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タイトル

電気通信

電気通信は、ある地点から別の地点へ情報を伝達するための手段です。 伝達方式には電話、テレビ、コンピュータファイルなど多くのタイプがあります。 情報を伝達する場合、2つの地点を結ぶ通信路が必要となります。 通信路にはペア線や、無線信号、光ファイバーなどがあります。 電気通信会社は、通信路の設置や保持にお金をかけなければなりません。しかしその一方で、顧客の情報を伝達し、利益を得ます。 電気通信会社の財政状況は火を見るよりも明らかです。なぜなら顧客が通信路を通して情報を伝達すればするほど利益が発生するからです。 DSPは電気通信産業のあらゆる分野(トーン信号発生器や検出器、周波数帯域のシフト、送電線のノイズ除去フィルタなど)に革命をもたらしました。 ここで電話回線網に関する技術である多重化、圧縮、エコー制御という3つについて説明したいと思います。

多重化
世界には電話機が約10億台存在します。電話機はいくつかのボタンを押すだけで、数秒でネットワークをつなぐことができます。 この作業は無限に発生します。それはもう気の遠くなるような量です。 1960年代まで、2つの電話機の間には交換機と増幅器が設置され、 アナログ信号はこれを通なければなりませんでした。 さらに一つのコネクションを実現するには一組の通信線を占有しなければなりませんでした。 DSPは、音声信号を連続したディジタルデータに変換します。 ビットを結合、分割させることが容易にできるようになってから、多くの電話での会話を、 ひとつの通信路で送信できるようになりました。 例えば、Tキャリアーシステムとして知られている電話の標準規格では、24の音声信号を同時に送信することができます。 それぞれの音声信号は、8ビット圧縮機(対数圧縮機)によって、1秒間に8000回の頻度でサンプリングされ、アナログからデジタルに変換されます。 これは、それぞれの音声信号が64000ビット/秒で表され、24の通信路全てが1.544Mビット/秒の速さで通信を行うことを示しています。 この信号は、遠距離間の相互接続を行う際に利用される22口径の電話線を用いた場合、約6000フィート(1.8km)送信することができます。 デジタル通信の財務利益は莫大です。それは通信線とアナログスイッチに比べ、デジタル論理ゲートが非常に安価であるためです。

圧縮技術
音声信号を1秒間に8000回サンプリングする時、ディジタル情報のほとんどは冗長なデータとなります。 つまり、送られるデータはほとんどが重複しているのです。 そこで、ディジタル化した音声信号をより少ないビットの流れに変換するDSPのアルゴリズムが多数開発されました。 これらはデータ圧縮アルゴリズムと呼ばれています。 照合逆圧縮アルゴリズムは、信号を元の形式に戻す際に利用されます。 これらのアルゴリズムは可変圧縮を行い、音質に影響を与えます。 一般に、データレートを64kビット/秒から32kビット/秒に落としても音質に損失はありません。 しかし8kビット/秒でデータを圧縮すると、音質は著しく影響を受けます。しかしこの信号は、 軍隊や海中でのコミュニケーションに利用することができます。

エコー制御
エコーは遠距離間での電話接続において深刻な問題となります。 あなたが電話で会話するとき、声を表す信号が接続している相手に伝達されます。 このとき信号の一部がエコーとなってあなたの元に戻ってきます。 接続距離が数百マイル内であれば、エコーを受け取るまでの時間はほんの数ミリ秒です。 人間の耳は、少しの時間遅れるエコーを聞くことには慣れています。ですので何の支障もなく会話することができます。 距離が遠くなるにつれ、エコーは次第に目立つようになり、会話に支障が発生します。 大陸間の通信では数百ミリ秒の遅延が発生し、特に著しく支障が発生します。 DSPは帰還信号を計測し、エコーを消すためのアンチ信号を発生させることによって、この問題を解決することに成功しました。 これと同じ技術によって、スピーカーフォンユーザーはお互いが同時に会話を行うことができるようになりました。 また、ディジタルアンチノイズ発生器によって、環境騒音を減らすことにも成功しました。