Signal Modulation（信号変調）

信号変調とは、搬送波（キャリア波）の特性（振幅、周波数、位相）を変化させて情報を符号化し、伝送するプロセスです。無線通信システム、放送、デジタルネットワークにおいて、データを効率的に転送するために不可欠な技術です。

信号変調の種類

• 振幅変調（AM）：入力信号に応じて搬送波の振幅を変化させます。

• 周波数変調（FM）：情報を符号化するために搬送波の周波数を変化させ、ノイズ耐性を向上させます。

• 位相変調（PM）：搬送波の位相を変化させてデータを伝送します。

• 位相偏移変調（PSK）：搬送波の位相を離散的に変化させ、バイナリ記号を表現するデジタル変調方式です。

• 周波数偏移変調（FSK）：搬送波の周波数を事前に定めたレベル間で切り替えることでデータを符号化するデジタル変調方式です。

• 振幅偏移変調（ASK）：異なる振幅レベルを用いてバイナリ値を表現するデジタル版AMです。

• 直交振幅変調（QAM）：振幅変調と位相変調を組み合わせ、1シンボルあたり複数ビットを符号化してスペクトル効率を向上させます。

数学的表現

振幅変調（AM）の基本式は以下の通りです。

s(t) = [A + m(t)]cos(ω_c t)

ここで：

• A：搬送波の振幅

• m(t)：変調信号

• ω_c：搬送波の角周波数（ラジアン/秒）

実用例

• FM放送：周波数変調を使用して、音質向上と干渉低減を実現しています。

• 通信ネットワーク：LTEや5Gでは、振幅と位相の両方を変調する複雑な変調方式（QAM）が採用され、高速データ伝送を可能にしています。

• 衛星通信・無線リンク：信号品質が変動するチャネル条件下でも、信頼性の高い伝送を維持するために堅牢な変調技術が用いられます。

信号変調は現代の通信の基盤であり、多様な技術とインフラストラクチャーにおいて、拡張性・効率性・堅牢性を備えたデータ交換を可能にしています。