作者別: shunsuke

変調とは、信号を送りやすくするための技術です。携帯電話を例にとって考えると、人の声の周波数はおよそ0.2～4kHzと言われているのに対して、通信回線の周波数は約700MHz～2GHz付近（LTE）と、まず数値的なオーダーが全く違うことが分かります。補足として、アンテナ長は理論的には波長の1/2 or 1/4倍となるため、周波数が低ければ反比例して波長が大きくなり、人の声で通信した場合、単純に携帯電話の大きさが1,000,000倍になってしまいます。そこで、実際は通信回線の周波数を持った搬送波と呼ばれる波に、人の声の信号をミックスして伝搬させます。そして、これこそが変調と呼ばれている技術で、受信した信号は復調と呼ばれる技術で実際の信号に戻ります。一般的な変調方式は、以下の3種類となります。受信側で波形を再現させないといけないので、どのように元の波形情報を記憶させるかということがポイントになっています。

・振幅変調（AM：Amplitude Modulation）／搬送波の振幅を送る信号の波形に合わせる方法で、ミックスされてできる変調波は、周波数が一定で振幅の大きさにバラつきがあるものとなります。

・周波数変調（FM：Frequency Modulation）／搬送波の周波数を送る信号に合わせる方法で、ミックスされてできる変調波は、振幅が一定で周波数にバラつきがあるものとなります。

・位相変調（PM：Phase Modulation）／搬送波の位相を送る信号の振幅に比例するように変化させる方法。主にデジタル信号に利用される。

しかし、実際には現代の通信回線では上述の方式ではなく、デジタル信号の変調方式が使われています。これは、最小単位のビットに区切られたデータを通信する場合の方式で、0と1の組み合わせが振幅／周波数／位相といったパラメータで表現されます。これには、振幅変調や周波数変調も使用はできるのですが、主には位相変調や直交変調（QAM：Quadrature Amplitude Modulation　※振幅変調と位相変調の合体版）が使用されています。これらは、多元接続とセットで語られることが多いかと思うので、そちらも確認してみてください。

 

Modulation is a technique to make signals easier to send. Considering a mobile phone as an example, the frequency of a human voice is said to be about 0.2 to 4 kHz, whereas the frequency of a communication line is in the vicinity of about 700 MHz to 2 GHz (LTE), first of all numerical order is totally I understand that it is different. As a supplement, since the antenna length is theoretically 1/2 or 1/4 times the wavelength, as the frequency is low, the wavelength increases in inverse proportion, and when communicating with a human voice, simply the size of the mobile phone However, it will be 1,000,000 times. Therefore, we mix and propagate the human voice signal to the wave called the carrier wave with the frequency of the communication line. And this is the technology called modulation, and the received signal returns to the actual signal by the technique called demodulation. Common modulation methods are as follows. Since it is necessary to reproduce the waveform on the receiving side, it is the point that how to store the original waveform information is a point.

· Amplitude Modulation (AM) / A method of matching the amplitude of the carrier wave with the waveform of the signal to be sent, the modulated wave that can be mixed has a constant frequency and variations in amplitude magnitude.

· Frequency modulation (FM) / The method of matching the frequency of the carrier wave to the signal to be sent, the modulated wave that can be mixed has a constant amplitude and variations in frequency.

· Phase modulation (PM) / A method of changing the phase so as to be proportional to the amplitude of the signal that sends the carrier phase. It is mainly used for digital signals.

However, modern communication lines are not the above-mentioned method, but digital signal modulation method is used. This is a method of communicating data divided into bits of the minimum unit, and the combination of 0 and 1 is represented by parameters such as amplitude / frequency / phase. Amplitude modulation and frequency modulation can also be used for this, but phase modulation and orthogonal modulation (QAM: Quadrature Amplitude Modulation * Combined version of amplitude modulation and phase modulation) are mainly used. I think that these are often told in a set with multiple access, so please also check that.

一般的には1THz以下、日本の電波法では3THz以下の周波数を持つ電磁波を指しています。つまり電波とは電磁波のことを指しており、この電磁波は電界と磁界という２種類の要素でのみ構成されています。

・電界[V/m]とは電圧が掛かっている空間のようなイメージで、「＋の電荷を帯びたもの」と「－の電荷を帯びたもの」の間に発生します。どちらの電荷を帯びやすいかは材料によって異なります。冬のドアノブに触れたときは、＋に帯電しやすい人の手から－に帯電しやすい金属に対して電荷が移動し、電荷の移動とは逆方向に電流が流れます。電界強度は正負電荷の距離が近いほど高くなります。

・磁界[A/m]とは、電流が流れているものの周囲に発生しています。ネジを締める際に、ネジの進行方向＝電流の向き、ネジが回る方向＝磁界の向きとする、アンペールの右ねじの法則は有名ですよね。これは逆も然りで、磁界が発生している空間には電流が流れます。磁界を可視化したのが、磁石の周りに存在している磁力線です。磁界強度は電流源に近いほど高くなります。

ここまでが電界と磁界の簡単な説明になります。ここで、発生メカニズムを整理すると、ある物質に電圧が印加されると周囲に電界が発生し、電流が流れると周囲に磁界が発生する。そして、これらが相互作用している空間のことを電磁界と呼び、電磁界を伝搬する波のことを電磁波と呼びます。電界発生→磁界発生→電界発生→…という流れで伝搬しているイメージです。波だけあって、振幅や周波数、波長といったパラメータで表され、周波数によってマイクロ波・ミリ波などと呼称が分けられており、300THz以上にもなると可視光領域に突入します。

特徴を簡単に説明すると、周波数と波長は反比例の関係にあり、波長と通信にかかわる部品のサイズが比例関係にあるため、周波数を高くすることで部品・デバイスの小型化に繋がりますが、当然微細加工などの技術が発達しない限りは小型化も不可能です。また、周波数を高くすることで、電波が回折性を失い、遠くまで伝搬するのが難しくなったり、デバイス内でのエネルギーロスも大きくなるといったデメリットもあります。まとめると、周波数が高くなると、電波の扱いが難しくなるんですね。しかし、通信業界における課題の一つとして、各通信に使用する帯域のリソース不足があります。すべての通信にはそれぞれ固有の通信帯域が割り当てられており、通信の種類が多くなりすぎてパンク寸前というのが現状です。「渋滞解消のために、一刻も早く高速道路の整備を」というイメージですかね。話は逸れましたが、お宝が眠る未踏の高周波数域への挑戦をウォッチしていきたいと思います。

In general, it refers to an electromagnetic wave having a frequency of 1 THz or less, Japan Radio Law 3 THz or less. Therefore radio waves refer to electromagnetic waves, and electromagnetic wave is composed only of two kinds of elements, electric field and magnetic field.

· The electric field [V / m] is an image like a space where voltage is applied, and it occurs between “+ charge” and “- charge”. Depending on the material, it depends on which type of charge it is likely to take. When you touch the doorknob in winter, the charge moves to the metal which is easily charged to – from the person ‘s charge easily +, and current flows in the direction opposite to the movement of the electric charge. The electric field strength becomes higher as the distance between the positive and negative charge becomes shorter.

· Magnetic field [A / m] is generated around the current flowing around it. When tightening the screw, Ampere’s right-handed screw’s law is famous, with the direction of screw travel = direction of current, direction of screw turn = direction of magnetic field. This is the other way around, and current flows in the space where the magnetic field is generated. The lines of magnetic force that exist around the magnets are visualized magnetic field. The magnetic field strength becomes higher as closer to the current source.

Here, when the generation mechanism is organized, when a voltage is applied to a certain substance, an electric field is generated around the electric field, and when a current flows, a magnetic field is generated around the electric field. The space in which they are interacting is called an electromagnetic field, and the wave propagating through the electromagnetic field is called an electromagnetic wave. It is an image propagating in the flow of electric field generation → magnetic field generation → electric field generation → … . There are only waves, which are represented by parameters such as amplitude, frequency, and wavelength, are classified as microwave, millimeter wave, etc. according to frequency, and when it reaches 300 THz or more, it enters the visible light region.

Briefly describing the features, the frequency and wavelength are inversely proportional, the wavelength and the size of the parts involved in communication are in a proportional relationship, so increasing the frequency leads to downsizing of parts and devices, but naturally Miniaturization is also impossible unless technology such as fine processing develops. In addition, raising the frequency also has the disadvantage that radio waves lose diffraction, it becomes difficult to propagate far, and the energy loss in the device also increases. In summary, when the frequency becomes high, it becomes difficult to handle radio waves. However, as one of the challenges in the telecommunications industry, there is a shortage of bandwidth resources used for each communication. Each communication is assigned a unique communication band, so the type of communication is too much and it is the current situation that it is on the verge of puncture. Is it an image that “to improve the expressway as soon as possible to eliminate congestion?” Although I talked away I would like to watch the challenge to the unexplored high frequency range where treasure falls asleep.