第11回「とっても速い!?情報社会の進化!」
ネットの進化は光の速さ?
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近年、”情報化社会”なんて言われています。
ネットなどの通信技術の進化は、速いですからね。

それと共にパソコンの進化も速く、近々”ユビキダス”と言う、いわゆるどこでも情報が手に入れられる社会がやってくるのでしょうかね。

そしてメインのインターネット。
今、主流なものと言えば、ADSLです。
たいてい、どこのプロバイダもADSLが一番利用者が多いのではないですかね。
しかしこのADSL、局が遠いと極端に信号が弱くなる短所があります。
距離が離れ過ぎると通信不能になって、契約できないなんてことになります。

xDSLは、利用している周波数が高いので通信速度が速いのです。
しかし、高い周波数は、周波数が高くなるにつれて、距離に比例して信号レベルが弱くなる特性があります。
なので、電話のような音声信号などに比べて高い周波数を使うADSLは、あまり長距離には向かないわけです。
これが、xDSL技術の宿命なのですね・・・。
(ADSLはxDSL技術の一種で、上りと下りの速度が違うものをADSLって言います。)

その点、光の場合は距離に依存しないので、通信に最適な感じなのです。

すでに最近では、光ネットが主流になりつつあります。
その名の通り、光の速さで情報が手に入る時代がやってくるのですかね。
すごいものですね、光って。

さすが、宇宙最速なだけある。。。

光ファイバを這わせるのは、大掛かりになると思いますが。
ここからは、情報通信ぽいことを書こうかと思います。
結構アバウトに書いていますので、なんとなくで読んでもらえると、うれしいです。
※電気的通信と電波通信をまぜこぜで書いてますが、実際は全く違うものなので注意してね。
ここのところ、情報化が進んでいまして、情報技術や光工学とかを学んだ方が多いのではないでしょうかね。
今では、理科や物理だけではなく、情報っていう授業があるみたいですし。
特にインターネットなどの通信分野では、情報化の進歩の恩恵をかなり受けているのではないかなと。

一昔前の一般的な電気的通信と言ったら、電話かラジオぐらいでした。
今では、電話なら各家庭に一回線はあるのではと思います。

しかし、電話のように有線でつないでいる以上は移動中に使えないわけで、無線で通話できた方が遥かに便利なわけです。

その辺りが、携帯電話の急激な普及ではないですかね…?
携帯電話は、情報を電波に乗せてやり取りしています。
大まかに800MHzから1.5GHz帯の間を使用しています。
こんな風に、電波に乗せてやると、通信機器同士を線でつなぐ必要が無くて便利なわけです(問題もいろいろとありますが)。

でも、電話線が要らなくなったかというと、電波状況云々とかあって、未だに使われています。
しかし、公衆電話は減ってきましたね・・・。

電話回線が各家庭に行き届いている以上、使わないともったいないというわけで、電話回線で使用して通信を行う技術が出来てきました。
今では結構普及している、ADSLとかです。

ADSLは、DSLと呼ばれるデジタル回線技術の一種で、 アップロードとダウンロードのときの速度が違うものをADSLって言います。
電話回線のうち、電話に使用していない線を使って通信を行うものです。

電話は声のみの通信なので、音声の帯域の20〜20kHzの周波数帯さえ送れればよいわけです。
なので、大して通信周波数は高くないです(数kHzほど、実際はもうちょっと帯域に幅があるはずですが・・・)。
しかし、ADSLのようなネットワーク回線は、通信スピードが速いほど便利なわけで、電話回線よりも高い周波数を使っています。

周波数が高くなると、通信のスピードが速くなってきます。
イメージ的にも、周波数の大きさが大きければ大きいほど、なんとなく速いような感じがするのではないですかね。。。

しかし、通信に使う周波数を上げると、通信速度が速くなる反面、距離によって信号が弱くなる度合いが大きくなるデメリットがあります。
これがまた曲者で、DSL回線だと数kmぐらいで通信が出来なくなってきます。
よく電気店にある、インターネットの加入しませんかコーナーで、距離でどれだけ信号が低下するのか調べてくれるサービスがあると思います。
そこで、プロバイダから加入者宅までの距離を調べて、信号が何dB下がるかを教えてくれます。
dB(デシベル)とは、いわゆる倍率(相対的な比率)で、よく騒音の大きさなどを表すのに使われているのを聞いたことがあると思います。

ネット回線で言うと、プロバイダの局から発信された信号の強度が、加入者宅に届くまでにどれだけ減ったのかを表しています。

例えば、局から○Wの電力の信号が出力されて、△Wの大きさで届いた場合で、信号が30dB落ちましたと言われたとします。
この場合、局から○Wで出された信号は、伝送経路でおよそ1/1000に強度が下がって届くような感じです。
(△=○/1000[W]、でも実際はもっと複雑なのですけど、dBはこんな感じの意味です。)
30dBが33dBになるとおよそ1/2000に、36dBではおよそ1/4000になって行きます。
なので、dB数が大きくなると、対数的に信号の強度が弱くなって行きます。

回線の特性によって値は変わってきますが、大体50dBって言われたら、ADSLには加入でないはずです(確か・・・)。
信号が、ノイズに埋もれてしまって、拾うことが出来ないからです。
なのでADSLの場合、ある程度まではスピードアップは見込めますが、限界があるわけです。
ちなみに、ADSLなどのネット回線だけではなくて、LANケーブルでもUSBケーブルでも長くすれば信号が距離でなまって減衰してくるので延長の限界があります。
電波通信も同じで、周波数が高くなるに連れて、距離による減衰が著しくなってきます。
周波数成分を持っている以上、距離を無視できないのです。
実際、家庭用電源も50Hz or 60Hzと周波数成分を持つので、本当は距離の影響を受けます(距離の影響を無視しているだけです)。

また、通信する際の信号出力を上げれば、通信距離は長くできますが、これも限界があったり規制があるので、あまり上げることが出来ないわけです。
そこで、ADSLに変わって主流になりつつあるのが、光を使った通信FTTHです。
何種類かありますが、FTTH(光ファイバ一種で各家庭を繋げる方式)が一般的かなと思います、多分。

光と言ったら、地球を1秒で七週半してくる、宇宙で一番早いものです(一般的な光の速度(真空中)は、C=30万km/sで、物理とかで良く出てきます)。
この光を使って通信するわけですから、超高スピードで通信できるわけです。

光を使うと言っても、実際に通信に使われる光は、単波長のレーザです。

普段目にする光と言えば、太陽光(自然光)や蛍光灯などからの光です。
これらの光は、いくつもの波長が混ざって出来ています(白色光とか言います)。

太陽光をプリズムに通すと、虹が出来ます(透明なボールペンのケースとかでも出現します)。
虹は大まかに、外側から赤・橙・黄・緑・青・藍・紫の七色で出来ています(スペクトルっていうやつです)。

何故に色別に分かれるかと言えば、それぞれの色で波長が違うからです。

光は電磁波の一種で、波として進む性質を持っています。
この波(電場と磁場と呼ばれています)の山から山の1サイクルの長さを、波長と呼びます。
この光の波長は、 波長の長い赤でおよそ800nm、波長の短い紫でおよそ400nmぐらいです(ちょっと大雑把・・・)。
この800〜400nmの波長範囲を可視光といって、目で感知できるわけです。
詳しくは、電磁気学とか光工学の本とか読むと良いかも。

この波長の違いがあると、距離による減衰の度合いが違ったり、持っているエネルギーが違ったりしてきます。
ちょっと余談になりますが、例えば、青色は波長が短くて距離が飛ばないけど、赤は波長が長いので長い距離を進むことができる性質があります。
これが、空が青くて、夕焼けが赤い理由なわけです。

また、波長が短いほど、エネルギーが高くなる性質がありまして、赤外線よりも紫外線の方が体に影響が大きいわけなのです。
そして波長が違うと、レンズで光を集めたときのスポットの大きさが変わってきます。
赤より青の方(波長の短い方)が、より小さいスポットになります。
前に青色レーザが開発されて脚光を浴びました。
これは、より狭いところに光を集めることが出来るからで、 ブルーレイディスクなどの次世代記録媒体などが恩恵を受けていますかね。。。

そして、太陽光のような自然光の場合、全てが一定方向を向いているわけではないので、 向かって欲しい方向に一直線に向かうことがないのです。
懐中電灯の光のように、広範囲に広がるのです。
そんなわけで、いろんな波長の光が混ざっていたり広がったりすると、通信には向かないわけです。

そこで登場してくるのが、レーザです。
シューティングなどゲームでお馴染みのレーザ。

レーザ光は、自然光と違って、波長がひとつしかないのです。
レーザを出力させることを発振と言いますが、このときのレーザ光の波長は、レーザ発振に使用する媒体(物質)で決まってきます。
可視光内の波長で発振させれば目に見えますし(なにかで分散させればですが)、可視光外の波長で発振させれば、目には見えません。
そしてもうひとつ、出力されたレーザ光は直進しかしないのです。

よくゲームなどで、普通に曲がったり輪っかになったりしていますが、本物のレーザは曲がらないし、ほとんど広がらないのです。
レーザが曲がるときは、屈折率の違う物質間を通過したときぐらいです。


なので、なにかで分散・減衰させない限り、宇宙の果てまでまっすぐ飛んで行きます。
そんなレーザ光の性質を利用しているのが、光通信なのです。

そして光通信の場合、光が通る道はファイバです。

光ファイバは、内部が屈折率の異なった物質で出来ていて、ファイバ内で光はくねくねしながら進むように出来ています(そうでないものもあります)。
内部が真空ではないので、多少の速度減衰はするらしいのですが、微々たるものです。
そのため、高速通信&長距離通信が可能なわけです。
光の速度は、通る物質の誘電率と透磁率と呼ばれる特性で決まってくるので。。。

また、電気通信や電波通信のように、ノイズで困ること(受ける方も出す方も)もなくなってきます(電気系統ではないので)。
ファイバは有線ですが、普通の電気回線のように距離に依存しないですし、地中を這わせるでしょうし。

そんなわけで、これからの時代は情報化社会になって行くのでしょうな。
もしかしたら、意外な新事業が出来てくるかもしれないですね。。。
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