Sub-GHz無線|基礎編
無線特性の用語:占有帯域幅
2016.11.15
この記事のポイント
・占有帯域幅とは、Sub-GHz無線では、送信電力の99%が含まれる周波数幅。
・FSKでは変調指数が大きいほど受信機の復調特性が良くなるが、占有帯域幅が拡がり周波数利用効率が悪くなる。
・逆に変調指数が小さいほど占有帯域幅が狭まりまるが、m=0.5を下回ると復調特性が急減に悪化する。
・変調指数0.5のFSKのことを、最も変調指数の小さいFSKという意味で、MSK(Minimum Shift Keying)と呼ぶ。
今回は、「無線特性の用語」の第2回として、「占有帯域幅」について説明をします。引き続きこの章は、ビギナーの基礎として、用語の意味を理解する目的の内容になっています。
占有帯域幅(Occupied Band Width:OBW)
占有帯域幅は、搬送波の変調で占める周波数の範囲で、占有周波数帯幅や単に帯域幅と呼ぶこともあります。英語では、Occupied Band Width になり、この頭文字をとってOBWと略して呼ばれます。OBWという呼称は日本でもよく使うと思います。単位はHzです。
もう少し具体的に説明すると、搬送波に変調をかけると、変調速度に比例して電波の周波数に幅が生じる、つまり広がります。これが不用意に広がると隣接チャネルに干渉するので、占有帯域幅として制限(規制)されます。
占有帯域幅は無線の種類によって異なる場合がありますが、Sub-GHz無線では、空中線電力(送信電力)の99%が含まれる周波数幅と定義されています。以下は占有帯域幅を示すスペクトラムアナライザーの波形例です。
例) 所望の搬送周波数:426MHz
Fdev: 3kHz、データレート: 9.6kbps
スペアナ画面の情報をみるとわかりますが、99%のOBW として14.3kHzが表示されています。近年のほとんどのスペアナには、OBWを計算してくれる機能が搭載されているので便利です。
条件の「送信電力の99%の周波数帯」というのは、全電力の0.5%~99.5%の範囲の周波数幅で、0.5%のところの周波数が下限、99.5%を上限として、上限周波数と下限周波数の差分がOBWで、全送信電力の前後0.5%を除いた99%分の帯域になります。これは、電波法施行規則によって定義されているものです。
FSKの占有帯域幅
FSK 変調の場合、変調偏移(変調の幅)を変えると周波数の振れ幅が変わるので、当然のことながら占有周波数幅も変化します。変化の関係は
- 周波数偏移が大きいと「深い変調」となり、占有帯域幅は広くなる。
- 周波数偏移が小さいと「浅い変調」となり、占有帯域幅は狭くなる。
変調偏移または周波数偏移は、ここではFdevとして示しています。上の波形の例では、Fdev=3kHzを記載されています。これは、センターから±3kHzを意味します。以下に2つの例を示します。
例)所望の搬送周波数:426MHz データレート: 9.6kbps
m = 2.0、Fdev = 9.6kHz
m = 0.5、Fdev = 2.4kHz
「m」は、変調指数または変調度と呼ばれている指数で、Fdev(±の幅)をビットレート(bps)で割ったものです。関係を式で表すと以下になります。
m=Fdev×2÷ビットレート 変形すると → Fdev=m×ビットレート÷2
左上の例だと、m=9.6kHz×2÷9.6kbps=2 となり、右上の例では、m=2.4kHz×2÷9.6kbps=0.5 となります。
変形した式からは、ビットレートが同じ場合、変調指数mが大きいと占有帯域幅Fdevが拡がることがわかります。
この関係から知っておくべきことは、FSKでは変調指数mが大きいほど受信機の復調におけるSNが良くなりますが、占有帯域幅が拡がり周波数利用効率が悪くなります。逆に、変調指数が小さいほど占有帯域幅が狭まりますが、特にm=0.5を下回ると復調特性が急減に悪くなります。変調指数m=0.5のFSKのことを、最も変調指数の小さいFSKという意味で、MSK(Minimum Shift Keying)と呼びます。
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Sub-GHz無線はM2MやIoT、ワイヤレスセンサネットワークなどの新市場をはじめ、幅広い分野での活用が検討されています。このハンドブックは、Sub-GHz無線の活用から機器開発の基礎までを解説しています。
Sub-GHz無線
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基礎編
- Sub-GHz無線の概要
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Sub-GHz無線開発の基礎知識
- 無線特性の用語:搬送波周波数と周波数精度
- 無線特性の用語:送信パワーと隣接チャネル漏洩電力
- 無線特性の用語:占有帯域幅
- 無線特性の用語:スプリアス
- 無線特性の用語:受信感度と選択度
- 無線特性の用語:ブロッキングとスプリアス応答
- 無線特性の用語 : まとめ
- 無線設計ガイダンス:設計の手順
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Sub-GHz無線の概要 ーまとめー
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