周波数について

質問

周波数を高くすると何故多くの情報を送ることができるのでしょうか。
わかる方教えてください。

回答No.5

ymmasayan · ベストアンサー

最初に２点お断りしておきます。
（１）アップ時刻が２分差という事が示すように私の書き込みはUmadaさんの
　　　書き込みを見ずに行ったものです。
（２）Umadaさんの書き込みを見て、私が帯域幅の事に触れていないことに
　　　気付き、気にはなっていました。２つ比べてお読みいただけばと思い
　　　改めて、書き込みはしませんでした。

ご指摘・ご質問にお答えします。
おっしゃっている（１）（２）（３）（５）は、私もまったくその通りだと
思いますし私の書き込みでも、帯域幅に触れておくべきだったかなとも思い
ました。
ただ、素人（かもしれない人？）に帯域幅まで説明するかどうかは、相手に
よりけりだと思います。かえって混乱してしまわれるケースもあります。

（４）については帯域幅と線路容量と（最適？）変調法の関係が理解しにく
いのと、「通信路符号化定理？」が判りません。（シャノンの標本化定理？）

もう１点、アナログ信号の変調とディジタル信号の変調とは技術的に大きく
違いますので、別々に議論しないと混乱するかも知れません。

まとめ
（１）周波数が高いとたくさんの情報が乗せられる。
（２）たくさんの情報を乗せると帯域幅が広がる。
初心者には（１）だけ、少し判っている人には（１）（２）の両方を説明
するという事でいいのではないでしょうか。

お礼

ご説明ありがとうございます。
まだ通信方式の勉強をはじめたばかりなので
多少難しい面はありますが
大変参考になりました。
ありがとうございます。

回答No.10

ymmasayan

第２定理はすごく興味が有ります。もっと深く知りたくなりました。数学的にというよりあくまでも概念的にです。

東邦大学の下記ＨＰを数学抜きで読んでみました。（眺めて見ました）。
（１）多数決とか、ハミング距離とか、誤り訂正に関係のある用語が並んでいました。
（２）もう１つ、あるところまで速度を下げれば誤りゼロで通信できるというのは、冗長ビットを付け加えるので実効的通信速度が落ちることをいうのだという意味のことも書いて有ります。（式で表現して有ります）

以上の２つのことから「誤り訂正符号が無関係」とはどうしても思えません。
もちろん既存の誤り訂正符号という狭い意味でなく未知の符号を含めた広義の誤り訂正符号のことです。

参考URL：

http://www.cl.is.sci.toho-u.ac.jp/documents/channel_coding.htm

お礼

ありがとうございました。

回答No.9

Umada

通信路符号化定理はそうそう、Shannonの第2基本定理です。私も学生時代のテキストを引っ張り出してきて確認しました。
さて、通信路符号化定理は誤り訂正符号とはどうも直接に関係ないようなのです。すなわち「最適な誤り訂正符号体系を」でなく、「最適な符号体系を」ではないかと思うのです。
当時の授業でも「通信路容量の上限で通信できる符号化法の存在は保証されるがその具体的な方法は未知である。しかし現在は誤り訂正符号の発達により高速・高信頼性の通信ができるようになっているので、容量上限の符号化法を無理に追求する必要はない」と聞いた記憶がありますし、前出のテキスト(宮川、原島、今井、「情報と符号の理論」、岩波書店、1982)によれば「誤り訂正符号は確率論、誤り訂正符号は符号理論として全く異なる体系を形成している」とあります。

お礼

わざわざテキストまで出していただき大変ありがとうございます。

回答No.8

ymmasayan

「通信路符号化定理」・・ありました。シャノンの第二基本定理ですね。第二定理があることは薄々知ってはいましたが、内容は知りませんでした。（赤面）
何せ、１５年くらい前に電気通信主任技術者を受けたときのテキストには載ってなかったみたいです。
調べてみましたが、２つの部分からなっているようですね。
（１）帯域幅と雑音レベルから「誤り訂正により完全通信可能な伝送速度」つまり
　　　「通信路容量」が決定される。
（２）伝送速度が「通信路容量」を越えない限り、最適な誤り訂正符号体系を選べ
　　　ば、誤りゼロの通信を行うことができる。

「変調方式によらず」というのは（１）のような気もしますが
「誤り訂正」の観点からは違うような気もします。
現在の通信技術や、ＨＤＤ、ＣＤ等の誤り訂正技術から何となく実感は有ったとはいえ、見事な定理です。勉強になりました。ありがとう御座いました。

お礼

わざわざ調べていただき大変ありがとうございます。

回答No.7

xinman

xinmanです。

わたしの回答は、文字通り”周波数について”の回答です。
振幅や帯域は固定で与えられているもの。これが変化する場合は、周波数だけの問題ではないこと。と考えての回答です。

したがって、mtcomcationさんの質問の本来の意図が周波数だけではなく電波の情報伝達量にあるとすれば、わたしの回答では不十分であると思います。
電波、特に実用レベルの搬送波となると、わたしの知識では十分な回答を差し上げることができないと思いますので、今後は傍聴させていただくだけにしようと思います。それでも、書き込みたい事がある場合には、じっとしていられない性分なんで、また、現れると思います。その時は、ご容赦してくださるようあらかじめお願いしておきます。

追申：いい機会ですので、電波及び周波数について勉強しなおそうと思います。

お礼

質問の仕方があいまいで申し訳ございませんでした。
どちらかと言えば電磁波を用いた情報伝送に関しての質問でした。
これからますます、電波(radiowave)を用いた通信があちこちで行われることでしょう。
本で「周波数は限りある資源」であると書いてあり興味を持ちました。
xinmanさんをはじめたくさんの方に教えていただきありがたく感じています。

回答No.6

Umada

回答の時間差(2分)については、当然ながら気づくべきでありましたが見落としておりました。専門家のご指摘ということもあり「え、帯域は関係ないのかな?」と早とちりしてしまいました。オッチョコチョイをお許しください。

通信路符号化定理(うろ覚え)については、ご指摘のShannonが証明したものです(サンプリング定理とはまた別です)。とりあえず「振幅変調でも位相変調でも周波数帯域を最大限の効率で使っているわけではないが、最大限に使う方法が少なくとも一つ存在する」と私は理解しています。
(余談ですが2週間ほど前にShannonの死亡記事を新聞で見かけました。最近まで存命だったのですね)

また質問者の理解度に応じて回答を変えては、というご提案には賛成です。個人的には帯域抜きでは語れないとは思っているのですが、初心の方にいきなり帯域の話をしても、というのはあります。
xinmanさんの回答でちょっと気になったのは、ビットレートと混同しているのではという点です。周波数を上げれば多くの情報を送ることができるというのは結果的にはその通りなのです。

お礼

雑談も交えてくださりありがとうございます。
皆さんの考え方を見ているとやはり見えないものを相手にするのは非常に難しいことだと感じました。
私は正解を求めているわけではありません。
間違えでもいろんな考えがあり自分が納得できなければ、さらに調べたいと思います。
皆さんの貴重なご意見ありがとうございます。

回答No.4

Umada

(1)伝送容量の問題では帯域を抜きに考えることはできないものと思っております。
(2)変調方式(符号化方式)が同じで、全体の周波数を倍にすれば伝送速度も倍になるというymmasayanさんのご意見は私も同じに考えております。当然ながらこの場合、対数でとった周波数空間での平行移動になりますから、同時に帯域も広がると理解しています。
(3)振幅変調でも周波数変調でも、あるいは位相変調でもそれが通信路の容量を最大限に使っているのではない、ということはなんとなく理解しています。
(4)帯域が決まれば通信路の線路容量の上限は決まり、上限が決まれば通信路符号化定理?によりその上限の速度で通信可能な変調法(符号化法といったほうがよい?)の存在が保証されますから、その方法で通信する、と仮定して議論を進めてよいと考えています。
(5)帯域の幅から線路容量を求める際に中心周波数はかかわってこない(帯域3kHzと限られている場合、その中心周波数が1MHzであろうと100MHzであろうと線路容量は変わらない・・・)と考えていますが、正確かどうかはわかりません。

お礼

多数のご指摘ありがとうございます。
現在通信分野の勉強をやり始めたのでまだ分からない点がありますが、くじけずに勉強したいと思います。
大変ありがとうございます。

回答No.3

ymmasayan

xinmanさんの回答で概ね合っています。
ただし、次のところに疑問が有ります。

＞波の一つに付き一つの情報が送れます

実際には変調方式によって波の1つで送れる情報量は大きく変わります。
振幅位相変調を使えば波1個で256種類ぐらいの情報が送れます。
又、普通の振幅変調や周波数変調では波をいくつも使って１つの情報を
送ります。

いずれにしても、方式が同じであれば、伝送情報量は周波数に比例する
という事は確かです。

お礼

私も同じところで躓いていました。
波1つで・・・という部分です。
もやもやが解消されました。
ありがとうございます。

回答No.2

Umada

xinmanさんのご回答は、申し訳ないのですが正しいとはいえないと思います。
例えば30MHzの搬送波の電波を使ったとしても、その逆数のレートで情報を伝送しているわけではありませんので。

高い周波数の電波を使うと使用可能な帯域が広がる、という説明がよろしいかと思います。例えば搬送波周波数を中心にプラスマイナス5％の帯域を使用可能として、

周波数が1MHzなら　100kHzの帯域を使うことができます。
周波数が100MHzなら　10MHzの帯域を使うことができます。

当然、後者の方が多くの情報を送ることができます。
身近な例としてはFM放送やテレビジョンが挙げられます。FM放送は100KHz程度の、テレビジョンはMHz単位の帯域を占有しますから、最低でもVHF帯以上でないと実用化されていないのです。

お礼

具体的な例でのご説明ありがとうございました。

回答No.1

xinman

周波数と言うのは一秒間あたりの波の数です。
周波数が高くなると言うことは、一秒間あたりの波の数が多くなることを言います。
波の一つに付き一つの情報が送れます。
したがって、波の数が多くなると送れる情報の数（量）も多くなります。

お礼

どうもありがとうございました。