限らない。一部のサイトでは周囲の雑音レベルが 高く、わずかに優れた音声を生成し、長距離伝送で移動局への経路を維持する能力が優れているにもかかわらず、常に最後に投票される。 ↑ 極端な例として、カリフォルニアのある研究では、90ワット、42MHzの移動無線機からの受信信号レベルが、1マイルの走行中に45マイクロボルト(安定した信号)からゼロにまで低下したというフィールドテストについて説明しています。参照:「セクションII:無線伝搬研究」、カリフォルニア高速道路パトロール通信技術研究プロジェクト800MHz 、80-C477、(カリフォルニア州サクラメント:一般サービス局通信技術部、1982年)、pp. V-6。 ↑ 投票保持方式 の存在と送信機制御におけるその使用については、「セクション V: 結論」、 The California Highway Patrol Communications Technology Research Project on 800 MHz 、80-C477、(カリフォルニア州サクラメント:一般サービス局通信技術部、1982年)、pp. V-6 を参照することで確認できます。 ↑ モバイルデータで使用するために設計されたダイバーシティコンバイニング機器のサービスマニュアルには、これについて詳細が記載されています。
さらに読む L.-C. Lin、M. Guo、KT Wong、「無線空間ダイバーシティ受信における2分岐選択:出力電力の上限」、IEEE Transactions on Communications、vol. 60、no. 2、pp. 537-546、2012年2月。