ディジタル伝送 - Keio University...警察無線 航空管制通信 アマチュア無線 コードレス電話 100km 30kHz 10m 100m 1km 10km ... X.25パケット多重 IPパケット多重

ディジタル伝送

第4章

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

伝送媒体と伝送損失

1000

100

10

1

0.1

0.01

１G 1T １000T

伝送

損失

（dB

／km

）

周波数（Hz）

0.65mmPEF 標準同軸

51mm導波管

光ファイバ

図4.1

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

より対称ケーブルと同軸ケーブル3

（ａ）より対称ケーブル （ｂ）同軸ケーブル

電話（~3.4kHz）で7km伝送が可能

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

同軸ケーブルの構造

外部被覆

鋼テープ

内部導体（中心導体）

絶縁体

外部導体

断面

側面

図4.2

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

光ファイバケーブルと光ファイバ心線の構造例

光ファイバケーブルと光ファイバ心線の構造例

１次被覆

2次被覆

光ファイバ心線(0.9mm径）

光ファイバ心線の構造例(外径0.9mm)光ファイバケーブルの構造例（外径12mm）

テンションメンバ

保護層

押さえ巻

被覆（シース）

光ファイバ

図4.3

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

光ファイバーケーブル6

コア＝10μm

125μm

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

光ファイバの伝送損失例

図4.4

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

周波数帯別電波利用

UHF携帯電話

PHSタクシー無線

TV放送防災行政無線

列車無線警察無線レーダー

アマチュア無線ISM機器無線LAN

マイクロ波無線中継システム

放送番組中継衛星通信衛星放送レーダー電波天文無線LAN

加入者無線アクセスISM機器

サブミリ波

ミリ波 EHF

マイクロ波 SHF

極超短波 UHF

超短波 VHF

短波 HF

中波 MF

長波 LF

超長波 VLF

ミリ波電波天文無線LAN

加入者無線アクセスレーダ

短波船舶・航空機通信

国際短波放送アマチュア無線

中波中波ラジオ放送

船舶・航空機ビーコンアマチュア無線

長波船舶・航空機ビーコン

標準電波

VHFFM放送TV放送

防災行政無線列車無線消防無線警察無線

航空管制通信アマチュア無線コードレス電話

１００ｋｍ ３０ｋHz

１０ｍ

１００ｍ

１ｋｍ

１０ｋｍ

１０ｃｍ

１ｍ

１ｃｍ

３０GHz

３GHz

３００MHz

３０MHz

３MHz

３００ｋHz

３００GHz

波長 周波数 名称 利用例

図4.5

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

電話の伝送9

名称 記号 周波数 波長の範囲

超長波 VLF(Very Low Frequency) 3~30kHz 100~10km

長波 LF(Low Frequency) 30~300kHz 10~1km

中波 MF(Medium Frequency) 300~3,000kHz 1,000~100m

短波 HF(High Frequency) 3~30MHz 100~10m

超短波 VHF(Very High Frequency) 30~300MHz 10~1m

極超短波 UHF(Ultra High Frequency) 300~3,000MHz 1~0.1m

マイクロ波 SHF(Super High Frequency) 3~30GHz 10~1cm

ミリ波 EHF(Extra High Frequency) 30~300GHz 10~1mm

容量小（使用しない）

サブミリ波減衰大

（使用しない）

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

大気の透過率（晴天時）

図4.6

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

無線の種類11

① 中波（MF,300ｋHz~3MHz） 中波は電離層（E層）に反射して遠方まで伝わる。中波放送（AMラジオ放送）

② 短波（HF,3～30MHｚ） 短波は電離層（F層）と地表との反射を繰り返しながら地球の裏側まで伝わる。遠洋の船舶・航空機通信、国際短波放送

③ 超短波（VHF,30～300MHｚ） 超短波は山や建物の陰にもある程度回り込んで伝わる。VHFテレビ放送、FMラジオ放送

④ 極超短波（UHF,300MHｚ～3GHｚ） 極超短波は直進性があり、伝送情報量が大きく、小型のアンテナと送受信設備で通信できる。移動通信、UHFテレビ放送

⑤ マイクロ波（SHF,3～30GHｚ） マイクロ波は極超短波よりもさらに直進性が強いため、特定方向に向けての用途に適している。伝送情報量は極超短波よりもさらに大きい。電話局間中継回線、テレビ放送番組中継

⑥ ミリ波（EHF,30～300GHｚ） ミリ波は光と同様に強い直線性があり、雨や霧による減衰が大きい。比較的短距離の、映像伝送用の簡易無線、加入者系無線アクセス、各種レーダー、衛星通信

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

大気の光波減衰量累積分布

図4.7

10dB/km以下となる確率＝98%

光空間伝搬デモ

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ディジタル伝送符号変換

名称 符号変換則クロック

周波数＊マーク率 ゼロ連続 BSI

スクランブル2値符号 入力2値系列をM系列符号でスクランブル化 f 1/2 長大な0連続を確率的に防止

統計的に確保

バイフェーズ符号

マンチェスター符号

1：「10」

0：「01」

2f

1/2 ≦3 あり

CMI1：「00」と「11」を交互に送出

0：「10]1/2 ≦2 あり

DMI1：「00」、「11」、 0：「10]、「01」

スロット開始時点でマークとスペースを反転1/2 ≦2 あり

ブロック符号 mBnB mビットの入力系列をnビット符号に変換(m＜n) nf/m ~1/2 ≦2m あり

パルス挿入符号

PMSI mビットの入力系列ごとにマークまたはスペース、あるいはマークとスペースを交互に挿入

（m+1）f/m≧（m+1）/m ≦2m+1 あり

mB1P mビットの入力系列ごとに1ビットパリティを挿入 ≧（m+1）/m ≦2m+1 あり

* fは入力符号系列のクロック周波数M系列：最長系列,

BSI: Bit Sequence Independency CMI: Coded Mark Inversion

DMI: Differential Mark Inversion, PMSI: Periodic Mark and Space Inverrsion

表4.1

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

伝送符号の波形例

NRZ：Non-Return to Zero, AMI: Alternate Mark Inversion

CMI: Coded Mark Inversion, DMI: Differential Mark Inversion

図4.8

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

デジタル再生中継器の基本構成

図4.9

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

再生中継器、3R機能16

再生中継器は、つぎの三つの基本機能を備える

① 等化増幅（reshaping） 損失を受け減衰してひずんだ受信パルス波形を、パルスの有無が識別できる程度まで整形増幅する機能。

② 識別再生（regenerating） 等化増幅後の波形振幅と識別レベル（スレショルドレベル）を比較し、波形増幅が識別レベル以上の場合、パルスを発生させ送出する機能。

③ タイミング再生（retiming） 受信パルス符号列からクロック情報（パルス列の伝送速度）を抽出して、パルスのタイミングを補正再生する機能。

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

各種アプリケーションの特徴

アプリケーション例 通信形態 転送情報量 保留時間 許容遅延時間 許容誤り率 情報メディア

電話 双方向対話型

1対1中－大 数分－ 150ms-400ms

遅延変動に厳しい

緩い 音声

インターネットラジオ 片方向

1対N中－大 数分－数時間 緩い

遅延変動に厳しい

緩い 音声・サウンド

ファクシミリ 片方向

1対1中 数分 端末性能による 厳しい 静止画

動画像配信

インターネットテレビ

片方向

1対N中－大 数分－数時間 緩い

遅延変動に厳しい

厳しい 動画

テレビ会議 双方向対話型

N対N中－大 数分－数時間 150ms-400ms

遅延変動に厳しい

厳しい 音声・動画

電子メール 片方向

1対1、1対N小 ＜秒 緩い 厳しい テキスト（文字）

トランザクション処理 双方向

1対1小 －秒 緩い 最も厳しい テキスト（文字）

ファイル転送 片方向

1対1中－大 秒－時間 緩い 厳しい ディジタルデータ

表4.2

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

1900年当時の架空電話線の様子（Pratt KS 1900 -Maze of wires in Pratt, Kansas Picture # S 1030）

図4.10

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

多重化方式19

時間領域で多重化する時分割多重TDM（time division multiplex）

周波数領域で多重化する周波数分割多重FDM（frequency division multiplex）

空間領域で多重化する空間分割多重SDM（space division multiplex）

信号の時間軸を圧縮して時間領域で多重化する時間圧縮多重TCM（time compression multiplex）

符号領域で多重化する符号分割多重CDM（code division multiplex）

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

各種多重化方式

時分割多重

ラベル多重

TDM

可変長ブロック

固定長ブロック

FＲ多重

ATMセル多重

X.25パケット多重

IPパケット多重

時間圧縮多重 ＴＣＭ

アナログ多重

ディジタル多重

周波数分割多重 FDM

符号多重 CDM Code Division Multiplex

ATM cell Multiplex

Time Compression Multiplex

Time Division Multiplex

Frequency Division Multiplex

Packet Multiplex

Frame Relay Multiplex

IP Packet Multiplex

図4.11

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ラベル多重と時間位置多重

(b)ラベル多重方式

(a) 時間位置多重化方式

情報フィールド

セルユーザ情報

・セルの出現は情報送出要求に基づき非同期的

・ヘッダ内のラベルでチャネルを識別

・周期的にタイムスロット配置・フレーム内のタイムスロット位置でチャネル識別

・・・・・ ・・・・・ ・・・・・

125 μs フレーム

タイムスロット

時間125 μs フレーム 125 μs フレーム

ＳＴＭ（Synchronous Transfer Mode：同期転送モード）

ＡＴＭ（Asynchronous Transfer Mode：非同期転送モード）

ユーザ情報

ヘッダ

時間

図4.12

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

同期多重と非同期多重の原理

(a)同期多重

同期低次群信号

高次群信号

(b)非同期多重(独立同期)

低次群オクテット信号

スタッフビットおよびスタッフ制御信号

フレーム同期信号

非同期低次群信号

図4.13

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ビット多重とオクテット多重

(a)ビット多重

A A A

A A A

低次群信号

高次群信号

(b)オクテット多重

低次群オクテット信号

フレーム同期信号

A

A（8ビット）

A（8ビット）

A A

1ビット

A A A

A A A

低次群ビット信号

フレーム同期信号

図4.14

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

4.9 伝送ハイアラーキ24

ハイアラーキとは： もともとは、僧侶の階層

ディジタルハイアラーキの種類

独立同期（PDH： plesiochronous digital hierarchy）同期（SDH: synchronous digital hierarchy）

64kb/sは共通

Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ

ディジタルハイアラーキ（PDHとSDH）

PDH

×24

5次群DS5

4次群DS4

3次群DS3

2次群DS2

1次群DS1/T1

0次群DS0

STM-1

STM-4

×4

×5

×30

×4

×3

SDH

STS-1

STS-12OC-12

STS-3OC-3

SONETSDH

SDH: synchronous digital heirarchy, PDH: plesiochronous digital hierarchy, SONET: synchronous optical network, STM-n synchronous transport module-n, STS-n :synchronous transport signal level n, OC-n:Optical Carrier-n

64kbps

2.048Mbps

8.448Mbps

34.368Mbps

139.264Mbps

×3

×7

×4

×24

×4

51.84Mbps

155.52Mbps

622.28Mbps

64kbps

1.544Mbps

6.312Mbps

×4

5次群E5

4次群E4

3次群E3

2次群E2

1次群E1

0次群DS0

64kbps

1.544Mbps

6.312Mbps

32.064Mbps

397.2Mbps

6312kbps

44.736Mbps

274.176Mbps

97.728Mbps

×4

×4

×4

×6

×7

日本（JDH）

ヨーロッパ（EDH）

北米（NADH）

独立同期 同期 図4.15