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問1
(1)
ア:⑫ベースバンド
イ:②QAM
ウ:⑩OFDM

補足
・PSK(Phase Shift Keying:位相偏移変調):位相を変化させて変調する方式。位相偏移に数を増やして1シンボル当たりの情報量を増やすことができ、位相偏移に数により、BPSK(Binary Phase Shift Keying)、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)、8PSK、16PSKなどの種類がある。
・PSK（BPSK）変調の例

・位相偏移に数が増えたPSK


・QAM(Quadrature Amplitude Modulation:直角位相振幅変調)：PSKの位相変化に加えて、振幅の変化も情報として含めた変調。16個の信号点を持つ16QAMでは、以下のように信号点が配置され、1シンボルで4bitの情報を送ることができる。

・16QAMのシンボル信号点



OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing:直交周波数分割多重方式):複数の搬送波を用いるマルチキャリア変調方式の一つであり、複数のサブキャリアに分割して伝送することにより、サブキャリア1波当たりのシンボルレートを低くすることができ、地上での電波伝搬の際に生ずる反射波による干渉の影響を受けにくい

＜OFDM（OFDMA）の効率的な波長割り当ての仕組み＞
伝送波（キャリア）は、伝搬したい情報が含まれる搬送波と搬送波の周波数の整数倍の部分に発生する高調波ノイズから構成される（高調波ノイズは、性質上どうしても発生してしまう）。高調波ノイズは、他の周波数の搬送波と干渉を起こすため、従来のFDM（FDMA）では、その影響を受けないようにキャリアの周波数は、十分な間を空けて割り当てられていた。
OFDM（OFDMA）では、サブキャリアの搬送波を高調波ノイズの影響が0になる点に割り当てることで周波数帯の効率利用を実現している。

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(2)
答え:④
解説
① マルチモード(MM)光ファイバには、コアとクラッドとの間で屈折率が階段状に変化するグレーデッドインデックス(GI)型(正:ステップインデックス(SI)型)とコアの屈折率分布が緩やかに変化するステップインデックス(SI)型(正:グレーデッドインデックス(GI)型)がある。

② シングルモード(SM)光ファイバでは、伝送帯域を制限する主な要因となる波長分散の値が波長により異なり、1.65μm(正:1.3μm)付近でゼロになる。

③ ノンゼロ分散シフト光ファイバは、SM光ファイバの分散特性に着目した光ファイバの一つであり、屈折率分布を調整して分散シフト光ファイバのゼロ分散波長を短波長側又は長波長側にずらすことでファラデー効果(正:四光波混合)を抑制している。

④正しい

補足
・SI(ステップインデックス)型ファイバとGI(グレーデッドインデックス)型ファイバの屈折率分布
マルチモード光ファイバには、とSI(ステップインデックス)型とGI(グレーデッドインデックス)型の2つがある。
SI(ステップインデックス)型は、コア部の屈折率が一定で階段状の屈折率分布を持っている。GI(グレーデッドインデックス)型は、SI型で問題となるモード分散の影響を最小限にするために、屈折率分布を放射線状に変化させた構造になっている。


・（参考）モード分散とGI(グレーデッドインデックス)型ファイバ
マルチ光ファイバは、複数の光の経路（モード）を持っている。モードのうち、入射角度の小さい光の経路（低次モード）は、反射回数が少なく進行方向に対して短い経路を取ることができるため到着時間が早くなる。逆に入射角度の大きい光の経路（高次モード）は、反射回数も多くなり進行方向に対して長い経路を取ることとなり到着時間が遅くなる。このように、光パルスを複数のモードに分けて伝送する際に到達時間に幅が出来てしまい、光パルスの品質が悪くなる現象をモード分散という。


GI(グレーデッドインデックス)型ファイバは、コアの中心の屈折率を大きくし、コアの外側に行くほど屈折率を小さくした構造をしている。このような構造により、低次モードはコアの中心を全反射して進み、高次モードはコアの外側を全反射して進む。光の伝搬速度は、屈折率に反比例する性質を持っており、低次モードの光は伝搬速度が遅くなり、高次モードの伝搬速度は速くなる。この性質をうまく調整することで、低次モードから高次モードまでの到着時間の差をなるべく小さくすることでSI型において問題となっていたモード分散への対処が可能となる。（現在使われているマルチモードファイバのほとんどがGI型になっている。）


・分散の種類


波長分散:光信号に使用される光は、単一の波長ではなく、厳密にはある程度の幅を持った波長である。この波長の幅によって引き起こされる分散を波長分散という。波長分散は、更に材料分散と構造分散に分けられ、これらの分散の和が波長分散の値となる。
-材料分散:均一な媒質中であっても光の波長によって屈折率が異なるために伝搬速度に差がでてしまう。光が進んで行くに従い、屈折率の違いにより徐々に広がってしまう現象を材料分散という。
-構造分散:光ファイバのコア部とクラッド部の境界面で全反射するときに光がクラッド部分へしみ出す。構造分散は、このしみ出る割合が波長により異なるために生じる。

・シングルモード光ファイバの分散
以下は、材料分散と構造分散の各波長での分散の大きさと、それの和である波長分散の分布を表している。シングルモード光ファイバにおける波長分散値は、1.3[μm]付近でゼロになる、


・ノンゼロ分散シフト光ファイバ（NZ-DSF）：WDMのような複数の波長を使うシステムでは、分散を0にしてしまうと、非線形光学効果である四光波混合の影響が大きくなってしまう。そこで1.55μm帯で分散値をゼロ付近にしている分散シフト光ファイバ（DSF）から、ゼロ波長帯を若干ずらしたノンゼロ分散シフト光ファイバ（NZ-DSF）が使われる。(「ノンゼロ」ではなく、「非ゼロ」と呼ばれることもある）


偏波モード分散：光ファイバ中を直行する2つの偏波モード間において、群速度に遅延差が発生することによる分散。光ファイバ内のわずかな歪みから複屈折の影響から発生する。10Gbit/s以上の高速・長距離で問題になることがある。

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(3)
答え:④
解説
①②③正しい
④ 平衡対ケーブルを伝送媒体とする伝送方式では、一般的に使用される周波数帯において、低周波成分(正:高周波成分)ほど減衰量が大きいため、伝送路符号の低周波成分(正:高周波成分)は少ないことが望ましい。

補足
・①について
BSI(Bit Sequence Independence)：伝送しようとする情報がどのような符号系列のものであっても、情報の符号列に依存することなく確実にその信号を伝送できる性質の事。例えば、0の信号が続いた場合、タイミング抽出が行えなくなり正しく伝送できない場合があるが、B6ZS(ゼロが6個続いた場合に、別の符号パターンに置き換える方式)などを利用することで、BSIの性質を担保する。

・②③④について
＜電気通信における伝送路符号に求められる特性＞
平衡対ケーブルや同軸ケーブルを伝送媒体として電気信号を用いた伝送方式では、伝送路符号として、以下の（１）～（３）の特性が求められる。
（１）直流成分（低域成分／低周波数成分）が少ないこと
（２）タイミング抽出が行えること
（３）高周波成分が少ないこと

以下は、（１）～（３）の詳細な説明です。
（１）直流成分（低域成分／低周波数成分）が少ないこと
　伝送路に挿入される中継器には、給電電流分離用フィルタ、トランスなどが用いられることがあり、これらは直流成分（低域成分／低周波成分）を遮断する特性を持つため、直流成分が少ない伝送路符号が望ましいとされている。
※直流成分とは
　直流成分とは、信号を平均化したときに、現れる成分の事。直流成分は、+Eと-Eのバランスが悪いと発生してしまう。+Eと-Eのバランスがとれた伝送路符号は、平均化したとき0に近い信号となるため、直流成分が少ないといえる。
※直流成分と低周波数との関係
　直流成分が大きいということは、＋Ｅと-Eの切り替わりが少なく、同じ電位が連続して続くことが多いことを意味する。これは波形と見たときには、1波長が長いことを表し、周波数としてみたときは低周波数になることを表している。

（２）タイミング抽出が行えること
タイミング情報の抽出方法には、外部タイミング方式と自己タイミング方式がある。
　・外部タイミング方式：タイミング情報をデータ信号とは別の線から受け取る方式。
　・自己タイミング方式：タイミング情報をデータ信号に埋め込む方式。信号レベルの立ち上がりと立ち下がり（0と1の切り替わり）を検出している。
伝送路では、自己タイミング方式によってタイミング情報を伝送している。自己タイミング方式は、同じ電位が連続して続くとタイミング情報が失われてしまう。そのため、伝送路符号では、電位が頻繁に切り替わりタイミング情報が失われない符号化が望まれる。


（３）高周波成分が少ないこと
電気信号では、表皮効果と近接効果により、周波数が高くなるほど信号が減衰してしまう。そのため、高周波成分が少ない伝送符号が望まれる。
・表皮効果
　導線に交流電流を流す際、周波数が高くなるほど、電流が導線の表面に偏って流れる現象。高周波になると中心には付近は、ほとんど流れなくなり、電流が流れる面積が小さくなるため、見かけ上、抵抗値が高くなる。この効果により高周波数帯でのメタルケーブルによる伝送は大きく制限を受ける。30kHz以上になると、抵抗値が\( \sqrt{f} \)に比例して大きくなる。


・近接効果：撚り線などで隣接する複数の導体間において、相互に発生させる磁場により導体内の電流密度にムラができてしまい、抵抗値が高くなる現象。表皮効果と同じく、高周波数帯で影響が顕著となる。

・周波数と抵抗値の関係
下図は、周波数の増加に対して導体の抵抗値がどのように変化していくかを表わしたグラフ。（縦軸は抵抗値の倍率／横軸は周波数（対数グラフ））。
実線は、単線の導体、点線は、同心撚り線の値を表している。単線は、表皮効果の影響、同心撚り線は、表皮効果に加えて近接効果の影響で周波数に応じて抵抗値が増えているのが見て取れる。


※用語の補足
平衡対ケーブル（ツイストペアケーブル）：誘導による漏話を軽減する目的で絶縁被覆した2本の銅線をより合わせたケーブル。電話局から加入者宅まで加入者線やLANに使われる。減衰量は、周波数に比例するため、高周波数の信号の伝送には向かない。
同軸ケーブル：銅線を絶縁体で囲み、その上をシールドで覆ったケーブル。減衰量は、周波数をfとしたとき\(\sqrt { f } \)に比例する。

給電電流分離用フィルタ：中継器に電力を供給するために通信回線に電力を乗せる事があり、その場合は、中継器で電力を分離/結合するためのフィルタが必要になる

類題
29年第1回（設備）問１(2)(ii)：デジタル伝送における伝送路符号　※3/4が同一文章。

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(4)
答え:③
解説
① HFC方式では、CATVのサービスエリアを小エリア(セル)に分割してセルの中心に光ノードを配置し、ヘッドエンド装置から光ノードまでの間の伝送路を光ファイバケーブルで、光ノードから宅内までの間の伝送路を平衡対ケーブル(正:同軸ケーブル)で接続する構成を採る。

② HFC方式において、ヘッドエンド装置(正:光ノード)から光ノード(正:ユーザ宅)までの間の光ファイバケーブル(正:同軸ケーブル)の伝送距離を制限する主な要因として、ユーザ宅内から混入する流合雑音がある。
③ 正しい
④ HFC方式を利用したインターネット接続で用いられている規格であるDOCSIS3.1では、後方互換性が確保されていない(正:確保されている)ため、DOCSIS2.0対応のケーブルモデムはDOCSIS3.1対応のセンターモデムと対向して通信することができない(正:通信することができる)。

補足
・HFC(Hybrid Fiber Coax):CATV網のネットワーク構成方法の1つ。センタ側の幹線系に既設の光ファイバが用いられ、ユーザ宅に近い分配系に同軸ケーブルが用いられる。CATV会社としては、既存の同軸ケーブル網を流用できるため、高速大容量化した光ファイバ通信の展開を経済的に行える。


・同軸ケーブル/HFCシステムと流合雑音について
CATVネットワークのうち、全区間で同軸ケーブルを用いる方式では、CATV局から伸びる幹線から樹枝状に分岐されたネットワーク構成をとる。各枝部の上り信号では、加入者宅内の家電製品などから発生する電気的雑音が乗ってしまい、幹線部では、それらの雑音が流合することで、通信品質に影響を与えるほどの雑音が累積されてしまう。このような雑音を「流合雑音」という。一方で、HFC方式では、従来、1本の同軸ケーブルで構成されていた幹線が複数の光ファイバで分配するような形で構成される。そのため、1幹線に接続されるユーザ数が少なくなり流合雑音を減らすことができる。


DOCSIS (Data Over Cable Service Interface Specifications):同軸ケーブルでの通信サービスの国際規格。

・DOCSISの特徴
　非対称性通信：上り・下りで異なる周波数帯を使用しており、速度が異なる。
　サービス管理：CM単位で速度制限、QoSの管理が可能。
　相互接続性：米Cablelabsで機器認定を行っており、DOCSIS認定を取得することで異なるメーカの機器同士での接続が補償される
　後方互換性：DOCSISの各バージョンで後方互換性が保たれている。例えば、DOCSIS2.0対応のケーブルモデムがDOCSIS3.0のセンターモデムと対向して通信することができる。

・DOCSISのバージョンについて

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