第4回 有線・無線「変復調のメカニズム」


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  掲載日:2002/12/25
 有線・無線「変復調のメカニズム」

 前回学んだアナログ・デジタル伝送路。コンピュータは、"0"もしくは"1"で表現されるデジタル信号が基本だが、電話回線のようにアナログ信号でしか通信できない回線も未だに存在する。そこで第4回では、モデムを介した変調と復調の仕組みを取り上げ、その変復調の方式について解説する。あわせて、家庭にも急速に普及しつつある「無線LAN」の変復調について紹介し、その規格から具体的なサービスまで詳しく紹介。有線・無線両面からアナログ・デジタル信号の変復調について学んでいこう。 有線・無線「変復調のメカニズム」 イメージ


アナログ信号とデジタル信号の双方向変換技術

 前回は、伝送路についての説明としてアナログとデジタルについてふれた。
 これを踏まえ、今回はまずアナログ信号とデジタル信号の双方向変換技術について説明することにしよう。

変調と復調を実現するモデム
 現在私たちが利用するPCをはじめとしたコンピュータは、処理する情報のすべてを、"0"もしくは"1"で構成されるデジタル信号として認識し、計算を行っている。このため、コンピュータ間におけるデータのやり取りは、デジタル信号でそのまま行うと都合が良い。
 ところが伝送路には、電話回線網における電話と局間を結ぶアクセス網部分のように、音声などのアナログ信号しかやり取りできないものも存在する。このため、コンピュータによって出力されたデジタル信号をアナログ信号へ変換して送信したり、受信したアナログ信号をデジタル信号へ変換してコンピュータに渡したりするメカニズムが、どうしても必要となる。これらを実際に行っている機器がモデムであることは、前回説明した。
 なお、デジタル信号をアナログ信号へと変換することを変調(modulation)という。また、受信信号から元の情報を復元する動作を復調(demodulation)という。
 ちなみにモデムとは、変調機(modulator)と復調機(demofulator)の双方の機能を持つ機器であることから、その合成語としてMODEMと呼ばれている。

変調のメカニズム
 では次に変調から、そのメカニズムを簡単に学ぶことにしよう。
 デジタル信号は"0"もしくは"1"を表現するための時間的に不連続な信号だが、たとえば仮に"0"もしくは"1"の信号を4つ、つまり4ビット分集め、これを値として認識したとしよう。そして、この値に見合った電圧もしくは電流を発生させたとする。
 たとえば"0010"は、10進数では2なので2Vの電圧、"0110"は、10進数では6なので6Vの電圧を発生させるという具合だ。これを連続的に繰り返すならば、不連続な信号は、連続的に変化する物理量としての信号、つまりアナログ波形を作り出すことが可能であることに気づかれるだろうか。
 ごく簡単な例ではあるが、これにより、デジタル信号をアナログ信号へと変換することに成功している。あとはこれをアナログ伝送路へと送出すればよいわけだ。
 なお、変調には振幅変調(AM:amplitude modulation)周波数変調(FM:frequency modulation)位相変調(PM:phase modulation)振幅位相変調(AM-PM)などが存在するが、これらは"0"もしくは"1"の信号を周波数の振幅に割り当てるか、もしくは周波数そのものに割り当てるかの違いといえる。

変調のさまざまな種類
【振幅変調:AM】 振幅に強弱をつけ、この違いにそれぞれ0または1を割り当てることで、ビットデータを転送できるようにする。
【周波数変調:FM】 周波数を変化させることで、異なる周波数に0または1を割り当て、ビットデータを転送できるようにする。
【位相変調:PM】 位相を変化させ、異なる位相にそれぞれ0または1を割り当てることで、ビットデータを転送できるようにする。モデムで広く利用されている変調方法の1つ。
【振幅位相変調
:AM-PM】
変換された後の波の振幅と位相の両方を使って情報を表現するため、限られた帯域幅で効率よくデータを転送することができる。

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