ブロードバンドとは何か

質問

光ファイバー通信(FTTx)はブロードバンドと聞きます。漢字で書くと広帯域幅で、有効信号の周波数が幅広いんだそうです。ブロードバンドだと、色々な周波数信号を扱えて、大容量通信が出来るそうです。

では、その上限周波数と下限周波数は何ヘルツでしょう？数字をご回答ください。

上限は８千兆ヘルツ、下限が４千兆ヘルツでしょうか？これは可視光の範囲です。８千兆ヘルツが紫色光線、４千兆ヘルツが赤色光線です。光ファイバーはその名の通り、光（可視光）を通す繊維で、この幅が光ファイバー通信のバンドと推察しました。

電波通信でも、地デジとかLTEとかWiMAXとかブロードバンドに近い技術があるようですが、それでも、光ファイバー通信に比べるとナローバンドだそうです。これらは電子レンジと近い周波数で、上限は４０億ヘルツ、下限が２０億ヘルツです。単純に上下限差（バンド）を比べると、光ファイバー通信は４千兆ヘルツ、電波通信が２０億ヘルツ、桁が６つ違います。

これが光ファイバー通信の特徴でしょうか？要は可視光とマイクロ波のバンドを比べると可視光の圧勝という話？もしX線ファイバーとかレントゲンファイバーとか出来ると、これは既存のブロードバンドを圧倒する超大容量通信ですかね？

あと、電波には電波法とか免許の規制があったと思います。電波は危険で、ある周波数の電波がガソリン引火に繋がったり、盗聴や情報漏洩や通信妨害になったりするそうです。光ファイバー通信にこれと似た周波数規制はありますか？

回答No.4

ESE_SE

光の周波数と情報ビット数の違いについて、こう例えれば良いでしょうか。

音の周波数は可聴域上限あたりでで2万Hzといったところでしょうか。ならば毎秒2万ビットの情報が送信出来るはずですね。
ところが音声（シグナル）のオンオフで通信を行うモールス信号の速度は概ね毎分70文字程度だそうです。
ビット数に直せば毎分560ビット、毎秒100ビットにも満たない転送速度ですね。

これは音を使用しているとは言っても音が持つ情報すべてを使用しているわけではなく
音のオン／オフの切り替えのみを情報として使用しているために
音声信号の持ち得る情報量すべてを活用出来ていないのが理由です。
（その代わり、冗長性を持たせることでノイズへの耐性は高くなります）
極端に転送量を増やすことで音波の振幅ひと山ずつの信号でモールス信号を送れば毎秒ざっと5,000文字くらいは
送信出来るかも知れませんし、これが2万Hzの音声を使用した通信の情報量の上限と言えなくもないですが
恐らくそんなモールス信号は人間が聞き取ることは不可能ですね。

同じ事がその他の伝送方式にも言えます。
放送電波を例に挙げれば、その中でもその振幅の変化を利用したものが振幅変調（Amplification Modulation＝AM）、
周波数の変化を利用したものが周波数変調（Frequency Modulation＝FM）、
位相の変化を利用したモノが位相変調（Phase Modulation＝PM）。

例えば80MHzのFM波で送ることの出来る情報ビット数は、質問者様のおっしゃるとおり周波数の上限一杯まで
情報の伝送に使用できれば毎秒80メガビットの情報量が送信出来るはずですが
実際に送信されているのはステレオで100キロビット足らず、「上限」の0.2％以下です。

要は情報から光信号に変換＝変調するときにどういう方式を使うかです。
その波形には長距離通信の際に劣化を防いだり、変換効率が高かったり、
そもそも通信を行うチップで処理可能な速度の範囲での処理という
送信情報量以外の機能や意味も含まれていますので、周波数の山の数だけの情報量というのは相当に無理がありますね。

例として、AM波から得られる情報のイメージは以下の包絡線に相当します。
元の周波数よりは周波数が減っているのが分かるかと。
http://www.mathworks.co.jp/jp/help/signal/ug/envelope-extraction-using-the-analytic-signal.html