モバイル通信におけるアンチジャミング技術

要約する

干渉はモバイル通信の双子です。モバイル通信の誕生以来、人々は干渉と闘ってきました。民間モバイル通信は 4 世代にわたり、干渉に対処するさまざまな方法にはそれぞれ独自の長所があるため、この機会に一般的な概要を確認してみます。

まず、干渉耐性の概念を見てみましょう。システムがまだ動作しているとき、受信機によって許容される最大干渉比 (有用な信号に対する干渉の比) であり、干渉環境における干渉に対するシステムの耐性を反映します。

通信システムが正常に動作するための条件は次のとおりです。

したがって、一般的な方向から見ると、入力干渉率の低減とシステム干渉耐性の向上という 2 つの側面からシステムの耐干渉能力を向上させることができ、数世代の移動通信でも同様に改善されています。

入力干渉率を低減

干渉率で表される通信干渉式は次のとおりです。

したがって、入力干渉比を低減する方法は、干渉信号の低減、有効信号の改善、有効信号と干渉間の時間周波数領域の一致損失の増加の 3 つの部分に分けることができます。

1. 干渉信号を低減する

移動体通信の場合、干渉はネットワーク干渉と外部干渉に分けられ、ネットワーク外部干渉に加えて周波数スイープ調査による干渉信号源のPTj、GTj、Lj、GRjを任意に変更することはできません。

ネットワークにおける干渉の制御については、各種標準移動通信システムにおいても基本的に同様の手段が取られており、以下のような手段がある。

1. GTj/GRj を減らす: 指向性アンテナを使用してセルをセクター化し、カバーしたくないエリアにサイドローブを揃えます。これは、干渉/干渉された方向のゲインを減らすことに相当します。 TDSCDMA および TDD-LTE システムでは、より良い結果を得るためにスマート アンテナ (ビームフォーミング) も使用されます。

2. PTj を減らす: 電力制御と DTX 不連続送信を使用します。

電力制御は、ネットワーク内の干渉を制御するための最も重要な手段の 1 つです。 GSM システムの場合、電力制御コマンドは SACCH を通じて発行され、制御周期は 3 つの測定レポート (約 1.5 秒) です。 3G と 4G の電力制御も同様で、開ループ電力制御と閉ループ電力制御の 2 種類に分けられます。簡単に言うと、開ループ電力制御はフィードバックなしの電力制御で、一般に初期アクセス段階で使用されます。閉ループ電力制御は、フィードバック値とフィードバック単位の種類に応じて、内リングと外リングに分けられます。システムによって電力制御速度は異なり、WCDMA の電力制御速度は 1500HZ、CDMA2000 の電力制御速度は 800HZ、LTE の電力制御速度は 200HZ です。

なお、遠近効果の存在により上りリンクは干渉を受けやすいため、移動通信における電力制御とは主に上りリンク電力制御を指す。

2. 有用な信号をブーストする

有用な信号を改善するには、いくつかの方法があります。

1) 送信電力 PT を増やす

送信電力はハードウェア機器によって制限されており、移動通信の場合、各ユーザーは自分の信号源だけでなく、他のユーザーも干渉源となるため、自分側の通信効果を高めるために単純に送信電力を上げると、同時にネットワーク内の他のユーザーへの干渉が増大することになり、全体としては必ずしも良いとは言えません。したがって、移動通信では、各ユーザーの電力がちょうど十分であることを保証するために電力を調整する電力制御手段が使用されます。

2) ダイバーシティ受信により受信電力 Psi が向上

いわゆるダイバーシティ受信とは、受信側で受信した独立した（同じ情報を運ぶ）多数のフェージング特性信号を合成して、信号レベルの変動を低減する方式を指します。これには、受信処理とマージ処理の 2 つの部分が含まれます。

一般的な受信モードには、空間ダイバーシティ、偏波ダイバーシティ、時間ダイバーシティの 3 つがあります。

空間ダイバーシティ: 空間的に比較的独立したオーバーペイ受信アンテナを使用して信号を受信し、その後マージします。受信信号の無関係性を確保するために、アンテナ間の距離が十分に大きいことが必要です。そうする目的は、受信したマルチパス信号のフェージング特性が異なることを保証することであり、受信アンテナ間の距離は少なくとも 10 波長以上です。最も一般的に使用されるダイバーシティ手法の 1 つです。

偏波ダイバーシティ: 異なる偏波モードを持つオーバーペイ受信アンテナを使用して信号を受信し、それらを結合します。モバイル通信における一般的なアンテナは 45 度偏波アンテナです。

時間ダイバーシティ: 時間ダイバーシティは、Rake 受信テクノロジーによって表されます。 RAKE 受信技術は、CDMA 移動通信システムにおける重要な技術であり、微妙なマルチパス信号を適時に識別し、これらの分解されたマルチパス信号を重み付け調整して強化された信号に合成することができます。

合併には最大比率合併、選択合併、等利合併の3種類があります。最も一般的に使用される方式は最大比マージです。これは、受信側で受信信号を線形処理することでシンプルかつ簡単に実装できます。複数のダイバーシティ ブランチが受信端で形成され、位相調整後、適切なゲイン係数に従って同位相で加算され、検出のために検出器に送信されます。マージによって生成されるゲインは、ダイバーシティ ブランチの数 N に比例します。

初期のエンジニアリング構築で残ったいくつかの単一偏波アンテナに加えて、すべての標準モバイル通信は偏波ダイバーシティと空間ダイバーシティを使用しますが、レイク受信は CDMA システムでのみ使用されます。

3.Lf/Lp/Ltを上げる

これら 3 つの方法の原則は次のとおりです。

Lf: 民間移動通信の周波数帯域は独立して決定できないため、干渉信号と有用信号は周波数領域からずれています。そのため、この干渉防止方法の使用は制限されています。

Lp：偏波方向の干渉からは隔離されますが、移動通信の伝播過程で電波の偏波方向は頻繁に変化するため、Lpを大きくしても干渉を低減することはできません。

中尉: 時間領域での干渉の分離。軍事で一般的に使用される、バースト送信技術など。データはバーストパルス送信で圧縮されるため、敵は干渉できません。

さらに、GSM の時分割多元接続など、各システムの多元接続技術も、ある意味では、相互干渉を避けるために実際に各ユーザーの信号を時間から分離する耐干渉技術でもあります。