コミュニケーションの原則-クイックガイド

コミュニケーションという言葉は、ラテン語の「commūnicāre」から生まれました。これは「共有する」という意味です。コミュニケーションは情報交換の基本的なステップです。

たとえば、ゆりかごの中の赤ちゃんは、母親が必要だという叫び声でコミュニケーションを取ります。危険にさらされている牛は大声でムースします。人は言語の助けを借りて通信します。コミュニケーションは共有するための架け橋です。

Communication 2人以上の個人間で、言葉、行動、サインなどの手段を介して情報を交換するプロセスとして定義できます。

コミュニケーションの必要性

どんな生き物にとっても、共存しながら、何らかの情報交換の必要性が生じます。情報交換の必要が生じたときはいつでも、何らかのコミュニケーション手段が存在する必要があります。コミュニケーションの手段は、ジェスチャー、サイン、シンボル、言語など何でもかまいませんが、コミュニケーションの必要性は避けられません。

言語とジェスチャーは人間のコミュニケーションにおいて重要な役割を果たしますが、音と行動は動物のコミュニケーションにとって重要です。ただし、何らかのメッセージを伝える必要がある場合は、通信を確立する必要があります。

通信システムの部品

通信を提供するシステムは、次の図に示すように、3つの重要で基本的な部分で構成されています。

ザ・ Senderメッセージを送信する人です。それは、信号が送信される送信ステーションである可能性があります。
ザ・ Channel メッセージ信号が宛先に到達するために移動する媒体です。
ザ・ Receiverメッセージを受信する人です。送信された信号が受信される受信局である可能性があります。

シグナルとは何ですか？

ジェスチャー、音、行動などの何らかの手段で情報を伝達することは、次のように呼ぶことができます。 signaling。したがって、信号はsource of energy which transmits some information。この信号は、送信者と受信者の間の通信を確立するのに役立ちます。

メッセージを伝えるために距離を移動する電気インパルスまたは電磁波は、 signal 通信システムで。

信号は、その特性に応じて、主にアナログとデジタルの2種類に分類されます。次の図に示すように、アナログ信号とデジタル信号はさらに分類されます。

アナログ信号

時間変化する量を表す連続的な時間変化する信号は、 Analog Signal。この信号は、それを表す量の瞬時値に従って、時間に対して変化し続けます。

例

1時間（午前6時から午前7時）に100リットルの容量のタンクを満たす蛇口を考えてみましょう。タンクを満たす部分は、時間の変化によって変化します。つまり、15分（午前6時15分）後にタンクの4分の1の部分が満たされ、午前6時45分にタンクの3/4が満たされます。

タンク内の水のさまざまな部分を、さまざまな時間に応じてプロットしようとすると、次の図のようになります。

この画像に示されている結果は時間とともに変化（増加）するため、これは time varying quantityアナログ量として理解することができます。この状態を図の傾斜線で表す信号は、Analog Signal。アナログ信号とアナログ値に基づく通信は、Analog Communication。

デジタル信号

本質的に離散的であるか、形式が非連続的である信号は、 Digital signal。この信号には、個別に示される個々の値があります。これらの値は、特定の時点で導出されたかのように、前の値に基づいていません。

例

20人の生徒がいる教室を考えてみましょう。1週間の出席をプロットすると、次の図のようになります。

この図では、値は個別に示されています。たとえば、水曜日のクラスの出席者は20人ですが、土曜日は15人です。これらの値は、個別に、個別に、または個別に考慮することができるため、次のように呼ばれます。discrete values。

1と0しかない2進数は、ほとんどの場合、次のように呼ばれます。 digital values。したがって、1と0を表す信号は次のようにも呼ばれます。digital signals。デジタル信号とデジタル値に基づく通信は、Digital Communication。

周期信号

一定期間にわたってそのパターンを繰り返すアナログまたはデジタル信号は、 Periodic Signal。この信号はそのパターンが繰り返し継続されており、推測や計算が容易です。

例

業界の機械を考えると、次々と行われるプロセスは、継続的で繰り返される手順です。たとえば、原材料の調達と等級付け、材料のバッチ処理、大量の製品の次々の梱包など、特定の手順を繰り返し実行します。

このようなプロセスは、アナログと見なされるかデジタルと見なされるかにかかわらず、次のようにグラフィカルに表すことができます。

非周期信号

一定期間にわたってそのパターンを繰り返さないアナログまたはデジタル信号は、次のように呼ばれます。 Aperiodic Signal。この信号のパターンは継続されますが、パターンは繰り返されず、想定や計算が簡単ではありません。

例

人の日常は、考えれば、さまざまな仕事に対してさまざまな時間間隔をとる多くの種類の仕事で構成されています。時間間隔または作業が継続的に繰り返されません。たとえば、人は朝から晩まで継続的に歯を磨くことはありません。それも同じ期間です。

このようなプロセスは、アナログと見なされるかデジタルと見なされるかにかかわらず、次のようにグラフィカルに表すことができます。

一般に、通信システムで使用される信号は本質的にアナログであり、要件に応じて、アナログで送信されるか、デジタルに変換されてから送信されます。

しかし、信号が外部干渉やノイズの追加の影響を受けず、フェードアウトすることなく、離れた場所に送信されるためには、次のようなプロセスを経る必要があります。 Modulation、これについては次の章で説明します。

信号は、叫んだときに出てくる音波のようなものです。この叫び声は、特定の距離までしか聞こえません。ただし、同じ波が長距離を移動するには、元の信号のパラメータを乱すことなく、この信号に強度を追加する手法が必要になります。

信号変調とは何ですか？

メッセージ伝送信号は、ある距離を介して送信される必要があり、信頼性の高い通信を確立するには、メッセージ信号の元の特性に影響を与えない高周波信号を利用する必要があります。

メッセージ信号の特性が変更されると、それに含まれるメッセージも変更されます。したがって、メッセージ信号を処理する必要があります。高周波信号は、外乱の影響を受けることなく、より長い距離まで移動できます。私たちは、と呼ばれるそのような高周波信号の助けを借りますcarrier signalメッセージ信号を送信します。このようなプロセスは、単に変調と呼ばれます。

Modulation は、変調信号の瞬時値に応じて、搬送波信号のパラメータを変更するプロセスです。

変調の必要性

ベースバンド信号は、直接送信には対応していません。このような信号の場合、長距離を移動するには、変調信号のパラメータに影響を与えない高周波搬送波で変調することにより、その強度を上げる必要があります。

変調の利点

変調が導入されていない場合、送信に使用されるアンテナは非常に大きくなければなりませんでした。波が歪むことなく遠くまで伝わらないため、通信範囲が制限されます。

以下は、通信システムに変調を実装することの利点のいくつかです。

アンテナサイズが小さくなります。
信号のミキシングは発生しません。
通信範囲が広がります。
信号の多重化が発生します。
帯域幅の調整が許可されます。
受信品質が向上します。

変調プロセスの信号

以下は、変調プロセスにおける3種類の信号です。

メッセージまたは変調信号

送信されるメッセージを含む信号は、 message signal。これは、送信されるために変調のプロセスを経なければならないベースバンド信号です。したがって、それはまた呼ばれますmodulating signal。

キャリア信号

特定の位相、周波数、振幅を持っているが情報を含まない高周波信号は、 carrier signal。空の信号です。変調後に信号を受信機に運ぶために使用されます。

変調信号

変調のプロセス後に得られる信号は、 modulated signal。この信号は、変調信号と搬送波信号の組み合わせです。

変調の種類

変調には多くの種類があります。使用する変調技術に応じて、次の図に示すように分類されます。

変調の種類は、連続波変調とパルス変調に大きく分類されます。

連続波変調

連続波変調では、高周波の正弦波が搬送波として使用されます。これはさらに振幅変調と角度変調に分けられます。

高周波搬送波の振幅が変調信号の瞬間的な振幅に従って変化する場合、そのような技術は次のように呼ばれます。 Amplitude Modulation。
変調信号の瞬時値に応じて搬送波の角度を変化させると、このような手法は次のように呼ばれます。 Angle Modulation。
- 変調信号の瞬時値に応じて搬送波の周波数を変化させると、このような手法は次のように呼ばれます。 Frequency Modulation。
- 変調信号の瞬時値に応じて高周波搬送波の位相を変化させる場合、このような手法は次のように呼ばれます。 Phase Modulation。

パルス変調

パルス変調では、矩形パルスの周期的なシーケンスが搬送波として使用されます。これはさらにアナログ変調とデジタル変調に分けられます。

に analog modulation パルスの振幅、持続時間、または位置がベースバンド変調信号の瞬時値に従って変化する場合、そのような技術は次のように呼ばれます。 Pulse Amplitude Modulation (PAM) または Pulse Duration/Width Modulation (PDM/PWM)、または Pulse Position Modulation (PPM)。

に digital modulation、使用される変調技術は Pulse Code Modulation (PCM)ここで、アナログ信号は1と0のデジタル形式に変換されます。結果はコード化されたパルス列であるため、これはPCMと呼ばれます。これはさらに発展しますDelta Modulation (DM)、これについては次の章で説明します。したがって、PCMは、アナログ信号をデジタル形式に変換する手法です。

どの通信システムでも、信号の送信中または信号の受信中に、不要な信号が通信に導入され、受信者にとって不快になり、通信の品質に疑問が生じます。そのような妨害はとして呼ばれますNoise。

ノイズとは？

ノイズは unwanted signalこれは元のメッセージ信号に干渉し、メッセージ信号のパラメータを破壊します。通信プロセスのこの変更により、メッセージが変更されます。チャネルまたは受信者で入力される可能性が最も高いです。

ノイズ信号は、次の例を見ると理解できます。

したがって、ノイズは、パターンがなく、周波数または振幅が一定でない信号であると理解されます。それはかなりランダムで予測不可能です。完全に排除することはできませんが、通常はそれを減らすための措置が取られます。

ノイズの最も一般的な例は次のとおりです。

Hiss ラジオ受信機の音
Buzz 電話での会話の中で音
Flicker テレビ受信機などで。

ノイズの影響

ノイズは、システムのパフォーマンスに影響を与える不便な機能です。ノイズの影響は次のとおりです。

ノイズはシステムの動作範囲を制限します

ノイズは、増幅器によって増幅できる最も弱い信号に間接的に制限を課します。ミキサー回路の発振器は、ノイズのために周波数を制限する場合があります。システムの動作は、その回路の動作に依存します。ノイズは、受信機が処理できる最小の信号を制限します。

ノイズは受信機の感度に影響します

感度は、指定された品質の出力を取得するために必要な入力信号の最小量です。ノイズは受信機システムの感度に影響を与え、最終的には出力に影響を与えます。

ノイズの種類

ノイズの分類は、発生源の種類、発生する影響、受信機との関係などに応じて行われます。

ノイズが発生する主な方法は2つあります。1つはいくつかを通してですexternal source もう一方はによって作成されます internal source、レシーバーセクション内。

外部ソース

このノイズは、通常、通信の媒体またはチャネルで発生する可能性のある外部ソースによって生成されます。このノイズを完全に除去することはできません。最良の方法は、ノイズが信号に影響を与えないようにすることです。

例

このタイプのノイズの最も一般的な例は次のとおりです。

大気ノイズ（大気の不規則性による）。
太陽ノイズや宇宙ノイズなどの地球外ノイズ。
産業騒音。

内部ソース

このノイズは、機能中にレシーバーコンポーネントによって生成されます。回路内のコンポーネントは、継続的に機能するため、数種類のノイズを生成する可能性があります。このノイズは定量化できます。適切なレシーバー設計は、この内部ノイズの影響を低減する可能性があります。

例

このタイプのノイズの最も一般的な例は次のとおりです。

熱攪拌ノイズ（ジョンソンノイズまたは電気ノイズ）。
ショットノイズ（電子と正孔のランダムな動きによる）。
通過時間ノイズ（遷移中）。
その他のノイズは、フリッカー、抵抗効果、ミキサーで生成されるノイズなどを含む別のタイプのノイズです。

信号対雑音比

Signal-to-Noise Ratio (SNR) それは ratio of the signal power to the noise power。SNRの値が高いほど、受信出力の品質が高くなります。

さまざまなポイントでの信号対雑音比は、次の式を使用して計算できます。

$$入力\：SNR =（SNR）_I = \ frac {平均\：電力\：の\：変調\：信号} {平均\：電力\：の\：ノイズ\：で\：入力} $$

$$出力\：SNR =（SNR）_O = \ frac {平均\：電力\：の\：復調\：信号} {平均\：電力\：の\：ノイズ\：で\：出力} $$

性能指数

の比率 output SNR to the input SNR と呼ぶことができます Figure of merit (F)。それはによって示されますF。デバイスのパフォーマンスについて説明します。

$$ F = \ frac {（SNR）_O} {（SNR）_I} $$

受信機の性能指数は−

$$ F = \ frac {（SNR）_O} {（SNR）_C} $$

これは、受信機の場合、チャネルが入力であるためです。

信号を分析するには、信号を表現する必要があります。通信システムにおけるこの表現には2つのタイプがあります-

周波数領域表現、および
時間領域表現。

1kHzと2kHzの周波数を持つ2つの信号について考えてみます。次の図に示すように、両方とも時間および周波数領域で表されます。

時間領域分析は、特定の期間にわたる信号の動作を示します。周波数領域では、信号は周波数に関する数学関数として分析されます。

フィルタリング、増幅、ミキシングなどの信号処理が行われる場合、周波数領域表現が必要です。

例えば、次のような信号を考えると、そこにノイズが存在していることがわかります。

元の信号の周波数は1kHzである可能性がありますが、この信号を破壊する特定の周波数のノイズは不明です。ただし、同じ信号を周波数領域で表すと、スペクトラムアナライザを使用して次の図のようにプロットされます。

ここでは、元の信号に導入されたノイズを表すいくつかの高調波を観察できます。したがって、信号表現は信号の分析に役立ちます。

周波数領域分析は、目的の波形パターンを作成するのに役立ちます。たとえば、コンピュータのバイナリビットパターン、CROのリサージュパターンなどです。時間領域分析は、このようなビットパターンを理解するのに役立ちます。

変調技術の種類の中で、主な分類は連続波変調とパルス変調です。連続波変調技術はさらに次のように分類されます。Amplitude Modulation そして Angle Modulation。

連続波は間隔を空けずに連続的に進行し、情報を含むのはベースバンドメッセージ信号です。この波は変調する必要があります。

標準の定義によれば、「キャリア信号の振幅は、変調信号の瞬間的な振幅に応じて変化します。」つまり、情報を含まない搬送波信号の振幅は、情報を含む各瞬間の信号の振幅に応じて変化します。これは、次の図でよく説明できます。

最初に示されている変調波はメッセージ信号です。次は搬送波です。これは単なる高周波信号であり、情報は含まれていません。最後のものは結果として生じる変調波です。

搬送波の正と負のピークが虚線で相互接続されていることがわかります。この線は、変調信号の正確な形状を再現するのに役立ちます。搬送波上のこの架空の線は、Envelope。メッセージ信号と同じです。

数式

これらの波の数式は次のとおりです。

波の時間領域表現

変調信号を−とする

$$ m（t）= A_mcos（2 \ pi f_mt）$$

キャリア信号を−とする

$$ c（t）= A_ccos（2 \ pi f_ct）$$

どこ A_m =変調信号の最大振幅

A_c =キャリア信号の最大振幅

振幅変調波の標準形式は、次のように定義されます。

$$ S（t）= A_c [1 + K_am（t）] cos（2 \ pi f_ct）$$

$$ S（t）= A_c [1 + \ mu cos（2 \ pi f_mt）] cos（2 \ pi f_ct）$$

$$ Where、\ mu = K_aA_m $$

変調指数

搬送波は、変調された後、変調されたレベルが計算される場合、そのような試みは次のように呼ばれます。 Modulation Index または Modulation Depth。搬送波が受ける変調のレベルを示します。

変調波の包絡線の最大値と最小値は、で表されるA_の最大及びA_分それぞれ。

変調指数の方程式を作成してみましょう。

$$ A_ {max} = A_c（1+ \ mu）$$

なぜなら、A _maxでは、cosθの値は1です。

$$ A_ {min} = A_c（1- \ mu）$$

で、以来_分のcosθの値が-1

$$ \ frac {A_ {max}} {A_ {min}} = \ frac {1+ \ mu} {1- \ mu} $$

$$ A_ {max}-\ mu A_ {max} = A_ {min} + \ mu A_ {min} $$

$$-\ mu（A_ {max} + A_ {min}）= A_ {min} -A_ {max} $$

$$ \ mu = \ frac {A_ {max} -A_ {min}} {A_ {max} + A_ {min}} $$

したがって、変調指数の式が得られます。 µ変調指数または変調深度を示します。これは多くの場合、次のように呼ばれるパーセンテージで表されますPercentage Modulation。これは、パーセンテージで表される変調の範囲であり、で表されます。m。

完全な変調を行うには、変調指数の値を1にする必要があります。これは、変調深度が100％であることを意味します。

たとえば、この値が1未満の場合、つまり変調指数が0.5の場合、変調された出力は次の図のようになります。これは、低変調と呼ばれます。そのような波はと呼ばれますunder-modulated wave。

変調指数の値が1より大きい場合、つまり1.5程度の場合、波は次のようになります。 over-modulated wave。次の図のようになります。

変調指数の値が増加すると、キャリアは180°の位相反転を経験します。これにより、追加の側波帯が発生し、波が歪んでしまいます。このような過変調波は干渉を引き起こしますが、これを排除することはできません。

振幅変調の帯域幅

帯域幅は、信号の最低周波数と最高周波数の差です。

振幅変調波の場合、帯域幅は次の式で与えられます。

$$ BW = f_ {USB} -f_ {LSB} $$

$$（f_c + f_m）-（f_c-f_m）$$

$$ = 2f_m = 2W $$

どこ W メッセージの帯域幅です

したがって、振幅変調波に必要な帯域幅は、変調信号の周波数の2倍であることがわかりました。

振幅変調または位相変調のプロセスでは、変調波は搬送波と2つの側波帯で構成されます。変調された信号は、搬送周波数を除く全帯域の情報を持っています。

サイドバンド

A Sidebandは、搬送波周波数の低周波数と高周波数である電力を含む周波数の帯域です。両方の側波帯に同じ情報が含まれています。周波数領域での振幅変調波の表現は、次の図のようになります。

画像の両方の側波帯には同じ情報が含まれています。2つの側波帯とともにキャリアを含むこのような信号の送信は、次のように呼ぶことができます。Double Sideband Full Carrier システム、または単に DSB-FC。次の図に示すようにプロットされます。

ただし、このような送信は非効率的です。電力の3分の2は、情報を持たないキャリアで浪費されています。

このキャリアが抑制され、節約された電力が2つの側波帯に分配される場合、このようなプロセスは次のように呼ばれます。 Double Sideband Suppressed Carrier システム、または単に DSBSC。次の図に示すようにプロットされます。

ここで、2つの側波帯が同じ情報を2回運ぶので、なぜ1つの側波帯を抑制できないのかという考えが浮かびます。はい、これは可能です。

キャリアとともに単側波帯の1つを抑制し、単側波帯を送信するプロセスは、次のように呼ばれます。 Single Sideband Suppressed Carrier システム、または単に SSB-SC または SSB。次の図に示すようにプロットされます。

単側波帯を送信するこのSSB-SCまたはSSBシステムは、キャリアと他の側波帯の両方に割り当てられた電力がこれを送信する際に利用されるため、高い電力を持っています Single Sideband (SSB)。

したがって、このSSB手法を使用して行われる変調は次のように呼ばれます。 SSB Modulation。

側波帯変調-利点

SSB変調の利点は次のとおりです。

占有される帯域幅またはスペクトル空間は、AMおよびDSB信号よりも小さくなります。
より多くの信号の送信が許可されます。
電力が節約されます。
高出力信号を送信できます。
ノイズの量が少なくなります。
信号のフェージングが発生する可能性は低くなります。

サイドバンド変調-デメリット

SSB変調の欠点は次のとおりです。

SSB信号の生成と検出は複雑なプロセスです。
SSB送信機と受信機が優れた周波数安定性を持たない限り、信号の品質は影響を受けます。

側波帯変調-アプリケーション

SSB変調の用途は次のとおりです。

省電力要件および低帯域幅要件用。
陸上、空中、および海上移動通信。
ポイントツーポイント通信。
無線通信で。
テレビ、テレメトリ、レーダー通信。
アマチュア無線などの軍事通信。

SSB変調の場合、側波帯がフィルターを通過すると、バンドパスフィルターが実際には完全に機能しない場合があります。その結果、一部の情報が失われる可能性があります。

したがって、この損失を回避するために、間の妥協点である手法が選択されます。 DSB-SC そして SSB、と呼ばれる Vestigial Sideband (VSB)技術。名前の由来となった「一部」を意味する痕跡という言葉。

ベスティジアルサイドバンド

両方の側波帯は無駄なので、送信には必要ありません。しかし、単一の帯域が送信されると、情報が失われます。したがって、この手法は進化しました。

Vestigial Sideband Modulation または VSB Modulation 信号の一部が vestige1つの側波帯とともに変調されます。次の図に示すように、VSB信号をプロットできます。

この手法では、上側波帯とともに下側波帯の一部も送信されます。干渉を避けるために、VSBの両側に非常に狭い幅のガードバンドが配置されています。VSB変調は、主にテレビ送信で使用されます。

伝送帯域幅

VSB変調波の送信帯域幅は次のように表されます。

$$ B =（f_ {m} + f_ {v}）Hz $$

どこ、

f_m =メッセージ帯域幅

f_v =痕跡側波帯の幅

VSB変調-利点

VSBの利点は次のとおりです。

非常に効率的です。
帯域幅の削減。
高精度を必要としないため、フィルターの設計は簡単です。
低周波成分の送信は問題なく可能です。
良好な位相特性を備えています。

VSB変調-デメリット

VSBのデメリットは次のとおりです。

SSBと比較した場合の帯域幅は大きくなります。
復調は複雑です。

VSB変調-アプリケーション

VSBの最も著名で標準的なアプリケーションは、 television signals。また、これは、帯域幅の使用を考慮する場合に最も便利で効率的な手法です。

連続波変調における他のタイプの変調は、 Angle Modulation。角度変調は、キャリアの周波数または位相がメッセージ信号に応じて変化するプロセスです。これはさらに周波数変調と位相変調に分けられます。

周波数変調は、キャリア信号の周波数をメッセージ信号に比例して変化させるプロセスです。
位相変調は、キャリア信号の位相をメッセージ信号に比例して変化させるプロセスです。

ここで、これらのトピックについてさらに詳しく説明します。

周波数変調

振幅変調では、搬送波の振幅が変化します。しかし、周波数変調（FM）では、搬送波信号の周波数は、変調信号の瞬間的な振幅に応じて変化します。

キャリア信号の振幅と位相は一定のままですが、キャリアの周波数は変化します。これは、次の図を観察することでよりよく理解できます。

メッセージ信号がゼロのとき、変調波の周波数は搬送波周波数として一定のままです。メッセージ信号が最大振幅に達すると、周波数が高くなります。

つまり、変調信号またはメッセージ信号の振幅が増加すると、搬送周波数が増加します。同様に、変調信号の振幅が減少すると、周波数も減少します。

数学的表現

搬送周波数を f_c

メッセージ信号の最大振幅での周波数= f_c + Δf

メッセージ信号の最小振幅での周波数= f_c − Δf

FM変調周波数と通常の周波数の違いは次のように呼ばれます。 Frequency Deviation で示されます Δf。

キャリア信号の周波数の高から低への偏差、または低から高への偏差は、 Carrier Swing。

キャリアスイング= 2×周波数偏差

= 2 × Δf

FMWAVEの式

FM波の式は次のとおりです。

$$ s（t）= A_ccos [W_ct + 2 \ pi k_fm（t）] $$

どこ、

A_c =キャリアの振幅

w_c =キャリアの角周波数= 2πf_c

m(t) =メッセージ信号

FMはに分けることができます Narrowband FM そして Wideband FM。

狭帯域FM

狭帯域FMの特徴は次のとおりです-

この周波数変調の帯域幅は狭いです。
変調指数が小さい。
そのスペクトルは、キャリア、USB、およびLSBで構成されています。
これは、警察の無線、救急車、タクシーなどのモバイル通信で使用されます。

広帯域FM

ワイドバンドFMの特徴は次のとおりです。

この周波数変調には無限の帯域幅があります。
変調指数が大きい、つまり、 1。
そのスペクトルは、キャリアとその周囲にある無数の側波帯で構成されています。
これは、FMラジオ、テレビなどのエンターテインメント放送アプリケーションで使用されます。

位相変調

周波数変調では、搬送波の周波数が変化します。しかし、Phase Modulation (PM)、搬送波信号の位相は、変調信号の瞬間的な振幅に応じて変化します。

キャリア信号の振幅と周波数は一定のままですが、キャリアの位相は変化します。これは、次の図を観察することでよりよく理解できます。

変調された波の位相には、波の位相シフトが発生する可能性のある無限遠点があります。変調信号の瞬間的な振幅は、キャリアの位相を変更します。振幅が正の場合、位相は一方向に変化し、振幅が負の場合、位相は反対方向に変化します。

PMとFMの関係

位相の変化は、変調波の周波数を変化させます。波の周波数も波の位相を変えます。それらは関連していますが、それらの関係は線形ではありません。位相変調は、FMを生成する間接的な方法です。位相変調器によって生成される周波数シフトの量は、変調周波数とともに増加します。これを補うためにオーディオイコライザーが採用されています。

PM波の方程式

PM波の式は次のとおりです。

$$ s（t）= A_ccos [W_ct + k_pm（t）] $$

どこ、

A_c =キャリアの振幅

w_c =キャリアの角周波数= 2πf_c

m(t) =メッセージ信号

位相変調は移動体通信システムで使用され、周波数変調は主にFM放送で使用されます。

Multiplexing は、共有メディアを介して、複数の信号を1つの信号に結合するプロセスです。

このプロセスは、 analog multiplexing これらの信号が本質的にアナログである場合。
デジタル信号が多重化されている場合、それは次のように呼ばれます digital multiplexing。

多重化は、電話で最初に開発されました。多数の信号を組み合わせて、1本のケーブルで送信しました。多重化のプロセスは、通信チャネルをいくつかの論理チャネルに分割し、転送される異なるメッセージ信号またはデータストリームにそれぞれを割り当てます。多重化を行うデバイスは、MUX。

受信機で行われる逆のプロセス、すなわち、1つからチャネル数を抽出することは、次のように呼ばれます。 demultiplexing。逆多重化を行うデバイスは、DEMUX。

次の図は、MUXとDEMUXの概念を示しています。それらの主な用途は通信の分野です。

マルチプレクサの種類

マルチプレクサには、主にアナログとデジタルの2種類があります。それらはさらにFDM、WDM、およびTDMに分けられます。次の図は、この分類に関する詳細なアイデアを示しています。

多重化技術には多くの種類があります。なかでも、上図のように、一般的に分類された主なタイプがあります。それらを個別に見てみましょう。

アナログ多重化

アナログ多重化技術には、本質的にアナログである信号が含まれます。アナログ信号は、周波数（FDM）または波長（WDM）に従って多重化されます。

周波数分割多重

アナログ多重化で最も使用される手法は Frequency Division Multiplexing (FDM)。この手法では、さまざまな周波数を使用してデータストリームを結合し、通信メディアで単一の信号として送信します。

Example − 1本のケーブルで多数のチャンネルを送信する従来のテレビ送信機は、FDMを使用します。

波長分割多重

波長分割多重（WDM）はアナログ技術であり、異なる波長の多くのデータストリームが光スペクトルで送信されます。波長が長くなると、信号の周波数は低くなります。MUXの出力とDEMUXの入力には、異なる波長を1本の線に変換できるプリズムを使用できます。

Example −光ファイバー通信は、WDM技術を使用して、通信用に異なる波長を単一の光にマージします。

デジタル多重化

デジタルという用語は、情報の離散ビットを表します。したがって、利用可能なデータは、離散的なフレームまたはパケットの形式になります。

時分割多重（TDM）

TDMでは、時間枠はスロットに分割されます。この手法は、メッセージごとに1つのスロットを割り当てることにより、単一の通信チャネルを介して信号を送信するために使用されます。

すべてのタイプのTDMのうち、主なものは同期TDMと非同期TDMです。

同期TDM

同期TDMでは、入力はフレームに接続されます。'n'個の接続がある場合、フレームは 'n'タイムスロットに分割されます。入力ラインごとに1つのスロットが割り当てられます。

この手法では、サンプリングレートはすべての信号に共通であるため、同じクロック入力が与えられます。MUXはsame slot 常に各デバイスに。

非同期TDM

非同期TDMでは、サンプリングレートは信号ごとに異なり、共通のクロックは必要ありません。割り当てられたデバイスが、あるタイムスロットで何も送信せず、アイドル状態になっている場合、そのスロットはallotted to another 同期とは異なり、デバイス。

このタイプのTDMは、非同期転送モードネットワークで使用されます。

デマルチプレクサ

デマルチプレクサは、単一のソースを複数の宛先に接続するために使用されます。このプロセスは、多重化の逆です。前に述べたように、それは主に受信機で使用されます。DEMUXには多くのアプリケーションがあります。通信システムの受信機で使用されます。コンピュータの算術論理演算装置で、電力の供給や通信の受け渡しなどに使用されます。

デマルチプレクサは、シリアルからパラレルへのコンバータとして使用されます。シリアルデータは一定の間隔でDEMUXへの入力として提供され、デマルチプレクサの出力を制御するためにカウンタが接続されています。

マルチプレクサとデマルチプレクサの両方が、送信機セクションと受信機セクションの両方で、通信システムで重要な役割を果たします。

周波数分割多重化は、ラジオやテレビの受信機で使用されます。FMの主な用途は無線通信です。FMトランスミッターとFMレシーバーの構造をブロック図と動作とともに見てみましょう。

FMトランスミッター

FMトランスミッターは、オーディオ信号を入力として受け取り、FM変調波を出力としてアンテナに送信するユニット全体です。FMトランスミッターは6つのメインステージで構成されています。それらを次の図に示します。

FMトランスミッターの動作は次のように説明できます。

マイクの出力からのオーディオ信号は、変調信号のレベルを上げるプリアンプに送られます。
次に、この信号はハイパスフィルターに渡されます。ハイパスフィルターは、プリエンファシスネットワークとして機能し、ノイズをフィルターで除去し、信号対ノイズ比を改善します。
この信号はさらにFM変調回路に渡されます。
発振回路は高周波キャリアを生成し、それが変調信号とともに変調器に与えられます。
周波数逓倍器のいくつかのステージは、動作周波数を上げるために使用されます。それでも、信号のパワーは送信するのに十分ではありません。したがって、変調信号のパワーを上げるために、最後にRFパワーアンプが使用されます。このFM変調出力は、最終的にアンテナに渡されて送信されます。

受信機の要件

ラジオ受信機は、AM帯域とFM帯域の両方の信号を受信するために使用されます。の検出AM と呼ばれるメソッドによって行われます Envelope Detection との検出 FM と呼ばれるメソッドによって行われます Frequency Discrimination。

このような無線受信機には、以下の要件があります。

それは費用効果が高いはずです。
AM信号とFM信号の両方を受信する必要があります。
受信機は、目的のステーションを調整および増幅できる必要があります。
不要なステーションを拒否する機能が必要です。
搬送波周波数に関係なく、すべてのステーション信号に対して復調を行う必要があります。

これらの要件を満たすには、チューナー回路とミキサー回路が非常に効果的である必要があります。RFミキシングの手順は興味深い現象です。

RFミキシング

RFミキシングユニットは、 Intermediate Frequency （IF）信号を効果的に処理するために、受信信号が変換される。

RFミキサーは受信機の重要なステージです。一方の信号レベルがもう一方の信号のレベルに影響を与える、異なる周波数の2つの信号が取得され、結果として混合出力が生成されます。入力信号と結果のミキサー出力を次の図に示します。

2つの信号がRFミキサーに入ると、

最初の信号周波数= F₁
2番目の信号周波数= F₂

次に、結果の信号周波数= (F₁ + F₂) そして (F₁ - F₂)

異なる周波数の2つの信号のミキサーが出力で生成されます。

これを周波数領域で観察すると、パターンは次の図のようになります。

RFミキサーの記号は次の図のようになります。

2つの信号が混合されて結果の信号が生成され、一方の信号の影響がもう一方の信号に影響を与え、前に示したように両方が異なるパターンを生成します。

FM受信機

FM受信機は、変調信号を入力として受け取り、元のオーディオ信号を出力として生成するユニット全体です。アマチュア無線家が最初のラジオ受信機です。ただし、感度や選択性が低いなどの欠点があります。

Selectivity 他の信号を拒否しながら特定の信号を選択することです。 Sensitivity は、最低電力レベルでRF信号を検出して復調する能力です。

これらの欠点を克服するために、 super heterodyneレシーバーが発明されました。このFM受信機は5つのメインステージで構成されています。次の図のようになります。

RFチューナーセクション

アンテナで受信された変調信号は、最初に tuner circuit変圧器を介して。チューナー回路はLC回路に他なりません。LC回路とも呼ばれます。resonant または tank circuit。ラジオ受信機が望む周波数を選択します。また、局部発振器とRFフィルターを同時に調整します。

RFミキサー

チューナー出力からの信号はに与えられます RF-IF converter、ミキサーとして機能します。それは一定の周波数を生成する局部発振器を持っています。ここでは、受信信号を1つの入力として、局部発振器周波数をもう1つの入力として、ミキシングプロセスを実行します。結果として得られる出力は、ミキサーによって生成された2つの周波数[（f ₁ + f ₂）、（f ₁ − f ₂）]の混合であり、Intermediate Frequency (IF)。

IFの生成は、任意の搬送周波数を持つ任意のステーション信号の復調に役立ちます。したがって、すべての信号は、適切な選択性のために固定の搬送周波数に変換されます。

IFフィルター

中間周波数フィルターは、目的の周波数を通過させるバンドパスフィルターです。ノイズだけでなく、そこに存在する不要な高周波成分を排除します。IFフィルターは改善に役立ちますSignal to Noise Ratio (SNR)。

復調器

受信した変調信号は、送信機側で使用したのと同じプロセスで復調されます。周波数弁別は一般的にFM検出に使用されます。

オーディオアンプ

これは、検出されたオーディオ信号を増幅するために使用されるパワーアンプステージです。処理された信号には、効果的な強度が与えられます。この信号はスピーカーに渡され、元の音声信号が得られます。

このスーパーヘテロダイン受信機は、SNR、感度、選択性の向上などの利点があるため、よく使用されています。

FMのノイズ

ノイズの存在はFMでも問題です。目的の信号に近い周波数の強い干渉信号が到着すると、受信機はその干渉信号をロックします。このような現象は、Capture effect。

より高い変調周波数でSNRを上げるために、ハイパス回路は preemphasis、送信機で使用されます。と呼ばれる別の回路de-emphasis、プリエンファシスの逆プロセスは、ローパス回路である受信機で使用されます。プリエンファシスおよびディエンファシス回路は、出力SNRを効果的に高めるために、FMトランスミッターおよびレシーバーで広く使用されています。

これまで、連続波変調について説明してきました。今度は離散信号の時間です。ザ・Pulse modulation技術は、離散信号を扱います。連続信号を離散信号に変換する方法を見てみましょう。サンプリングと呼ばれるプロセスは、これを支援します。

サンプリング

連続時間信号を同等の離散時間信号に変換するプロセスは、次のように呼ぶことができます。 Sampling。データの特定の瞬間は、サンプリングプロセスで継続的にサンプリングされます。

次の図は、連続時間信号を示しています x(t) およびサンプリングされた信号 x_s(t)。いつx(t) 周期的なインパルス列、サンプリングされた信号が乗算されます x_s(t) が得られます。

A sampling signal は周期的なパルス列であり、 unit amplitude、等間隔でサンプリング T_s、と呼ばれる Sampling time。このデータはその時点で送信されますT_s 残りの時間にキャリア信号が送信されます。

サンプリングレート

信号を離散化するには、サンプル間のギャップを修正する必要があります。そのギャップは、sampling period T_s。

$$サンプリング\：頻度= \ frac {1} {T_s} = f_s $$

どこ、

T_s =サンプリング時間

f_s =サンプリング周波数またはサンプリングレート

サンプリング定理

サンプリングレートを考慮する際には、レートをどの程度にする必要があるかに関する重要なポイントを考慮する必要があります。ザ・rate of sampling メッセージ信号のデータが失われたり、オーバーラップしたりしないようにする必要があります。

ザ・ sampling theorem 「信号は、そのレートでサンプリングされた場合、正確に再生できます。 f_s これは最大周波数Wの2倍以上です。」

簡単に言えば、元の信号を効果的に再生するには、サンプリングレートを最高周波数の2倍にする必要があります。

つまり、

$$ f_s \ geq 2W $$

どこ、

f_s =サンプリング周波数

W 最高頻度です

このサンプリングレートは、 Nyquist rate。

サンプリング定理は、 Nyquist theoremは、帯域制限されている関数のクラスの帯域幅に関して十分なサンプルレートの理論を提供します。

連続時間信号の場合 x(t)、周波数領域の帯域制限信号は、次の図に示すように表すことができます。

信号がナイキストレートを超えてサンプリングされた場合、元の信号を復元できます。次の図は、周波数領域で2wよりも高いレートでサンプリングされた場合の信号を説明しています。

同じ信号が2w未満のレートでサンプリングされた場合、サンプリングされた信号は次の図のようになります。

上記のパターンから、情報の重複が発生し、情報の混同や損失につながることがわかります。オーバーラップのこの望ましくない現象は、Aliasing。

エイリアシングは、「信号のスペクトル内の高周波成分の現象であり、サンプリングされたバージョンのスペクトル内の低周波成分のアイデンティティを引き継ぐ」と言うことができます。

したがって、信号のサンプリングは、サンプリング定理で述べられているように、ナイキストレートで行われるように選択されます。サンプリングレートが最高周波数（2W）の2倍に等しい場合。

つまり、

$$ f_s = 2W $$

どこ、

f_s =サンプリング周波数

W 最高頻度です

結果は上図のようになります。情報は失われることなく置き換えられます。したがって、これは適切なサンプリングレートです。

連続波変調の後、次の分割はパルス変調です。パルス変調はさらにアナログ変調とデジタル変調に分けられます。アナログ変調技術は、主にパルス振幅変調、パルス持続時間変調/パルス幅変調、およびパルス位置変調に分類されます。

パルス振幅変調

Pulse Amplitude Modulation (PAM) は、パルスキャリアの振幅がメッセージ信号の瞬間的な振幅に比例して変化するアナログ変調方式です。

パルス振幅変調信号は、信号が波全体の経路をトレースするため、元の信号の振幅に従います。自然なPAMでは、ナイキストレートでサンプリングされた信号は、効率的な信号を通過させることによって再構築されます。Low Pass Frequency (LPF) 正確なカットオフ周波数

次の図は、パルス振幅変調について説明しています。

PAM信号はLPFを通過しますが、歪みなしに信号を復元することはできません。したがって、このノイズを回避するために、次の図に示すようにフラットトップサンプリングが実行されます。

Flat-top samplingは、サンプリングされた信号を、サンプリングされるアナログ信号に対して信号の振幅を変更できないパルスで表すことができるプロセスです。振幅の頂点はフラットのままです。このプロセスにより、回路設計が簡素化されます。

パルス幅変調

Pulse Width Modulation (PWM) または Pulse Duration Modulation (PDM) または Pulse Time Modulation (PTM) は、パルスキャリアの持続時間または幅または時間がメッセージ信号の瞬間的な振幅に比例して変化するアナログ変調方式です。

この方法ではパルスの幅は変化しますが、信号の振幅は一定のままです。振幅リミッターは、信号の振幅を一定にするために使用されます。これらの回路は振幅を希望のレベルにクリップオフするため、ノイズが制限されます。

次の図は、パルス幅変調のタイプを説明しています。

PWMには3つのバリエーションがあります。彼らは-

パルスの立ち上がりエッジは一定で、立ち下がりエッジはメッセージ信号に応じて変化します。
パルスの立ち下がりエッジは一定で、立ち上がりエッジはメッセージ信号に応じて変化します。
パルスの中心は一定で、前縁と後縁はメッセージ信号に応じて変化します。

これらの3つのタイプは、タイミングスロットとともに上の図に示されています。

パルス位置変調

Pulse Position Modulation (PPM) は、パルスの振幅と幅が一定に保たれ、基準パルスの位置を基準とした各パルスの位置がメッセージ信号の瞬間的なサンプリング値に応じて変化するアナログ変調方式です。

送信機は、送信機と受信機の同期を保つために、同期パルス（または単に同期パルス）を送信する必要があります。これらの同期パルスは、パルスの位置を維持するのに役立ちます。次の図は、パルス位置変調について説明しています。

パルス位置変調は、パルス幅変調信号に従って行われます。パルス幅変調信号の各トレーリングは、PPM信号のパルスの開始点になります。したがって、これらのパルスの位置はPWMパルスの幅に比例します。

利点

振幅と幅が一定であるため、処理される電力も一定です。

不利益

送信機と受信機の間の同期は必須です。

PAM、PWM、およびPPMの比較

上記の変調プロセス間の比較は、単一の表に示されています。

PAM	PWM	PPM
振幅が変化する	幅が変化します	位置が変化する
帯域幅はパルスの幅に依存します	帯域幅はパルスの立ち上がり時間に依存します	帯域幅はパルスの立ち上がり時間に依存します
瞬時送信機電力はパルスの振幅によって変化します	瞬時送信機電力は、パルスの振幅と幅によって異なります	瞬時送信機電力は、パルスの幅に応じて一定に保たれます
システムの複雑さが高い	システムの複雑さは低い	システムの複雑さは低い
ノイズ干渉が大きい	ノイズ干渉が少ない	ノイズ干渉が少ない
振幅変調に似ています	周波数変調に似ています	位相変調に似ています

これまで、さまざまな変調技術を試してきました。残っているのはdigital modulation、これはパルス変調の分類に分類されます。デジタル変調には、主な分類としてパルス符号変調（PCM）があります。さらに、デルタ変調とADMに処理されます。

パルス符号変調

信号はパルス符号変調され、アナログ情報をバイナリシーケンス（1と0）に変換します。の出力Pulse Code Modulation (PCM)バイナリシーケンスに似ています。次の図は、特定の正弦波の瞬時値に関するPCM出力の例を示しています。

パルス列の代わりに、PCMは一連の数字または数字を生成するため、このプロセスはデジタルと呼ばれます。これらの数字はそれぞれ、バイナリコードですが、その瞬間の信号サンプルのおおよその振幅を表しています。

パルス符号変調では、メッセージ信号は一連の符号化パルスで表されます。このメッセージ信号は、時間と振幅の両方で離散形式で信号を表すことによって実現されます。

PCMの基本要素

パルス符号変調回路の送信機セクションは、 Sampling, Quantizing そして Encoding、で実行されます analog-to-digital converterセクション。サンプリング前のローパスフィルターは、メッセージ信号のエイリアシングを防ぎます。

受信機セクションの基本的な操作は次のとおりです。 regeneration of impaired signals, decoding, そして reconstruction量子化されたパルス列の。次の図は、送信機セクションと受信機セクションの両方の基本要素を表すPCMのブロック図です。

ローパスフィルター（LPF）

このフィルタは、メッセージ信号のエイリアシングを回避するために、メッセージ信号の最高周波数よりも大きい入力アナログ信号に存在する高周波成分を除去します。

サンプラー

これは、メッセージ信号の瞬時値でサンプルデータを収集し、元の信号を再構築するのに役立つ手法を使用する回路です。サンプリングレートは、最高周波数成分の2倍より大きくなければなりませんW サンプリング定理に従って、メッセージ信号の。

量子化器

量子化は、余分なビットを減らし、データを制限するプロセスです。サンプリングされた出力は、量子化器に渡されると、冗長ビットを減らし、値を圧縮します。

エンコーダー

アナログ信号のデジタル化はエンコーダーによって行われます。量子化された各レベルをバイナリコードで指定します。ここで行われるサンプリングは、サンプルアンドホールドプロセスです。これらの3つのセクションは、デジタルコンバーターのアナログとして機能します。エンコードにより、使用される帯域幅が最小限に抑えられます。

回生リピーター

チャネルの出力には、信号損失を補償して信号を再構築するための1つの回生リピーター回路があります。また、信号の強度も向上します。

デコーダ

デコーダ回路は、パルスコード化された波形をデコードして、元の信号を再生します。この回路は、demodulator。

再構成フィルター

再生回路とデコーダーによってデジタルからアナログへの変換が行われた後、元の信号を取り戻すための再構成フィルターと呼ばれるローパスフィルターが使用されます。

したがって、パルス符号変調回路は、与えられたアナログ信号をデジタル化し、符号化し、サンプリングします。その後、アナログ形式で送信します。このプロセス全体を逆のパターンで繰り返して、元の信号を取得します。

PCM信号を構築するために従う変調技術はほとんどありません。これらのテクニックはsampling, quantization, そして companding 元の信号を正確に再現できる効果的なPCM信号の作成に役立ちます。

量子化

アナログ信号のデジタル化には、アナログ値にほぼ等しい値の四捨五入が含まれます。サンプリング方法では、アナログ信号のいくつかのポイントを選択し、これらのポイントを結合して、値をほぼ安定した値に丸めます。このようなプロセスは、Quantization。

アナログ信号の量子化は、いくつかの量子化レベルで信号を離散化することによって行われます。量子化とは、振幅のサンプリング値を有限のレベルセットで表すことです。つまり、continuous-amplitude sample に discrete-time signal。

次の図は、アナログ信号がどのように量子化されるかを示しています。青い線はアナログ信号を表し、赤い線は量子化された信号を表します。

サンプリングと量子化の両方で、情報が失われます。Quantizer出力の品質は、使用される量子化レベルの数によって異なります。量子化された出力の離散振幅は、次のように呼ばれます。representation levels または reconstruction levels。2つの隣接する表現レベル間の間隔は、quantum または step-size。

PCMでの圧伸

言葉 Companding の組み合わせです ComプレスとExpanding、つまり両方を実行します。これは、PCMで使用される非線形技術であり、送信機でデータを圧縮し、受信機で同じデータを拡張します。この手法を使用することにより、ノイズとクロストークの影響が軽減されます。

圧伸技術には2つのタイプがあります。

A-law圧伸技術

均一な量子化はで達成されます A = 1、ここで、特性曲線は線形であり、圧縮はありません。
A-lawは原点で中層になっています。したがって、ゼロ以外の値が含まれます。
A-law圧伸は、PCM電話システムに使用されます。
A-lawは世界の多くの地域で使用されています。

µ-law圧伸技術

均一な量子化はで達成されます µ = 0、ここで、特性曲線は線形であり、圧縮はありません。
µ-lawは原点にミッドトレッドがあります。したがって、ゼロ値が含まれます。
µ-law圧伸は、音声および音楽信号に使用されます。
µ-lawは北米と日本で使用されています。

差分PCM

PCM技術でエンコードされた場合、相関性の高いサンプルは冗長な情報を残します。この冗長な情報を処理し、より良い出力を得るには、以前の出力から想定された予測サンプル値を取得し、それらを量子化された値で要約することが賢明な決定です。

このようなプロセスは、 Differential PCM 技術。

より良いサンプリングを実現するには、信号のサンプリングレートをナイキストレートよりも高くする必要があります。差分PCM（DPCM）でのこのサンプリング間隔が大幅に短縮された場合、サンプル間の振幅の差は、差が次のように非常に小さくなります。1-bit quantization、ステップサイズは非常に小さいです。 Δ （デルタ）。

デルタ変調とは何ですか？

サンプリングレートがはるかに高く、量子化後のステップサイズの値が小さい変調のタイプ Δ、そのような変調は次のように呼ばれます delta modulation。

デルタ変調の機能

信号相関を最大限に活用するために、オーバーサンプリングされた入力が取得されます。
量子化の設計は単純です。
入力シーケンスはナイキストレートよりはるかに高いです。
品質は中程度です。
変調器と復調器の設計は単純です。
出力波形の階段近似。
ステップサイズは非常に小さいです。 Δ （デルタ）。
ビットレートはユーザーが決定できます。
より簡単な実装が必要です。

デルタ変調は、DPCM技術の簡略化された形式であり、1ビットDPCM方式とも見なされます。サンプリング間隔が短くなると、信号の相関が高くなります。

デルタ変調器

ザ・ Delta Modulator1ビットの量子化器と遅延回路、および2つのサマー回路で構成されます。以下は、デルタ変調器のブロック図です。

階段近似波形は、ステップサイズをデルタとして持つデルタ変調器の出力になります（Δ）。波形の出力品質は中程度です。

デルタ復調器

デルタ復調器は、ローパスフィルタ、サマー、および遅延回路で構成されています。ここでは予測回路が削除されているため、復調器に想定される入力は与えられません。

以下は、デルタ復調器のブロック図です。

ローパスフィルターは多くの理由で使用されますが、顕著なものは帯域外信号のノイズ除去です。送信機で発生する可能性のあるステップサイズエラーは、granular noise、ここでは削除されます。ノイズが存在しない場合、変調器の出力は復調器の入力と等しくなります。

DPCMに対するDMの利点

1ビット量子化器
変調器と復調器の非常に簡単な設計

ただし、いくつか存在します noise in DM 以下はノイズの種類です。

スロープ過負荷歪み（Δが小さい場合）
粒状ノイズ（Δが大きい場合）

適応デルタ変調

デジタル変調では、出力波の品質に影響を与えるステップサイズを決定する際に特定の問題に遭遇します。

変調信号の急勾配では大きなステップサイズが必要であり、メッセージの勾配が小さい場合は小さなステップサイズが必要です。その結果、細部が見落とされます。したがって、希望する方法でサンプリングを取得するために、要件に応じてステップサイズの調整を制御できるとよいでしょう。これがのコンセプトですAdaptive Delta Modulation (ADM)。

Digital Modulationは、より多くの情報容量、高いデータセキュリティ、より迅速なシステム可用性、および高品質の通信を提供します。したがって、デジタル変調技術には、アナログ技術よりも大量のデータを伝送する能力に対する大きな需要があります。

デジタル変調技術には多くの種類があり、これらの技術を組み合わせて使用することもできます。この章では、最も著名なデジタル変調技術について説明します。

振幅偏移変調

結果として得られる出力の振幅は、キャリア周波数に応じて、ゼロレベルにするか、正と負の変動にするかによって入力データに依存します。

Amplitude Shift Keying (ASK) は、信号の振幅の変動の形でバイナリデータを表す振幅変調の一種です。

以下は、ASK変調波形とその入力の図です。

変調された信号には高周波キャリアがあります。ASKが変調されたときのバイナリ信号は、LOW入力にゼロ値を与え、HIGH入力にキャリア出力を与えます。

周波数偏移変調

出力信号の周波数は、適用される入力データに応じて、高または低になります。

Frequency Shift Keying (FSK)は、離散的なデジタル変化に応じて搬送波信号の周波数が変化するデジタル変調技術です。FSKは周波数変調方式です。

以下は、FSK変調波形とその入力の図です。

FSK変調波の出力は、バイナリHIGH入力の場合は周波数が高く、バイナリLOW入力の場合は周波数が低くなります。バイナリの1と0は呼び出されますMark そして Space frequencies。

位相偏移変調

出力信号の位相は、入力に応じてシフトします。これらは、位相偏移の数に応じて、主にBPSKとQPSKの2つのタイプになります。もう1つは、前の値に従って位相を変更するDPSKです。

Phase Shift Keying (PSK)は、特定の時間にサイン入力とコサイン入力を変化させることによってキャリア信号の位相を変更するデジタル変調技術です。PSK技術は、RFIDおよびBluetooth通信に加えて、無線LAN、生体認証、非接触操作に広く使用されています。

PSKには、信号がシフトする位相に応じて2つのタイプがあります。彼らは-

バイナリ位相偏移変調（BPSK）

これは、 2-phase PSK （または） Phase Reversal Keying。この手法では、正弦波キャリアは0°と180°などの2つの位相反転を取ります。

BPSKは、基本的にDSB-SC（Double Sideband Suppressed Carrier）変調方式であり、メッセージはデジタル情報です。

以下は、BPSK変調出力波とその入力の画像です。

直交位相偏移変調（QPSK）

これは位相偏移変調技術であり、正弦波キャリアは0°、90°、180°、270°などの4つの位相反転を行います。

この種の手法をさらに拡張すると、要件に応じて、PSKを8または16の値で実行できます。次の図は、2ビット入力のQPSK波形を表しており、バイナリ入力のさまざまなインスタンスの変調結果を示しています。

QPSKはBPSKのバリエーションであり、DSB-SC（Double Sideband Suppressed Carrier）変調方式でもあり、一度に2ビットのデジタル情報を送信します。 bigits。

デジタルビットを一連のデジタルストリームに変換する代わりに、ビットペアに変換します。これにより、データビットレートが半分になり、他のユーザーが使用できるようになります。

差動位相偏移変調（DPSK）

DPSK（Differential Phase Shift Keying）では、変調された信号の位相が前の信号要素に対してシフトされます。ここでは、基準信号は考慮されていません。信号位相は、前の要素のハイ状態またはロー状態に従います。このDPSK技術は、基準発振器を必要としません。

次の図は、DPSKのモデル波形を表しています。

上の図から、データビットがLOW、つまり0の場合、信号の位相は反転せず、そのまま継続されることがわかります。データがHIGH、つまり1の場合、NRZIの場合と同様に、信号の位相が反転し、1（差動符号化の形式）で反転します。

上記の波形を観察すると、HIGH状態は M 変調信号で、LOW状態は W 変調信号で。

バイナリという言葉は2ビットを表します。 M 単に、与えられた数のバイナリ変数に対して可能な条件、レベル、または組み合わせの数に対応する数字を表します。

これは、データ伝送に使用されるデジタル変調技術のタイプであり、1ビットではなく2ビットまたは more bits are transmitted at a time。単一の信号が複数ビットの送信に使用されるため、チャネル帯域幅が減少します。

M-ary方程式

デジタル信号が電圧レベル、周波数、位相、振幅などの4つの条件下で与えられる場合、 M = 4。

与えられた数の条件を生成するために必要なビット数は、数学的に次のように表されます。

$$ N = \ log_ {2} M $$

どこ、

N 必要なビット数です。

M で可能な条件、レベル、または組み合わせの数です N ビット。

上記の式は、次のように再配置できます。

$$ 2 ^ {N} = M $$

たとえば、2ビットの場合、 2² = 4 条件が可能です。

M-aryテクニックの種類

一般に、（M-ary）マルチレベル変調技術は、送信機の入力で許可される3つ以上の変調レベルを持つデジタル入力としてデジタル通信で使用されます。したがって、これらの手法は帯域幅効率が高くなります。

多くの異なるM-ary変調技術があります。これらの手法のいくつかは、振幅、位相、周波数など、搬送波信号の1つのパラメータを変調します。

M-ary ASK

これは呼ばれます M-ary Amplitude Shift Keying （M-ASK）または M-ary Pulse Amplitude Modulation (PAM)。

キャリア信号の振幅は、 M さまざまなレベル。

M-aryASKの表現

$$ S_m（t）= A_mcos（2 \ pi f_ct）\：\：\：\：\：\：A_m \ epsilon {（2m-1-M）\ Delta、m = 1,2 .... M } \：\：\：and \：\：\：0 \ leq t \ leq T_s $$

この方法は、PAMでも使用されます。その実装は簡単です。ただし、M-aryASKはノイズや歪みの影響を受けやすくなっています。

M-ary FSK

これは M-ary Frequency Shift Keying。

キャリア信号の周波数は、 M さまざまなレベル。

M-aryFSKの表現

$$ S_ {i}（t）= \ sqrt {\ frac {2E_ {s}} {T_ {S}}} \ cos \ lgroup \ frac {\ Pi} {T_ {s}}（n_ {c} + i）t \ rgroup \：\：\：\：0 \ leq t \ leq T_ {s} \：\：\：and \：\：\：i = 1,2 ..... M $$

ここで、$ f_ {c} = \ frac {n_ {c}} {2T_ {s}} $（固定整数の場合） n。

これは、ASKほどノイズの影響を受けません。送信されたM信号の数は、エネルギーと持続時間が同じです。信号は$ \ frac {1} {2T_s} $で区切られますHz 信号を互いに直交させます。

以来 M信号は直交しており、信号空間に混雑はありません。M-ary FSKの帯域幅効率は低下し、電力効率はMの増加とともに増加します。

M-ary PSK

これは、M-ary位相偏移変調と呼ばれます。

ザ・ phase キャリア信号の M さまざまなレベル。

M-aryPSKの表現

$$ S_ {i}（t）= \ sqrt {\ frac {2E} {T}} \ cos（w_ {0} t + \ emptyset_ {i} t）\：\：\：\：0 \ leq t \ leq T_ {s} \：\：\：and \：\：\：i = 1,2 ..... M $$

$$ \ emptyset_ {i} t = \ frac {2 \ Pi i} {M} \：\：\：where \：\：i = 1,2,3 ... \：... M $$

ここでは、エンベロープは一定であり、より多くの位相の可能性があります。この方法は、宇宙通信の初期に使用されました。ASKやFSKよりも優れた性能を発揮します。受信機での最小の位相推定誤差。

M-ary PSKの帯域幅効率は低下し、電力効率は M。これまで、さまざまな変調技術について説明してきました。これらすべての手法の出力は、1と0で表されるバイナリシーケンスです。このバイナリまたはデジタル情報には多くの種類と形式があり、それらについてさらに説明します。

情報は、アナログであろうとデジタルであろうと、通信システムのソースです。 Information theory は、情報の定量化、保存、および通信とともに、情報のコーディングを研究するための数学的アプローチです。

イベントの発生条件

イベントを考えると、3つの発生条件があります。

イベントが発生していない場合は、次の条件があります。 uncertainty。
イベントが発生したばかりの場合、次の条件があります surprise。
イベントが発生した場合、過去に、いくつかの条件があります information。

したがって、これら3つは異なる時間に発生します。これらの条件の違いは、イベントの発生確率に関する知識を得るのに役立ちます。

エントロピ

イベントの発生の可能性を観察するとき、それがどれほど驚きであるか不確実であるかにかかわらず、それは私たちがイベントのソースからの情報の平均的な内容について考えようとしていることを意味します。

Entropy ソースシンボルごとの平均情報量の尺度として定義できます。 Claude Shannon、「情報理論の父」は、次のようにその公式を与えました

$$ H =-\ sum_ {i} p_i \ log_ {b} p_i $$

ここで、$ p_i $は文字番号の出現確率です。 i与えられた文字のストリームから、bは使用されるアルゴリズムのベースです。したがって、これは次のようにも呼ばれますShannon’s Entropy。

チャネル出力を観察した後、チャネル入力について残っている不確かさの量は、次のように呼ばれます。 Conditional Entropy。$ H（x \ arrowvert y）$で表されます

ディスクリートメモリレスソース

以前の値とは無関係に、データが連続した間隔で放出されているソースは、次のように呼ぶことができます。 discrete memoryless source。

このソースは、連続した時間間隔ではなく、離散的な時間間隔で考慮されるため、離散的です。このソースは、以前の値を考慮せずに、各時点で新鮮であるため、メモリがありません。

ソースコーディング

定義によれば、「エントロピーの離散メモリレスソース$ H（\ delta）$が与えられた場合、任意のソースエンコーディングの平均コードワード長$ \ bar {L} $は$ \ bar {L} \ geqHとして制限されます。（\ delta）$」。

簡単に言うと、コードワード（例：QUEUEという単語のモールス信号は-.- ..- ..-。）は、常にソースコード（例ではQUEUE）以上です。つまり、コードワードの記号は、ソースコードのアルファベット以上です。

チャネルコーディング

通信システムのチャネルコーディングは、システムの信頼性を向上させるために、制御による冗長性を導入します。ソースコーディングは冗長性を減らしてシステムの効率を改善します。

チャネルコーディングは、アクションの2つの部分で構成されます。

Mapping チャネル入力シーケンスへの着信データシーケンス。
Inverse mapping チャネル出力シーケンスを出力データシーケンスに変換します。

最終的な目標は、チャネルノイズの全体的な影響を最小限に抑えることです。

マッピングはエンコーダーの助けを借りて送信機によって行われますが、逆マッピングはデコーダーによって受信機で行われます。

信号を送信する前に、集合的なクラスの信号技術を使用して、安全な通信を提供します。 Spread Spectrum Modulation。スペクトラム拡散通信技術の主な利点は、それが意図的であろうと非意図的であろうと、「干渉」を防ぐことです。

これらの技術で変調された信号は干渉しにくく、妨害されません。公式アクセス権のない侵入者は、それらをクラックすることは決して許されません。したがって、これらの技術は軍事目的で使用されます。これらのスペクトラム拡散信号は、低電力密度で送信され、信号の広がりが広くなります。

疑似ノイズシーケンス

特定の自己相関プロパティを持つ1と0のコード化されたシーケンス。 PseudoNoise coding sequenceスペクトラム拡散技術で使用されます。これは、巡回符号の一種である最大長のシーケンスです。

狭帯域信号

狭帯域信号は、次の図の周波数スペクトルに示すように、信号強度が集中しています。

狭帯域信号の特徴は次のとおりです-

信号の帯域は狭い範囲の周波数を占めます。
電力密度が高い。
エネルギーの広がりは低く、集中しています。

機能は良好ですが、これらの信号は干渉を受けやすいです。

スペクトラム拡散信号

スペクトラム拡散信号は、次の周波数スペクトル図に示すように、信号強度が分布しています。

スペクトラム拡散信号の特徴は次のとおりです-

信号の帯域は広範囲の周波数を占めます。
電力密度は非常に低いです。
エネルギーは広く行き渡っています。

これらの機能により、スペクトラム拡散信号は干渉や妨害に対して非常に耐性があります。複数のユーザーが互いに干渉することなく同じスペクトラム拡散帯域幅を共有できるため、これらは次のように呼び出すことができます。multiple access techniques。

スペクトラム拡散多元接続技術は、必要な最小RF帯域幅よりも大きい送信帯域幅を持つ信号を使用します。

スペクトラム拡散信号は2つのカテゴリに分類できます-

周波数ホップスペクトラム拡散（FHSS）
直接シーケンススペクトラム拡散（DSSS）

周波数ホップスペクトラム拡散

これは周波数ホッピング技術であり、ユーザーは指定された時間間隔で使用頻度を次から次へと変更するため、次のように呼ばれます。 frequency hopping。

たとえば、特定の期間、送信者1に周波数が割り当てられました。ここで、しばらくすると、送信者1は他の周波数にホップし、送信者2は以前にsender1によって使用されていた最初の周波数を使用します。これはfrequency reuse。

安全な送信を提供するために、データの周波数は相互にホップされます。各周波数ホップに費やされた時間は、Dwell time。

直接シーケンススペクトラム拡散

ユーザーがこのDSSS技術を使用してデータを送信する場合は常に、ユーザーデータのすべてのビットにチッピングコードと呼ばれる秘密のコードが乗算されます。このchipping code元のメッセージと乗算されて送信される拡散コードに他なりません。受信者は同じコードを使用して元のメッセージを取得します。

このDSSSは、 Code Division Multiple Access (CDMA)。

FHSSとDSSS / CDMAの比較

両方のスペクトラム拡散技術は、その特性で人気があります。明確に理解するために、それらの比較を見てみましょう。

FHSS	DSSS / CDMA
複数の周波数が使用されます	単一周波数が使用されます
いつでもユーザーの頻度を見つけるのは難しい	割り当てられたユーザーの頻度は常に同じです
周波数の再利用が許可されます	周波数の再利用は許可されていません
送信者は待つ必要はありません	スペクトルがビジーの場合、送信者は待機する必要があります
信号の電力強度が高い	信号の電力強度が低い
それはより強く、障害物を貫通します	FHSSに比べて弱いです
干渉の影響を受けることはありません	干渉の影響を受ける可能性があります
もっと安い	高いです
これは最もよく使われるテクニックです	この手法はあまり使用されません

スペクトラム拡散の利点

スペクトラム拡散の利点は次のとおりです。

クロストークの排除
データの整合性を備えたより良い出力
マルチパスフェージングの影響の低減
より良いセキュリティ
騒音の低減
他のシステムとの共存
より長い作動距離
検出が難しい
復調/デコードが難しい
信号を妨害するのが難しい

スペクトラム拡散技術はもともと軍事用途向けに設計されましたが、現在では商業目的として広く使用されています。

これまでに議論されたデジタル通信技術は、光通信と衛星通信の両方の研究の進歩につながりました。それらを見てみましょう。

光ファイバー

光ファイバは、光周波数で動作する誘電体導波路として理解できます。デバイスまたはチューブは、曲がっている場合、またはエネルギーを放射するために終端されている場合、waveguide、一般に。次の画像は、光ファイバーケーブルの束を示しています。

電磁エネルギーは光の形でそれを通って移動します。導波路に沿った光の伝搬は、次のように呼ばれる一連の誘導電磁波の観点から説明できます。modes 導波管の。

動作原理

光ファイバーを研究している間、人が考えるべき基本的な光学パラメータは Refractive index。定義上、「真空中の光速と物質中の光速の比は屈折率です。n材料の。」−として表されます

$$ n = \ frac {c} {v} $$

どこ、

c=自由空間での光速= 3× ¹⁰⁸ m / s

v =誘電体または非導電性材料の光速

一般的に、進行光線の場合、 reflection行われたときに、N ₂ <N ₁。界面での光線の曲がりは、屈折率が異なる2つの材料の光速の違いの結果です。界面でのこれらの角度間の関係は、次のように呼ぶことができます。Snell’s law。−として表されます

$$ n_1sin \ phi _1 = n_2sin \ phi _2 $$

どこ、

$ \ phi _1 $は入射角です

$ \ phi _2 $は屈折角です

N ₁及びN _2は、 2つの材料の屈折率であります

光学的に密度の高い材料の場合、同じ材料内で反射が発生すると、このような現象は次のように呼ばれます。 internal reflection。入射角と屈折角を次の図に示します。

入射角$ \ phi _1 $がはるかに大きい場合、ある点での屈折角$ \ phi _2 $はΠ/ 2になります。このポイントを超えると、それ以上の屈折は不可能です。したがって、そのような点は次のように呼ばれます。Critical angle $\phi _c$。入射角$ \ phi _1 $が臨界角より大きい場合、total internal reflection 満足しています。

次の図は、これらの用語を明確に示しています。

このような状態で光線がガラスを通過すると、ガラスの表面から光が漏れることなく、光線は完全に反射してガラスに戻ります。

繊維の部品

最も一般的に使用される光ファイバーは single solid di-electric cylinder 半径の a及び屈折率N ₁。次の図は、光ファイバーの部品を説明しています。

このシリンダーは、 Core繊維の。固体の誘電体がコアを取り囲んでおり、これは次のように呼ばれます。Cladding。クラッドは屈折率n持つ₂未満でnは₁。

クラッディングは-に役立ちます

散乱損失の低減。
繊維に機械的強度を追加します。
不要な表面汚染物質を吸収することからコアを保護します。

光ファイバの種類

コアの材料組成に応じて、一般的に使用される2種類のファイバーがあります。彼らは-

Step-index fiber −コアの屈折率は全体にわたって均一であり、クラッド境界で急激な変化（またはステップ）を受けます。
Graded-index fiber −コアの屈折率は、ファイバの中心からの半径方向の距離の関数として変化します。

これらは両方ともさらに-に分けられます

Single-mode fiber −これらはレーザーで励起されます。
Multi-mode fiber −これらはLEDで励起されます。

光ファイバ通信

光ファイバーの通信システムは、その部品やセクションを研究することでよく理解されています。光ファイバ通信システムの主要な要素を次の図に示します。

基本的なコンポーネントは、光信号送信機、光ファイバー、および光検出受信機です。通信システムの性能を向上させるために、ファイバーおよびケーブルのスプライサーとコネクター、再生器、ビームスプリッター、光増幅器などの追加要素が採用されています。

機能上の利点

光ファイバの機能上の利点は次のとおりです。

光ファイバケーブルの伝送帯域幅は、金属ケーブルよりも高くなっています。
データ伝送量は光ファイバーケーブルの方が多くなります。
電力損失は非常に低いため、長距離伝送に役立ちます。
光ファイバケーブルは高いセキュリティを提供し、タップすることはできません。
光ファイバケーブルは、データ伝送のための最も安全な方法です。
光ファイバケーブルは、電磁干渉の影響を受けません。
これらは電気ノイズの影響を受けません。

物理的な利点

光ファイバケーブルの物理的な利点は次のとおりです。

これらのケーブルの容量は、銅線ケーブルよりもはるかに高くなっています。
容量は大きくなりますが、ケーブルのサイズは銅線ケーブルシステムのように大きくなりません。
これらのケーブルが占めるスペースははるかに少ないです。
これらのFOCケーブルの重量は、銅ケーブルよりもはるかに軽量です。
これらのケーブルは誘電体であるため、火花の危険はありません。
これらのケーブルは、曲がりやすく柔軟性があるため、銅ケーブルよりも耐食性に優れています。
光ファイバケーブルの製造原料は、銅よりも安価なガラスです。
光ファイバケーブルは銅ケーブルよりも長持ちします。

短所

光ファイバーには多くの利点がありますが、次のような欠点があります。

光ファイバケーブルは長持ちしますが、設置コストが高くなります。
リピーターの数は距離とともに増加します。
それらはプラスチックの鞘に囲まれていないと壊れやすいです。したがって、銅の保護よりも多くの保護が必要です。

光ファイバーの応用

光ファイバには多くの用途があります。それらのいくつかは次のとおりです-

電話システムで使用
海底ケーブルネットワークで使用
コンピュータネットワーク、CATVシステムのデータリンクで使用されます
CCTV監視カメラで使用
消防、警察、その他の緊急サービスを接続するために使用されます。
病院、学校、および交通管理システムで使用されます。
それらは多くの産業用途があり、頑丈な建設にも使用されます。

A satellite と呼ばれる数学的に予測可能な経路で別の物体の周りを移動する物体です Orbit。通信衛星は、インターネットアプリケーションとともに、電気通信、ラジオ、テレビで役立つ宇宙のマイクロ波リピーターステーションに他なりません。

A repeaterは、受信信号の強度を高めて再送信する回路です。しかし、ここではこのリピーターはtransponder、送信信号の周波数帯域を受信信号から変更します。

信号が空間に送られる周波数はと呼ばれます Uplink frequency、トランスポンダによって送信される頻度は Downlink frequency。

次の図は、この概念を明確に示しています。

それでは、衛星通信の長所、短所、およびアプリケーションを見てみましょう。

衛星通信-利点

衛星通信には、次のような多くの利点があります。

Flexibility
新しい回路の設置が簡単
距離は簡単にカバーされ、コストは関係ありません
放送の可能性
地球の隅々まで覆われています
ユーザーはネットワークを制御できます

衛星通信-デメリット

衛星通信には以下の欠点があります-

セグメントや打ち上げなどの初期費用が高すぎる。
周波数の混雑
干渉と伝播

衛星通信-アプリケーション

衛星通信は、次の分野でその用途があります-

ラジオ放送で。
DTHなどのテレビ放送で。
データ転送用のインターネット接続の提供、GPSアプリケーション、インターネットサーフィンなどのインターネットアプリケーション。
音声通信用。
多くの分野で、研究開発部門向け。
軍事用途およびナビゲーション。

軌道上での衛星の向きは、ケプラーの法則と呼ばれる3つの法則に依存します。

ケプラーの法則

天文学者のヨハネス・ケプラー（1571-1630）は、衛星の動きに関して3つの革命的な法則を与えました。一次衛星（地球）の周りを衛星がたどる経路はellipse。Ellipseには2つの焦点があります-F1 そして F2、地球はそれらの1つです。

オブジェクトの中心から楕円軌道上の点までの距離を考慮すると、中心から楕円の最も遠い点は次のように呼ばれます。 apogee 中心からの楕円の最短点は次のように呼ばれます perigee。

ケプラーの1^番目の法則

ケプラーの第¹法則は、「すべての惑星は、太陽を焦点の1つとして、楕円軌道で太陽の周りを回転する」と述べています。そのため、衛星は地球を焦点の1つとして楕円軌道を移動します。

楕円の半主軸は 'で表されますa'および短半径は次のように表されます b。したがって、このシステムの離心率eは次のように書くことができます。

$$ e = \ frac {\ sqrt {a ^ {2} -b ^ {2}}} {a} $$

Eccentricity (e) −円ではなく、楕円の形状の違いを定義するパラメータです。
Semi-major axis (a) −これは、中心に沿って2つの焦点を結ぶように描かれた最長の直径であり、両方のアポジ（中心から楕円の最も遠い点）に接触します。
Semi-minor axis (b) −両方の境界（中心からの楕円の最短点）に接する、中心を通る最短の直径です。

これらは次の図でよく説明されています。

楕円軌道の場合、離心率は0と1の間にあることが常に望ましいです。つまり、0 <e <1であるため、 e ゼロになると、パスは楕円形ではなくなり、円形パスに変換されます。

ケプラーの2^番目の法則

ケプラーの2^回目「の時間の等間隔のために、衛星がカバーするエリアは、地球の中心に対して等しい。」、法律状態

次の図を見るとわかります。

衛星がカバーしていると仮定します p1 そして p2 同じ時間間隔での距離、次に面積 B1 そして B2 それぞれ両方のインスタンスでカバーされ、等しい。

ケプラーの3^番目の法則

ケプラーの3^番目の「軌道の周期的な時間の正方形の2つの物体間の平均距離の3乗に比例している。」、という法則状態

これは数学的に次のように書くことができます

$$ T ^ {2} \：\ alpha \：\：a ^ {3} $$

これは意味します

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} a ^ {3} $$

ここで、$ \ frac {4 \ pi ^ {2}} {GM} $は比例定数です（ニュートン力学による）

$$ T ^ {2} = \ frac {4 \ pi ^ {2}} {\ mu} a ^ {3} $$

μは、地球の地心重力定数=、すなわちΜ= 3.986005×10 ¹⁴ m個³ /秒²

$$ 1 = \ left（\ frac {2 \ pi} {T} \ right）^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} $$

$$ 1 = n ^ {2} \ frac {a ^ {3}} {\ mu} \：\：\：\ Rightarrow \：\：\：a ^ {3} = \ frac {\ mu} {n ^ {2}} $$

どこ n =ラジアン/秒単位の衛星の平均運動

衛星の軌道機能は、これらのケプラーの法則の助けを借りて計算されます。

これらに加えて、注意しなければならない重要なことがあります。衛星は、地球の周りを回転するときに、重力である地球からの引っ張り力を受けます。また、それは太陽と月からいくらかの引っ張り力を経験します。したがって、それに作用する2つの力があります。彼らは-

Centripetal force −軌道経路を移動する物体をそれ自体に向かって引き寄せる傾向がある力は、次のように呼ばれます。 centripetal force。
Centrifugal force −軌道経路を移動する物体をその位置から遠ざける傾向がある力は、次のように呼ばれます。 centrifugal force。

したがって、衛星は軌道上にとどまるためにこれら2つの力のバランスをとる必要があります。

地球軌道

衛星は、宇宙に打ち上げられたとき、その革命のための特定の方法を提供するために特定の軌道に配置する必要があります。これにより、アクセシビリティを維持し、科学、軍事、または商業のいずれの目的にも役立ちます。地球に関して衛星に割り当てられているそのような軌道は、Earth Orbits。これらの軌道にある衛星は地球ですOrbit Satellites。

地球軌道の重要な種類は次のとおりです-

静止地球軌道
中軌道
低軌道

静止地球軌道衛星

A Geo-Synchronous Earth Orbit (GEO)衛星は、地球から22,300マイルの高度に配置されている衛星です。この軌道はと同期していますside real day（つまり、23時間56分）。この軌道はできますhave inclination and eccentricity。円形ではない場合があります。この軌道は、地球の極で傾けることができます。しかし、地球から見ると静止しているように見えます。

同じ静止軌道で、円形で赤道面にある場合は、次のように呼ばれます。 geo-stationary orbit。これらの衛星は、地球の赤道上35,900 km（静止衛星と同じ）に配置され、地球の方向（西から東）に対して回転し続けます。これらの衛星は地球に対して静止していると見なされているため、その名前が示しています。

静止地球軌道衛星は、天気予報、衛星テレビ、衛星ラジオ、その他の種類のグローバル通信に使用されます。

次の図は、静止軌道と静止軌道の違いを示しています。自転軸は地球の動きを示しています。

Note−すべての静止軌道は、静止軌道です。しかし、すべての静止軌道は静止軌道ではありません。

中軌道衛星

Medium Earth Orbit (MEO)衛星ネットワークは、地球の表面から約8000マイルの距離を周回します。MEO衛星から送信された信号は、より短い距離を移動します。これは、受信側の信号強度の向上につながります。これは、受信側でより小型で軽量の受信端末を使用できることを示しています。

信号は衛星との間の距離が短いため、送信遅延が少なくなります。 Transmission delay 信号が衛星に到達し、受信ステーションに戻るのにかかる時間として定義できます。

リアルタイム通信の場合、伝送遅延が短いほど、通信システムは優れています。例として、GEO衛星が往復に0.25秒を必要とする場合、MEO衛星は同じ旅行を完了するのに0.1秒未満しか必要としません。MEOは、2GHz以上の周波数範囲で動作します。

低軌道衛星

低軌道（LEO）衛星は、主に3つのカテゴリ、つまり、小さなLEO、大きなLEO、およびメガLEOに分類されます。LEOは、地球の表面から500〜1000マイルの距離を周回します。

この比較的短い距離により、伝送遅延がわずか0.05秒に短縮されます。これにより、敏感でかさばる受信機器の必要性がさらに減少します。リトルLEOは800MHz（0.8 GHz）の範囲で動作します。BigLEOは2GHz以上の範囲で動作し、Mega-LEOは20〜30GHzの範囲で動作します。

に関連するより高い周波数 Mega-LEOs より多くの情報伝達能力に変換され、リアルタイムの低遅延ビデオ伝送方式の機能になります。

次の図は、LEO、MEO、およびGEOのパスを示しています。