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データ通信の基本
【2000.10.12】 【第3回】
3.データ通信の基本
・通信の重要な外観は、伝達メディアを横切って電磁波信号となって情報を移動することである。・情報はデータ、音声、画像などとなる。・送られる情報は、電磁波信号に変化させなければならない。
3-1.信号
・情報には、アナログとデジタルがある。・アナログは連続的である。・デジタル信号は別々である。・信号にもアナログとデジタルがある。・アナログ信号は範囲の間にいくつかの値がある。・デジタル信号は制限された範囲の値しかない。周期的な信号 ・周期的な信号は連続的に繰り返されるパターンから成る。・信号の周期は秒で表現される。周期がない信号は、繰り返すパターンではない。・sineウェーブはアナログ信号周期の基本的な形である。・sineウェーブには、振幅、周期／周波数、時期などの３つの特徴がある。振幅・振幅は信号の高さに関係する。・振幅の単位は、信号のタイプによって決まる。電磁波信号にとって単位は普通、ボルト、アンペアー、ワットである。周期と周波数・周期は１サイクルを完成するのに信号がかかる時間の量である。・周波数は、１秒のサイクルの数。frequensy = 1 / period ・周波数の単位は、Herz(Hz)。
Phase・Phaseは時間０に関連する波の形の位置である。・Phaseは度またはラジアンで表わす。（360 ＝ 2pi radians ）振幅、周波数、Phaseの変化・振幅、周波数、Phaseの変化は信号にもたらされる。この変化は、電気通信に重要である。時間 対 周波数 ・範囲信号の時間は、時間に重視して信号の振幅の変化を表わす。・周波数の範囲信号は、振幅対周波数との関係を表わす。・周波数範囲で低い周波数信号は、時間範囲の長い周期の信号に相当する。・時間範囲で速やかに変化する信号は、周波数単位で高い周波数に相当する。・周波数は、時間についての速さの変化である。・短い時間の変化は高い周波数を表わし、長い時間の周波数は低い周波数を表わす。・もし、信号が全然変化しなかったら、その周波数は０である。複雑な信号・多くの実際的な信号は、なめらかなsineウェーブではない。・それらは一緒に結合された多くの違った信号から成る。・もし信号が周期的なら、sineウェーブに分解されることができる。周波数範囲と帯域幅・周波数範囲の信号は全ての構成要素の周波数の集まりであり、周波数の範囲のグラフを使って表わす。・信号の帯域幅は周波数範囲の幅である。帯域幅の計算は、高い周波数から低い周波数を引く。BW = highest frequency - lowest frequency ・データはデジタル信号によって表わす。例 ： １はいくつかのvoltageによって表わされ、０は０voltageによって表わされる。ビットの間隔とビットの速度・ビットの間隔とビットの速度<デジタル信号を書くために使われる。・Bit Interval : 1ビット送るのにかかる時間。・Bit Rate : １秒に送るビットの数。bps(bit per second)によって表わされる。デジタル信号の分解・デジタル信号はharmonicsと呼ばれる無数の数の簡単なsineウェーブに分解される。・私たちが伝達媒体をに沿ってデジタル信号を送っているとき、私たちは多くの簡単な信号を送っている。・全ての周波数の構成要素は正確に信号を送らせるために媒体を渡って移動させなければならない。・デジタル信号の周波数の範囲は、違った振幅で無数の周波数の数を含んでいるけれども、振幅が重大な閾値の力に及ばない構成要素だけを送る。・ビットの速度は意味を持つBWと関連を持っている。例：1000bpsの時 200Hz、 2000bpsの時 400Hz。帯域幅媒体と意味を持つ帯域幅・伝達メディアは限られた帯域幅を持っている。・意味を持つBWは媒体のBWより少ないデジタル信号を送ることができる。帯域幅の媒体とデータの速度・BW媒体はビットの速度で制限する。・移動することができる媒体の最高のビット速度は、媒体のチャネル能力と呼ばれる。
3-2.Encoding
・私たちは１つの場所から他の場所に送るには信号にデータを暗号文にしなければならない。・encodingには４つのタイプがある。（１）Digital/Degital（２）Analog/Digital（３）Digital/Analog（４）Analog/Analog ・Digital/Degitalのecodingは、デジタル信号でデジタルの情報の描写である。・例 ： コンピュータからプリンタにデータを送るとき、最初のデータと送ったデータの両方がデジタルである。・コンピュータでコンピュータで発生された０と１の２つは、wireを越えて伝えられる律動を一連のvoltageに直される。Digital-to-Degital Encordingの手法 ・2進数の０を１つのvoltageの高さにし、2進数の１を他のvoltageの高さに送る。・他に効率的なDigital-to-Degitalの Encordingがある。全て違ったvoltageの高さで0と1を表わしている同じ原則の元でうまくいく。・Analog to Digitalの encordingはデジタル信号でアナログの情報を表現する。・例：歌手の声をコンパクトディスクに録音するとき、analog to degital の ecodingを使う。Analog-to-Analog Encordingの手法 ・analog-to-analog encordingの最初のステップは、pulse amplitude modulation(パルス振幅変調）と呼ばれている。・アナログ信号を同じ間隔で信号の振幅を測り、パルスを発生させる。・変調した信号はまだアナログである。それをデジタルにするには、Pulse Cide Modulation(パルス符合変調）を使って変更する。Pulse Code Modulation(PCM)・PCMはPAMパルスを量子化する。・量子化はある特定の範囲で、必要な値を割り当てる方法である。・量子化された値は、7ビットに相当する2進数に直される。8番目のビットはサインビットで + か -を表わす。・２つの数字はそれからDigital to Degital のecodingを使ってデジタル信号に転換させる。