周波数多重化(FDM)では事前に周波数を決める必要があるのか?
はい、その通りです! 周波数多重化(FDM: Frequency Division Multiplexing)を使用する場合、事前に「どの通信がどの周波数を使うか」を決める必要があります。
そうしないと、異なる通信が同じ周波数を使ってしまい、「混信(干渉)」が発生してしまう からです。
FDMは、1本の電線に複数の異なる周波数の信号を流し、それぞれを個別に送受信する技術です。
[通信1] → 500Hz [通信2] → 800Hz [通信3] → 1000Hz
受信側は フィルターを使って周波数ごとに分離 し、それぞれの通信を復元する。
周波数を決めずに無秩序に通信を行うと、以下の問題が発生します。
(1) 周波数の重複(混信)
もし 2つの通信が同じ周波数を使うと、信号が混ざってしまい、正しく受信できなくなる。
[通信A] → 800Hz [通信B] → 800Hz (受信側) → 800HzにAとBの信号が混ざり、正しく判別できない
周波数が近すぎると、互いの信号が干渉し、受信品質が悪化する。
これを防ぐため、適切な「周波数の間隔(ガードバンド)」を設ける必要がある。
[通信A] → 500Hz [ガードバンド](空き周波数) [通信B] → 800Hz
ガードバンド(無信号の帯域)を入れることで、通信Aと通信Bが干渉しにくくなる。
3. どのように周波数を決めるのか?
(1) 固定割り当て方式
[通信A] → 500Hz (専用) [通信B] → 800Hz (専用) [通信C] → 1000Hz(専用)
短所: 周波数が固定されるため、使っていない周波数が無駄になることがある。
(2) 動的割り当て方式
空いている周波数をリアルタイムに決めるため、効率的に利用できる。
[現在の通信] [通信A] → 500Hz [通信B] → 800Hz (通信Bが終了) [新しい通信C] → 800Hz(Bが空いたので再利用)
短所: 送信側と受信側が「どの周波数を使うか」をリアルタイムで同期する必要がある。
通信中に周波数を高速で切り替える方式(例: 軍事無線、Bluetooth)。
[通信A] → 500Hz → 800Hz → 1000Hz(送信側と受信側で同期)
4. まとめ
✅ 周波数多重化(FDM)では、事前にどの周波数を使用するか決める必要がある。
✅ 決めずに通信すると「周波数の重複(混信)」や「干渉(ノイズ)」が発生する。
✅ 事前に固定する方式(固定割り当て)、空いている周波数を使う方式(動的割り当て)、通信中に周波数を変える方式(周波数ホッピング)などがある。
✅ この技術は、ラジオ放送、携帯電話(4G/5G)、Wi-Fiなどの現代通信にも応用されている。
電信における周波数管理(固定割り当て・動的割り当て・周波数ホッピング)
電信では、基本的に「固定割り当て方式」が使われていましたが、後に「動的割り当て方式」や「周波数ホッピング方式」の概念も登場しました。
ただし、当初の電信はアナログの周波数多重化(FDM)ではなく、主に時間を分ける方式(TDM)や別の回路を使う方式が主流 でした。
では、各方式がどのように電信に適用されたのか、具体的に説明していきます。
電信の初期(有線・無線電信)では、固定割り当て方式が一般的でした。
1本の電線は1つの通信に専用(最初は1つの通信しかできなかった)。
例えば、軍事通信や船舶通信では、**「この周波数は〇〇船専用」**と決められていた。
1000kHz → 軍事専用
送信するタイミングで、利用可能な周波数(または回線)を選ぶ方式。
固定割り当てでは周波数が無駄になるため、効率を上げるために開発された。
(1) 有線電信での動的割り当て
Aさんが送信しようとすると、空いている回線を選ぶ └ [回線1] 使用中 └ [回線2] 空き → 使用 Bさんが次に送信 → [回線3] を使用
そこで、送信時に「空いている周波数」を探し、利用する方式が開発された。
Aさんが送信しようとする └ [500kHz] 使用中 └ [850kHz] 空き → 使用 Bさんが送信 → [1000kHz] を使用
通信中に周波数を切り替える方式(ランダムまたは決められたパターン)。
無線電信が軍事で重要視されるようになったため、敵に妨害されにくい方式として開発された。
1940年代にハリウッド女優「ヘディ・ラマー」と作曲家「ジョージ・アンタイル」が特許を取得し、軍事通信に応用された。
0.1秒ごとに周波数が変化 [送信側] → 500kHz → 850kHz → 1000kHz [受信側] → 500kHz → 850kHz → 1000kHz(同期)
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