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

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1 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　

2 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。

3 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

4 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。 時間 4

5 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。 時間 5

6 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 時間 6

7 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 時間 7

8 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

9 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

10 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

11 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

12 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

13 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

14 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

15 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