通信の信号を理解する

ディジタルデータなどを伝送路に適した信号へ変換する処理を変調、受信側で元の情報を取り出す処理を復調といいます。代表的な変調には、搬送波の振幅を変えるAM、周波数を変えるFM、位相を変えるPMがあります。

QAMは、振幅と位相の組合せを変えて複数の信号状態を表します。AM・FM・PMは変化させる量が異なり、QAMは振幅と位相を組み合わせると整理します。

AM振幅、FM周波数、PM位相、QAMは振幅＋位相。

PCMでは、アナログ信号を一定時間間隔で取り出す標本化、各標本の振幅を有限個の段階へ割り当てる量子化、その段階をビット列へ変換する符号化の順にディジタル化します。

標本化定理では、帯域が最高周波数fまでに制限された信号を復元するには、標本化周波数を2f以上にすることが基本です(実際の装置では余裕をもたせます)。量子化ビット数を増やすと表せる振幅段階は増えるが、標本化回数とは別の量です。

PCMは標本化→量子化→符号化。

PCMで1チャネルの音声を送るとき、1秒当たりのデータ量は、標本化周波数と1標本当たりの量子化ビット数の積で求めます。例えば8kHzで標本化し、各標本を8ビットで表すなら、8,000×8＝64,000ビット/秒です。

複数チャネルを多重化する場合は、さらにチャネル数を掛けます。標本化周波数は1秒当たりの標本数、量子化ビット数は1標本当たりのビット数として単位を合わせます。

PCM速度＝標本化周波数×量子化ビット数。

伝送路では、目的の信号に不要な成分である雑音が加わり、受信したビットが送信時と異なる伝送誤りが起こることがあります。信号に対して雑音が大きいほど、一般に正しく判定しにくくなります。

誤りへの対策には、誤りを検出して再送を求める方法や、冗長な情報を加えて一定範囲の誤りを訂正する方法があります。誤り検出と誤り訂正は同じ機能ではなく、検出だけでは元のデータを自動的に直せない場合がある点を区別します。

雑音は誤り要因、検出と訂正は別機能。