ワイヤレス通信-クイックガイド

無線通信では、ワイヤー、ケーブル、またはその他の形式の導電体を使用せずに、離れた場所から情報を送信します。

無線通信は、無線通信技術およびデバイスを介して無線信号を使用して2つ以上のデバイス間で接続および通信するすべての手順および形式を含む広義の用語です。

無線通信の特徴

ワイヤレステクノロジーの進化は、その効果的な機能で多くの進歩をもたらしました。

• 送信距離は、数メートル（たとえば、テレビのリモコン）から数千キロメートル（たとえば、無線通信）の間のどこでもかまいません。

• 無線通信は、携帯電話、インターネットへの無線アクセス、無線ホームネットワークなどに使用できます。

• 無線無線技術の他のアプリケーションの例には、GPSユニット、ガレージドアオープナー、無線コンピューターマウス、キーボードとヘッドセット、ヘッドホン、ラジオ受信機、衛星テレビ、放送テレビ、コードレス電話が含まれます。

ワイヤレス-利点

無線通信には、2つ以上のポイント間の物理的な接続なしで情報を転送することが含まれます。この「物理インフラストラクチャ」がないため、ワイヤレス通信には特定の利点があります。これには、崩壊する距離やスペースが含まれることがよくあります。

無線通信にはいくつかの利点があります。最も重要なものを以下に説明します-

費用対効果

有線通信では、接続線を使用します。ワイヤレスネットワークでは、通信に複雑な物理インフラストラクチャや保守作業は必要ありません。したがって、コストが削減されます。

Example −無線通信サービスを提供する会社は、多くの費用がかからないため、顧客料金を安く請求することができます。

柔軟性

無線通信により、場所に関係なく通信できます。メッセージを送受信するために、オフィスや電話ボックスにいる必要はありません。

アウトバックの鉱山労働者は、衛星電話を利用して愛する人に電話をかけることができます。したがって、彼らにとって最も意味のある人々と連絡を取り合うことで、一般的な福祉の向上に役立ちます。

利便性

携帯電話のような無線通信機器は非常にシンプルなので、どこにいても誰でも使用できます。メッセージを受信または渡すために、物理的に何かを接続する必要はありません。

Example−無線通信サービスは、Wi-Fiなどのインターネットテクノロジーにも見られます。動きを妨げるネットワークケーブルがないため、ほぼ誰とでも、どこでも、いつでも接続できます。

速度

速度の向上も見られます。ネットワーク接続またはアクセシビリティは、精度と速度が大幅に向上しました。

Example−ワイヤレスリモコンは、有線システムよりも高速にシステムを操作できます。機械の無線制御は、何か問題が発生した場合に簡単に動作を停止できますが、直接操作はそれほど速く動作することはできません。

アクセシビリティ

無線技術は、地上線が適切に敷設されていない遠隔地がネットワークに簡単に接続されているため、簡単にアクセスできるようにします。

Example−地方では、オンライン教育が可能になりました。教育者は、レッスンを教えるために遠く離れた地域に旅行する必要がなくなりました。彼らの教育モジュールのライブストリーミングに感謝します。

一定の接続性

一定の接続性により、人々は緊急事態に比較的迅速に対応できます。

Example −ワイヤレスモバイルは、場所を移動したり、旅行中に移動したりしても、常に接続できるようにしますが、有線の固定電話はできません。

ここでは、携帯電話で使用されるさまざまな用語の中で、最もよく使用される用語について説明します。

Mobile Station (MS)−移動局（MS）はユーザーと情報を通信し、BSSと通信するために情報をエアインターフェイスの送信プロトコルに変更します。ユーザー情報は、スピーチ用のマイクとスピーカー、ショートメッセージング用のキーボードとディスプレイ、および他のデータ端末用のケーブル接続を介してMSと通信します。移動局には、モバイル機器（ME）と加入者識別モジュール（SIM）の2つの要素があります。

Mobile Equipment (ME)− MEは、お客様が機器メーカーから購入するハードウェアです。ハードウェア部分には、ユーザーとインターフェイスするためのプロトコルと基地局へのエアインターフェイスの実装に必要なすべてのコンポーネントが含まれています。

Subscriber Identity Module (SIM)−これは、アドレスやサービスの種類などのユーザーの仕様を識別するためにサブスクリプションで発行されるスマートカードです。GSMの通話は、端末ではなくSIMに転送されます。

SMSもSIMカードに保存されます。それは多くの有用なアプリケーションを可能にするすべてのユーザーの個人情報を運びます。

Base Station (BS)−基地局はユーザーデータを送受信します。モバイルがユーザーのデータ送受信のみを担当する場合、基地局は複数の加入者の通話を同時に処理できます。

Base Transceiver Station (BTS)−ユーザーデータの送信は、携帯電話と基地局（BS）の間で基地局を介して行われます。トランシーバーは、送受信する、つまり両方を行う回路です。

Mobile Switching Center (MSC)− MSCは、Signaling System 7（SS7）プロトコルおよびサービスプロバイダーのカバレッジエリア内の他のMSCを使用してPSTNスイッチと通信できるワイヤレススイッチのハードウェア部分です。MSCは、他の有線および無線ネットワークとの通信、および移動局との接続の登録と保守のサポートも提供します。

次の画像は、さまざまなサブシステムのパーツを示しています。HLR、VLR、EIR、およびAuCは、ネットワークサブシステムのサブシステムです。

Channels −特定のサービスまたはシステムに割り当てられた周波数の範囲です。

Control Channel −コール設定、コール要求、コール開始、およびその他のビーコンまたは制御目的の送信に使用される無線チャネル。

Forward Control Channel(FCC) −基地局から携帯電話への情報の送信に使用される無線チャネル

Reverse Channel(RC) −モバイルから基地局への情報の送信に使用される無線チャネル。

Voice Channel(VC) −音声またはデータ送信に使用される無線チャネル。

Handoff −チャネルまたは基地局から別の基地局に通話を転送することとして定義されます。

Roamer −サービスが加入しているサービスエリア以外のサービスエリアで動作する移動局

Transceiver −無線信号を同時に送受信できるデバイス。

複数のアクセス方式を使用して、多くのモバイルユーザーが有限量の無線スペクトルを同時に共有できるようにします。

多元接続技術

無線通信システムでは、加入者が、基地局から移動局に情報を受信しながら、移動局から基地局に同時に情報を送信できるようにすることが望ましい場合が多い。

セルラーシステムは、任意のエリアをセルに分割し、各セルのモバイルユニットが基地局と通信します。セルラーシステム設計の主な目的は、increase the capacity of the channelつまり、十分なレベルのサービス品質で、特定の帯域幅で可能な限り多くの通話を処理します。

チャネルへのアクセスを許可するには、いくつかの異なる方法があります。これらには主に以下が含まれます-

• 周波数分割多元接続（FDMA）
• 時分割多元接続（TDMA）
• 符号分割多元接続（CDMA）
• 空間分割多元接続（SDMA）

利用可能な帯域幅がユーザーにどのように割り当てられているかに応じて、これらの手法は次のように分類できます。 narrowband そして wideband システム。

狭帯域システム

コヒーレンス帯域幅よりも大幅に狭いチャネルで動作するシステムは、狭帯域システムと呼ばれます。狭帯域TDMAを使用すると、ユーザーは同じチャネルを使用できますが、チャネル上の各ユーザーに一意のタイムスロットが割り当てられるため、単一のチャネルで少数のユーザーが時間内に分離されます。

広帯域システム

広帯域システムでは、単一チャネルの伝送帯域幅は、チャネルのコヒーレンス帯域幅よりもはるかに大きくなります。したがって、マルチパスフェージングは​​広帯域チャネル内の受信信号に大きな影響を与えず、周波数選択性フェージングは​​信号帯域幅のごく一部でのみ発生します。

周波数分割多元接続（FDMA）

FDMAは、高度な携帯電話サービスの基本技術です。FDMAの特徴は次のとおりです。

• FDMAは、ネットワークにアクセスするために、異なるユーザーごとに異なる周波数のサブバンドを割り当てます。
• FDMAが使用されていない場合、チャネルは他のユーザーに割り当てられるのではなく、アイドル状態のままになります。
• FDMAは狭帯域システムに実装されており、TDMAほど複雑ではありません。
• ここでは、隣接チャネルの干渉を減らすために厳密なフィルタリングが行われます。
• 基地局BSと移動局MSは、FDMAで同時に継続的に送信および受信します。

時分割多元接続（TDMA）

連続送信が不要な場合は、FDMAの代わりにTDMAを使用します。TDMAの機能は次のとおりです。

• TDMAは、各ユーザーが重複しないタイムスロットを利用する複数のユーザーと単一のキャリア周波数を共有します。
• TDMAでのデータ送信は連続的ではありませんが、バーストで発生します。したがって、ハンドオフプロセスはより簡単です。
• TDMAは、送信と受信に異なるタイムスロットを使用するため、デュプレクサは必要ありません。
• TDMAには、フレームごとに異なる数のタイムスロットを異なるユーザーに割り当てることができるという利点があります。
• 帯域幅は、優先度に基づいてタイムスロットを連結または再割り当てすることにより、さまざまなユーザーにオンデマンドで提供できます。

符号分割多元接続（CDMA）

符号分割多元接続技術は、複数の送信機が単一のチャネルを使用して情報を同時に送信する多元接続の例です。その特徴は以下のとおりです。

• CDMAでは、すべてのユーザーが個別の周波数で割り当てられるのではなく、利用可能なすべてのスペクトルを使用します。
• CDMAは音声およびデータ通信に強く推奨されます。
• CDMAでは複数のコードが同じチャネルを占有しますが、同じコードを持つユーザーは相互に通信できます。
• CDMAはTDMAよりも多くの空域容量を提供します。
• 基地局間のハンドオフは、CDMAによって非常にうまく処理されます。

スペースディビジョンマルチアクセス（SDMA）

空間分割多元接続または空間分割多元接続は、MIMO（多入力多出力）アーキテクチャであり、主に無線および衛星通信で使用される手法です。以下の特徴があります。

• すべてのユーザーは、同じチャネルを使用して同時に通信できます。
• SDMAは完全に干渉を受けません。
• 単一の衛星は、同じ周波数のより多くの衛星受信機と通信できます。
• 指向性スポットビームアンテナが使用されているため、SDMAの基地局は移動中のユーザーを追跡できます。
• 宇宙の各ユーザーの放射エネルギーを制御します。

スペクトラム拡散多元接続

スペクトラム拡散多元接続（SSMA）は、必要な最小RF帯域幅よりも大きい送信帯域幅を持つ信号を使用します。

スペクトラム拡散多元接続技術には主に2つのタイプがあります-

• 周波数ホップスペクトラム拡散（FHSS）
• 直接シーケンススペクトラム拡散（DSSS）

周波数ホップスペクトラム拡散（FHSS）

これは、個々のユーザーのキャリア周波数が広帯域チャネル内で疑似ランダムに変化するデジタル多元接続システムです。デジタルデータは均一なサイズのバーストに分割され、さまざまなキャリア周波数で送信されます。

直接シーケンススペクトラム拡散（DSSS）

これは、CDMAで最も一般的に使用されているテクノロジーです。DS-SSでは、メッセージ信号に疑似ランダムノイズコードが乗算されます。各ユーザーには、他のユーザーのコードに直交する独自のコードワードが与えられ、ユーザーを検出するために、受信者は送信者が使用するコードワードを知っている必要があります。

と呼ばれる組み合わせシーケンス hybrid 別のタイプのスペクトラム拡散としても使用されます。 Time hopping また、めったに言及されない別のタイプです。

多くのユーザーが互いに干渉することなく同じスペクトラム拡散帯域幅を共有できるため、スペクトラム拡散システムは bandwidth efficient マルチユーザー環境で。

ワイヤレスチャネルは、次のようなさまざまな伝送障害の影響を受けやすくなっています。 path loss, interference そして blockage。これらの要因により、ワイヤレス伝送の範囲、データレート、および信頼性が制限されます。

パスの種類

これらの要因が送信に影響を与える程度は、環境条件と送信機と受信機の移動性によって異なります。受信機に到達するための信号がたどる経路は、次の2つのタイプです。

ダイレクトパス

送信された信号は、受信機に直接到達すると、 directpath 信号に存在するコンポーネントの存在は、次のように呼ばれます。 directpath components。

マルチパス

送信された信号は、さまざまな現象を経てさまざまな方向を介して受信機に到達すると、次のように呼ばれます。 multi-path 送信信号の成分は次のように呼ばれます multi-path components。

それらは環境によって反射、回折、散乱され、ダイレクトパス成分に対して振幅、周波数、位相がシフトしたレシーバーに到達します。

無線チャネルの特徴

ワイヤレスチャネルの最も重要な特性は次のとおりです。

• 経路損失
• Fading
• Interference
• ドップラーシフト

次のセクションでは、これらのチャネル特性について1つずつ説明します。

パスロス

経路損失は、特定の経路上で、受信機が受信した同じ信号の電力に対する送信信号の電力の比率として表すことができます。これは、伝搬距離の関数です。

• 経路損失の推定は、無線通信ネットワークの設計と展開にとって非常に重要です

• 経路損失は、使用する無線周波数や地形の性質など、さまざまな要因に依存します。

• 自由空間伝搬モデルは、送信機と受信機の間に直接経路信号があり、大気の減衰やマルチパス成分がない、最も単純な経路損失モデルです。

このモデルでは、送信電力間の関係 P_t と受信電力 P_r によって与えられます

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{\lambda}{4\Pi d})^2$$

どこ

• G_t は送信機のアンテナゲインです

• G_r 受信機のアンテナゲインです

• d 送信機と受信機の間の距離です

• λ 信号の波長です

2パスモデルとも呼ばれる双方向モデルは、広く使用されているパス損失モデルです。上記の自由空間モデルは、送信機から受信機への単一のパスが1つしかないことを前提としています。

実際には、信号は複数のパスを介して受信機に到達します。2パスモデルは、この現象を捉えようとします。このモデルは、信号が2つのパスを介して受信機に到達することを前提としています。1つは見通し内で、もう1つは反射波が受信されるパスです。

2パスモデルによると、受信電力は次の式で与えられます。

$$P_{r} = P_{t}G_{t}G_{r}(\frac{h_{t}h_{r}}{d^2})^2$$

どこ

• p_t 送信電力です

• G_t 送信機でのアンテナゲインを表す

• G_r 受信機でのアンテナゲインを表す

• d 送信機と受信機の間の距離です

• h_t 送信機の高さです

• h_r レシーバーの高さです

フェージング

フェージングとは、受信機で受信したときの信号強度の変動を指します。フェージングは​​2つのタイプに分類できます-

• 高速フェージング/小規模フェージングおよび
• 遅いフェージング/大規模なフェージング

高速フェージングとは、わずかに異なる時間に受信機に到着する同じ送信信号の複数のバージョン間の干渉による、受信信号の振幅、位相、またはマルチパス遅延の急激な変動を指します。

信号の最初のバージョンを受信して​​から最後にエコーされた信号までの時間は、 delay spread。高速フェージングを引き起こす送信信号のマルチパス伝搬は、3つの伝搬メカニズム、つまり-によるものです。

• Reflection
• Diffraction
• Scattering

複数の信号パスは、受信機で建設的または破壊的に追加される場合があり、受信信号の電力レベルに変動を引き起こします。高速フェージング信号の受信単一エンベロープは、次のようになります。Rayleigh distribution 送信機と受信機の間に見通し内経路がないかどうかを確認します。

遅いフェージング

Slow Fadingという名前自体は、信号がゆっくりとフェードアウトすることを意味します。スローフェージングの特徴は以下のとおりです。

• 送信を部分的に吸収するオブジェクトが送信機と受信機の間にある場合、フェージングが遅くなります。

• フェードの持続時間が数秒または数分続く場合があるため、スローフェードはそのように呼ばれます。

• 受信機が建物の内部にあり、電波が建物の壁を通過する必要がある場合、または受信機が建物によって送信機から一時的にシールドされている場合、フェージングが遅くなることがあります。障害物は、受信信号電力にランダムな変動を引き起こします。

• 送信機と受信機の間の距離は同じままですが、フェージングが遅いと、受信信号電力が変化する可能性があります。

• 遅いフェージングは​​、 shadow fading 大きな建物やその他の構造物など、フェードの原因となるオブジェクトが、送信機から受信機への直接伝送パスをブロックするためです。

干渉

ワイヤレス伝送は、さまざまなソースからの干渉に対抗する必要があります。干渉の2つの主な形態は次のとおりです。

• 隣接するチャネル干渉と
• 同一チャネル干渉。

隣接チャネル干渉の場合、近くの周波数の信号には割り当てられた範囲外の成分があり、これらの成分は隣接する周波数で進行中の送信を妨害する可能性があります。割り当てられた周波数範囲の間にガードバンドを注意深く導入することにより、これを回避できます。

Co-channel interference、別名 narrow band interferenceは、同じ送信周波数を使用している他の近くのシステムによるものです。

Inter-symbol interference は別のタイプの干渉であり、受信信号の歪みは、信号内の個々のパルスの時間的な広がりとその結果としてのオーバーラップによって引き起こされます。

Adaptive equalizationは、シンボル間干渉と戦うために一般的に使用される手法です。これには、分散したシンボルエネルギーを元の時間間隔に収集することが含まれます。複雑なデジタル処理アルゴリズムが等化プロセスで使用されます。

元のTCP / IPプロトコルは、ハードウェア上に構築された4つのソフトウェア層として定義されていました。ただし、現在、TCP / IPは、OSIモデルと同様の名前のレイヤーを持つ5レイヤーモデルと見なされています。

OSIとTCP / IPスイートの比較

2つのモデルを比較すると、セッションとプレゼンテーションの2つのレイヤーがTCP / IPプロトコルから欠落していることがわかります。スイートのアプリケーション層は通常、OSIモデルの3つの層の組み合わせと見なされます。

OSIモデルは、どの機能がその各層に属するかを指定しますが、TCP / IPプロトコルスイートの層には、システムのニーズに応じて、混合および照合できる比較的独立したプロトコルが含まれています。階層という用語は、各上位レベルのプロトコルが1つ以上の下位レベルのプロトコルによってサポートされることを意味します。

TCP / IPスイートのレイヤー

TCP / IPモデルの4つの層は、ホストからネットワーク層、インターネット/ネットワーク層、トランスポート層、およびアプリケーション層です。TCP / IPプロトコルスイートの各層の目的を以下に詳しく説明します。

上の画像は、TCP / IPプロトコルスイートのレイヤーを表しています。

物理層

TCP / IPは、物理層に特定のプロトコルを定義していません。これは、すべての標準プロトコルと独自プロトコルをサポートします。

• このレベルでは、通信は2つのホップまたはノード（コンピューターまたはルーター）間で行われます。コミュニケーションの単位はsingle bit。

• 2つのノード間で接続が確立されると、ビットのストリームが2つのノード間を流れます。ただし、物理層は各ビットを個別に扱います。

ビットの配信に加えて、物理層の責任は、OSIモデルの物理層について述べたものと一致しますが、それは主に、リンクを提供する基盤となるテクノロジーに依存します。

データリンク層

TCP / IPは、データリンク層の特定のプロトコルも定義していません。これは、すべての標準プロトコルと独自プロトコルをサポートします。

• このレベルでも、通信は2つのホップまたはノード間で行われます。ただし、通信の単位は、frame。

• A frame は、ネットワーク層から受信したデータを、ヘッダーと場合によってはトレーラーを追加してカプセル化したパケットです。

• ヘッドには、他の通信情報の中でも、フレームの送信元と宛先が含まれます。

• ザ・ destination address 多くのノードがリンクに接続されている可能性があるため、フレームの適切な受信者を定義するために必要です。

• ザ・ source address 一部のプロトコルで必要となる可能性のある応答または確認応答に必要です。

LAN、パケット無線、およびポイントツーポイントプロトコルがこのレイヤーでサポートされています

ネットワーク層

ネットワーク層では、TCP / IPはインターネットプロトコル（IP）をサポートします。インターネットプロトコル（IP）は、TCP / IPプロトコルで使用される伝送メカニズムです。

• IPはと呼ばれるパケットでデータを転送します datagrams、それぞれが別々に輸送されます。
• データグラムはさまざまなルートに沿って移動する可能性があり、順序が狂って到着したり、複製されたりする可能性があります。

IPはルートを追跡せず、宛先に到着したデータグラムを並べ替える機能もありません。

トランスポート層

トランスポート層とネットワーク層には主な違いがあります。ネットワーク内のすべてのノードにネットワーク層が必要ですが、トランスポート層が必要なのは2台のエンドコンピューターだけです。

• ネットワーク層は、コンピューターAからコンピューターBに個々のデータグラムを送信する役割を果たします。トランスポート層は、メッセージ全体の配信を担当します。これは、segment、AからBへ。

• セグメントは、数個または数十個で構成されます。 datagrams。セグメントはデータグラムに分割する必要があり、各データグラムは送信のためにネットワーク層に配信する必要があります。

• インターネットはデータグラムごとに異なるルートを定義しているため、データグラムが順不同で到着し、失われる可能性があります。

• コンピューターBのトランスポート層は、これらのデータグラムがすべて到着するまで待機し、それらを組み立てて、それらからセグメントを作成する必要があります。

従来、トランスポート層はTCP / IPスイートで次の2つのプロトコルで表されていました。 User Datagram Protocol (UDP) そして Transmission Control Protocol (TCP)。

と呼ばれる新しいプロトコル Stream Control Transmission Protocol (SCTP) 過去数年で導入されました。

アプリケーション層

TCP / IPのアプリケーション層は、OSIモデルのセッション、プレゼンテーション、およびアプリケーション層を組み合わせたものと同等です。

• アプリケーション層により、ユーザーはプライベートインターネットまたはグローバルインターネットのサービスにアクセスできます。

• この層では、電子メールファイル転送、ワールドワイドウェブへのアクセスなどのサービスを提供するために、多くのプロトコルが定義されています。

• この層でサポートされているプロトコルは次のとおりです。 TELNET, FTP そして HTTP。

セルラーネットワークは、携帯電話、パーソナル通信システム、ワイヤレスネットワーキングなどの基盤となる技術です。この技術は、携帯無線電話が高出力の送受信システムに取って代わるために開発されました。セルラーネットワークは、データ送信に低電力、短距離、より多くの送信機を使用します。

セルラーシステムの特徴

ワイヤレスセルラーシステムは、スペクトルの輻輳の問題を解決し、ユーザーの容量を増やします。セルラーシステムの特徴は次のとおりです。

• 限られたスペクトルで非常に高い容量を提供します。

• 異なるセルでの無線チャネルの再利用。

• カバレッジ領域全体でチャネルを再利用することにより、固定数のチャネルが任意の数のユーザーにサービスを提供できるようにします。

• 通信は常にモバイルと基地局の間で行われます（モバイル間で直接ではありません）。

• 各セルラー基地局には、セルと呼ばれる小さな地理的領域内の無線チャネルのグループが割り当てられます。

• 隣接するセルには、異なるチャネルグループが割り当てられます。

• カバレッジエリアをセルの境界内に制限することにより、チャネルグループを再利用して異なるセルをカバーすることができます。

• 干渉レベルを許容範囲内に保ちます。

• 周波数の再利用または周波数の計画。

• ワイヤレスセルラーネットワークの編成。

セルラーネットワークは、それぞれ100w以下の複数の低電力送信機に編成されています。

細胞の形

セルラーネットワークのカバレッジエリアは、 cells、各セルには、信号を送信するための独自のアンテナがあります。各セルには独自の周波数があります。セルラーネットワークでのデータ通信は、基地局の送信機、受信機、および制御ユニットによって提供されます。

セルの形状は、正方形または六角形のいずれかです。

平方

正方形のセルには、距離に4つの隣接セルがあります d 距離ルートに4つ 2 d

• 隣接するすべてのアンテナが等距離にある場合はより良い
• 新しいアンテナの選択と切り替えを簡素化します

六角形

カバレッジと計算が簡単な六角形のセル形状を強くお勧めします。次の利点があります-

• 等距離アンテナを提供します
• 中心から頂点までの距離は辺の長さに等しい

周波数の再利用

周波数の再利用とは、特定のエリア内で同じ無線周波数を使用し、干渉を最小限に抑えてかなりの距離を置いて通信を確立するという概念です。

周波数の再利用には次の利点があります-

• 特定の周波数でセル内の通信を許可します
• 隣接するセルへのエスケープ電力を制限します
• 近くのセルの周波数を再利用できます
• 複数の会話に同じ頻度を使用します
• セルあたり10〜50の頻度

たとえば、 N セルは同じ数の周波数を使用しており、 Kシステムで使用される周波数の総数です。その後、それぞれcell frequency 式を使用して計算されます K/N。

Advanced Mobile Phone Services（AMPS）では、K = 395およびN = 7の場合、セルあたりの平均頻度は395/7 = 56になります。ここでは、 cell frequency 56です。

アンテナと波動の伝搬は、無線通信ネットワークで重要な役割を果たします。アンテナは、空間に/から電磁エネルギーを放射/収集（送信または受信）する導電体または導体のシステムです。理想化された等方性アンテナは、すべての方向に等しく放射します。

伝播メカニズム

ワイヤレス伝送は3つのモードで伝播します。彼らは-

• 地上波伝搬
• スカイウェーブ伝搬
• 見通し内伝搬

Ground wave propagation 地球の輪郭をたどりながら sky wave propagation 地球と電離層の両方による反射を使用します。

Line of sight propagation送信アンテナと受信アンテナが互いに見通し内にある必要があります。基になる信号の周波数に応じて、特定の伝搬モードに従います。

地上波と空波の通信の例は次のとおりです。 AM radio そして international broadcastsBBCなど。30 MHzを超えると、地上波も空波伝搬も動作せず、通信は見通し内で行われます。

送信制限

このセクションでは、電磁波の送信に影響を与えるさまざまな制限について説明します。減衰から始めましょう。

減衰

信号の強度は、伝送媒体上の距離とともに低下します。減衰の程度は、距離、伝送媒体、および基礎となる伝送の周波数の関数です。

ねじれ

異なる周波数の信号は異なる程度に減衰するため、ある周波数範囲の成分で構成される信号は歪む、つまり受信信号の形状が変化します。

この問題を解決する（そして元の形状を復元する）標準的な方法は、より高い周波数を増幅して、周波数帯域全体で減衰を均等化することです。

分散

分散は、伝搬中に電磁エネルギーのバーストが広がる現象です。連続して送信されるデータのバーストは、分散のためにマージされる傾向があります。

ノイズ

ノイズの最も一般的な形式は熱ノイズであり、加法性ガウスモデルを使用してモデル化されることがよくあります。熱雑音は、電子の熱攪拌によるものであり、周波数スペクトル全体に均一に分布しています。

他の形式のノイズには次のものがあります-

• Inter modulation noise （キャリア周波数の合計または差である周波数で生成された信号によって引き起こされます）

• Crosstalk （2つの信号間の干渉）

• Impulse noise （外部電磁擾乱によって引き起こされる高エネルギーの不規則なパルス）。

インパルスノイズはアナログデータに大きな影響を与えないかもしれませんが、デジタルデータに顕著な影響を及ぼし、 burst errors。

上の図は、ノイズ信号が元の信号とどのように重なり、その特性を変更しようとしているのかを明確に示しています。

フェージング

フェージングとは、時間/距離に対する信号強度の変化を指し、ワイヤレス伝送で広く普及しています。ワイヤレス環境でのフェージングの最も一般的な原因は、マルチパス伝搬と（オブジェクトおよび通信デバイスの）モビリティです。

マルチパス伝播

ワイヤレスメディアでは、信号は反射、散乱、回折の3つの原理を使用して伝播します。

• Reflection 信号が大きな固体表面に遭遇したときに発生します。そのサイズは信号の波長よりもはるかに大きく、たとえば固体壁です。

• Diffraction 信号が、信号の波長よりも大きいサイズのエッジまたはコーナー（壁のエッジなど）に遭遇したときに発生します。

• Scattering 信号が信号の波長よりも小さいサイズの小さなオブジェクトに遭遇したときに発生します。

マルチパス伝搬の結果の1つは、複数の異なるパスに沿った信号伝搬の複数のコピーが、異なる時間の任意のポイントに到着することです。したがって、あるポイントで受信された信号は、inherent noise, distortion, attenuation、および dispersion チャネルだけでなく、 interaction of signals 複数のパスに沿って伝播されます。

遅延スプレッド

ある場所からプロービングパルスを送信し、受信者の場所で受信した信号を時間の関数として測定するとします。受信信号の信号電力は、マルチパス伝搬により時間とともに広がります。

遅延の広がりは、時間の経過に伴う遅延の結果として生じる広がりの密度関数によって決定されます。 Average delay spread そして root mean square delay spread 計算できる2つのパラメータです。

ドップラースプレッド

これはの尺度です spectral broadeningモバイル無線チャネルの変化率によって引き起こされます。これは、モバイルステーションと基地局の間の相対的な動き、またはチャネル内のオブジェクトの動きによって引き起こされます。

モバイルの速度が速く、ドップラー拡散が大きく、結果として生じるチャネル変動がベースバンド信号の変動よりも速い場合、これは次のように呼ばれます。 fast fading。チャネル変動がベースバンド信号変動よりも遅い場合、結果として生じるフェージングは​​次のように呼ばれます。slow fading。

場合によっては、パフォーマンスが低下し、出力に影響を与える可能性があります。これの主な原因は、モバイルチャネルの障害である可能性があります。これを解決するために、3つの一般的な手法があります-

イコライザ

受信機内のイコライザーは、予想されるチャネル振幅と遅延特性の平均範囲を補正します。言い換えると、イコライザーは、インパルス応答がチャネルインパルス応答の逆であるモバイルレシーバーのフィルターです。このようなイコライザーは、frequency selective fading チャネル。

多様性

多様性は、補償するために使用される別の手法です fast fading通常、2つ以上の受信アンテナを使用して実装されます。これは通常、フラットフェージングチャネルでレシーバーが経験するフェージングの深さと持続時間を減らすために使用されます。

チャネルコーディング

Channel coding送信メッセージに冗長データビットを追加することにより、モバイル通信リンクのパフォーマンスを向上させます。送信機のベースバンド部分で、チャネルコーダーは、デジタルメッセージシーケンスを、メッセージに含まれている元のビットよりも多くのビットを含む別の特定のコードシーケンスにマッピングします。チャネルコーディングは修正に使用されますdeep fading または spectral null。

イコライゼーション

ISI（Inter Symbol Interference）は、モバイル無線チャネルを介した高速データ伝送の主要な障害の1つとして認識されています。変調帯域幅がcoherence bandwidth 無線チャネル（つまり、周波数選択性フェージング）の場合、変調パルスは時間とともに拡散し、ISIを引き起こします。

受信機のフロントエンドにあるイコライザーは、予想されるチャネル振幅と遅延特性の平均範囲を補正します。モバイルフェージングチャネルはrandom そして time varying、イコライザーはモバイルチャネルの時間変化特性を追跡する必要があるため、時間変化または適応性が必要です。アダプティブイコライザーには、2つの動作フェーズがあります。training そして tracking。

トレーニングモード

最初に、既知の固定長のトレーニングシーケンスが送信機によって送信されるため、受信機のイコライザーは平均して適切な設定になります。 Training sequence 通常は、疑似ランダムバイナリ信号または固定の所定のビットパターンです。

トレーニングシーケンスは、受信機のイコライザーが proper filter coefficient最悪のチャネル状態で。したがって、受信機の適応フィルターは、recursive algorithm チャネルを評価し、チャネルを補正するためのフィルター係数を推定します。

追跡モード

トレーニングシーケンスが終了すると、フィルター係数はほぼ最適になります。トレーニングシーケンスの直後に、ユーザーデータが送信されます。

ユーザーのデータを受信すると、 adaptive algorithms イコライザーのは変化するチャンネルを追跡します。その結果、アダプティブイコライザーは時間の経過とともにフィルター特性を継続的に変化させます。

多様性

ダイバーシティは、比較的低コストでワイヤレスリンクの改善を提供する強力な通信受信機技術です。 Diversity techniques ワイヤレス通信システムで使用され、主にフェージングする無線チャネルでのパフォーマンスを向上させます。

このようなシステムでは、受信機には、2つ以上の実通信チャネルまたは仮想通信チャネルを介して送信される同じ情報信号の複数のコピーが提供されます。したがって、多様性の基本的な考え方はrepetition または redundancy of information。事実上すべてのアプリケーションで、ダイバーシティの決定は受信機によって行われ、送信機には不明です。

多様性の種類

フェージングは​​次のように分類できます small scale そして large scale fading。小規模なフェードは、モバイルがわずか数波長の距離を移動するときに発生する、深くて急速な振幅変動を特徴としています。狭帯域信号の場合、これは通常、Rayleigh faded envelope。深いフェードの発生を防ぐために、微視的ダイバーシティ技術は急速に変化する信号を利用することができます。

受信機のアンテナ要素が送信波長の一部で分離されている場合、情報信号のさまざまなコピーまたは一般にブランチと呼ばれるものを適切に組み合わせるか、それらの中で最も強いものを受信信号として選択できます。このような多様性手法は、Antenna or Space diversity。

周波数の多様性

同じ情報信号が異なるキャリアで送信され、それらの間の周波数分離は少なくともコヒーレンス帯域幅です。

時間の多様性

情報信号は、一定の間隔で時間的に繰り返し送信されます。間の分離transmit times should be greater than the coherence time, T_c。時間間隔はフェージングレートに依存し、フェージングレートの減少とともに増加します。

偏光ダイバーシティ

ここでは、情報を運ぶ信号の電界と磁界が変更され、同じ情報を送信するために多くのそのような信号が使用されます。したがって、orthogonal type of polarization is obtained。

角度の多様性

ここでは、指向性アンテナを使用して、複数のパスを介して送信信号の独立したコピーを作成します。

スペースダイバーシティ

空間ダイバーシティでは、異なる空間位置に複数の受信アンテナが配置されているため、異なる（おそらく独立した）受信信号が発生します。

ダイバーシティスキームの違いは、最初の2つのスキームに wastage of bandwidth のため duplication of the information送信する信号。したがって、残りの3つのスキームでは問題は回避されますが、コストが増加します。antenna complexity。

アンテナエレメント間の距離の関数としての信号間の相関は、次の関係で与えられます。

$$\rho = J_0^2 \lgroup\frac{2\Pi d}{\lambda}\rgroup$$

どこ、

• J₀ =ゼロ次および第1種のベッセル関数

• d =アンテナ要素の空間での分離距離

• λ =キャリア波長。

コンピュータの分野では、グループ接続の幅広い利用が避けられなくなり、 LANs（ローカルエリアネットワーク）。これらのLANは、単一の建物またはキャンパス内の小規模ネットワークのカテゴリに分類されます。

WANs 都市などのより広いエリア、またはLANよりも広い限られたエリアをカバーするワイドエリアネットワークです。 Wireless Personal Area Networks (PANs) PC、携帯情報端末（PDA）などのポータブルおよびモバイルコンピューティングデバイスのネットワーキングのために、WLANからの次のステップであり、低電力伝送でより小さな領域をカバーします。

WLANの基礎

有線ネットワークと無線ネットワークの違いを理解するには、WLANの技術的な問題を理解する必要があります。次に、WLANの使用とその設計目標について検討します。WLANのタイプ、それらのコンポーネント、およびそれらの基本的な機能についても詳しく説明します。

IEEE802.11標準

このセクションでは、著名な標準イオンWLANであるIEEE802.11標準を紹介します。媒体アクセス制御（MAC）層と物理層のメカニズムについて説明します。このセクションでは、セキュリティやサービス品質（QoS）などのオプション機能についても説明します。

HIPERLANスタンダード

このセクションでは、別のWLAN標準であるHIPERLAN標準について説明します。これは、無線アクセスに基づくヨーロッパの標準です。

ブルートゥース

このセクションでは、インフラストラクチャがなくてもパーソナルデバイスが相互に通信できるようにするBluetooth標準について説明します。

WLANの基礎

携帯端末と携帯端末はどちらもある場所から別の場所に移動できますが、携帯端末にアクセスできるのは静止しているときだけです。

一方、モバイル端末（MT）はより強力であり、移動中にアクセスできます。WLANは、真のモバイルワークステーションをサポートすることを目的としています。

WLANの使用

ワイヤレスコンピュータネットワークは、多様な機能を提供することができます。WLANは非常に柔軟性があり、アプリケーションに基づいてさまざまなトポロジで構成できます。WLANのいくつかの可能な使用法を以下に説明します。

• ユーザーは、移動中にインターネットを閲覧したり、電子メールをチェックしたり、インスタントメッセージを受信したりできるようになります。

• 地震やその他の災害の影響を受けた地域では、適切なインフラストラクチャがサイトで利用できない場合があります。WLANは、そのような場所でネットワークをオンザフライでセットアップするのに便利です。

• コンピュータネットワークを設定する必要があった多くの歴史的建造物があります。そのような場所では、配線が許可されないか、建物の設計が効率的な配線に通じない可能性があります。WLANは、そのような場所で非常に優れたソリューションです。

設計目標

以下は、WLANの設計中に達成しなければならないいくつかの目標です。

• Operational simplicity −無線LANの設計には、モバイルユーザーがネットワークサービスを簡単かつ効率的にすばやくセットアップしてアクセスできるようにする機能を組み込む必要があります。

• Power efficient operation −ラップトップやPDAなどのモバイルコンピューティングデバイスの電力に制約のある性質により、で動作するWLANの重要な要件が必要になります。 minimal power consumption。したがって、WLANの設計には、省電力機能を組み込み、これを実現するために適切なテクノロジーとプロトコルを使用する必要があります。

• License-free operation −ワイヤレスアクセスのコストに影響を与える主な要因の1つは、特定のワイヤレスアクセステクノロジーが動作するスペクトルのライセンス料です。 Low cost of accessWLANテクノロジーを普及させるための重要な側面です。したがって、WLANの設計では、周波数スペクトルの一部を考慮する必要があります。その操作のためにdoes not require 明示的な

• Tolerance to interference −民間および軍事用途の両方でのさまざまなワイヤレスネットワーク技術の急増により、 increase in the interference level 無線スペクトル全体。

  WLAN設計はこれを考慮し、干渉の存在下で動作するテクノロジーとプロトコルを選択することによって適切な対策を講じる必要があります。

• Global Usability − WLANの設計、テクノロジーの選択、および動作周波数スペクトルの選択では、一般的なものを考慮に入れる必要があります。 spectrum restriction世界中の国々で。これにより、世界中でテクノロジーが受け入れられるようになります。

• Security −ワイヤレスメディアの固有のブロードキャストの性質により、WLANテクノロジーの設計に含まれるセキュリティ機能の要件が追加されます。

• Safety requirements − WLANテクノロジーの設計は、次のように分類できる安全要件に従う必要があります。

  • 医療およびその他の計装機器への干渉。
  • 健康被害につながる可能性のある送信機の電力レベルの上昇。

  適切に設計されたWLANは、特定の周波数スペクトルに適用される電力放出制限に従う必要があります。

• Quality of service requirements −サービス品質（QoS）は、マルチメディアトラフィックに対して指定されたレベルのパフォーマンスをプロビジョニングすることを指します。WLANの設計では、次の可能性を考慮に入れる必要があります。supporting a wide variety マルチメディアトラフィックを含むトラフィックの。

• Compatibility with other technologies and applications −異なるLANテクノロジーで動作するホスト間の効率的な通信には、異なるLAN間の相互運用性が重要です。

ネットワークアーキテクチャ

ネットワークアーキテクチャは、WLANのタイプ、一般的なWLANのコンポーネント、およびWLANによって提供されるサービスを記述します。

インフラストラクチャベースのLANとアドホックLAN

WLANは、大きく2つのタイプに分類できます。 Infrastructure networks そして Ad hoc LANs、基盤となるアーキテクチャに基づいています。

インフラストラクチャネットワーク

インフラストラクチャネットワークには、 Access Points (APs)、既存のネットワークを介して接続されています。

• APは、既存の有線ネットワークだけでなくワイヤレスノードとも相互作用できるという意味で特別です。
• モバイルステーション（STA）とも呼ばれる他のワイヤレスノードは、APを介して通信します。
• APは、他のネットワークとのブリッジとしても機能します。

アドホックLAN

アドホックLANには、固定インフラストラクチャは必要ありません。これらのネットワークは、どこにでもその場でセットアップできます。ノードは互いに直接通信して、直接アクセス可能な他のノードを介してメッセージを転送します。

Bluetoothワイヤレス技術は、ポータブルユニットを接続し、高レベルのセキュリティを維持するケーブルを置き換えることを目的とした短距離通信技術です。Bluetoothテクノロジーはに基づいていますAd-hoc technology としても知られている Ad-hoc Pico nets、これは非常に限られたカバレッジのローカルエリアネットワークです。

Bluetoothの歴史

WLANテクノロジーにより、ワイヤレスキャリアプロバイダーを介したインフラストラクチャベースのサービスへのデバイス接続が可能になります。確立されたインフラストラクチャなしで相互にワイヤレスで通信するためのパーソナルデバイスの必要性は、Personal Area Networks (PANs)。

• 1994年のエリクソンのBluetoothプロジェクトは、低電力および低コストの無線インターフェイスを使用して携帯電話間の通信を可能にするPANの標準を定義しています。

• 1988年5月、IBM、Intel、Nokia、Toshibaなどの企業がエリクソンに加わり、PANのデファクトスタンダードを開発することを目的としたBluetooth Special Interest Group（SIG）を結成しました。

• IEEEは、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク（WPAN）用のIEEE802.15.1という名前のBluetoothベースの標準を承認しました。IEEE標準は、MACおよび物理層アプリケーションを対象としています。

Bluetooth仕様では、プロトコルスタック全体について詳しく説明しています。Bluetoothは通信に無線周波数（RF）を採用しています。それは利用しますfrequency modulation で電波を発生させる ISM バンド。

Bluetoothの使用は、その特別な機能のために広く増加しています。

• Bluetoothは、さまざまなデバイスが相互に接続および通信するための統一された構造を提供します。

• Bluetoothテクノロジは、世界中のほぼすべての場所でBluetooth対応デバイスをBluetooth対応デバイスに接続できるように、世界的に受け入れられています。

• Bluetoothテクノロジーの低消費電力と、最大10メートルの提供範囲により、いくつかの使用モデルへの道が開かれました。

• Bluetoothは、ラップトップのアドホックネットワークを確立することにより、インタラクティブな会議を提供します。

• Bluetoothの使用モデルには、コードレスコンピュータ、インターホン、コードレス電話、携帯電話が含まれます。

ピコネットとスキャッターネット

Bluetooth対応の電子機器は、次のような短距離機器を介してワイヤレスで接続および通信します。 Piconets。Bluetoothデバイスは、マスターまたはスレーブとして機能する小さなアドホック構成で存在し、仕様により次のメカニズムが可能になります。master そして slave役割を切り替えます。1つのマスターと1つのスレーブを使用したポイントツーポイント構成が最も単純な構成です。

3つ以上のBluetoothデバイスが相互に通信する場合、これは PICONET。Piconetには、単一のマスターの周りにクラスター化された最大7つのスレーブを含めることができます。ピコネットの確立を初期化するデバイスは、master。

マスターは、ネットワークをネットワークメンバー間で一連のタイムスロットに分割することにより、送信制御を担当します。 time division multiplexing 以下に示すスキーム。

ピコネットの特徴は以下の通りです−

• ピコネット内では、さまざまなデバイスのタイミングと個々のデバイスの周波数ホッピングシーケンスは、クロックによって決定され、一意です。 48-bit address マスターの。

• 各デバイスは、1つのピコネット内で最大7つの他のデバイスと同時に通信できます。

• 各デバイスは、複数のピコネットと同時に通信できます。

• ピコネットは、Bluetooth対応デバイスがピコネットに出入りするときに動的かつ自動的に確立されます。

• スレーブ間に直接接続はなく、すべての接続は基本的にマスターからスレーブまたはスレーブからマスターです。

• スレーブは、マスターによってポーリングされると送信できます。

• 送信は、マスターからのポーリングパケットの直後に、スレーブからマスターへのタイムスロットで開始されます。

• デバイスは、2つ以上のピコネットのメンバーであり、2番目のピコネットのマスターデバイスによって指示される送信方式のタイミングと周波数ホッピングシーケンスを調整することにより、1つのピコネットから別のピコネットにジャンプできます。

• あるピコネットではスレーブになり、別のピコネットではマスターになることができます。ただし、複数回のピコネットでマスターになることはできません。

• 隣接するピコネットに常駐するデバイスは、ピコネット内部接続をサポートするブリッジを提供し、リンクされたピコネットのアセンブリが、として知られる物理的に拡張可能な通信インフラストラクチャを形成できるようにします。 Scatternet。

スペクトラム

Bluetoothテクノロジは、2.4〜2.485 GHZのライセンスのない産業、科学、医療（ISM）帯域で動作し、1600ホップ/秒の名目金利でスペクトラム拡散ホッピング全二重信号を使用します。2.4 GHZ ISMバンドは、ほとんどの国で利用可能であり、ライセンスがありません。

範囲

Bluetoothの動作範囲はデバイスによって異なりますクラス3無線の範囲は最大1メートルまたは3フィートですクラス2無線はモバイルデバイスで最も一般的に見られます範囲は10メートルまたは30フィートですクラス1無線は主に産業用途で使用されます100メートルまたは300フィートの範囲があります。

データレート

Bluetoothは、バージョン1.2では1Mbpsのデータレート、バージョン2.0では3Mbpsのデータレートとエラーデータレートを組み合わせてサポートします。

インターネットの出現は、コンピューターの使用と情報の検索に革命的な変化をもたらしました。インターネットは従来の情報交換方法に影響を与え、今ではほぼすべての都市、すべての町、すべての街路がインターネットにアクセスできます。

今日、家庭、学校、企業はさまざまな方法でインターネットに接続しています。1つの方法であるワイヤレスインターネットサービスは、地下の銅線、ファイバー、またはその他の形式の商用ネットワークケーブルを必要とせずに顧客にインターネットアクセスを提供します。DSLやケーブルインターネットのようなより確立された有線サービスと比較して、ワイヤレステクノロジーはコンピュータネットワークに追加の利便性とモビリティをもたらします。

以下のセクションでは、利用可能なワイヤレスインターネットサービスの一般的なタイプについて説明します。

衛星インターネット

1990年代半ばに導入された衛星は、最初の主流の消費者向けワイヤレスインターネットサービスになりました。他の形態の無線インターネットサービスと比較して、衛星はavailability。小さなものだけが必要dish antenna, satellite modem サブスクリプションプランでは、衛星は他の技術でサービスされていないほとんどすべての農村地域で機能します。

ただし、衛星は比較的パフォーマンスの低いワイヤレスインターネットも提供します。衛星は苦しんでいますhigh latency（遅延）長距離信号による接続は、地球と軌道ステーションの間を移動する必要があります。衛星はまた、比較的適度な量のネットワーク帯域幅をサポートします。

パブリックWi-Fiネットワーク

一部の自治体は、を使用してパブリックワイヤレスインターネットサービスを構築しています Wi-Fi技術。これらのいわゆるmesh networks多数のワイヤレスアクセスポイントを結合して、より大きな都市部にまたがります。個々のWi-Fiホットスポットは、特定の場所でパブリックワイヤレスインターネットサービスも提供します。

Wi-Fiは、他の形式のワイヤレスインターネットサービスに比べて低コストのオプションです。機器は安価であり（多くの新しいコンピューターには必要なハードウェアが組み込まれています）、一部のロケールではWi-Fiホットスポットは無料のままです。

固定無線ブロードバンド

固定無線は、無線送電塔に向けられた取り付けアンテナを利用するブロードバンドの一種です。

モバイルブロードバンド

携帯電話は何十年も前から存在していましたが、セルラーネットワークが進化してワイヤレスインターネットサービスの主流形態になりました。セルラーネットワークアダプタがインストールされている場合、または携帯電話をラップトップコンピュータにテザリングすることにより、Internet connectivityセルタワーをカバーする任意のエリアで維持できます。モバイルブロードバンドサービスは、一部のプロバイダーからのインターネットデータサブスクリプションがないと機能しません。

従来の有線ネットワークは、TELNET、FTP、SMTPなどの多くのアプリケーションプロトコルを生み出しました。ワイヤレスアプリケーションプロトコル（WAP）アーキテクチャは、ワイヤレスユーザーとそれらに提供されるサービスの間のアプリケーションレベルでのギャップを埋めることを目的としています。

ワイヤレスインターネット

ワイヤレスインターネットとは、インターネットがモバイルユーザーに提供するサービスを拡張し、モバイルユーザーが access information そして dataそれらの場所に関係なく。ワイヤレスドメイン、ノードのモビリティ、およびインターネットで使用される既存のプロトコルの設計に関連する固有の問題には、ワイヤレスインターネットを実現するためのいくつかのソリューションが必要です。

ワイヤレスインターネットで考慮すべき主な問題は次のとおりです。

• モビリティに対応
• トランスポート層プロトコルの非効率性と
• アプリケーション層プロトコルの非効率性

アドレスモビリティ

インターネットで使用されるネットワーク層プロトコルは、固定ノードを備えた有線ネットワーク用に設計されたインターネットプロトコル（IP）です。IPは、2つの部分からなるグローバルに一意の32ビットアドレスを持つ階層アドレスを採用していますNetwork identifier そして Host identifier。

ネットワーク識別子は、 subnet addressホストが接続されている。アドレス指定スキームは、インターネットのコアルーターのルーティングテーブルサイズを縮小するために使用されました。これは、ルーティングの決定を行うためにIPアドレスのネットワーク部分のみを使用します。

このアドレス指定スキームは、モバイルホストが1つから移動する可能性があるため、インターネットのワイヤレス拡張機能では直接機能しない場合があります。 subnet ただし、モバイルホスト宛てのパケットは、ノードが最初に接続されていた古いサブネットに配信される場合があります。

トランスポート層プロトコルの非効率性

トランスポート層はインターネットで非常に重要であり、セットアップと保守を確実にします end-to-end connections、 信頼性のある end-to-end delivery データパケットの flow control そして congestion control。TCPは、有線ネットワークの主要なトランスポート層プロトコルですが、UDP、コネクションレス型の信頼性の低いトランスポート層プロトコルは、特定のアプリケーションで使用されます。

ワイヤレスインターネットは、時間の変化と環境に依存する特性のために本質的に信頼性が低いため、トランスポート層プロトコルの効率的な運用が必要です。従来のTCPはcongestion control algorithmネットワークの輻輳を処理するため。データパケットまたはACKパケットが失われた場合、TCPはloss is due to congestion 輻輳ウィンドウのサイズを半分に縮小します。

連続するパケット損失ごとに、 congestion window is reduced、したがってTCPは、ワイヤレスリンクのパフォーマンスを低下させます。パケットロスが原因である状況でもlink error または collision、TCPは輻輳制御アルゴリズムを呼び出し、スループットが非常に低くなります。

パケット損失の原因となった本当の原因を特定することは、ワイヤレスリンクを介したTCPのパフォーマンスを向上させる上で重要です。トランスポート層の問題の解決策には、次のものがあります。

• 間接TCP（ITCP）
• スヌープTCPと
• モバイルTCP

アプリケーション層プロトコルの非効率性

次のようなインターネットで使用される従来のアプリケーション層プロトコル HTTP, TELNET, シンプルメール転送プロトコル（SMTP）、およびなどのいくつかのマークアップ言語 HTML有線ネットワーク用に設計および最適化されました。これらのプロトコルの多くは、ワイヤレスリンクで使用するとあまり効率的ではありません。

ワイヤレスインターネットでHTTPを使用できないようにする主な問題は、ステートレス操作、文字エンコードによる高いオーバーヘッド、HTTP要求で伝送される冗長な情報、および new TCP connection すべてのトランザクションで。

ハンドヘルドデバイスの機能は制限されているため、計算上および帯域幅的に高価なアプリケーションプロトコルを処理することは困難です。ワイヤレスアプリケーションプロトコル（WAP）および従来のHTTPを介した最適化は、アプリケーション層の問題に対するソリューションの一部です。

WAPはWirelessApplicationProtocolの略です。WAPは、単一のプロトコルではなく、一連のプロトコルを表します。WAPは、マイクロブラウザとも呼ばれるシンプルで軽量なブラウザをハンドヘルドデバイスに統合することを目的としているため、次のような最小限のリソースしか必要としません。memory そして CPU これらのデバイスで。

WAPは、次のようなネットワークノードにより多くのインテリジェンスを組み込むことにより、ワイヤレスハンドヘルドデバイスとワイヤレスリンクの不足を補おうとします。 routers, web servers, そして BSs。

WAPプロトコルスイートの主な目的は次のとおりです。

• ワイヤレスネットワーク標準からの独立
• サービスプロバイダー間の相互運用性
• 無線媒体の不足を克服する
• ハンドヘルドデバイスの欠点を克服する
• 効率と信頼性の向上
• セキュリティ、スケーラビリティ、および拡張性の提供

WAPモデル

WAPはクライアントサーバーアプローチを採用しています。ワイヤレスドメインとコア有線ネットワーク間のインターフェイスとして機能するプロキシサーバーを指定します。このプロキシサーバーは、WAP gatewayは、プロトコル変換やワイヤレスメディアを介したデータ転送の最適化など、さまざまな機能を担当しています。

ワイヤレスネットワークのパーツは次のもので構成されます-

• コンテンツプロバイダー（アプリケーションまたはオリジンサーバー）
• モバイルデバイス（WAPクライアント）
• WAPゲートウェイ
• WAPプロキシ

WAPアーキテクチャは、Webに厳密に従うように設計されています。唯一の違いは、WAPゲートウェイの存在がHTTPとWAPの間で変換していることです。

WAPクライアント

WAPクライアントに関して言及する3つのセクションは、WAEユーザーエージェント、WTAユーザーエージェント、およびWAPスタックです。

• WAE user agent −ワイヤレスアプリケーション環境のユーザーエージェントは、コンテンツを表示用にレンダリングするブラウザです。

• WTA user agent −ワイヤレステレフォニーアプリケーションエージェントは、コンパイルされたWTAファイルをWTAサーバーから受信して実行します。

• WAP stack − WAPスタックにより、電話機はWAPプロトコルを使用してWAPゲートウェイに接続できます。

アプリケーション・サーバー

情報（Web、WAP）アプリケーションが存在するネットワーク内の要素は、WAPプロキシ、WAPゲートウェイ、またはWAPサーバーです。

• Proxy−これは、クライアントとサーバーの間に配置されたネットワーク内のクライアントとサーバーの両方として機能する中間要素です。クライアントはクライアントにリクエストを送信し、オリジンサーバーに接続して必要な情報を取得してキャッシュします。

• Gateway −これは通常、2つの異なるタイプのネットワークを接続するために使用される中間要素です。

WAPゲートウェイは基本的に、サポートするネットワーク間に配置されるソフトウェアです。 WAP and IP packet network インターネットなど。

WAPプロトコルスタック

WAPプロトコルスタックを次の図に示します-

アプリケーション層

アプリケーション層は、ポータブルアプリケーションとサービスの開発と実行を目的としたアプリケーション環境を提供します。WAEは、クライアント側に配置された2つの異なるユーザーエージェントで構成されます。

WAEユーザーエージェントは、WTAユーザーエージェントに加えて、ブラウザとテキストメッセージエディタで構成されています。

セッション層

セッション層は、クライアント/サービスアプリケーション間でコンテンツを組織的に交換するためのメソッドを提供します。

WAPには次のコンポーネントが含まれています-

• Connection Oriented Session Services −これらはWTP上で動作します。

• Connectionless Session Services −これらはWDP上で直接動作します。

• Session services −これらの機能は、プリミティブメッセージを使用してクライアントとサーバー間の接続を設定するのに役立ちます。

Primitives messagesクライアントがサービス機能を要求するためにサーバーに送信するメッセージとして定義されます。クライアントは要求プリミティブを送信し、確認プリミティブを受信し、サーバーは応答プリミティブを送信して表示プリミティブを受信できます。

コネクションレス型セッションサービスは、未確認のサービスのみを提供します。セッションを開始するために、クライアントは、サーバーアドレス、クライアントアドレス、クライアントヘッダーなどのいくつかのパラメーターを提供するWSPプリミティブを呼び出します。いくつかの点で、WSPは基本的にHTTPのバイナリ形式です。

トランザクションレイヤー

さまざまな程度の信頼性でトランザクションを実行するためのさまざまな方法を提供します。

セキュリティレイヤー

認証、プライバシー、および安全な接続が存在する場合に、アプリケーション間に提供するオプションのレイヤー。それはに基づいていますSSL (Secure Socket Layer)。プライバシー、サーバー認証、クライアント認証、およびデータの整合性を保証するサービスを提供します。

WebサーバーとWAPゲートウェイ間で標準SSLセッションが開かれ、WTLSセッションが gateway そしてその mobile device。暗号化されたコンテンツは、この接続を介してサーバーからゲートウェイに送信され、ゲートウェイはそれを変換して携帯電話に送信します。間のトランザクションSSL そして WTLS WAPゲートウェイのメモリで行われます。

トランスポート層

これは最下層であり、オペレーターが提供するベアラーサービスに接続されています。ベアラサービスは、携帯電話と基地局間の通信です。それらは含まれていますSMS, CSD, USSD, GSM, GPRS, DECT, CDMA, FDMA, そして TDMA。

物理層は、モバイルデバイスから無線サービスを介して送信されるデータを準備し、デバイスが動作しているネットワークに実装されているベアラサービスを使用してデータを送信します。 WDPはさまざまなベアラネットワークとのインターフェイスを備えているため、ベアラ固有の実装が必要です。WDPは、さまざまなベアラネットワークをサポートするために書き直す必要がある唯一のレイヤです。WTPレイヤーはシンプルなrequest-response transaction スリーウェイハンドシェイク接続メカニズムの代わりに指向プロトコル。

衛星は、別のオブジェクトを中心に回転するオブジェクトです。たとえば、地球は太陽の衛星であり、月は地球の衛星です。

A communication satellite は microwave repeater station電気通信、ラジオ、テレビの信号に使用されるスペースで。通信衛星は、ある地球局からのデータを処理し、そのデータを別の形式に変換して、2番目の地球局に送信します。

衛星のしくみ

地球上の2つのステーションは、無線放送を介して通信したいと考えていますが、従来の手段を使用するには遠すぎます。2つのステーションは、通信にリレーステーションを使用できます。1つの地球局が信号を衛星に送信します。

Uplink frequency地上局が衛星と通信している周波数です。衛星トランスポンダは信号を変換して2番目の地球局に送信します。これはDownlink frequency。2番目の地球局も同じ方法で最初の地球局と通信します。

衛星の利点

衛星通信の利点は次のとおりです-

• カバレッジエリアは、地上システムのカバレッジエリアよりも非常に高くなっています。
• 伝送コストはカバレッジエリアに依存しません。
• より高い帯域幅が可能です。

衛星のデメリット

衛星通信のデメリットは次のとおりです。

• 衛星を軌道に打ち上げるのはコストのかかるプロセスです。
• 帯域幅は徐々に使い果たされます。
• 従来の地上システムよりも衛星システムの伝搬遅延が大きい。

衛星通信の基本

衛星通信のプロセスは、 earth station。ここでの設備は、地球の周りの軌道にある衛星から信号を送受信するように設計されています。地球局は、高出力、高周波（GHz範囲）信号の形で衛星に情報を送信します。

衛星 receive そして retransmit 信号は地球に戻り、衛星のカバレッジエリア内の他の地球局によって受信されます。 Satellite's footprint 衛星から有用な強度の信号を受信する領域です。

地球局から衛星へのチャネルを介した伝送システムは、 uplink。チャネルを介して衛星から地球局までのシステムは、downlink。

衛星周波数帯

通信に一般的に使用される衛星周波数帯は Cband, Ku-band, そして Ka-band。CバンドとKuバンドは、今日の衛星で一般的に使用されている周波数スペクトルです。

周波数と波長の間には反比例の関係があることに注意することが重要です。つまり、周波数が増加すると波長が減少します。これは、間の関係を理解するのに役立ちます。 antenna diameter そして transmission frequency。波長が長くなる信号を収集するには、より大きなアンテナ（衛星放送受信アンテナ）が必要です。

地球軌道

衛星は、宇宙に打ち上げられたときに、その革命のための特定の方法を提供するために特定の軌道に配置する必要があります。これにより、アクセシビリティを維持し、科学、軍事、商業のいずれの目的にも役立ちます。地球に関して衛星に割り当てられているそのような軌道は、Earth Orbits。これらの軌道にある衛星は地球軌道衛星です。

地球軌道の重要な種類は次のとおりです-

• 静止軌道地球軌道
• 静止地球軌道
• 中軌道
• 低軌道

静止地球軌道（GEO）衛星

静止軌道衛星は、地球から22,300マイルの高度に配置されている衛星です。この軌道はと同期していますside real day（つまり、23時間56分）。この軌道はできますhave inclination and eccentricity。円形ではない場合があります。この軌道は、地球の極で傾けることができます。しかし、地球から見ると静止しているように見えます。

同じ静止軌道（もしそうなら） circular赤道面では、静止軌道と呼ばれます。これらの衛星は、地球の赤道上35,900 km（静止衛星と同じ）に配置され、地球の方向（西から東）に対して回転し続けます。これらの衛星は考慮されますstationary 地球に関して、それ故に名前は意味します。

静止地球軌道衛星は、天気予報、衛星テレビ、衛星ラジオ、その他の種類のグローバル通信に使用されます。

上の図は、静止軌道と静止軌道の違いを示しています。自転軸は地球の動きを示しています。

ここで注意すべき重要な点は、すべての静止軌道が静止軌道であるということです。しかし、すべての静止軌道は静止軌道ではありません。

中軌道（MEO）衛星

中軌道（MEO）衛星ネットワークは、地表から約8000マイルの距離を周回します。MEO衛星から送信された信号は、より短い距離を移動します。これは、受信側の信号強度の向上につながります。これは、受信側でより小型で軽量の受信端末を使用できることを示しています。

信号は衛星との間の距離が短いため、送信遅延が少なくなります。 Transmission delay 信号が衛星に到達し、受信ステーションに戻るのにかかる時間として定義できます。

リアルタイム通信の場合、伝送遅延が短いほど、通信システムは優れています。例として、GEO衛星が往復に0.25秒を必要とする場合、MEO衛星は同じ旅行を完了するのに0.1秒未満しか必要としません。MEOは、2GHz以上の周波数範囲で動作します。

低軌道（LEO）衛星

LEO衛星は主に、小さなLEO、大きなLEO、メガLEOの3つのカテゴリに分類されます。LEOは、地球の表面から500〜1000マイルの距離を周回します。

この比較的短い距離により、伝送遅延がわずか0.05秒に短縮されます。これにより、敏感でかさばる受信機器の必要性がさらに減少します。リトルLEOは800MHz（0.8 GHz）の範囲で動作します。BigLEOは2GHz以上の範囲で動作し、Mega-LEOは20〜30GHzの範囲で動作します。

に関連するより高い周波数 Mega-LEOs より多くの情報伝達能力に変換され、リアルタイムの低遅延ビデオ伝送方式の機能になります。

高高度長期耐久性（HALE）プラットフォーム

実験的なHALEプラットフォームは、基本的に通信機器を搭載した高効率で軽量の飛行機です。これはとして機能しますvery low earth orbit geosynchronous satellites。

これらの工芸品は、バッテリーと太陽光発電の組み合わせ、または高効率タービンエンジンによって動力を供給されます。HALEプラットフォームは提供しますtransmission delays of less than 0.001 seconds わずか70,000フィートの高度で、さらには better signal strength 非常に軽量なハンドヘルド受信デバイス用。

軌道スロット

ここで、以上の問題が発生する可能性があります 200 satellites静止軌道上で、それらが互いにぶつかったり、宇宙の同じ場所を使おうとしたりしないようにするにはどうすればよいでしょうか。この問題に答えるために、国際電気通信連合のような国際規制機関（ITU）および連邦通信委員会（FCC）通信衛星を配置できる静止軌道上の場所を指定します。

これらの場所は経度で指定され、次のように呼ばれます。 orbital slots。FCCとITUは、軌道スロットの需要が非常に大きいため、Cバンド衛星とKuバンド衛星に必要な間隔を2度まで徐々に減らしています。