変調と多重化

変調と多重化というのは、通信でネットワークを実現するために使われる概念です。変調は占有信号の特性を変えて情報を送る方法であり、多重化は複数の信号を組み合わせる方法である。この2つの機能は、ネットワークを成功させるために必要不可欠なものです。

変調方式

変調とは、送るべき情報を乗せた信号に応じて、周期的な波形（「キャリア」と呼ばれる）を変化させる性質として知られています。例えば、無線通信路でビット列（10100）を送信する必要があるとします。このビット列を送るには、高周波信号（例えば40MHz）を使い、信号の振幅を2段階に変化させればよい。これを記号的に表現すると、振幅が大きいときは「1」、小さいときは「0」となる。このような変調を「AM（Amplitude Modulation）」と呼びます。一方、周波数を少しずつ変化させることも可能です。例えば、"1 "は40MHz、"0 "は41MHzで、元の信号に応じて周波数を変えて送ることができますが、このような変調を "FM "と呼びます。このような変調を "FM "と呼びます。もう一つの変数は、信号の位相である。これは「位相変調」（PM）と呼ばれるものです。

場合によっては、2つのパラメータが異なることがあります。例えば、QAM（Quadrature Amplitude Modulation）では、振幅と位相の両方を変化させ、より多くのレベルの信号を表現することを実現する。変調された信号から元の信号を得ることを復調といいます。信号は送信機で変調され、受信機で復調される。

マルチプレキシング

多重化は、情報を運ぶ複数の信号を結合して、共有の媒体で送る必要がある場合に必要です。例えば、1本の回線に多数の電話機を接続し、多重化で管理する。

送信者A1、A2、A3、A4が、受信者B1、B2、B3、B4に対して4つのビットストリーム（例えば100、111、101、110）を単一のチャネルで同時に送信する必要があるとする。これを送信するには、各送信者の1ビット目、2ビット目、3ビット目を別々に取り、それらのビットストリームを1つのストリームにミックスすればよいのです。まず、各送信者の第1ビットを1111（A1、A2、A3、A4の順）とし、次に第2ビット（0101）、最後に第3ビット（0110）とすればよいでしょう。このように、111101010110を組み合わせたストリームを作成することができます。この処理を多重化といいます。受信側では、このストリームを4つに分割し、順番が分かっているB1、B2、B3、B4へ送ることができます。この処理を「デマルチプレクス」といいます。

共有できるパラメータには、さまざまな種類があります。時分割多重（TDM）では時間軸を共有し、周波数分割多重（FDM）では周波数帯を共有する。