ダイバーシティ (無線通信技術)

無線通信におけるダイバーシティとは

無線通信におけるダイバーシティとは、複数のアンテナを用いて無線信号を受信することで、通信品質や信頼性を向上させる技術です。具体的には、電波状態の良いアンテナからの信号を優先的に利用したり、複数のアンテナで受信した信号を合成してノイズを低減したりします。この技術は、受信だけでなく送信にも応用され、その場合は送信ダイバーシティと呼ばれます。

ダイバーシティの必要性

都市部などで携帯電話を使用する際、建物による電波の反射が起こり、複数の経路で電波が届くことがあります。この現象をマルチパスと呼び、受信信号の干渉を引き起こし、通信品質を低下させる要因となります。ダイバーシティ技術は、特に空間ダイバーシティは、このような干渉性フェージングを軽減する上で非常に有効です。

ダイバーシティの種類

ダイバーシティには様々な種類があり、それぞれ異なるアプローチで通信品質の向上を図ります。

空間ダイバーシティ

複数のアンテナを一定距離（1/2波長以上）離して設置することで、各アンテナが異なる受信状態となることを利用する技術です。この空間ダイバーシティには、以下の方式があります。

アンテナ選択方式：複数のアンテナのうち、最も電波強度の高いアンテナを切り替えて使用する方式です。フェージングの軽減を目的とし、電波そのものを強化するものではありません。
最大比合成方式：複数のアンテナで受信した信号の位相を揃えて合成する方式です。アンテナ選択方式とは異なり、信号のゲインを向上させることが可能です。
アダプティブアレイアンテナ：可変減衰器や位相器を用いて指向性を制御し、干渉を軽減する技術です。ビームステアリングやヌルステアリングなどの機能があり、より高度なダイバーシティ効果を実現します。複数のビームを形成するマルチビーム技術は、空間分割多元接続（SDMA）に応用されています。

偏波ダイバーシティ

偏波面が90度異なるアンテナを用いて、受信信号を合成または切り替える方式です。電波の偏波は反射や回折によって変化するため、送信時とは異なる偏波で受信した方が良好な場合があります。特に、携帯電話のようにアンテナの角度が変動する場合に有効です。また、アダプティブアレイアンテナと組み合わせることで、反射波や回折波を抑制し、直接波への干渉を軽減することも可能です。

角度ダイバーシティ

複数の指向性アンテナを異なる角度で設置し、受信信号を合成または切り替える方式です。これにより、異なる角度から到来する電波を受信し、より安定した通信を実現します。

マルチパスダイバーシティ

アダプティブアレイアンテナの技術を応用し、マルチパスに対してビームやヌル点を形成することで、干渉波を除去し選択性フェージングを抑制します。LMSアダプティブアレイアンテナを用いることで、より効果的なマルチパス対策が可能です。また、送受信両側で同じビーム・ヌル点形成を行うことで、マルチパスを多重化に利用するMIMO技術に応用されています。

サイトダイバーシティ

複数の送信局から同時に送信された電波を受信側で合成する方式です。これにより、より広範囲で安定した通信を可能にします。

周波数ダイバーシティ

異なる周波数ではフェージングのパターンも異なるため、単一のアンテナでもダイバーシティ効果を得ることができます。ただし、周波数帯域を2倍消費するため、デジタル変調などを用いてデータレートを調整する必要があります。

時間ダイバーシティ

時間のずれを利用して同じ内容を送信することで、単一アンテナでもダイバーシティ効果を得る技術です。送信完了までに2倍の時間を要しますが、デジタル変調でデータレートを調整することで対応が可能です。

送信ダイバーシティ

受信時に選択されたアンテナを送信に使用する方式で、送受信の周波数が同じで移動速度が遅い場合に有効です。TDMA/TDDなどの方式で採用されています。

再送ダイバーシティ

受信に失敗した場合、複数回同じデータを送信することで、受信成功率を高める技術です。

ダイバーシティの応用

ダイバーシティ技術は、フェージングの影響を受けやすい移動体通信全般で広く利用されています。

携帯電話・PHSの基地局：ほとんどの基地局でダイバーシティ技術が採用され、安定した通信を支えています。
携帯電話・PHSの移動局：端末にも複数のアンテナが搭載され、電波状況の良いアンテナを優先的に利用することで通話の安定性を高めています。
その他：ラジオコントロールカー、カーオーディオ、車載テレビなど、様々な分野でダイバーシティ技術が利用されています。

まとめ

ダイバーシティ技術は、無線通信の品質と信頼性を向上させるために不可欠な技術です。多様な方式があり、それぞれの特性を理解することで、より効果的な通信システムの構築が可能になります。

もう一度検索