ネットワークとコミュニケーション技法 第 2 回 －アナログ通信とディジタル通信－. 2 講義資料 URL etcom/2011/

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1 ネットワークとコミュニケーション技法 第 2 回 －アナログ通信とディジタル通信－

2 2 講義資料 URL http://www.tcu.ac.jp./~n etcom/2011/

3 3 アナログとディジタ ル アナログ ディジタル 連続的に 変化する量 離散的に 変化する量 ディジタル時計 アナログ時計 グラフ 表 ディジタル波形 アナログ波形 10:10 12 6 9 3

4 4 アナログのメディ ア 新聞 電話 レコード テレビ放送 ラジオ放送 ビデオ 音声テープ 印刷の濃淡 音声信号の伝送 音声・音響信号の記録 映像信号の伝送 音声・音響信号の伝送 音声・音響・映像信号の記録 音声・音響信号の記録

5 5 なぜディジタル か？ 情報の発信側 情報の受信側 電子機器 雷 遠距離伝送 不要電磁波 ピカ、ピカ 妨害電波 機器誤作動 雑音、歪 ディジタルは妨害に強い！

6 6 アナログからディジタルへ (1) 手紙 音楽記憶 音楽録音 ビデオ録画 テレビ放送 電話 郵便から電子メール レコードから CD カセットテープから MD VHS テープから DVD アナログ放送からディジタル放送 アナログ方式から ISDN 、 ADSL

7 7 アナログからディジタルへ ( ２ ) 買物 決済 銀行 電話 携帯電話 テレビ放送 音楽、映画 オンラインショッピング 電子マネー インターネットバンキング IP 電話 モバイルインターネット ディジタル放送 インターネット情報配信

8 8 ディジタル技術の普及 ★半導体技術の急激な進歩 ・ムーア（米国インテル社会長ゴードン・ ムーア氏）の法則（ 1965 年提唱） LSI に集積可能なトランジスタの数は、約 1.5 年 で２倍に増える。 ★コンピュータ技術の発展 ★インターネット、モバイルなどのディジタ ル革命 の進展

9 9 アナログ信号とディジタル信号の変換 アナログ信号 A/D 変換 D/A 変換 7, 35, -24, 16, 58, -67, - 28 ・・・ ディジタル信号 アナログからディジタルへ ディジタルからアナログへ

10 10 ディジタルの用語 ★ ビット（ bit ） 情報量の最小単位 1 桁の基本信号 “1” 、 “ 0” は１ビット ４桁 “1001” の信号は 4 ビット ★ 2 進数 13 は 10 進数（日常使う数字） “1101” は 2 進数（ディジタルでの数字） ★ バイト (byte) １バイト＝ 8 ビット（ 2 進法 8 桁） １バイトで 10 進法換算で 0 ～ 255 を表現可能 （アルファベット、数字、カタカナの表示）

11 11 ディジタル信号とは ★「 1 」か「 0 」で表す。 ★桁数が多いほど、大きい数字を表現できる。 （例） 4 桁のディジタル信号 8 の位 4 の位 2 の位 1 の位 １０ ０ １ ＝ 2 3 ×1 ＋ 2 2 ×0 ＋ 2 1 ×0 ＋ 2 0 ×1 ＝ 9 （例） 6 桁のディジタル信号 8 の位 4 の位 2 の位 1 の位 １ ０ ０ １ ＝ 2 5 ×1 ＋ 2 4 ×1 ＋ 2 3 ×1 ＋ 2 2 ×0 ＋ 2 1 ×0 ＋ 2 0 ×1 ＝ 57 32 の位 16 の位 １ 1 ２進数 10 進数

12 12 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 2 2 0 0 1 1 3 3 0 1 0 0 4 4 0 1 0 1 5 5 0 1 1 0 6 6 0 1 1 1 7 7 ２進数 １０進数 １６進数 1 0 0 0 8 8 1 0 0 1 9 9 1 0 1 0 10 A 1 0 1 1 11 B 1 1 0 0 12 C 1 1 0 1 13 D 1 1 1 0 14 E 1 1 1 1 15 F ２進数 １０進数 １６進数 16 進数 BinaryDecimalHexa Decimal BinaryDecimalHexa Decimal

13 13 音声のディジタル化 (1) アナログ 信号 標本化 量子化 ディジタル 信号 音声などのアナログ信号をディジタル信号に変換 するには、標本化、量子化、符号化が行なわれる。 標本化では、連続的なアナログ信号を一定間隔の信 号として、取り出し、量子化では、取り出した信号 の大きさを数値化する。符号化は量子化で得られる 離散的な数値を「 1 」、「 0 」の 2 進数で表現する。 符号化

14 14 ０ 10 5 15 [V] (a) アナログ信 号 (b) 標本化 5.3 3.7 14.2 9.9 S1 S2 S3 S4 標本化周期 T アナログ信号のディジタル化 (1)

15 15 ０ 10 5 15 [V] (b) 標本化 5.3 3.7 14.2 9.9 S1 S2 S3 S4 (c) 量子化 541410 (d) 符号化 0101010011101010 (e) ディジタル信 号 1010100011110100 標本化周期 T アナログ信号のディジタル化 (2)

16 16 音声のディジタル化 (2) アナログ信号 標本化周波数： 8kHz 量子化： 8bit （ 2 8 =256 個の数値）～ 16bit （ 2 16 =65,536 個の数値） 引用： http://www.miyazaki-c.ed.jp/himuka/material/index.htm

17 17 音声と標本化周波数 メディア コンパクトディスク ディジタル電話 （高品質） ディジタル電話 （通常品質） 標本化周波数 信号周波数帯域 44.1kHz 約 20kHz 16kHz 8kHz 約 7kHz 約 3.4kHz

18 18 画像のディジタル化 アナログ画像をディジタル化することをＡ／Ｄ （ Analog/Digital ）変換と呼び、画像を縦横の画 素で区切る「標本化」と各画素の濃淡を決める 「量子化」が行われる。 引用： http://www.miyazaki-c.ed.jp/himuka/material/index.htm

19 19 ディジタル化された画像の品質は、Ａ／Ｄ （ Analog/Digital ）変換の際どのように標本化・ 量子化されたかによって決定される。標本化によ る画素数が多いほど品質が高くなる。 標本化による画像品質の差 引用： http://www.miyazaki-c.ed.jp/himuka/material/index.htm

20 20 ＪＩＳ８ビットコード（ＪＩＳ Ｘ０２０ １）では、上位４ビットを縦軸、下位４ビット を横軸とした表で、文字を８桁の２進数で表現 する。例は、Ｉが０１００１００１、Ｔが０１ ０１０１００である。 文字情報の記録 引用： http://www.miyazaki-c.ed.jp/himuka/material/index.htm

21 21 アナログ通信とディジタル通信 ★アナログ通信 ★ディジタル通信 原信号の連続的な物理量を電気的連続量 に置き換えて情報を運ぶ通信方式 アナログ情報を連続量に対応する不連続 な離散的数値に変換して情報を運ぶ通信 方式

22 22 伝送路における雑音 (a) アナログ伝送 (b) ディジタル伝送 送信側 中継増幅 再生中継 送信アナログ信号 送信ディジタル信号 雑音の重畳し た減衰信号 減衰信号 再生信号 信号と雑音の 両方を増幅 雑音、歪が累積 信号のみ再 生

23 23 ディジタル伝送の特徴 ★伝送品質 雑音、歪の影響は伝送路の距離に依存 しない。 ★各種サービスに対する柔軟性 パルスの速度変換などディジタル処理 が可能であり、高度な情報の加工処理が 可能である。 ★経済性 IC 、 LSI などのディジタル回路の採用に より伝送路のコストが安価となった。

24 24 アナログ回線とディジタル回線 ★アナログ回線 ・一般電話回線 ・ CATV 用回線 ★ディジタル回線 ・ ISDN ・ LAN ・携帯電話 － 具体例 －

25 25回線（伝送）の品質要因 ★減衰 信号の振幅の減少。 ★ひずみ 信号の波形のゆがみ。 ★雑音 信号の妨げになる外部のノイズ。 ★遅延 信号の到達の遅れ。

26 26 専用回線と交換回線 ★専用回線 コンピュータ間を接続し、信号を中継、 伝送する機能を有する回線。 ★交換回線 ２つの端末間に物理的な回路を形成し、 交換機への接続要求により通信路の設定を 行うが、一度設定されると通信が終了する まで維持される回線。

27 27 専用回線と交換回線 ★専用回線 ・一般専用回線（ 2.4kbit/s ～ 9.6kbit/s ） ・高速ディジタル伝送回線（ 64kbit/s ～ 512kbit/s, 1.5Mbit/s ～ 6Mbit/s ） ・超高速回線（ 50Mbit/s, 150Mbit/s ） ★交換回線 ・一般電話回線 ・ ISDN （ 64kbit/s, 1.5Mbit/s ）

28 28 ネットワークの品質 ★すぐつながるか（接続品質） いつでも全地域のすべてのユーザが即座 に相互に連絡がとれるように品質を規定。 ★正しく伝わるか（伝送品質） 「よく聞こえる度合い」を定量化したも のであり、相手の情報を快適に正しく了解 できる品質を規定。 ★いつも使えるか（安定品質） 交換機、伝送路などの各設備の故障や異 常な輻輳に対し、正常なサービスを維持で きる品質を規定。

29 29 ネットワークのコスト ★初期投資費用 ・ネットワーク設備費 ★維持費 ・月額基本料 ・従量制料金

30 30 通信形態 ★リアルタイム通信 電話による音声通信 ★非リアルタイム通信 データ、画像通信など

31 31片方向通信と双方向通信 ★片方向通信 通信の相手に対して、１方向のみの情報伝 送を行う通信方式 （無線呼出しなど） ★双方向通信 通信の相手に対して、両方向に情報の伝送 が可能な通信方式 （携帯電話など）

32 32 半二重通信と全二重通信 ★半二重通信 交互通信方式 ★全二重通信 双方向同時通信方式 送信装置 受信装置 伝 送 路 送信装置 受信装置 情 報 送信装置 受信装置 伝 送 路 送信装置 受信装置 情 報 交互 同時

33 33 通信システムの形態 ★１対１通信（ point to point) ★ 1 対ｎ通信（同報通信） (point to multipoint) ★ｎ対ｎ通信 (multipoint to multipoint) ：通信利用者（通信端末を使用） ：伝送路

34 34 プル型、プッシュ型通信 ★プル型通信 ユーザーが WWW サーバへ WWW ブラウ ザでアクセスし、情報を引き出す通信サー ビス。 ★プッシュ型通信 WWW サーバへ WWW ブラウザが自動的 にアクセスし、情報を提供する通信サービ ス。定期的にサーバへ自動アクセスし、事 前にユーザーが指定した情報を取り込む。 ニュース情報配信などがある。

35 35 公衆網と自営網 ★公衆網 通信事業者が他の利用者に通信サービスを 提供するために設置、運用するネットワーク。 ★自営網 特定の利用者が自分自身の通信のために設 置 し、運用するネットワーク。

36 36 １．アナログ音声信号をディジタル化 する 過程を説明せよ。 ２．信号をディジタル信号に変換して 伝送 する特徴を述べよ。 課題 (1)

37 37 課題 (2) １．半二重通信、全二重通信について 説明せよ。 ２．互い（ 1 対 1 や複数対複数など） に通 信する場合通信システムの形態には どのようなものがあるか？

38 38 http://it.nikkei.co.jp/ ★ IT 動向、ビジネス ★ IT 技術、ネットワーク http://itpro.nikkeibp.co.jp/network/index.html ★ IT 用語 http://e-words.jp/ http://www.ntt.com/bizit/dictionary/ http://www.atmarkit.co.jp/misc/search/search.html 技術参考情報