大阪大学 大学院工学研究科 極限光通信工学領域 井上研究室 欅田 直也・橘 遼太郎・隅田 拓也・高 祥史 全体輪講発表（１．２節） 大阪大学　大学院工学研究科 極限光通信工学領域　井上研究室 欅田　直也・橘　遼太郎・隅田　拓也・高　祥史　

１．２節 １：ディジタル信号とアナログ信号 電気信号の一般的な情報伝達信号 信号振幅 １．アナログ信号 時間的に連続な値をとる 時間 １．２節　１：ディジタル信号とアナログ信号 電気信号の一般的な情報伝達信号 信号振幅 時間 １．アナログ信号 時間的に連続な値をとる ２．ディジタル信号 時間 信号振幅 1 時間的に離散的な値をとる ※簡単な２値のディジタル表現に、電流をオン・オフ切り替えることで０と１を表す方法がある ０や１をそれぞれ「ビット０」「ビット１」と呼ぶ。

１．２節 １：ディジタル信号とアナログ信号 B B = 信号帯域幅 ２．ディジタル信号 について 信号振幅 １．２節　１：ディジタル信号とアナログ信号 ２．ディジタル信号 について 時間 信号振幅 1 ・・・ビット間隔・ビットスロット。 情報を１ビット運ぶのに要する時間。 B ・・・ビットレート。 B = 一秒間に伝えるビットの数。 信号帯域幅 ・・・信号に含まれている周波数の範囲 信号をフーリエした時にゼロでない値となる周波数の幅で定義 3

１．２節 １：ディジタル信号とアナログ信号 = 2⊿ アナログ信号からディジタル信号への変換 サンプリング周波数 ① 信号振幅 ① １．２節　１：ディジタル信号とアナログ信号 ① アナログ信号からディジタル信号への変換 信号振幅 ① 一定時間間隔ごとにサンプリングする サンプリングレートは アナログ信号の帯域幅⊿fで定義 時間 ② サンプリング周波数 信号振幅 情報が失われずに離散的なサンプルで表現可能 =　2⊿ 3 4 5 7 6 4 5 6 時間 ③ 信号振幅 ② サンプルした値を離散値に量子化する 連続量をデジタルデータなどの離散的な値で近似的に表す。 以下ではサンプル値の最大振幅を　　　　　、 分割数をMとおく。 011 100 101 111 110 100 101 時間 4

１．２節 １：ディジタル信号とアナログ信号 ・・・ダイナミックレンジ 量子化雑音・・・A/D変換の過程での量子化で発生 １．２節　１：ディジタル信号とアナログ信号 量子化雑音・・・A/D変換の過程での量子化で発生 量子化誤差によるもの （アナログ・ディジタル変換） （信号をアナログからディジタルに変換するときの誤差） この量子化雑音の影響を最小にするには・・・ ② 信号振幅 ・・アナログ信号の二乗平均平方根振幅雑音 二乗平均平方根の定義 元の値を２乗して相加平均。その後平方根をとる。 3 4 5 7 6 4 5 6 時間 ③ 信号振幅 ・・・ダイナミックレンジ ダイナミックレンジ・・・識別可能な信号の 　　　　　　　　　　　　　最小値と最大値の比率。 011 100 101 111 110 100 101 時間 5

１．２節 １：ディジタル信号とアナログ信号 （：単位はデシベル） ② 信号振幅 ある値Rに対して、単位をデシベルに直すには・・・ １．２節　１：ディジタル信号とアナログ信号 （：単位はデシベル） ② 信号振幅 ある値Rに対して、単位をデシベルに直すには・・・ で、変換できる！ 3 4 5 7 6 4 5 6 時間 ③ 信号振幅 011 100 101 111 110 100 101 時間 6

１．２節 １：ディジタル信号とアナログ信号 量子化したサンプル値を適切な変換技術でディジタル信号に変換 パルス位置変調 パルス幅変調 １．２節　１：ディジタル信号とアナログ信号 ③ 量子化したサンプル値を適切な変換技術でディジタル信号に変換 パルス位置変調 パルス幅変調 ビットスロット中のパルス位置を目安にディジタル化 パルス幅を変えることによってディジタル化 時間 時間 パルスの位置や幅を高精度で保つのは光通信システム上難しい・・・ので！ ③ パルス符号変調 信号振幅 ２値の符号はそれぞれのサンプル値に対して ビット１、ビット０の列で変換 011 100 101 111 110 100 101 時間 7

１．２節 １：ディジタル信号とアナログ信号 or 、 、 より パルス符号変調 サンプルを符号化する為に必要なビット数： とすると・・・ １．２節　１：ディジタル信号とアナログ信号 パルス符号変調 （PCM)について サンプルを符号化する為に必要なビット数：　　　　とすると・・・ （量子化された信号のレベル数が　　　とする） or PCMディジタル信号のビットレートは （　　　　　　　　　　）より 、 、 より 8

１．２節 ２：チャネル多重 チャネルの 多重化 TDM(Time-Division Multiplexing) １．２節　２：チャネル多重 チャネル：データ転送を行う経路の事。 　　　　　　光通信システムでは主に特定の周波数を指す チャネルの 多重化 ディジタル音声信号は主に　　　　　　　で動作 光通信システムの伝送容量は　　　　　　　　以上 で伝送容量を 有効利用！ TDM(Time-Division Multiplexing) 時間分割多重 FDM(Frequency-Division Multiplexing) 周波数分割多重 9

１．２節 ２：チャネル多重 TDM(Time-Division Multiplexing) 時間分割多重 １．２節　２：チャネル多重 TDM(Time-Division Multiplexing) 時間分割多重 チャネル１ 時間 チャネル２ 時間 チャネル３ 時間 時間 チャネルごとに時間をずらして多重する事で伝送効率を上げる！ 10

１．２節 ２：チャネル多重 FDM(Frequency-Division Multiplexing) 周波数分割多重 １．２節　２：チャネル多重 FDM(Frequency-Division Multiplexing) 周波数分割多重 チャネル２ チャネル１ チャネル３ 周波数 チャネルごとに周波数をずらして多重する事で伝送効率を上げる！ 11

１．２節 ２：チャネル多重 TDMの利用 標準化 ディジタルハイアラーキ(階梯)の構築 １．２節　２：チャネル多重 TDMの利用　 ディジタルハイアラーキ(階梯)の構築 北米・日本 ２４チャネルを多重化し、1.544Mb/sのビットレート １階梯目 ヨーロッパ ３０チャネルを多重化し、2.048Mb/sのビットレート 北米・日本 １階梯のハイアラーキを４つ多重し、6.312Mb/s ２階梯目 ヨーロッパ １階梯のハイアラーキを４つ多重し、8.448Mb/s ITU-Tによって 音声チャネル 多重化 標準化 SDH (Synchronous Digital Hierarchy) SONET (Synchronous Optical NETwork) 12

１．２節　２：チャネル多重 SDH 基本速度155.52Mb/sのSTM-1(Shnchronous Digital Module Level1) という多重化フレームが基本単位。 (例)STM－16ならば、ビットレートは2.488Gb/s SONET 基本速度51.84Mb/sのOC(Optical Carrier) という多重化フレームが基本単位。北米標準 (例)OC-3が、STM-1と同じビットレート 13

１．２節 ３：変調方式 1 1 1 RZ(Return-to-Zero) RZ NRZ(Non-Return-to-Zero) NRZ １．２節　３：変調方式 RZ(Return-to-Zero) RZ ビット１が、ビットスロットより短い ビットパターン依存性が少ない 時間 NRZ(Non-Return-to-Zero) NRZ ビット１が続けば振幅が０に戻らない パルスの幅がビットパターンに依存 占有帯域が少ない 時間 1 1 1 14

１．２節 ３：変調方式 アナログ信号 ディジタル信号 AM（Amplitude Modulation) Aを変調 １．２節　３：変調方式 変調前の光搬送波を以下のように表す。 A:振幅 ω：周波数 Φ：位相 アナログ信号 ディジタル信号 AM（Amplitude Modulation) Aを変調 ASK(Amplitude-Shift-Keying) FM（Frequency Modulation) ωを変調 FSK(Frequency-Shift-Keying) PM（Phase Modulation) Φを変調 PSK(Phase-Shift-Keying) OOK(On-Off-Keying) 光信号をオン・オフにするだけの簡単な変調 15