SAT一陸特講座 質問回答(電子回路における負荷抵抗と信号の受け渡し方法)

トランジスタとFETの説明で、出力の電流の変化を、電圧に変化させるために負荷抵抗をいれるとの説明がありました。通常、高周波信号は、電流変化と電圧変化のどちらで取り扱うべきものなのでしょうか。

信号の変化といえば、電圧の変化のことを言っていることが多いと感じます。また、信号を電流変化で取り出すことがダメな点があればお教えください。

おっしゃる通り、通常、信号の受け渡しと言えば電圧の変化で定義します。

何故かと言えば、電圧の出力は放っておいても(端子を開放した状態にしていても)何も起きませんが、電流出力にすると、端子を開放すれば端子間抵抗が非常に大きな値となり、そこに無理やり電流出力を流そうとするとV=RIより極めて高電圧が発生してしまい、取り扱いづらいからです。

大電流を測定するために用いる変流器は、原理上電流出力にせざるを得ないため端子開放は厳禁であり、このことは強電関係の資格試験でも良く出ています。

高周波信号は、普通は電圧出力でも電流出力でもなく、電力で取り扱います。これは、極めて高い周波数の交流信号に対して電圧や電流を測定することが難しいということと、信号の受け渡しにおいて必要なのはエネルギー(=電力)であり、線路インピーダンスが変わっても不変である電力を基準にして考えるのが合理的という事情があります。

SAT一陸特講座 質問回答(デジタル変調のシンボルレートと周波数成分)

シンボルの意味、つまり「1回のデジタル変調」の意味(1回とは、BPSKは1ビット;2値、QPSKは2ビット;4値のことでしょうか?)と、「シンボルレートが大きいほど、高い周波数成分をもち、帯域幅が広くなる」という解説が、今ひとつ理解できませんでした。

1回とは、BPSKは1ビット;2値、QPSKは2ビット;4値のことでしょうか?

はい、その通りです。BPSKは、位相のずれが0度か180度かの2値で、それぞれを2進数の1か0かに対応させます。

QPSKは、位相のずれが0・90・180・270度の4値で、それぞれを2進数の00、01、10、11に対応させるわけです。

「シンボルレートが大きいほど、高い周波数成分をもち、帯域幅が広くなる」

周波数は、周期の逆数の値です。これは理解いただいているかと思います。例えば1秒間に1回波形が変化すれば1Hz、1秒間に4回変化すれば4Hzということになります。

シンボルレートが大きいということは、1秒間あたりに送れるデータ量が多いことを意味しますので、それだけ波形の変化の頻度も多くなります。したがって、シンボルレートが大きいほど高い周波数成分を持つ、ということになります。

SAT一陸特講座 質問回答(デジタル変調の概念)

概観的な質問です。

多重通信の流れが分かりません(各セッションの繋がりが掴めません)

アナログ通信(アマチュア無線国家試験で出てくる送受信機のブロック構成図など)との比較で、デジタル変調や多重接続がどの部分にあてはまるのでしょうか。符号化することが、デジタル変調でしょうか?

まず、アナログ情報をデジタル情報に;ここが符号化?ここで符号化したデジタルデータをQAMなどでデジタル変調?デジタル変調した信号を、電波に乗るようにさらに変調(BPSKとかQPSKとか)それを、多重接続方式(TCMAやCDMA、OFDM方式)で電波に乗せて、その信号を復調して、符号化されたデジタル信号へ、これを、さらに、復調(デジタル-アナログ変換;ここの方式名は?)して、アナログ信号???といった順序でしょうか?

できれば、代表的な多重通信で、入力信号が、相手側に出力されるまでのブロック構成図を描いていただけますでしょうか。また、その時の処理している信号がアナログなのかデジタルなのかの区別もお教えください。また、空間を伝送中の搬送波はAM、FM、PM波のいずれかになるのでしょうか(アマチュア無線の経験しかなく、どうしてもSSB単信のイメージと比べると信号処理の手順がわかりません)

まず、デジタル変調とアナログ変調の違いですが、デジタル信号(1か0か、もしくはそれらの組み合わせの00、01、10、11など)で搬送波(平たく言えば高周波信号、要するにアンテナから電波となって飛んでいく高周波信号)を変調すれば、それがAMだろうとSSBだろうと、あるいはFMだろうとデジタル変調になります。

符号化というのは、送りたいデジタル信号を、何らかの規則に従ってデジタル符号に変換する操作です。…と言っても抽象的なので、具体的な例を挙げます。

コンピュータの画面上で、「abcdefg….」といったアルファベットを入力し、それをデジタル無線で相手まで転送することを例に挙げます。

もちろん電波の形が直接「a」とか「b」になる訳ではないので、「a」「b」…に対応したデジタル信号に変換します。良く使われているのはASCIIコードと呼ばれていて、たとえば「a」であれば16進数の61、「b」なら16進数の62といった具合です。これを2進数に直すと、16進数の61は01100001、16進数の62は01100010となります。ここで初めて、例えば「01100001」が送られてくればそれはアルファベットの「a」である、という共通認識ができました。これが「ASCII符号化」です。

この信号をのまま電圧変化に変えて、例えば「0V-5V-5V-0V-0V-0V-0V-5V」として振幅変調や周波数変調を掛けて電波に乗せれば相手にデータが伝わりますが、これでは効率が悪いため、例えば0Vと5Vだけではなく、0Vが00、1Vが01、2Vが10、3Vが11…のような決まりを作れば、「01100001」は「1V-2V-0V-1V」の電圧変化で済みます。つまり信号を圧縮することができ、従来の半分の時間でデータを送ることが出来るようになります。これも符号化の一種です。このように、何かの決まり事を作ってデータの形を返還することが符号化で、符号化の結果データを送るための時間を圧縮できたり、暗号化したりすることができるようになります。

上の例で示したような手法でデータ送信にかかる時間を短くすれば、残りの時間を他の送信者が利用することができます。また、例えば「01100001」の信号を送るとき、ある送信者は0を500Hz、1を750Hzに置き換え、別の送信者は0を1000Hz、1を1250Hzに置き換え、またある送信者は0を1500Hz、1を1750Hzに置き換え…という符号化を行うことにより、同時に複数の送信者が同じ電波を利用して信号を送り、受信側では周波数フィルタ(BPF)を使うことで送信者ごとに信号を分離することができます。このような原理を利用して同じ帯域を複数の伝送路が共用するのが多重接続で、これを多地点から同時に行う(携帯電話の基地局と移動端末との関係がこれです)のが多元接続です。

まず、アナログ情報をデジタル情報に;ここが符号化?

はい、アナログ信号をデジタル信号という「何らかの規則に従って別の信号に変換」していますので、これも符号化です。詳しく言えば、アナログ信号をサンプリングしてデジタルデータに変換し(ここは符号化ではなく標本化です)、その標本化したデジタルデータを何らかの規則で転送しやすいデジタル信号に変えるところで符号化を行っています。

ここで符号化したデジタルデータをQAMなどでデジタル変調?

はい、デジタルデータで搬送波に変調を掛けているので、これはデジタル変調です。

デジタルの形にしてしまうと、離散的なデータ(例えば0V、1V、2V…とか500Hz、750Hz、1000Hz…のような飛び飛びの値)にできますので、多重化などが容易にできるわけです。(この例でいえば、0V、1V、2V・・・の間に、0.5V、1.5V、2.5V…などの値をとる別の信号を挿入できる。)

デジタル変調した信号を、電波に乗るようにさらに変調(BPSKとかQPSKとか)

いえ、BPSKとかQPSKは位相変調の方式で、搬送波の位相を変えることで信号を伝送するものです。BPSKやQPSKは位相だけを変調していますが、これに振幅変調も掛け合わて一度に伝送できる信号量を二したものがQAMと思っていただければ結構です。

アマチュア無線の知識でいえば、PM変調(位相変調)した信号をAM変調したものがQAMという感じです。

(アマチュア無線の音声通信で、AM系のSSBとFM変調以外は馴染みが無いですが、実は昭和40年代のFM無線機では、音声信号でPM変調したものを逓倍してFM波にして送信している無線機も存在しました。PM変調波を積分するとFM変調になります)

それを、多重接続方式(TCMAやCDMA、OFDM方式)で電波に乗せて、

多重接続方式は、上に挙げたように「同じ帯域を複数の送信者が共用する方式」のことで、信号を圧縮する符号化を行うことで時間的に余裕を持たせ、その間の時間に別の通信を入れるのがTDMA、複数の信号をそれぞれ別々の符号化を行って混合して送り、受信側で逆符号化を行うことで個別の信号を取り出すのがCDMA、複数の信号をそれぞれ別々の周波数に符号化し、それを合わせて送って受信側で別々の周波数成分を取り出して復調するのがFDMAと思っていただければ結構です。OFDMは理論的にはちょっと難しい概念なのですが、ある周波数帯域を細分化し、細分化した周波数をそれぞれ別個の信号で変調してからそれらを併せて送信し、受信側で細分化された個別の変調波を上手く取り出す技術という感じです。

その信号を復調して、符号化されたデジタル信号へ、これを、さらに、復調(デジタル-アナログ変換;ここの方式名は?)して、アナログ信号???といった順序でしょうか?

はい、そんな感じです。

できれば、代表的な多重通信で、入力信号が、相手側に出力されるまでのブロック構成図を描いていただけますでしょうか。また、その時の処理している信号がアナログなのかデジタルなのかの区別もお教えください。

音声信号をデジタルで多重化して送る場合の基本的な概念は、

アナログ信号ー【A/D変換】ー(デジタル信号)ー【符号化】ー(別の符号化された信号と一緒に)【多重化】ー【デジタル変調】ー(電波)-【デジタル復調】ー【逆符号化】(重なって送られてきた複数の信号から目的の信号を分離抽出)-デジタル信号ー【D/A変換】ーアナログ信号

という感じになります。

また、空間を伝送中の搬送波はAM、FM、PM波のいずれかになるのでしょうか(アマチュア無線の経験しかなく、どうしてもSSB単信のイメージと比べると信号処理の手順がわかりません)

上で説明しました通り、空間を飛んでいる電波は、BPSKやQPSK、16PSKなどで変調されていればPM波、16QAMなどで変調されていればAM+PM波という感じになります。

説明の途中で、例として「ある送信者は0を500Hz、1を750Hz、別の送信者は0を1000Hz、1を1250Hz、またある送信者は0を1500Hz、1を1750Hz」という例を挙げましたが、この方法で単純にFM変調すればそれはFM波となりますが、FM波は周波数の利用効率が悪いという欠点があるため、このような方式は実際に使われることはありません。(アマチュア無線のパケット通信はこの方式ですが、パケット通信は多重化しているわけではないのでちょっと違いますかね。)

以上、返信が大変遅くなってしまったお詫びという訳ではありませんが、具体的な例を挙げて分かりやすく解説してみたつもりです。

参考になりましたでしょうか。

4月の多忙期何とか終了で一息。

新年度当初は忙しいものだけど、本当に忙しかった…。

何と言っても某L社の技術系公務員の講座収録がエネルギ使います。何せ2時間半喋りっぱなし、頭使いっぱなしですからね。一番忙しい日は朝6時半に起きて午前・午後と仕事、その後で夜7時半から収録を始めて22時過ぎに終わり、帰宅したら午前様。

銀行に行く時間も何もなくて、クレジット引き落としに間に合わず後から銀行振り込みなんて感じにもなっちゃいましたよ。まあ、これが一年中続けばブラック労働で過労死みたいな案件なんだろうけど、春先だけですから春先だけ。

とはいえ、過労で倦怠感と発熱まで催したのはちょっとヤバかった。おっさん無理しないように程々のラインでやっていきますわ。

SAT消防設備士講座 質問回答(テキスト問題訂正)

消防設備士4類共通テキスト 第2章法令 P97 問題5に対する質問です。解答は○になっていますが、テキストP82にて、「地階・無窓階の場合は、床面積100㎡以上で」に劇場が記載ありません。劇場も含まれるのでしょうか?

この問題は、原稿を起こす際にミスがあったようで、ご指摘の通り地階の劇場は300㎡が基準です。正答は×となります。

チェックが隅々まで行き届かずご迷惑をお掛けし、誠に申し訳ございませんでした。お詫びの上、以下のように訂正いたします。

「正解:× 劇場は特定防火対象物ですから、300㎡が設置基準です。キャバレーやカフェー、ダンスホール、飲食店などが地階・無窓階にある場合は設置基準が100㎡と厳しくなりますが、劇場は300㎡のままと規定されています。」

第二種電気工事士講座

2月10~12日の3日間で、SATの第二種電気工事士講座を収録しました。収録は実技試験対策→座学の順序でした。内容的には、

  • 筆記試験対策のお勉強
  • 実技試験に向けての蘊蓄
  • 最初のうちは電線の剥き方、ナイフの使い方などの基本中の基本から丁寧に示しつつ、候補問題をNo.1から順に作っていく

という感じになったかと思います。

第二種電気工事士は、ほとんど工具を持った事がない人から、電気理論はじゅうぶん分かっているけど実技試験のやり方が分からなくて二の足を踏んでいる方まで幅広くいらっしゃると思います。特に実技試験がネックになるかと思いますので、言われた通りにやれば絶対合格できるように解説したつもりです。さらに、以前は年に1回しか受験できなかったものが、近年からついに年2回受験可能となりました。「たかが電工」なんて上から目線でバカにする人もいますが、二電工を持っていないとできない作業は多いですし、電気について分かった積もりでいても意外と分かっていなかった点などもあるかと思います。別に買えと言うつもりはないですが、二電工を受験される方が一人でも多く電気についての理解を深め、正しい知識を持ったうえで合格していただければ幸いなことです。

山奥の思い出

人間に前世はあるのだろうか?

誰かの記憶を引き継いで産まれてくることはあるのだろうか?

 

現代科学では、どちらも明確に否定されていることだろうし、人間は両親から引き継いだDNAという設計図を基にして産まれてくるのだから、そこに乗りようのない情報をもって産まれてくるはずはない。

遺伝として引き継がれる情報も、例えば肌の色、血液型、体質などであって、記憶とはいかなくとも、趣味趣向までもが先天的に決定されるだろうかと言えば、常識的には生まれてからの環境によって決定される、というのが常識的な見解なのだろうと思う。

 

母方の実家は山形県の寒河江市、その市域でも最も山奥に入った村で、古くは国内有数規模の産出量を誇った永松銅山との荷物の中継で商を営んだとのこと。父親の生まれはその永松鉱山で、父方の祖父は鉱山の機械技師だった。

幼少の頃、夏休みになって母方の実家に帰省すると、祖父はいつも永松鉱山跡を超えてひたすら砂利道(今の国道458号線。ちなみに砂利道の国道は全国でもここ只一か所で、その筋では有名である)を運転し、肘折温泉に連れて行ってくれた。永松鉱山は既に廃鉱となり、極めて山深い山中に廃墟が残っているだけであったが、幼少の私は永松鉱山の話を耳にすると、そこに行ってみたくて堪らない気持ちになったものだった。それは好奇心というよりも、何かの自分の起源がそこに有るような、何とも言えない焦がれるような気持だったのを良く覚えている。

肘折温泉は、知る人ぞ知る名湯。冬場は2mも3mも積もる豪雪地帯の山中に、まるで昭和の時代で時が止まったような街並みが並んでいる。事実、小学校低学年の頃に祖父に連れられてきた時と大きく変わらない街並みがそこにはある。流石に木造の旅館は建て直されたものも多いけれど、風景自体はあの頃と同じなのである。

肘折温泉の湯は、大きく分けて公衆浴場の「上の湯」に注がれる無色透明の湯と、各旅館に引かれる共同源泉の、茶色く濁った湯がある。上の湯の泉質は、坊ちゃんで有名な道後温泉に近く、とてもさっぱりとして爽快な温泉。共同源泉は、とても良く温まる優しい湯。どちらも最上のお湯で、入れば入るほどストレスが解消され、心が穏やかになり、健康になっていくような気がしている。

永松銅山と肘折温泉の関係は長い。大蔵村側から山に入ると、険しい谷を越えてカルデラ地形の肘折温泉に入り、ここから川沿いに数キロ遡上すると永松銅山がある。冬場は余りの積雪のため下界と完全に遮断される永松銅山にとって、ようやく雪が消えた時期に肘折温泉で疲れを休めた人も多かったことだろう。

さて。

冒頭に書いた「前世」「記憶」というのは、私自身の体験である。

私は幼少の頃から機械や電気が好きだった。これは、機械設計技師だった父方の祖父、陸軍の通信兵だった母方の祖父の隔世遺伝であることは間違いないものの、小学校の頃から真空管が大好きであることのほか、実は私には、先天的に山芋、酢漿草、昼顔、オニドコロ、ニガカシュウなどの葉っぱが「死ぬほど大嫌い」という性質がある(手で触れでもしようものなら死ぬか発狂するレベル。見るのも嫌だし靴で踏むのも嫌)。いずれも共通するのはハート形の葉っぱ、という事なのだけど、良く似た朝顔やシロツメクサ(クローバー)は何ともないし触っても平気なのである(ちなみに家族にも同じように先天的に蛙に拒否反応を示す人もいた)。これは、後天的に何か嫌な体験があったというのではなく、先天的に理由なくダメなものはダメ。全く科学的根拠はないのだけれども、もしかしたら戦時中、南方戦線において極度の飢餓状態に追い込まれた祖父が、命を繋ぐためにその辺にあったありとあらゆるものを口にした体験?が遺伝しているのではないか?とも思ったりしている。祖父は、骨と皮だけになって餓死寸前で終戦を迎え、運よく帰還してきた人であった。

 

大学院時代に極度のストレスに苛まれたとき、頭に思い浮かんだのは「山形の自然の中に行こう」という思いであった。オートバイに乗り、延々400kmを走り、祖母宅へ。そこから更に山中に入り、自分の足で永松鉱山跡へ。そこには、本来の自分を取り戻させてくれる自然があった。肘折温泉に入ったら、その数年前に亡くなった祖父との思い出が心に浮かんだ。嗚呼、やっぱり人間は自然の中でこそ生きられる存在で、自然に生かされているのだな、山の神様には感謝しないといけないんだな、という思いを新たにしたものだ。

戦後の日本は、田舎を時代遅れの恥ずかしいものとし、コンクリートに囲まれた都会がかっこいいものとした。農業は遅れているとバカにし、ハイテク産業がもてはやされた。しかし、それで良いのだろうか?

近い将来、必ず日本は没落していく。高齢者が国の大半を占め、産業は斜陽化する。もとより、日本の何倍もの人口を抱え、若い勢いに満ち溢れている中国をはじめとしたアジア諸国のエネルギーに勝てる訳はない。そうなると、国力が衰えた日本は外国から食物を輸入しにくくなり、食べ物に困るようになっていくだろう。その段階で、多分農業が見直され、昔のように、まずは食料を自給するところから再スタートして国づくりをしていくことになるのではないかと思っている。

無論、私は幼少の頃から田舎に馴染みがあるので、排他的な空気など田舎独特の悪習があることも承知している。それを変えていき、来る21世紀中盤から後半にかけて、世界の中でも豊かな自然と美味しい食物に恵まれた「素敵な田舎」としての魅力がある国になっていかないかな、なんて事を思っている。

みんな、もっと田舎に目を向けよう。自然の中に身を置いてみよう。

都会でストレスにまみれた日本人が忘れてしまっている、人間本来の姿が見出せるんじゃないかな。

 

 

うーん。我ながら全くまとまりのない文章。及第点以下だなこりゃ。

新年早々お目汚し失礼いたしました。

 

2018年1月2日

肘折温泉の某旅館にて。

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