無線通信
概 要
離れた場所で、配線することなく、電波を用いて通信する仕組み。古くは1895年、イタリアのマルコーニによって発明された技術で、「トン」「ツー」の2つの信号からなるモールス信号をやりとりできるものだったが、その後、「変調」という仕組みを使って、音声を電波に乗せられるようになり、ラジオやテレビが実現。
携帯電話やスマホの通話や通信は、これを発展させたもので、仕組みとしては同じ。
解 説
電気の「＋」と「－」を高速に入れ替えて波形を作ると、その波は空間を飛んでいきます。これが電波です。この電波を用いて、相手に信号を伝えるのが無線通信です。
「＋」と「－」を1秒間に何回入れ替えるのかという値が「周波数」で、単位「Hz（ヘルツ）」で示されます。周波数が高いほど直進しやすく伝達できる情報量が多い一方で、短い距離しか飛びません。
電波に信号を乗せることを「変調」と言います。変調には、いくつかの方法がありますが、「0」と「1」から構成されるデジタル信号を送信するときにわかりやすいのは、「ASK（Amplitude Shift Keying）」と呼ばれる方式です。この方式では、「0」のところは電波を出さず、「1」のところは電波を出すようにします。こうした電波を受信側で元に戻せば信号を取り出せます。元に戻すことを「復調」と言います。
Wi-FiやBluetoothなど、スマホやパソコンで使っている通信も基本的な仕組みは、これと同じですが、より高速に通信できるように、そしてノイズに強く、より遠くまで飛ばすため、さまざまな工夫がされています。
実現できること
- ・ラジオ、テレビなどの放送
- ・携帯電話やスマホなどの3G回線、4G回線、5G回線などの通話・通信
- ・Wi-Fiなどのスマホやパソコンのインターネット通信
- ・ワイヤレスイヤホン、ワイヤレスマウス、ワイヤレスキーボード
将来の展開
無線は相互通信するものなので、きちんと規格を決めて、皆がそれを守ることが重要です。たとえば、スマホやパソコンでインターネットに接続するときに使うWi-Fiは、「Wi-Fiコンソーシアム」という団体が規格を決めているため、その規格に準拠していれば、どのメーカーのものであっても、互いに接続できるようになっています。
ワイヤレスヘッドホンやキーボード、マウスなどを接続するときに使うBluetoothという規格も同様です。こうした規格は、無線技術の向上により、より速く、遠くまで届くよう、さらなる研究が進んでいます。
また近年では、高速化だけでなく、安全性に対する取り組みも重要視されています。電波は盗聴できてしまうためです。そこで盗聴されないような暗号化の仕組み、正しい相手としかつながらないようにする認証の仕組みも進化しています。
補 足
電波は真空中でも伝わります。人工衛星など、宇宙との通信も、地上の通信とまったく同じ仕組みです。