VARA HF モデムの特徴と利点

--- HF帯の厳しい伝搬環境を克服するために採用された特徴的なOFDMとその設計思想 ---

VARA HFモデムのOFDMの変調方式とキャリアの関係

EA5HVK のWeak signals SoftwaresおよびSIGIDWIKI.COM のVARA HFには以下の表のようにシンボルレート（Symbol rate）、キャリア数（Carriers）、変調方式（Mod）、実効データレート（Net Rate bps）の関係が示されている。ここで最も使われている VARA HF 500Hz (Normal) を抜き出すと以下の関係になっている。なお、Free VersionはSpeed Level 5 (SL5)以下で、177bpsまで可能である。

以下はVARA HFの復調時のコンスタレーション波形であり、キャリア数=2、Mod＝4PSK、すなわちNet Rate 177bpsの場合を示している。

以下VARA HFモデムとOFDMの融合について洞察を試みる。

1. OFDMの利用は明確:

• 「Carriers」の列に「11」「2」「3」といった数字があり、これはまさに複数の搬送波（サブキャリア）を使用していることを示してい る。 これにより、VARA HFモデムがOFDM（直交周波数分割多重方式）をベースとしていることが明確に裏付けられる。
• この表は、モード（また はデータレート）に応じて、使用するサブキャリア数と、それらのサブキャリアに適用する変調方式を切り替えていることを示唆している。

2. データレートと変調方式・キャリア数の関係:

• 低速モード（FSK）: Symbol Rate 23/47、Carriers 11、Mod. FSK
• FSK（周波数偏移変調）は、非常にロバスト（堅牢）でノイズに強い変調方式である。データレートは低いが、悪条件下での初期接続や安定した 通 信に適していると考えられる。11キャリアを使っているのは、信頼性を高めるため、あるいは単一キャリアFSKよりも効率的に情報を送るためであろ う。
• 中速モード（BPSK/4PSK）: Symbol Rate 94、Carriers 2/3、Mod. BPSK/4PSK
• ここで注目すべきは、キャリア数が2つや3つに減っている点である。これは、より高速な変調方式（BPSK/4PSK）を使用することで、少 数の キャリアでも高いデータレートを実現できることを示している。少ないキャリア数の方が、FFT処理の負荷が軽くなるなどのメリットもあるかもしれな い。
• 高速モード（4PSK/8PSK/16QAM/32QAM）: Symbol Rate 42、Carriers 11、Mod. 4PSK/8PSK/16QAM/32QAM
• シンボルレートは42に固定されているが、変調方式が4PSKから始まり、8PSK、16QAM、そして32QAMへと高次化していくこと で、 11キャリアを維持したまま、データレートを大幅に向上させていることがわかる。これは、電波状況が良好な場合に、より効率的にデータを送信する ためのVARAモデムの適応変調の典型的な例である。
  

この表から得られる洞察：

•VARA HFは多様なOFDMモードを持つ:

• 単一の固定されたOFDM構成ではなく、電波状況や必要なデータレートに応じて、サブキャリア数、シンボルレート、およびサブキャリアごとの変調方式 を 動的に（または段階的に）切り替えることで、様々な運用環境に対応していることが分かる。

•低キャリア数FDMの存在:

• 「Carriers 2」や「Carriers 3」といった非常に少ないサブキャリア数のOFDMが存在することは興味深い。これは、従来の一般的なOFDM（数十〜数百キャリア）とは異なるアプローチであり、HF帯 の狭帯域、高いマルチパス、周波数変動といった特性に最適化された結果かもしれない。

•FSKの活用:

• 高次変調が主流のOFDMシステムにおいて、FSKが初期モードや最もロバストなモードとして採用されているのは、HF帯の厳しい環境において、まず 確実にリンクを確立するためのVARAモデムの設計思想を示していると言える。

参考サイト

• EA5HVK Weak signals Softwares
• SIGIDWIKI.COM --- VARA HF

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