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1 情報工学 I 第 13 回テレメータ

2 今日のテーマ 今日は テレメータについて学びます 内容は 電波の性質 周波数と波長 医用テレメータシステム などです

3 電波の性質 電磁波 は 低周波電磁場から γ( ガンマ ) 線まで 波長によって 呼び名 性質 使用方法 などが大きく異なる

4 電磁波の波長と呼び名 周波数 波長 呼び名 用途など 30kHz 以下 10km 以上 超長波 (VLF) 電波時計 30kHz~300kHz 1km~10km 長波 (LF) 長波放送 潜水艦との通信 300kHz~ 3MHz 100m~1km 中波 (MF) ラジオ放送 3MHz~ 30MHz 10m~100m 短波 (HF) 海外向けラジオ放送 30MHz~300MHz 1m~10m 超短波 (VHF) テレビ 300MHz~ 3GHz 0.1m~1m 極超短波 (UHF) テレビ 携帯電話 無線 LAN 3GHz~ 30GHz 0.01m~0.1m センチ波 (SHF) 衛星放送 レーダー 30GHz~300GHz 0.001m~0.01m ミリ波 (EHF) 車載レーダー 300GHz~3THz m~0.001m サブミリ波 / 遠赤外線 - 3THz~370THz 810nm~0.0001m 赤外線 加熱 370THz~790THz 380nm~810nm 可視光 - 790THz~30PHz 10nm~380nm 紫外線 殺菌 30PHz~300EHz 0.001nm~10nm X 線 レントゲンなど 3EHz 以上 0.1nm 以下 γ 線 放射線 h%p://www16.plala.or.jp/pc- MURA/Dennjiha.htm

5 場 / 電磁界 Field ( 場 ) スカラー 場 とベクトル 場 目には見えなくても 空間にエネルギーが存在していて その量や 方向 などが空間内で変化している 身の回りの 空気 の 密度 のように 変化していてもなかなか気づかない 流れや力は ベクトル場 ( 重力など ) 磁場や電場も ベクトル場 で 温度などは スカラー場 磁場 磁石の力の働いている場所 金属を近づけると 力が働く 電場 磁場と同じように存在している

6 東京スカイツリー なぜ 東京スカイツリーは必要になったか? 東京に 観光新名所が必要になった? 東京タワーがあったのに 衛星通信でも良かったのに 公共事業が必要だったから? という説もありますが

7 ラジオ波とマイクロ波 AM 放送のラジオ波 NHK: 594kHz 波長 : 約 500m 建物の影などにも回り込める 空間全体 に伝わるので 建物の中でも受信できる 波長よりも長い幅も高さも 600m 以上の建物では難しい! FM 放送やテレビ電波 NHK: 映像 91.25MHz, 音声 95.75MHz 波長 :3m 波長よりも長い構造物で遮蔽されるため ビルなどの影には届かない 電波障害 地上波ディジタル放送 : マイクロ波領域 NHK: 中心周波数 557MHz, 波長約 54cm 50cm より大きいものの影には 回り込めない 直進性

8 障害物を避ける送信 ( どう考えても 障害物を避けるなら 衛星通信が効果的だとは思いますが ) メンテナンスは地上の方がしやすいから? 高い方が遠くに届く障害物を回避できる というのがよく言われる理由 h%p://amor1029.exblog.jp/ /

9 波長と性質 低周波電磁場 は 周囲の 空気 と同じように そこにある ( 場 :Field) という感じの性質を持つ マイクロ波 光になると 直進性 が重要になってくる 波長によって性質が 変わる の? ホイヘンス = フレネルの原理 : Wikipedia でも 私達は人間の今の大きさなので 性質が変わる と覚えていいと思う 人間の大きさや 人間の作った建造物 原子や分子の大きさと 電磁波の波長との相対的な関係によるので 波動 としての性質や振る舞いは 実は変わっていない 身長 10km の人の世界では 中波も 直進性 が強いことになる

10 短波長の電磁波 ( 再掲 ) マイクロ波など 波長の短い電磁波 : 減衰が激しい ( 遠距離に届かない ) 直線性が強い ( ビルなどの影に回り込まない ) 建造物や 周囲の モノ の大きさとの関係による だから 高い送信アンテナが必要 波長ごとの電磁波の特徴は 理解しておくと良い

11 電磁波の波長と呼び名 周波数 波長 呼び名 用途など 30kHz 以下 10km 以上 超長波 (VLF) 電波時計 30kHz~300kHz 1km~10km 長波 (LF) 長波放送 潜水艦との通信 300kHz~ 3MHz 100m~1km 中波 (MF) ラジオ放送 3MHz~ 30MHz 10m~100m 短波 (HF) 海外向けラジオ放送 30MHz~300MHz 1m~10m 超短波 (VHF) テレビ 300MHz~ 3GHz 0.1m~1m 極超短波 (UHF) テレビ 携帯電話 無線 LAN 3GHz~ 30GHz 0.01m~0.1m センチ波 (SHF) 衛星放送 レーダー 30GHz~300GHz 0.001m~0.01m ミリ波 (EHF) 車載レーダー 300GHz~3THz m~0.001m サブミリ波 / 遠赤外線 - 3THz~370THz 810nm~0.0001m 赤外線 加熱 370THz~790THz 380nm~810nm 可視光 - 790THz~30PHz 10nm~380nm 紫外線 殺菌 30PHz~300EHz 0.001nm~10nm X 線 レントゲンなど 3EHz 以上 0.1nm 以下 γ 線 放射線 h%p://www16.plala.or.jp/pc- MURA/Dennjiha.htm

12 ウルトラとスーパー : どちらがすごい? HF: High Frequency 短波 ( 高周波 ) VHF: Very High Frequency 超短波 { 大変高周波?} UHF: Ultra High Frequency 極超短波 { 超高周波?} 300MHz 3GHz, 波長 10cm 1m [ ごくちょうたんぱ と読む ] SHF: Super High Frequency センチ波 { 極高周波?} EHF: Extremely High Frequency ミリ波 { 絶高周波?} つまり Very < Ultra < Super < Extremely 大変 < 超 < 極 < 絶 という感じか? センチ波 ミリ波などは 正式 な呼び名ですが {} 内は 決して暗記しないで下さい 大変すごい < 超すごい < 極すごい < 絶すごい は私が言ってるだけです でも Ultra vs. Super は Super の名前勝ち! 画像は 無料壁紙 広告サイトの DVD ジャケットから

13 第 18 回国家試験問題 18P22 情報工学 医療用テレメータに割り当てられている周波数の帯域はどれか 1. HF 2. VHF 3. UHF 4. SHF 5. EHF 答 (3)

14 Ultra vs. Super (VGA の場合 ) コンピュータ画面の画素数の話題です VGA (Video Graphics Array) SVGA (Super-VGA) XGA (extended Graphics Array) SXGA (Super-XGA) UXGA (Ultra-XGA) WUXGA (Wide-Ultra-XGA) QXGA (Quad-XGA) QUXGA (Quad-Ultra-XGA) こちらは Ultra の圧勝

15 ここで改めて 医療用テレメータなどに使われている周波数 300MHz 3GHz 波長 0.1m(10cm) 1mの電波の呼び名は 日本語では何で 英語の略称は何でしょうか? もう一つ 周波数 3GHz 30GHz 波長 0.01m(1cm) 0.1m(10cm) の電波の呼び名は?

16 特定小電力無線 73.6MHz 74.8MHz ワイヤレスマイクロフォン 75.2MHz 76.0MHz ワイヤレスマイクロフォン補聴援助用 MHz MHz 動物検知通報システム MHz MHz ワイヤレスマイクロフォン補聴援助用 312MHz MHz テレメータ / テレコントロールなど 322MHz 323MHz ワイヤレスマイクロフォン 402MHz 405MHz 体内埋め込み型医療用データ伝送用 / 体外無線制御装置 410MHz 430MHz テレメータ / 医療用テレメータ MHz MHz 433MHz 帯国際輸送用データ伝送用無線設備 (ARIB) 440MHz 470MHz テレメータ / 医療用テレメータ 806MHz 810MHz ワイヤレスマイクロフォン 950MHz 958MHz 950MHz 帯移動体識別用無線設備 (ARIB) 1215MHz 1260MHz ミリ波レーダ / ミリ波データ伝送 10.5GHz 10.55GHz ( 屋内専用 ) ミリ波データ伝送 24.05GHz 24.25GHz ミリ波レーダ / ミリ波データ伝送 59GHz 66GHz ミリ波レーダ / ミリ波データ伝送 76GHz 77GHz ミリ波レーダ

17 特定小電力医用テレメータ この周波数だけしかダメという訳ではないが MHz 帯では 6 バンドを使っている

18 第 18 回国家試験問題 18A54 生体計測装置学医療用テレメータについて誤っているのはどれか 1. ゾーン配置は建物の構造によって異なる 2. 近接する周波数にはアマチュア無線帯域がある 3. 送信周波数は MHz の範囲にある 4. 受信アンテナの長さは波長の 1/4 倍に設定する バンドが割り当てられている 答 (5)

19 第 24 回国家試験 24P44 生体計測装置学 430MHz の小電力医用テレメータで使用するアンテナの長さ [cm] に最も近いのはどれか 答 (3) 波長は [m/s] [Hz] = 0.70[m] ですが 医療用ダイポールアンテナの場合 1/2 波長が最適

20 医療用テレメータ ( 例 ) h%p://

21 第 20 回国家試験問題 20P21 情報工学答 (2) 通信について誤っているのはどれか a. より合わせ銅線ケーブルによる有線通信は 固結ケーブルに比べ電磁妨害に強い b. 光ファイバによる有線通信は より合わせ銅線ケーブルに比べ電磁妨害に強い c. 建物内での電波による無線通信では マルチパスフェージングが生じる d. 周波数変調 (FM) は直流を含んだ信号を送信できる e. 医用テレメータは中波帯の電波を使用している 1. a b 2. a e 3. b c 4. c d 5. d e

22 マルチパスフェージング マルチパス (mulkple path) とは 電波が建物などに反射し いろいろな通り道を通って受信アンテナに届くこと フェージング (fading) は 電波の強さが時間的に変動する現象 建物内で 送出波と半波長ずれた反射波が重なると信号が打ち消されてしまう h%p:// new/jp/qa html

23 23P27 生体計測装置学 第 23 回国家試験 小電力医用テレメータについて誤っているのはどれか 1. 送信周波数は MHz である 2. ディジタル変調に FSK 変調方式を用いる 3. A E の 5 バンドが割り当てられている 4. 同一ゾーン内では同一色ラベルの送信機を用いる 5. 送信アンテナは誘導コードと兼用できる 答 (3)

24 ディジタル変調方式 ( 再掲 ) 教科書 P143 ASK: Amplitude Shil Keying 振幅偏移変調方式 FSK: Frequency Shil Keying 周波数偏移変調方式 PSK: Phase Shil Keying 位相偏移変調方式 QAM: Quadrature Amplitude Modulakon 直交振幅偏移変調方式

25 ASK, FSK ASK (Amplitude Shil Keying) FSK (Frequency Shil Keying ) h%p:// ho.ne.jp/uwano/download/k- seminar07.pdf

26 バンドの分割 分割の方式で A 型 E 型に分かれる 占有周波数が狭い方がチャンネル数が多い

27 型とチャンネル数の関係

28 テレメータ / テレメトリとは 今さら という話題ですが Telemetering, Telemetry とは 遠隔計測法 Telemeter は Telemetry の計測装置 観測対象から離れた地点から様々な観測を行い そのデータを取得する技術 医療以外では 原子力 宇宙開発 野生動物研究などによく用いられている

29 動物の行動追跡 無線送信機をつけて 行動の様子を受信するのがテレメトリ h%p:// ltd.co.jp/~seiden/koudouiki.html h%p://

30 今日のまとめ 電磁波の 周波数帯ごとの呼び名などを学んだ 周波数帯ごとの 電磁波の特徴の違いを学んだ 電波を用いて情報を送る際に起きる マルチパスフェージングなどの現象を学んだ 医用テレメータの周波数帯の分割方式などについて 過去問題を中心に整理した

31 来週の予告 来週は 通信システムの性能評価と信頼性について学びます 内容は データ伝送速度 符号化方式 伝送誤りと誤り検出方式 などです

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