無線システム報告 １９ モデム要素技術実験開始 ２０１５年２月１８日 ｋｉｋｙｏｕｙａ １．モデムの構成要素について モデムは「モジュレータ・デモジュレータ」の略で、変調・復調をするもの、となる。 デジタル信号をアナログ信号などを使って送信する系をモジュレータ（変調器）、受信した信号をデジタル信号に戻 す系をデモジュレータ（復調器）とよぶ。 ２．必要なハードウェア 簡単な変調信号を作るのはさほど難しくない。ワンチップマイコンで十分可能なで、回路的にはアッテネータと簡単 なＣＲフィルタを作ればよいだけだ。規格では正弦波をベースとしているが、伝送ラインの帯域が３４００Ｈｚなどに制 限されているため、方形波でかまわない。たとえばＢＥＬＬ２０２規格の状態１を示す１２００Ｈｚも方形波の高調波成分 は最低でも３６００Ｈｚになるため、受信側には伝達ざれない。 受信側は少し複雑になる。まず、伝送ラインの減衰分を補うことが必要になるが、どれだけ減衰したかは普通わか らない。そのため、信号を一定のレベルにまで増幅する必要がある。方法としてはリミッティング増幅（増幅器が飽和 する限界まで増幅する）ものと、増幅率を変えられる増幅器（ＶＧＡ）で一定のレベルまで増幅するものがある。 その後、信号を分析・解析してデジタルデータに戻すのだが、信号に含まれる周波数成分とデジタルデータの信号 レートに相関がある場合（ＢＰＳＫなど）では同期回路が必要になる。 モデム送信（モジュレータ）回路はマイコンでも作りやすいが、受信系（デモジュレータ）はけっこう大変になる。 実際には符号器など、もうすこし複雑なのだが、今回は触れない。 ○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○ ＦＳＫ以外の方式 周波数偏移変調（ＦＳＫ）以外にもＯＯＫ（ＯＮ／ＯＦＦ変調）、ＰＳＫ（位相変移変調）、ＱＡＭ（象限振幅変調）などがある。 ＯＯＫはノイズが少ない場合は大変有効だが、デジタル伝送速度は上げにくい。 ＰＳＫは基本的に周波数が一定で、位相が反転したら１、しなかったら０のようにするもので、回路は比較的単純にできる。 ＱＡＭは位相と振幅の両方を使って０と１の２値を越える多重変調をかけるもので、電話回線を使った高速通信網などはこの方 式がよく用いられた。 ○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○○ ３．実験 ３．１．可変ゲイン増幅器（ＶＧＡ） 実際にＶＧＡ（電圧制御可変増幅器）を作ってみた。使用したキーデバイスは東芝のＦＥＴ、２ＳＫ３０ＡＴＭ（現行だと ２ＳＫ１１８など）で、ゲート・ソース間電圧、つまりバイアス電圧によって相互コンダクタンス（ゲート電圧の変化に対す るドレイン電流の変化）が大きく変化することを利用する。ただし、ＦＥＴ単独ではドレイン内部抵抗・動作点も変化して しまい、きれいな特性が得られないので、バイポーラトランジスタとカスケード接続を行ってドレイン電圧を一定にする ことで特性を改善する。 ２ＳＫ３０ＡＴＭなどのＦＥＴはドレイン特性が抵抗変化を示す領域があるので、ＦＥＴの動作点はそのエリアを狙うよ うに設計する。ただし、領域は広くないので大きな振幅は取れない。実測値で出力振幅は１００ｍＶ程度まで、ゲイン は最小－５０ｄＢ以下（計測困難）、最大＋１５ｄＢ程度で変化幅は６０ｄＢ以上あることが確認できた。高周波回路な ら１００ｄＢ程度の変化が必要になる場合もあるが、モデムの受信用なのでこれで十分な性能となる。 ３．２．同期用ＰＬＬ 非同期のＡＦＳＫ（ＢＥＬＬ２０２など）では不要だが、モデム信号の周波数とデジタル信号の伝送速度が同期してい る場合（ＢＰＳＫなど）ではモデム信号に対する「同期」が必要になる。これにはＰＬＬを用いるが、高周波用ＰＬＬとは 違う動作をするので注意が必要になる。 高周波ＰＬＬのほとんどは「ＰＬＬ周波数シンセサイザ」で、水晶などの安定した信号源を使って、特定の周波数を合 成する目的で使われるが、モデム用ＰＬＬは入ってきた信号と同期した「クロック再生」を行う。そのため、周波数が安 定しているとは限らない。衛星との通信の場合、衛星の軌道によって無線周波数がドップラー変移するが、これを追 いかける場合も同様のＰＬＬは使われる。 今回は予備実験ということでＣＭＯＳのＰＬＬ、ＣＤ７４ＨＣ４０４６を使ってみた。同期用ＰＬＬは条件をうまく設定する と受信信号周波数の整数倍でのクロック再生が可能になる。今回は２４００Ｈｚを中心としたＢＰＳＫを想定したので、 ４倍の９６００ＨｚでＶＦＯを発振させる定数を求めてみた。 実際のロック動作確認まではできていない。 追記：２月１４日前後、体調を崩したため報告等遅れている。みなさまもご自愛を。 質問事項等あれば [email protected] まで。
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