データ通信講座

第１回　アナログとデジタルとは
第２回　データ伝送
第３回　変調
第４回　多重化　未
第５回　デジタルオーディオ１（アナログ→デジタル変換）　途中
第６回　デジタルオーディオ２（ＭＤ、ＭＰ３等）　未
第６回　CD-R/RWについて　未
第７回　ISDN
第８回　インターネットの仕組み　未

番外　　ブロードバンド

第１回　アナログとデジタルとは

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３．デジタルの利点
アナログとデジタルの違いについては上記の説明でなんとなくわかった
と思います。では最近、何故デジタルが用いられるようになったのでし
ょうか。それは、パソコンを代表とする半導体回路が色々なところで使
用されるようになったこととデジタルはノイズに強いからです。

パソコン等は、処理をデジタルで行います。そのことはご理解いただけ
ると思いますが、デジタルは何故ノイズに強いのでしょうか。またノイ
ズとは何なのでしょうか。

ここでいうノイズとはよけいな電気のことをいいます。テレビやラジオ
を見たり聞いたりしているときに画面に線が走ったり音に雑音が入るこ
とがありますがこの線や雑音がノイズなのです。そして音声を例に取り
ますとアナログではノイズがのってくると違う音に聞こえます。しかし
デジタルでは、「２．デジタル量の表現について」で説明したように０
と１で表しますので、ある一定まではノイズがのっても０と１の区別が
出来ますので本来のデータ通りに再生することが可能なのです。

このようにノイズに強いということは、データをやり取りするという点
に置いては非常に利点になります。また半導体回路で処理を行うと、機
器の部品数を減らし安くできる場合が多くノイズに強いデジタルで処理
が行えるためです。

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４．補足（単位等について）
パソコンでは、様々な単位や規格用語あります。ここでは、初歩的な
用語について説明します。

ビット(bit)
２のデジタル量の表現で説明しましたようにデジタルでは０か１で表しま
すが、これを別の表現をすると２進数です。そして２進数では、最小の桁
（０か１しか値を持ちません）をビットといいます。１ビットを１０進数に直す
と２です。２ビットは、４です。Xビットを１０進数に直すと２のX乗になります。
コンピュータに置ける最小単位です。

バイト（ｂｙｉｔ）
コンピュータでよく出てくるというより必須の単位です。
１バイトは、８ビットです。また、通信の世界では、バイトの代わりにオク
テットを使う場合があります。バイトに関しては、ちょっとややこしい話が
あります。１キロバイト(1KB)は、１０２４バイトになります。
キロは後でも説明しますが１０の３乗（１０００）倍なので１キロバイトは
１０００バイトとなると普通は思います。では、なぜ１０２４バイトなのでし
ょうか。これは、コンピュータが２進数で処理することに関係があります。
１０２４は、２の何乗でしょうか。
２の１０乗ですね。コンピュータにとっては、２の倍数で処理することが都
合が良いために１キロバイト(1KB)は、１０２４バイトになります。
ですが、実際はそんなに気にしなくても問題がないので（プログラムを
組む人には関係がありますが）１キロバイト＝１０００バイトと考えてよい
でしょう。パソコンのカタログを見ると最近のものでは1GB=1億Bという表
記がほとんどされています。この表記も実際は違うんだけども実用上は、
問題が起こらないためにそうなっています。

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乗数単位

※これは、パソコンでよく使われるものだけ取り上げました。

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第２回　データ伝送

・ベースバンド伝送と帯域伝送
データ伝送で取り扱う信号は、コンピュータなどのいわゆるデータ端末
装置が入出力する符号です（前回書いた０と１）
データを送ることをデータ伝送というわけですが、その送り方には、ベー
スバンド伝送と帯域伝送の２つがあります。ベースバンドは、デジタル信
号をそのまま送りますが、帯域伝送は、デジタル信号をアナログ信号に
変えて送る方法です。前回、デジタルの方がアナログより良いと書いた
のに何故と思われる方もおられると思います。これは、普通の電話回線
では、デジタル信号を取り扱えないので変調し送るためです。
みなさん方がインターネットをするときにＩＳＤＮやケーブルテレビ以外で
する場合は、必ずモデムが要りますよね。モデムは、日本語にすると変
復調装置といいます。モデムは、パソコンからのデジタル信号をアナロ
グ信号に変えて電話回線に流し、電話回線から流れてきたアナログ信
号をデジタル信号に変えてパソコンに渡す働きをしています。

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第３回　変調

１．変調
変調とは、アナログ信号の周波数を変えて送る又はデジタル信号をアナ
ログ信号変える又はその逆の方法の事で、アナログ信号で送るの方式
が振幅変調と周波数変調が主なものです。デジタルで送る方式ではＰＣ
Ｍ変調が主に使われています。
変調の際には、搬送波というものが使われます。これは読んで字のごと
く運ぶための波です。ラジオを思い出してもらうとわかるのですが周波
数何ＫＨｚでお送りしていますと時々アナウンスが入りますがこの周波
数がそのラジオ局の搬送波の周波数なのです。人間の音声は、高い人
で４ＫＨｚなのでそのまま電波で送るとまず届きません。そのために搬送
波を使い変調して送っているわけです。

２．振幅変調方式（Ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　AM変調）
振幅変調方式は、元の信号を搬送波にのせるときに元の信号の高さだ
けを生かして送ります。（図１参照）この変調方式は、ＡＭ放送で使われ
ています。他の変調方式に比べて変調が簡単ですが、ノイズには弱い
です。

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３．周波数変調方式（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ FM変調）
周波数変調方式は、元の信号を搬送波にのせるときに元の信号の振幅
に応じて搬送波の周波数を変化させる変調方式です。（図１参照）この方
式は、２の振幅変調に比べて広い周波数帯域を必要としますがノイズに
よる妨害に強いです。この方式は、ＦＭ放送やテレビの音声伝送に使わ
れています。



４．ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）
２と３が、アナログ信号で送る方式だったのに対してデジタル信号で送
る方式がＰＣＭでデジタル伝送の基本技術でありパルス符号変調とも呼
ばれています。第５、６回のデジタルオーディオは、これが基本となっ
ています。ここでは、詳しい説明は省きます。第５回で詳しくやります。

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第４回　多重化

まだ出来てません(^^ゞ

第５回　デジタルオーディオ１（アナログ→デジタル変換）

１．ＰＣＭ（Ｐｕｌｓｅ　Ｃｏｄｅ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）
アナログ信号（音声信号）をデジタル信号に変調する方式がＰＣＭでデ
ジタル伝送の基本技術でありパルス符号変調ともよばれています。
変調の方法ですがまず連続的なアナログ信号を等間隔に分割し、その
とびとびの振幅値を取り出していきます。アナログ信号を一定の間隔に
分割して、各グループの代表値を取り出すことを標本化（サンプリング）
とよんでいます。次に標本化した振幅を実際の数値で表現することを、
量子化とよんでいます。この量子化値を０と１の符号で表すわけですが、
この場合、何桁の２進数で表現するかによって、サンプリングで取り出
した振幅をどれだけきめ細かく表現できるかが決まります。

１−２．標本化
アナログ信号を一定の間隔に分割してその分割点のアナログ信号の
振幅を取り出すのが標本化です。
標本化する場合、１秒間にどれくらいの回数で標本化するかは、音声
や画質を決める重要な要素になるわけですが、これを標本化周波数と
よんでいます。標本化周波数は高いほど良いのですが、最小限どのく
らいが必要かといいますと、音声や映像に含まれる最高周波数の２倍
といわれています。これを標本化定理、染野・シャノンの定理といい
ます。電話の場合は、電話の音声信号は、一般に3.6kHzどまりですか
ら標本化周波数は、8kHzになっていて、ＣＤでは、音声信号の周波数
数帯域は20Hzから20kHzまたは22kHzですから標本化周波数は44.1kH
Zと48kHzになっています。

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１−３．量子化
標本化した振幅を実際の数値で表現することを量子化とよんでいます。
ビット数で決まる量子化で近似することになります。したがって、標本化
した信号振幅を正確に表すことは不可能ですが、ビット数を増やすに従
って限りなく正確な値に近づいていくわけです。
そのビット数は、電話の場合、8ビットで、CDの場合、16ビットになってい
ます。ちなみに8ビットで256通り、16ビットで65,536通りの表現ができま
す。
標本化と量子化を簡単にいうとアナログ信号の波の数字を取り出すの
に周波数（標本化）を使って縦線を引き、量子化で横線を引くことです。
そして目盛をどうつけるのかということで、サンプリング周波数と量子化
のビットが決まります。


ちょっと一服Oo｡.(^｡^)y-〜
実は、ＰＣＭの理論は古く１９３７年、フランスのA.H.Reevesによって発明
されています。その時は、見向きもされなかったのですが１９４８年にシャ
ノンが通信理論を発表することにより、一躍脚光を浴びることになったの
です。
アナログ音声からデジタル信号への変換というとＣＤやパソコンで扱う
デジタルオーディオと思われがちですが、実は身近なところでこの技術
が使われています。実は、電話の交換機は、ほぼ１００％デジタル交換
機になっています。ですからみなさんが、聞いている電話の声というのは
いったんデジタル信号に変換されてからアナログ音声にもどされた声を
聞いているのです。

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２．ＣＤへの記録方法
アナログ音声をＰＣＭ変調によってデジタル信号にしたものを記録して
いる代表的なものにＣＤ（コンパクトディスク）がありますが、このＣＤは、
どのように０と１の符号を記録しているのでしょうか。ＣＤを見ると円周上
に線があるのはわかりますが、それ以外はわかりませんねＣＤは、レー
ザー光線を当てて反射してくる光で０と１の符号を読みとっています。
その反射を変えるためにピットといわれる突起があります。
反射光は、ピットのない部分で強く、ピットの部分で弱くなります。
このピットの突起の高さは、わずか0.1マイクロμmで幅0.5μmwです。
ピットとピットの間は1.6μmです。
そしてＣＤはレコードとは逆に内側から外側に向かって時計方向に渦巻
き状に音声データを記録していきます。

実は、ＣＤはＰＣＭ変調したデータをさらにＥＦＭ変調して記録してい
ますが、この変調方式については説明しません（ややこしすぎるから）
詳しい理論を知りたい方は、電波新聞社のハイテクブックシリーズの
「ＣＤ技術のすべて」という本を読まれると良いでしょう。いっぺんに頭
が爆発します(^^ゞ

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第６回　デジタルオーディオ２（ＭＤ、ＭＰ３等）　未

第６回　CD-R/RWについて　未

第７回　ISDN　(5月8日訂正)

ISDN(Intergrated Services Digital Network)とは、日本語でサービス総
合デジタル網のことでITU-Tで勧告化されている。通常の家庭用のISD
Nは、64kbpsのスピードを持つBチャネル2本と16kbpsのスピードのDチャ
ネル1本の3本からなっている。ただし、日本の場合はアナログ回線と同
じメタリック線を使用するため、ピンポン式にB、Dチャネルを切り替えて
使用している。(基本インターフェイスのチャネル構造と呼ばれています)
※NTTの商品名では、INSネット64とINSネット64・ライトがあります。

一般家庭用以外に１次群インターフェイスと呼ばれている23個のBチャ
ネル＋1個のDチャネル又は24個のBチャネル＋1個のDチャネルの形態
もあります。
※NTTの商品名では、INSネット1500です。

電話やインターネット接続に使用されているのは、Bチャネルである。そ
のため、インターネットに接続しても電話が使用できますし、TAに電話を
２台つないでいれば２台同時に電話が使用できます。

当初、ISDNは、テレックスやファックス等の異なるサービス網を一つに
まとめるために策定されたが現在のインターネット接続においては、時代
遅れのものとなりつつあるのは否めないでしょう。
また、電話回線の基幹部分ではほぼ100%デジタル化されています。

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第８回　インターネットの仕組み

インターネットの始まり
そもそもインターネットは、軍事利用を目的として1960年に研究開発された
ものです。当時は、冷戦のさなかにあり、特定の軍事通信サイトが破壊さ
れても他の通信サイトで代用できるようにするために開発されました。
この時にパケット交換方式の通信が提唱されました。ドコモのiモードで、
一躍有名になったパケット交換方式ですが、このころから既に実用化され
ていました。パケットとは、小包という意味です。データをパケットと呼ばれ
る単位に分けて送信するのですが、パケットにする際に宛先とパケット番号
を付けて送ります。こうすることによって違うルートをパケットが通っていって
も相手に届けることが可能になります。これは、ある特定の通信サイトが、
故障しても他の通信サイトが代替えされてデータを届けることが可能になる
ことと回線の使用効率が上げられると言う利点があります。一対一の通信で
一回線を使用していた場合、データを送信していなくても通信を切断しない限
りその回線を占有していて非常に効率が悪いものととなります。
また、パケット交換方式を用いることにより相手との通信速度が違っても問題
になりません。