OFDMとは何か？2 ：塩田紳二のモバイル基礎講座 第8回： （3/4 ページ）

[塩田紳二，ITmedia]

OFDMの変調・復調

　下の図は、OFDMの変調・復調の大まかなブロックダイアグラムです。これは、広く情報が公開されている802.11a無線LANのものをベースに作った図です。実際には、インターリーブなど他にも処理が入るのですが、ここではOFDMの概念を説明するために省略してあります。

　無線LANでは、サブキャリアの数やサブキャリア変調方式が定められていて、同時に送信するビット数はそれから決まります。IEEE 802.11aでは、サブキャリアは52本ありますが、このうち4本は、パイロット信号としてデータを送信しないので、48本がデータ送信用になります。サブキャリアは、312.5kHz間隔になっています。つまり、312.5、625、937.5……kHzという周波数が使われていくわけです。

　また、OFDMシンボル長は、4μ秒とされています。サブキャリアの変調方式にはBPSK、QPSK、16QAM、64QAMがあります（参照記事1／2）。

　64QAMでは、同時に6ビットを送信できますが、エラー訂正用コードなどが入るので、実際に送信できるのはその3/4（これを符号化率といいます）になり、48サブキャリアで同時に送信するため、1つのOFDMシンボルで216ビットが送信されます。1OFDMシンボルは、4μ秒であるため、転送レートは、216[ビット]/4[μSec]=54Mビット/secとなります。

　ベースバンド信号（送信するデジタルデータ）は、シリアルデータとしてOFDM変調部に入力されたのち、パラレル化されます。OFDMでは、同時に複数ビットを送信しますが、一度に送信するビット（つまり1シンボル分）をひとまとめにするのがこの部分です。例えば、16QAMを使う場合、48×4=192ビットがひとまとめになります。

　次に行われるのがサブキャリア変調です。このときは、例えば、16QAMなら4ビット、64QAMなら6ビットごとに取り出されて、変調が行われます。ただし、この変調処理はデジタル的に行われます。例えば、QPSKでは、位相上の4つの点を使います。各点には、00、01、11、10の2つのビットが相当しています。サブキャリア変調では、このデジタル値から位相を求めます。ただし位相は角度ではなく、座標を使って複素数で表します（図）。

　このようにすることで48個の信号が出来上がります。今度は、これを前述のサブキャリア周波数別の信号として逆フーリエ変換が行われます。逆フーリエ変換とは、各周波数別の信号の大きさを元に、合成された歪み波を作ることです（8月24日の記事参照）。

　OFDMでは、図の個々の正弦波がサブキャリアに相当し、OFDM信号が図の方形波に相当します。サブキャリア変調で得られた座標値を使って、個々のサブキャリアを表す正弦波を合成しますが、実際には、逆FFT（Fast Furie Translation :高速フーリエ変換）と呼ばれる計算方法が使われます。その後、できあがったOFDMシンボル信号にガードインターバル信号を挿入します。

　ここまではデジタルデータとして処理され、これをD/A（Digital Analog）コンバータを使ってアナログ信号に直します。これをベースバンド信号として送信キャリア信号（802.11aでは5GHz帯）を変調させ、送信信号とします。

　復調の手順は、この逆になります。受信した電波を検波し、OFDM信号を取り出します。これをA/Dコンバーターを使ってデジタル信号に直します。最初に行うのは、ガードバンド信号部分を無視し、残りの部分を取り出すことです。このようにすることで、マルチパスの影響を排除します。

　その信号を今度は、FFTでフーリエ変換し、各サブキャリアに分解します。その後、サブキャリア復調を行います。変調時と同じく、これもデジタル的な処理で、FFTの出力を位相の値と考え、対応するビットパターンを見つけます。これを送信時と同じ順番でシリアル信号に直せば、元のデータを取り出すことができます。

位相変調とグレイコード