無線通信・移動体通信・アンテナ・伝搬・放送・衛星
電波の周波数帯と伝搬特性に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
短波（HF）帯の電波は電離層（おもにF層）で反射され、地表との間を繰り返し反射して見通し外の遠距離まで届く。中波帯は昼間にD層で吸収され、遠距離には届きにくく、夜間にD層が消えると電離層反射で遠方へ届く。VHF・UHF・マイクロ波帯は電離層を突き抜け、直進性が強く見通し内通信が基本で、周波数が高いほど回折しにくい。
周波数2GHzの電波を、送受信アンテナ間の距離10kmで、自由空間において等方性アンテナ同士で送受信する。自由空間伝搬損失Lを L＝20log10（4πd／λ）［dB］（dは距離、λは波長）で求めるとき、最も近い値はどれか。ただし、電波の速度を3×10の8乗m/sとする。
解答正解 4
波長は λ＝3×10の8乗÷2×10の9乗＝0.15mである。L＝20log10（4π×10,000÷0.15）＝20log10（8.4×10の5乗）≒118dBとなる。実用式 L＝32.4＋20log10 f［MHz］＋20log10 d［km］＝32.4＋66＋20≒118dBでも確かめられる。周波数の単位や距離の桁、20logと10logの取り違えにより誤答となりやすい。
周波数6GHzのマイクロ波回線で、送受信点間の距離が20kmである。両端から等距離（各10km）にある地点の第1フレネルゾーン半径を、r＝√（λ・d1・d2／（d1＋d2））で求めると、最も近い値はどれか。ただし、d1、d2は送受信点から当該地点までの距離、電波の速度を3×10の8乗m/sとする。
解答正解 2
波長は λ＝3×10の8乗÷6×10の9乗＝0.05mである。d1＝d2＝10,000mなので、r＝√（0.05×10,000×10,000÷20,000）＝√250≒15.8mとなる。マイクロ波回線では、見通し線と障害物との間に第1フレネルゾーン半径の60%程度以上の余裕（クリアランス）を確保するよう伝搬路を設計することが多い。
移動体通信におけるフェージングに関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
レイリーフェージングは、見通し外で到来する多数の反射波・散乱波が干渉して、受信レベルが短い距離で急激に変動する現象で、受信レベルの谷はおよそ半波長ごとに現れる。シャドーイングは建物などの遮蔽による緩やかな変動である。周波数選択性フェージングは、遅延波の遅延時間が信号の1シンボルの時間に対して無視できないほど長い場合に生じ、伝送帯域内の周波数でレベルが異なる。
送信機の出力が10W、給電線の損失が2dB、送信アンテナの絶対利得（等方性アンテナ比）が14dBiのとき、EIRP（等価等方放射電力）として、適当なものはどれか。ただし、10Wは40dBmとする。
解答正解 3
EIRPは、アンテナ入力電力に絶対利得を掛けたものである。40dBm−2dB（給電線損失）＋14dBi＝52dBm（約158W）となる。半波長ダイポール比の利得で表すERP（実効放射電力）はEIRPより2.15dB小さく、この条件では約49.9dBmとなる。損失の符号の取り違えや、ERPとEIRPの混同に注意する。
パラボラアンテナの利得は、開口効率が一定のとき（反射鏡の直径×周波数）の2乗に比例する。反射鏡の直径を2倍にし、使用周波数を1/2にしたときの利得の変化として、適当なものはどれか。
解答正解 2
利得は G＝η（πD／λ）²＝η（πDf／c）² で、直径Dと周波数fの積の2乗に比例する。直径が2倍、周波数が1/2なら、その積は変わらず利得も変化しない（0dB）。直径だけを2倍にすれば利得は4倍（＋6dB）、周波数だけを2倍にしても＋6dBであり、一方を無視すると取り違えとなる。
アンテナへの給電線に100Wの進行波電力を送ったところ、反射電力が4Wであった。このときの電圧定在波比（VSWR）として、適当なものはどれか。ただし、VSWR＝（1＋|Γ|）／（1−|Γ|）で、Γは電圧反射係数とする。
解答正解 1
電力反射係数は |Γ|²＝反射電力÷進行波電力＝4÷100＝0.04であり、電圧反射係数は |Γ|＝√0.04＝0.2である。VSWR＝（1＋0.2）÷（1−0.2）＝1.2÷0.8＝1.5となる。電力比をそのまま電圧反射係数として使うと誤答になる。VSWRが1に近いほど整合がとれている。
OFDM（直交周波数分割多重）方式に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 3
OFDMは、多数のサブキャリアを互いに直交するように配置するため、スペクトルが重なっていても干渉せず、周波数利用効率が高い。サブキャリア当たりのシンボル長が長く、有効シンボルの前にガードインターバル（サイクリックプレフィックス）を付加するので、遅延波が到来してもシンボル間干渉を抑えられる。多数のサブキャリアの合成でPAPRが大きく、電力増幅器に広い線形範囲が要る。
LTE（Long Term Evolution）に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
LTEは、下りにOFDMA、上りにSC-FDMAを採用している。SC-FDMAは上りの送信信号のPAPRを小さくでき、端末の電力増幅器の負担を軽くできる。ネットワークは基地局eNodeBがRNCの機能を取り込んでフラット化され、コアネットワークのEPCはパケット交換のみで構成される（音声はVoLTEなどのIPで提供）。
MIMO（Multiple Input Multiple Output）に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
MIMOは送受信の双方に複数のアンテナを用いる技術で、空間多重では同一周波数・同一時間で複数のデータ系列を同時に送る。受信側で各系列を分離するには、送受信アンテナ間の伝搬路の相関が低いことが必要で、多重波が豊富な環境ほど効果が大きい。多重できるストリーム数は、送信アンテナ数と受信アンテナ数のうち小さいほうが上限となる。
正六角形のセルを用いるセルラ方式で、周波数再利用距離Dとセル半径Rの比は、クラスタ内のセル数Nに対して D／R＝√（3N）で表される。セル半径Rを一定としてクラスタ内のセル数Nを7から4に変更したとき、周波数再利用距離Dは約何倍になるか。適当なものはどれか。
解答正解 3
Dは√（3N）に比例する。Nが7のとき√21≒4.58R、Nが4のとき√12≒3.46Rであるから、D比＝√（12／21）＝√（4／7）≒0.76倍である。クラスタ内のセル数を減らすと1セル当たりに使えるチャネル数が増えて容量は増すが、再利用距離が短くなり同一チャネル干渉が増加するというトレードオフがある。
第5世代移動通信システム（5G）の主要な利用シナリオに関する次の記述の（ア）～（ウ）に当てはまる用語の組合せとして、適当なものはどれか。 （ア）超高速・大容量の通信を実現するシナリオ。 （イ）超高信頼・低遅延の通信を実現するシナリオ。 （ウ）多数の端末を同時に接続するシナリオ。
解答正解 1
5Gの三つの利用シナリオは、eMBB（拡張モバイルブロードバンド＝超高速・大容量）、URLLC（超高信頼・低遅延通信）、mMTC（大量機器接続通信）である。名称は、eMBBがBroadbandの「B」、URLLCがLow Latencyの「LL」、mMTCがMassive（大量）の「m」と対応づけると覚えやすい。
5G（NR）の無線技術に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 1
ミリ波帯は広い帯域幅を確保でき高速大容量に適するが、直進性が強く遮蔽や距離による減衰が大きい。そこで多素子アンテナ（Massive MIMO）でビームを形成し、端末の方向に向けて利得を稼ぐビームフォーミングを併用する。5G NRでは、サブキャリア間隔を15kHzから120kHz以上まで選べ、周波数帯やサービスに合わせて柔軟に設定できる。Sub-6GHz帯はカバレッジを確保しやすいので広く使われる。
5Gのネットワーク構成に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 4
NSA（ノンスタンドアローン）は、既存のLTE基地局を制御信号のアンカーとし、コアネットワークにもEPCを使う構成で、5G NRはおもにユーザデータの高速化に用いる。SA（スタンドアローン）は5G NRだけで制御とデータを扱い、コアに5GCを用いる構成で、ネットワークスライシングなど5GCの機能を利用できる。段階的な導入では、NSAで先行し、のちにSAへ移行する形が一般的である。
高度約36,000kmの静止衛星を経由して、地球局Aから地球局Bへ信号を送る。両地球局は衛星の直下付近にあるものとして、片方向（地球局A→衛星→地球局B）の電波の伝搬遅延時間として、最も近い値はどれか。ただし、電波の速度を3×10の5乗km/s とし、機器の処理遅延は無視する。
解答正解 2
地球局から衛星までが約36,000kmなので、A→衛星→Bの伝搬距離は約72,000kmである。遅延は 72,000÷300,000＝0.24秒となる。応答を待つ往復では約0.48秒となるため、電話などでは遅延が会話の妨げになることがある。片道1区間（0.12秒）と、2区間（0.24秒）を取り違えないようにする。
衛星通信に用いる周波数帯に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
衛星通信ではC帯（6/4GHz帯）、Ku帯（14/12GHz帯）、Ka帯（30/20GHz帯）などが用いられ、いずれも上り回線の周波数が下り回線より高い。周波数が高いほど広い帯域が使え、同じ口径でビーム幅が狭く利得が大きくなるため小型アンテナが使えるが、降雨減衰が大きくなる。C帯は降雨減衰が小さく、降雨の多い地域でも安定した通信に向く。
衛星回線で、衛星の送信EIRPが50dBW、自由空間伝搬損失が200dB、地球局の受信アンテナ利得が40dBi、大気吸収や降雨などによるその他の損失が2dBであるとき、地球局の受信電力として、適当なものはどれか。ただし、その他の損失は上記のみとする。
解答正解 3
受信電力［dBW］は、EIRPに受信アンテナ利得を加え、伝搬損失とその他の損失を引いて求める。50＋40−200−2＝−112dBWとなる。利得を引いてしまう誤りや、損失を加えてしまう誤りに注意する。dBでは掛け算・割り算が足し算・引き算になるので、各項の符号を整理して計算する。
周波数f1＝840MHzとf2＝845MHzの2波が、受信機の増幅器の非線形性により3次相互変調を生じた。3次相互変調積の周波数の組合せとして、適当なものはどれか。
解答正解 3
3次相互変調積は 2f1−f2 及び 2f2−f1 で表される。2×840−845＝835MHz、2×845−840＝850MHzである。これらは希望波に近接するため、フィルタで除去できず、混信（相互変調ひずみ）の原因となる。2次の積（f1＋f2、f2−f1）や高調波（2f1、2f2）、5次の積（3f1−2f2、3f2−2f1）と取り違えないこと。
受信設備で、雑音指数1dB、利得20dBの低雑音増幅器の後段に、雑音指数10dBの受信機を接続した。全体の雑音指数として、最も近い値はどれか。ただし、フリスの公式 F＝F1＋（F2−1）／G1（F1、F2は雑音指数の真数、G1は初段の利得の真数）を用い、1dB＝1.26、10dB＝10、20dB＝100とする。
解答正解 2
真数で計算する。F＝1.26＋（10−1）／100＝1.26＋0.09＝1.35であり、dBに直すと10log10（1.35）≒1.3dBとなる。初段の利得が大きいと、後段の雑音の影響は初段の利得で割られて小さくなるため、初段に低雑音・高利得の増幅器を置くことが重要である。dB値を単純に足す、平均するなどは誤りとなる。
我が国の地上デジタルテレビジョン放送（ISDB-T）に関する次の記述のうち、適当なものはどれか。
解答正解 2
ISDB-Tは、OFDMを用いた帯域分割伝送（BST-OFDM）方式で、1チャネル（6MHz）を13セグメントに分割し、中央のセグメントを携帯端末向けのワンセグ放送に使う。各セグメントは、QPSK、16QAM、64QAMなどの変調方式や符号化率を階層ごとに選べる（階層伝送）。ガードインターバルがあるため、同一周波数で複数の送信所から送る単一周波数ネットワーク（SFN）も可能である。