誠

プリンタ用表示

連載
2005/06/13 04:27 更新

塩田紳二のモバイル基礎講座 第5回:
電波で情報を送れる仕組み 1 (1/5)

無線で通信ができるのは、伝えたい情報を電波に載せる「変調」という操作のおかげです。ASK、FSK、PSKなどの変調方式のほか、より多くの情報を送るためのQPSK、16QAMなどについても解説します。

 昨年あたりからBluetoothに凝っていて、AppleのワイヤレスキーボードやHPのステレオヘッドホンなどいろいろと集めています。Bluetooth内蔵ノートPC(最近は減っているので残念なのですが)と組み合わせると、インタフェースやコネクタの違いに悩まされることもないですし、ケーブルを持ち歩いたり、つないだりする手間からも解放されました。

 それもこれも、Bluetoothの規格にのっとって、電波がデータを通信してくれるおかげです。しかしよく考えてみると、どうして電波で情報を伝えることができるのでしょう?

 ということで今回は、電波に情報を載せるための「変調」のお話です。

変調=情報を電波に載せること

 電波を使って通信を行う場合、一定の周波数の「搬送波」に対して、「変調」と呼ばれる操作を行い、伝達したい情報を載せます。変調された搬送波を「変調波」といいます。また、変調された電波を受信して、そこに載せられている情報を取り出すことを「復調」といいます。搬送波に載せる情報は、変調という点からみると、変化する信号でしかありません。このため、これを「ベースバンド信号」と呼ぶことがあります。単にベースバンドといったとき、変調して搬送波に載せられる前の信号(情報)を意味します。

 通常、搬送波の周波数はベースバンドの周波数よりも高くなっています。逆に、搬送波より高い周波数のものはそのままでは変調して送信することはできません。

 変調を行うと正弦波だった搬送波は歪んだ波になります。これを歪波といいます。変調波はかならず歪波です。正弦波のときには、ある特定の周波数だけだった搬送波は歪むと周波数的な広がりを持つようになります。この広がりはベースバンド信号や変調方式などにより違ってきます。この周波数的な幅を帯域といい、その中でどのような広がり方をしているのかをスペクトラム(周波数成分)といいます。

 プリズムを使うと、太陽光を様々な色に分解できます。色とは実は周波数の違いで、我々が見ている多くの光は、様々な周波数の光が混合してできたものです。これと同じように歪波も様々な周波数の波から作られています(このことについては次回解説します)。

 変調波は、変調により一定の帯域を占めるようにスペクトラムが変化しますが、それは、変調方式とベースバンド信号のスペクトラムに関係しています。

 ベースバンド信号も変化する波として考えることができます。簡単な例でいえば、ラジオは、音声信号で搬送波を変調しますが、この音声信号も波であり、数kHz程度までのスペクトラムの広がり(帯域)をもっています。

 デジタル通信では、ベースバンド信号としてデジタル信号を扱いますが、このデジタル信号も波として考えることができます。デジタル信号のように1と0の2つの振幅値しかない波を方形波といいます。これも波の一種である以上、帯域があります。これは転送レート(bit/sec、bps)に関係します。簡単にいうと転送レートが高くなればなるほど、ベースバンドの帯域(スペクトラムに含まれる最高周波数)が広くなります。

 ベースバンドがfb[Hz]という帯域を持っていたとして、これをfc[Hz]の搬送波に対して変調をかけると、変調波は、fc-fbからfc+fb[Hz]の帯域を持ちます(図)。例えば2GHzの電波(搬送波)に5MHzのベースバンドを載せて変調した場合、変調波は1995MHz〜2005MHzの帯域を持ちます。

 fc+fbだけでなく、fc-fbのような搬送波よりも低い方向への広がりができるのは、波の持つ性質の1つです。理論的には、変調とは三角関数が入った式であらわされ、その計算の過程で搬送波の上下にひろがるベースバンドのスペクトラムが現れてきます。この方向で説明するとどうしても数式を出さねばならなくなるので、事例で説明します。

ay01.jpg
周波数fcの搬送波に、周波数fbのベースバンドで変調をかけると、fc-fb〜fc+fb幅を持つ(上)。ただしベースバンドが正弦波でない場合、さらに高い周波数成分を持っていることがあり、これで変調を行うと搬送波の占有する幅がさらに広くなってしまう(下)

      | 1 2 3 4 5 | 次のページ

[塩田紳二,ITmedia]

Copyright© 2016 ITmedia, Inc. All Rights Reserved.