チャンネルアクセス方法

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電気通信およびコンピュータ ネットワークではチャネル アクセス方式またはマルチプル アクセス方式により、同じ伝送媒体に接続された2 つ以上の端末がその伝送媒体を介して伝送し、その容量を共有できます。[1]共有物理メディアの例としては、ワイヤレス ネットワークバス ネットワークリング ネットワーク、および半二重モード で動作するポイント ツー ポイント リンクがあります。

チャネル アクセス方式は多重化に基づいており、複数のデータ ストリームまたは信号が同じ通信チャネルまたは伝送媒体を共有できるようにします。このコンテキストでは、多重化は物理層によって提供されます。

チャネル アクセス方式は、メディア アクセス コントロール(MAC)としても知られる、マルチプル アクセス プロトコルおよびコントロール メカニズムの一部である場合もあります。媒体アクセス制御は、アドレッシング、異なるユーザーへのマルチプレックス チャネルの割り当て、衝突の回避などの問題に対処します。メディア アクセス制御は、OSI モデルのデータ リンク層のサブ層であり、TCP/IP モデルのリンク層のコンポーネントです

基本スキーム

文献では、複数アクセス方式とプロトコルを分類するいくつかの方法が使用されてきました。たとえば、Daniel Minoli (2009) [2]は、 FDMA、TDMA、CDMA、SDMA、およびランダム アクセスの 5 つの主要な多元接続方式を特定していますR. Rom と M. Sidi (1990) [3]は、プロトコルをConflict-free アクセス プロトコルAloha プロトコル、およびCarrier Sensing プロトコルに分類しています

Telecommunications Handbook (Terplan および Morreale、2000 年) [4]は、次の MAC カテゴリを識別します。

  • 固定割り当て: TDMA、FDMA+WDMA、CDMA、SDMA
  • 割り当てられた需要 (DA)
    • 予約: DA/TDMA、DA/FDMA+DA/WDMA、DA/CDMA、DA/SDMA
    • ポーリング: 一般化されたポーリング、分散ポーリング、トークン パッシング、暗黙的なポーリング、スロット アクセス
  • ランダム アクセス (RA): ピュア RA (ALOHA、GRA)、アダプティブ RA (TRA)、CSMA、CSMA/CD、CSMA/CA

チャネル アクセス方式は、一般に次のカテゴリに分類されます。[1] [5] [6]

周波数分割多重アクセス

周波数分割多元接続(FDMA) チャネル アクセス方式は、周波数分割多重化(FDM) 方式に基づく最も標準的なアナログ システムであり、異なる周波数帯域を異なるデータ ストリームに提供します。FDMA の場合、周波数帯域はさまざまなノードまたはデバイスに割り当てられます。FDMA システムの例は、各通話が特定のアップリンク周波数チャネルと別のダウンリンク周波数チャネルに割り当てられた第 1 世代の1G携帯電話システムでした。各メッセージ信号 (各通話) は、特定の搬送周波数で変調されます。

関連する技術は、波長分割多重化(WDM)に基づく波長分割多元接続 (WDMA) であり、光ファイバー通信で異なるデータ ストリームが異なる色を取得します。WDMA の場合、バスまたはハブ ネットワーク内の異なるネットワーク ノードは異なる色になります。[7]

FDMA の高度な形式は、たとえば4Gセルラー通信システムで使用される直交周波数分割多元接続(OFDMA) 方式です。OFDMA では、各ノードが複数のサブキャリアを使用できるため、異なるユーザーに異なるサービス品質 (異なるデータ レート) を提供できます。サブキャリアのユーザーへの割り当ては、現在の無線チャネル条件とトラフィック負荷に基づいて動的に変更される場合があります。シングルキャリア FDMA (SC-FDMA)、別名リニアプリコード OFDMA (LP-OFDMA) は、シングルキャリア周波数領域等化 (SC-FDE) に基づいています。

時分割多重アクセス

分割多元接続(TDMA) チャネル アクセス方式は、時分割多重(TDM) 方式に基づいています。TDMA は、周期的に繰り返されるフレーム構造で、異なる送信機に異なるタイムスロットを提供します。たとえば、ノード 1 はタイム スロット 1、ノード 2 はタイム スロット 2 などを、最後の送信機が最初からやり直すまで使用することができます。高度な形式はダイナミック TDMA (DTDMA) で、送信機のタイムスロットへの割り当てはフレームごとに異なります。

多周波数時分割多元接続(MF-TDMA) は、時間と周波数の多元接続を組み合わせたものです。一例として、2Gセルラー システムは、TDMA と FDMA の組み合わせに基づいています。各周波数チャネルは 8 つのタイムスロットに分割され、そのうち 7 つが 7 回の通話に使用され、1 つが信号データに使用されます。

統計的時分割多重化マルチアクセスも通常、時間領域多重化に基づいていますが、周期的に反復するフレーム構造ではありません。そのランダムな特性により、統計的多重化方法として分類でき、動的な帯域幅割り当てが可能です。これには、メディア アクセス制御(MAC) プロトコル、つまりノードが順番にチャネルを使用し、衝突を回避するための原則が必要です。一般的な例としては、イーサネットバス ネットワークやハブ ネットワークで使用されるCSMA/CDや、 IEEE 802.11などのワイヤレス ネットワークで使用されるCSMA/CAがあります。

符号分割多重アクセスとスペクトル拡散多重アクセス

符号分割多元接続(CDMA) 方式は、スペクトラム拡散に基づいていますつまり、個々のビット ストリームのデータ レートが必要とするよりも広い無線チャネル帯域幅が使用され、複数のメッセージ信号が同じキャリア周波数で同時に転送されます。拡散コード。シャノン・ハートレーの定理によると、帯域幅が広いため、信号対雑音比が 1 よりもはるかに小さい (0 dB よりも小さい) 送信が可能になります。同じ周波数範囲を共有する他のメッセージ信号からの ノイズと同一チャネル干渉。

1 つの形式は、たとえば3G携帯電話システムで使用される、直接拡散スペクトラム(DSSS)に基づく直接拡散CDMA (DS-CDMA) です。各情報ビット (または各シンボル) は、チップと呼ばれるいくつかのパルスの長いコード シーケンスによって表されます。シーケンスは拡散コードであり、各メッセージ信号 (たとえば、各通話) は異なる拡散コードを使用します。

もう 1 つの形式は、周波数ホッピング スペクトラム拡散(FHSS)に基づく周波数ホッピング CDMA (FH-CDMA)です。チャネル周波数は、拡散コードを構成するシーケンスに従って急速に変更されます。一例として、ブルートゥース通信システムは、周波数ホッピングと、CSMA/CA統計的時分割多重通信(データ通信アプリケーション用)またはTDMA(オーディオ伝送用)との組み合わせに基づいている。同じユーザー (同じピコネット) に属するすべてのノード)同じ周波数ホッピング シーケンスを同期的に使用します。つまり、同じ周波数チャネルで送信しますが、VPAN 内の衝突を避けるために CDMA/CA または TDMA が使用されます。Bluetooth では周波数ホッピングを使用して、異なる VPAN 内のノード間のクロストークと衝突の可能性を減らします。

他の技術には、OFDMAおよびマルチキャリア符号分割多元接続(MC-CDMA)が含まれる。

空間分割多重アクセス

空間分割多元接続(SDMA) は、異なる物理領域で異なる情報を送信します。例には、単純なセルラー無線システムと、指向性アンテナと電力変調を使用して空間伝送パターンを改良するより高度なセルラー システムが含まれます。

電力分割多重アクセス

電力分割多元接続( PDMA ) 方式は、チャネルで使用可能な電力を共有するために、ユーザー間で可変送信電力を使用することに基づいています。例としては、衛星トランスポンダ上の複数のSCPCモデムが挙げられます。この場合、ユーザーは必要に応じて電力バジェットのより大きなシェアを取得し、より高いデータ レートで送信します。[8]

パケット モード メソッド

パケット モード チャネル アクセス方法では、パケット伝送中に単一のネットワーク トランスミッタが選択されます。有線通信に適した方法もあれば、無線通信に適した方法もあります。[1]

有線マルチドロップ ネットワークの一般的な統計的時分割多重化複数アクセス プロトコルには、次のものがあります。

パケット無線ワイヤレス ネットワークで使用される一般的な複数アクセス プロトコルには、次のようなものがあります。

二重化方法

これらの方法が順方向と逆方向の通信チャネルを分割するために使用される場合、それらは二重化方法として知られています。二重化通信システムは、半二重または全二重のいずれかです。半二重システムでは、通信は一度に一方向にしか機能しません。トランシーバーは半二重システムの例です。これは、両方のユーザーが互いに通信できるためですが、同時にではなく、次の人が開始する前に誰かが送信を終了する必要があります。全二重システムでは、両方のユーザーが同時に通信できます。電話は、両端で両方のユーザーが同時に話し、同時に聞くことができるため、全二重システムの最も一般的な例です。全二重方式のいくつかのタイプは次のとおりです。

ハイブリッド アプリケーションの例

これらの手法のハイブリッドが頻繁に使用されることに注意してください。いくつかの例:

特定の適用分野における定義

ローカルおよびメトロポリタン エリア ネットワーク

ローカル エリア ネットワーク(LAN) とメトロポリタン エリア ネットワーク(MAN)では、複数のアクセス方法により、バス ネットワーク、リング ネットワーク、スター ネットワーク、ワイヤレス ネットワーク、および半二重ポイント ツー ポイント通信が可能になりますが、全二重ポイントでは必要ありません。 -ネットワーク スイッチとルーター間のシリアル ラインをポイントします。最も一般的な多重アクセス方式は、イーサネットで使用される CSMA/CDです。ただし、今日のイーサネット インストールでは、スイッチへの直接全二重接続が使用されています。CSMA/CD は、古いリピータ ハブとの互換性を実現するためにまだ実装されています

衛星通信

衛星通信では、複数のアクセスは、通信衛星が地上ベースの端末の複数のペア間で同時に通信リンクの一部として機能する機能です。現在通信衛星で使用されている多重アクセスには、符号分割周波数分割、および時分割多重アクセスの 3 種類があります。

携帯電話ネットワーク

セルラー ネットワーク最も広く採用されている 2 つのテクノロジは、CDMA と TDMA です。TDMA テクノロジーは、音声の自然な切れ目を識別し、1 つの電波を利用して複数の送信を順番にサポートすることで機能します。CDMA テクノロジでは、個々のパケットが固有のコードを受信し、このコードが広い周波数スペクトルに分割されてから、反対側で再構成されます。CDMA では、複数の人が同じ周波数で同時に話すことができるため、同じ量のスペクトルでより多くの会話を送信できます。これが、最終的に CDMA がワイヤレス業界で最も広く採用されるチャネル アクセス方式になった理由の 1 つです。[9]

CDMA の起源は 1940 年代にまでさかのぼることができ、米国政府によって特許が取得され、第二次世界大戦中にメッセージを送信するために使用されました。しかし、戦後、特許は失効し、CDMA の使用は減少し、広く TDMA に取って代わられました。[9]それはアーウィン M. ジェイコブスが MIT のエンジニアであり、Linkabit社の同僚が電気通信会社Qualcommを設立するまでのことでした。[10] Qualcomm が設立された時点で、Jacobs は、デジタル技術を使用してスペクトルの容量を増やす軍用の電気通信の問題に対処することに既に取り組んでいました。[11]クアルコムは、CDMA がワイヤレスの効率と可用性を大幅に向上させることを知っていましたが、すでに数百万ドルを TDMA に投資しているワイヤレス業界は懐疑的でした。[11] Jacobs と Qualcomm は、インフラストラクチャの改善と CDMA のテストとデモンストレーションの実施に数年を費やしました。1993 年に、CDMA がワイヤレス業界標準として受け入れられるようになりました。1995 年までに、CDMA はワイヤレス業界で2Gの基盤として商業的に使用されていました。[9]

も参照

参考文献

  1. ^ a b c Guowang Miao; イェンス・ザンダー; キ・ウォンソン; ベン・スリマン (2016)。モバイル データ ネットワークの基礎ケンブリッジ大学出版局。ISBN 978-1107143210.
  2. ^ ダニエル・ミノリ (2009 年 2 月 3 日). IPv6 環境でのサテライト システム エンジニアリングCRCプレス。136ページ–。ISBN 978-1-4200-7868-8. 2012年6月1日閲覧
  3. ^ ロム、ラファエル; シディ、モシェ(1990)。「複数アクセス プロトコル: パフォーマンスと分析」. Springer-Verlag/ミシガン大学。 {{cite journal}}:引用ジャーナルが必要です|journal=( help )
  4. ^ コーネル・タープラン (2000). 電気通信ハンドブックCRCプレス。pp.266–。ISBN 978-0-8493-3137-4. 2012年6月1日閲覧
  5. ^ 「通信アクセス技術の基礎: FDMA、TDMA、CDMA、OFDMA、および SDMA」 . 電子設計。2013-01-22 . 2014 年 8 月28 日閲覧
  6. ^ Halit Eren (2005 年 11 月 16 日)。ワイヤレス センサーと計測器: ネットワーク、設計、およびアプリケーションCRCプレス。p。112.ISBN _ 9781420037401.
  7. ^ サディク、アブバカー. 「通信における多元接続技術: FDMA、TDMA、CDMA」 . 2019-10-09のオリジナルからのアーカイブ。
  8. ^ エリナフ、ドロン; ルビン、マティE。Brener, Snir (2014 年 3 月 6 日)、Power Division Multiple Access、2016 年 6 月 29 日検索
  9. ^ a b c クアルコム、クアルコム。「ほとんどなかった世界を変えるテクノロジー」 . クアルコム
  10. ^ Tibken、Shara (2011-12-21). 「クアルコムの創業者が引退する」 . ウォールストリートジャーナルISSN 0099-9660 . 2019-12-03取得 
  11. ^ b モック、デイブ (2005) . クアルコムの方程式: 駆け出しの通信会社が大きな利益と市場支配への新しい道をどのように築いたか. アマコム。ISBN 978-0-8144-2858-0.

パブリックドメイン この記事に は、一般調達局のドキュメント「連邦基準 1037C」のパブリック ドメインの資料が組み込まれています( MIL-STD-188をサポート)