LTEの高速技術(MIMO・帯域幅の拡大)

このページは現在主流の電波となっているLTEの高速化技術について解説していきたいと思います。

スマネコ
今使っているのは本当のLTEではなく3.9世代だったと聞いたよ。それをなぜこんなに早く使えるのかな。
スマ犬
そうだね。このページでは3.5世代から4.0世代までの中間に使われている3.9世代の高速化技術について解説するよ。

3.5世代から4.0世代への移行は電波の割り当て急速な対応などが難しくてすぐにはできませんでした。そこで現在の周波数を使ってできるだけ速度を高める拡張技術を使って3.5世代を高速化しました。それを3.9世代といいます。

3.9世代はwcdmaを高速化させたLTEとcdma2000を発展させたUMBがあったのですが、現在ではUMBではなくLTEがメインに使われています。

帯域幅の拡大

一つ目の方法は帯域幅の拡大です。これまで5MHの固定式だったところLTEでは1.4から20MHの幅での開園式に変更し効率よく電波を使用して高速化するようになっています。

帯域幅が2倍なら通信速度を考えて構いません。もちろん理論値ではありますが、最大20MHを使うことで3.5世代の4倍の速度を出すことができるようになります。

3.9世代の変調方式

変調方式がたくさんあります。QPSKそして16QAM、64QAMが使われています。

スマネコ
変調方式って何?

スマ犬
変調方式はアナログからデジタルにデータを変換する方法のことだよ。

三世代では2ビットの伝送方式QPSKと8bitの16QAMが使われることが多かったですが、LTEではそれより高速な64QMA、256QAMが使われています。QAMというのは直交振幅変調の略でQPSKは一回で4つの値を、64QAMは16倍の情報を送ることができます

多重化方式

多重化方式はOFDM直交周波数分割多重方式という方法が採用されています。OFDMはひとつの周波数の中で多数の搬送波にデータを載せる方式でデータ効率が良くなっています。

搬送波の数が多くなると互いに干渉してしまう心配が出てきますが、OFDMでは干渉しないような帯域が選択されるようになっています。帯域幅の広い通信方式に適している方法です。

送信するときはOFDMを使うのではなくSCfdmaを使います。というのはOFDMは消費電力が高くなってしまうというデメリットがあるからです。LTEではアップロードの多重方式はひとつの搬送波で、データ通信を行うシングルキャリア周波数分割多重接続を使ってよく使われているダウンロード受信では最大速度を使えるようにMDMを使っています。

MIMO技術

さらにLTEとはMIMOという技術を使って高速化を高めています。MIMOは複数のアンテナでデータの送受信を行う通信技術で、通信帯域を上げて一度にデータを送ることがたくさんできるようになります。データを送るときにデータをアンテナの分割してアンテナごとに異なるデータを一気に送受信します。そうすることで2倍3倍の帯域幅となり、データ通信速度も2倍、3倍になります。帯域幅が増え3倍のデータを送ることができます。

2本のアンテナでデータを送受信する場合は送信用が2本、受信が2本、合計4本必要です

LTEで最大の幅である20MHで4×4 MIMOアンテナを使った場合、最大の受信速度は326Mbps、送信速度が最大86Mbpsという理論値が再現されています。

スマネコ
なるほど、ちょっと難しいけれど、変調方式と多重方式で工夫することで今まで使っていた周波数を変更することなく高速化することはできるんだね。

3.9世代のデータ通信の高速化技術のまとめ

  • QPSKから64QAM変調方式に変更
  • 多重方式はOFDMを採用
  • 複数のアンテナを同時にやり取りするMIMOを使用
  • 帯域幅を拡大し最大20MHの幅で通信可能に

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