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1 第 4 章 ディジタル伝送

2 伝送媒体と伝送損失 1000 伝送損失 (db/km) mmPEF 標準同軸 51mm 導波管 光ファイバ G 1T 1000T 周波数 (Hz) 図 4.1

3 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

4 同軸ケーブルの構造 内部導体 ( 中心導体 ) 絶縁体 外部導体 鋼テープ 外部被覆 断面 側面 図 4.2

5 光ファイバケーブルと光ファイバ心線 の構造例 光ファイバ心線 (0.9mm 径 ) テンションメンバ 光ファイバ 1 次被覆 2 次被覆 保護層 押さえ巻 被覆 ( シース ) 光ファイバケーブルの構造例 ( 外径 12mm) 光ファイバ心線の構造例 ( 外径 0.9mm) 光ファイバケーブルと光ファイバ心線の構造例 図 4.3

6 光ファイバーケーブル 6 コア =10μm 125μm

7 光ファイバの伝送損失例 図 4.4

8 周波数帯別電波利用 波長周波数名称利用例 1cm 10cm 1m 10m 100m 1km 10km 300GHz 30GHz 3GHz 300MHz 30MHz 3MHz 300kHz 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 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 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 VHF FM 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 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 100km 30kHz 超長波 VLF 長波船舶 航空機ビーコン標準電波 図 4.5

9 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 容量小 ( 使用しない ) 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 サブミリ波減衰大 ( 使用しない )

10 大気の透過率 ( 晴天時 ) 図 4.6

11 無線の種類 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) 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

12 大気の光波減衰量累積分布 10dB/km 以下となる確率 =98% 光空間伝搬デモ 図 4.7

13 ディジタル伝送符号変換 表 4.1 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 マンチェスター符号 1: 10 0: 01 1/2 3 あり バイフェーズ符号 CMI 1: 00 と 11 を交互に送出 0: 10] 2f 1/2 2 あり DMI 1: : 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

14 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

15 デジタル再生中継器の基本構成 図 4.9

16 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

17 各種アプリケーションの特徴 表 4.2 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 トランザクション処理 ファイル転送 片方向 1 対 1 1 対 N 双方向 1 対 1 片方向 1 対 1 小 < 秒緩い厳しいテキスト ( 文字 ) 小 - 秒緩い最も厳しいテキスト ( 文字 ) 中 - 大秒 - 時間緩い厳しいディジタルデータ

18 1900 年当時の架空電話線の様子 (Pratt KS Maze of wires in Pratt, Kansas Picture # S 1030) 図 4.10

19 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)

20 各種多重化方式 アナログ多重 周波数分割多重 FDM Frequency Division Multiplex 時分割多重 TDM Time Division Multiplex 時間圧縮多重 TCM Time Compression Multiplex ディジタル多重 ラベル多重 固定長ブロック ATM セル多重 ATM cell Multiplex 可変長ブロック X.25 パケット多重 Packet Multiplex FR 多重 Frame Relay Multiplex IP パケット多重 IP Packet Multiplex 符号多重 CDM Code Division Multiplex 図 4.11

21 ラベル多重と時間位置多重 ユーザ情報 タイムスロット 125 μs フレーム 125 μs フレーム 125 μs フレーム 時間 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 (a) 時間位置多重化方式 STM(Synchronous Transfer Mode: 同期転送モード ) ユーザ情報 セル ヘッダ 情報フィールド 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 時間 (b) ラベル多重方式 ATM(Asynchronous Transfer Mode: 非同期転送モード ) 図 4.12

22 同期多重と非同期多重の原理 同期低次群信号 非同期低次群信号 高次群信号 フレーム同期信号 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 (a) 同期多重 (b) 非同期多重 ( 独立同期 ) 図 4.13

23 ビット多重とオクテット多重 1 ビット 低次群信号 A A A A A A A (8 ビット ) A (8 ビット ) 高次群信号 A A A A A A A A A 低次群ビット信号 フレーム同期信号 (a) ビット多重 低次群オクテット信号 フレーム同期信号 (b) オクテット多重 図 4.14

24 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

25 ディジタルハイアラーキ (PDH と SDH) 日本 (JDH) 北米 (NADH) ヨーロッパ (EDH) 5 次群 DS5 4 次群 DS4 3 次群 DS3 2 次群 DS Mbps Mbps Mbps Mbps Mbp s Mbps kbps Mbps Mbps Mbps 4 5 次群 E5 4 次群 E4 3 次群 E3 2 次群 E Mbps Mbps Mbps Mbps 4 STM-4 STM-1 SDH STS-12 OC-12 STS-3 OC-3 STS-1 SONET 1 次群 DS1/T1 0 次群 DS Mbps 64kbps Mbps 64kbps 30 1 次群 E1 0 次群 DS Mbps 64kbps 24 PDH SDH 独立同期同期図 4.15 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

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