Digital-communication-techniques
デジタル通信-テクニック
デジタル通信プロセスへの基本的な道を開いたテクニックがいくつかあります。 信号をデジタル化するには、サンプリングと量子化のテクニックがあります。
それらを数学的に表現するために、LPCとデジタル多重化技術があります。 これらのデジタル変調技術についてさらに説明します。
線形予測コーディング
- 線形予測符号化（LPC）*は、線形予測モデルでデジタル音声信号を表すツールです。 これは主にオーディオ信号処理、音声合成、音声認識などで使用されます。
線形予測は、現在のサンプルが過去のサンプルの線形結合に基づいているという考えに基づいています。 分析では、離散時間信号の値を以前のサンプルの線形関数として推定します。
スペクトルエンベロープは、線形予測モデルの情報を使用して、圧縮形式で表されます。 これは数学的に次のように表すことができます-
$ s（n）= \ displaystyle \ sum \ limits _ \ {k = 1} ^ p \ alpha_k s（n-k）$ p および*α〜k〜*の値
どこで
- * s（n）*は現在の音声サンプルです
- k は特定のサンプルです
- p は最新の値です
- *α〜k〜*は予測子係数です
- * s（n-k）*は前の音声サンプルです
LPCの場合、予測子の係数値は、実際の音声サンプルと線形予測された音声サンプルとの差の二乗の合計を（有限間隔で）最小化することによって決定されます。
これは、低ビットレートで*音声をエンコード*するのに非常に便利な方法です。 LPC法は*高速フーリエ変換（FFT）*法に非常に近いものです。
多重化
- 多重化*は、共有メディア上で複数の信号を1つの信号に結合するプロセスです。 これらの信号は、本質的にアナログの場合、プロセスは「アナログ多重化」と呼ばれます。 デジタル信号が多重化されている場合、「デジタル多重化」と呼ばれます。
多重化は最初に電話で開発されました。 単一のケーブルを介して送信するために、多数の信号が組み合わされました。 多重化プロセスは、通信チャネルを複数の論理チャネルに分割し、各チャネルを異なるメッセージ信号または転送されるデータストリームに割り当てます。 多重化を行うデバイスは、 MUX として呼び出すことができます。 受信機で行われる、逆のプロセス、つまり1つからチャネルの数を抽出することは、逆多重化*と呼ばれます。 逆多重化を行うデバイスは、 *DEMUX と呼ばれます。
次の図は、MUXとDEMUXを表しています。 主な用途はコミュニケーションの分野です。
マルチプレクサの種類
マルチプレクサには、主にアナログとデジタルの2つのタイプがあります。 さらに、FDM、WDM、およびTDMに分けられます。 次の図は、この分類の詳細を示しています。
実際には、多くのタイプの多重化技術があります。 それらのすべてのうち、上の図で述べた一般的な分類を持つ主なタイプがあります。
アナログ多重化
アナログ多重化技術には、本質的にアナログの信号が含まれます。 アナログ信号は、周波数（FDM）または波長（WDM）に従って多重化されます。
周波数分割多重化（FDM）
アナログ多重化で最もよく使用される手法は、*周波数分割多重化（FDM）*です。 この手法では、さまざまな周波数を使用してデータのストリームを結合し、それらを単一の信号として通信媒体で送信します。
例-1本のケーブルで多数のチャンネルを送信する従来のテレビ送信機は、FDMを使用します。
波長分割多重（WDM）
波長分割多重化はアナログ技術であり、異なる波長の多くのデータストリームが光スペクトルで送信されます。 波長が長くなると、信号の周波数が下がります。 異なる波長を単一のラインに変換できる*プリズム*は、MUXの出力とDEMUXの入力で使用できます。
例-光ファイバ通信では、WDM技術を使用して、異なる波長を単一の光に統合して通信します。
デジタル多重化
デジタルという用語は、情報の離散ビットを表します。 したがって、利用可能なデータは、フレームまたはパケットの形式であり、離散的です。
時分割多重化（TDM）
TDMでは、時間枠はスロットに分割されます。 この手法は、各メッセージに1つのスロットを割り当てることにより、単一の通信チャネルで信号を送信するために使用されます。
TDMのすべてのタイプのうち、主なものは同期および非同期TDMです。
同期TDM
同期TDMでは、入力はフレームに接続されます。 接続の数が「 n 」の場合、フレームは「 n 」のタイムスロットに分割されます。 入力回線ごとに1つのスロットが割り当てられます。
この手法では、サンプリングレートはすべての信号に共通であるため、同じクロック入力が与えられます。 MUXは、常に同じスロットを各デバイスに割り当てます。
非同期TDM
非同期TDMでは、サンプリングレートは信号ごとに異なり、共通のクロックは必要ありません。 割り当てられたデバイスがタイムスロットで何も送信せずにアイドル状態になっている場合、同期とは異なり、そのスロットは別のデバイスに割り当てられます。 このタイプのTDMは、非同期転送モードネットワークで使用されます。
再生リピーター
通信システムの信頼性を高めるには、信号を損失することなく効果的に送受信する必要があります。 PCM波は、チャネルを介して送信した後、チャネルによって導入されたノイズのために歪みます。
元の受信パルスと比較した再生パルスは、次の図のようになります。
信号をより良く再生するために、受信機の前のパスに「再生リピーター」と呼ばれる回路が採用されています。 これは、発生した損失から信号を復元するのに役立ちます。 以下は図式表現です。
これは、増幅器、タイミング回路、および意思決定装置に加えて、イコライザーで構成されています。 各コンポーネントの動作の詳細は次のとおりです。
イコライザ
チャネルは、信号に振幅と位相の歪みを生じます。 これは、チャネルの伝送特性によるものです。 イコライザー回路は、受信したパルスを整形することでこれらの損失を補償します。
タイミング回路
高品質の出力を得るには、信号対雑音比（SNR）が最大になる場所でパルスのサンプリングを行う必要があります。 この完全なサンプリングを実現するには、受信したパルスから周期的なパルス列を導出する必要があります。これはタイミング回路によって行われます。
したがって、タイミング回路は、受信パルスを介して、高SNRでサンプリングするためのタイミング間隔を割り当てます。
決定装置
タイミング回路がサンプリング時間を決定します。 決定デバイスは、これらのサンプリング時間で有効になります。 決定装置は、量子化されたパルスの振幅とノイズが所定の値を超えるかどうかに基づいて出力を決定します。
これらは、デジタル通信で使用される技術のいくつかです。 データエンコーディングテクニックと呼ばれる他の重要な学習テクニックがあります。 ラインコードを確認した後、後続の章でそれらについて学びましょう。
