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多元接続(TDMA・CDMA・FDMA・OFDM) たげんせつぞく

三陸特 二陸特 一陸技

1 つの衛星や基地局を多数のユーザが同時に共用するための方式。周波数で分ける FDMA、時間で分ける TDMA、拡散符号で分ける CDMA、多数の直交したサブキャリアを割り当てる OFDMA がある。

試験ではここ

穴埋めが毎回のように出る。「TDMA は一つの周波数を共有し、個々のユーザに[極めて短い時間(タイムスロット)]を割り当て、チャネル間にガードタイム」「FDMA は[周波数]を割り当て、チャネル間にガードバンド」。時間軸にチャネルが並ぶ概念図を見せて方式名を選ばせる問題は TDMA。「拡散符号」は CDMA、「変調方式」は誤り肢。

衛星や携帯電話の基地局は 1 台で何百人もの相手をします。全員が同時に話せるよう、電波を「周波数」「時間」「符号」のどれかで分けて配るのが多元接続です。会議室にたとえると、FDMA は部屋を仕切って別々の部屋で話す、TDMA は 1 つの部屋で順番に短く話す、CDMA は同じ部屋で全員が別々の言語で同時に話す、という分け方です。

横軸を時間、縦軸を周波数にした 3 つの図。FDMA は周波数で横に帯を分け、TDMA は時間で縦に区切り、CDMA は同じ周波数・時間を符号で重ねる
FDMA は周波数で、TDMA は時間で、CDMA は符号で分ける

4 つの方式と「何を割り当てるか」

  • FDMA(周波数分割多元接続) ユーザごとに異なる周波数を割り当てる。チャネルの間にガードバンド(空き周波数)を設ける
  • TDMA(時分割多元接続) 一つの周波数を共有し、極めて短い時間(タイムスロット)を順番に割り当てる。スロットの間にガードタイムを設ける
  • CDMA(符号分割多元接続) 同じ周波数・同じ時間を共用し、ユーザごとに異なる拡散符号で信号を区別する。スペクトル拡散通信の応用
  • OFDMA(直交周波数分割多元接続) 直交する多数のサブキャリアを周波数と時間の両方で細かく割り当てる。LTE や 5G、無線 LAN の基礎

ガードタイムとガードバンド

TDMA では各ユーザの電波が基地局に届く時刻が距離によってわずかにずれるので、スロット同士が重ならないよう間に空き時間を置きます。これがガードタイムです。FDMA では隣の周波数と干渉しないよう空き周波数を置き、これがガードバンドです。「TDMA にはガードバンド」と入れ替えた肢に注意してください。

TDMA の時間軸。ユーザ 1、2、3 のタイムスロットが順に並び、スロットの間にガードタイムの隙間がある
問題の概念図はこの形。時間軸にチャネルが並び、間にガードタイムがあれば TDMA

OFDM はマルチパスに強い

OFDM(直交周波数分割多重)は 1 本の高速なデータを数百本の低速なサブキャリアに分けて並列に送ります。1 本あたりのシンボルが長くなるので、建物で反射して遅れて届く電波(マルチパス)の影響を受けにくく、地上デジタル放送や無線 LAN、携帯電話で使われます。これをユーザごとに割り当てるのが OFDMA です。

単一搬送波では遅延波が次のシンボルに重なるが、OFDM では長いシンボルのガードインターバルに収まる比較図
多数のサブキャリアに分けて 1 本を低速にすると、遅れて届く反射波に強くなる

典型問題の解き方(令和3年6月期 問20)

「TDMA は、一つの周波数を共有し、個々のユーザに使用チャネルとして[ ]を個別に割り当てる方式であり、チャネルとチャネルの間にガードタイムを設けている」

  1. 頭文字を読む TDMA の T は Time。時間で分ける方式
  2. ヒントを拾う 「一つの周波数を共有」とあるので周波数は割り当てない。「ガードタイム」は時間の隙間
  3. 肢を仕分ける 「周波数」は FDMA、「拡散符号」は CDMA、「変調方式」を割り当てる方式は存在しない
  4. 答え 「極めて短い時間(タイムスロット)」。FDMA 版の問題なら「周波数」と「ガードバンド」
ひっかけ

対応を 3 組で覚えます。TDMA=タイムスロット=ガードタイム、FDMA=周波数=ガードバンド、CDMA=拡散符号。「変調方式を割り当てる」はどの方式にも当てはまらない誤り肢です。概念図では横軸が時間で箱が横に並んでいれば TDMA、縦軸の周波数で帯に分かれていれば FDMA です。

先生が基地局の前で TDMA のタイムスロットとガードタイムを説明する挿絵
TDMA は時間、FDMA は周波数、CDMA は符号で分ける

この用語を押さえる問題

二陸特 ・ 日本無線協会 令和2年2月期 無線工学 問22

次の記述は、下記のどの多元接続方式について述べたものか。 下の概念図に示すように、個々のユーザに使用するチャネルとして極めて短い時間を個別に割り当てる方式であり、チャネルとチャネルの間にガードタイムを設けている。

正答: TDMA

正しい。TDMA(時分割多元接続)は同じ周波数を時間で区切り、各ユーザに短い時間(タイムスロット)を順に割り当てる方式です。スロット同士が重ならないようガードタイムを設けます。図のように時間軸にチャネルが並ぶのが特徴です。

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二陸特 ・ 日本無線協会 令和3年6月期 無線工学 問20

次の記述は、多元接続方式について述べたものである。[ ]内に入れるべき字句を下の番号から選べ。 TDMA は、一つの周波数を共有し、個々のユーザに使用チャネルとして[ ]を個別に割り当てる方式であり、チャネルとチャネルの間にガードタイムを設けている。

正答: 極めて短い時間(タイムスロット)

正しい記述です。TDMA(時分割多元接続)は一つの周波数を時間で分割し、各ユーザに極めて短い時間(タイムスロット)を割り当てて多重化する方式です。スロット同士の重なりを防ぐためにガードタイムを設けます。

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三陸特 ・ 日本無線協会 令和2年10月期 無線工学 問20

次の記述は、多元接続方式について述べたものである。[ ]内に入れるべき字句を下の番号から選べ。 FDMA は、個々のユーザに使用チャネルとして[ ]を個別に割り当てる方式であり、チャネルとチャネルの間にガードバンドを設けている。

正答: 周波数

FDMA(周波数分割多元接続)は各ユーザに異なる周波数(チャネル)を割り当てる方式。隣接チャネルとの干渉を防ぐためチャネル間にガードバンドを設ける。

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三陸特 ・ 日本無線協会 CBT例題 無線工学 No.2 問21

次の記述は、多元接続方式について述べたものである。[ ]内に入れるべき字句を下の番号から選べ。 TDMAは、一つの周波数を共有し、個々のユーザに使用チャネルとして[ ]を個別に割り当てる方式であり、チャネルとチャネルの間にガードタイムを設けている。

正答: 極めて短い時間(タイムスロット)

TDMA(時分割多元接続)は同一周波数を時間で分割し、ユーザごとにタイムスロットを割り当てる。スロット間の干渉を防ぐのがガードタイム。

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問われた問題 18

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