周波数分割多重化 (シュウハスウスブンカジュウケイ) とは | 意味や読み方など丁寧でわかりやすい用語解説

周波数分割多重化 (シュウハスウスブンカジュウケイ) の読み方

日本語表記

周波数分割多重化 (シュウハスウブンカツタジュウケ)

英語表記

Frequency Division Multiplexing (フリークエンシー・ディビジョン・マルチプレクシング)

周波数分割多重化 (シュウハスウスブンカジュウケイ) の意味や用語解説

周波数分割多重化（Frequency Division Multiplexing、FDM）は、複数の異なる信号を一つの伝送路で同時に送るための多重化技術の一つである。この技術の主要な目的は、限られた通信資源である伝送路を効率的に利用し、多くの情報を一度に伝送することにある。特にアナログ信号の多重化において、その特性を活かした利用が広く行われてきた。 FDMの基本的な原理は、各情報信号にそれぞれ異なる周波数帯域を割り当てることにある。まず、伝送したい個々の情報信号（これをベースバンド信号と呼ぶ）がある。これらのベースバンド信号は、通常、比較的低い周波数帯域を占めている。FDMでは、これらのベースバンド信号それぞれに対し、異なる周波数の「搬送波」と呼ばれる高周波信号を用意する。次に、各ベースバンド信号をそれぞれの搬送波によって変調する。変調とは、ベースバンド信号が持つ情報を搬送波の特性（例えば、振幅や周波数）に変換し、高周波数の信号として遠くまで伝送できるようにするプロセスである。この変調によって、元のベースバンド信号は搬送波の周波数周辺の特定の周波数帯域を占める信号となる。 異なる搬送波周波数を用いることで、変調された各信号は互いに重ならない、分離された周波数帯域に配置される。これらの異なる周波数帯域を占める複数の変調信号をすべて統合し、一つの広帯域な伝送路に載せて送信する。これが多重化のプロセスである。 受信側では、送られてきた複合信号の中から、目的とする特定の情報信号だけを取り出す必要がある。このために、周波数選択フィルタという電子回路が用いられる。フィルタは、特定の周波数帯域の信号だけを通過させ、それ以外の信号を遮断する機能を持つ。受信側では、各チャネルに対応するフィルタを通過させることで、個々の変調信号を分離する。分離された変調信号は、その後、復調器によって元のベースバンド信号に逆変換され、情報が取り出される。 FDMを構成する上で重要な概念がいくつかある。ベースバンド信号は、音声やデータなど、伝送したい生の情報を指す。搬送波は、情報を遠くまで運ぶための媒体となる高周波信号で、この周波数を変えることで異なるチャネルを区別する。変調は、ベースバンド信号を搬送波に乗せる操作であり、復調はその逆で、搬送波から情報を取り出す操作である。また、各チャネルの変調信号が占める周波数帯域の間に「ガードバンド」と呼ばれる意図的に空けられた周波数帯域が設けられる。これは、隣接するチャネル間で信号が互いに干渉し合う「クロストーク」を防ぎ、受信側でのフィルタによる分離を容易にするために不可欠である。ガードバンドは、周波数帯域の利用効率を多少低下させるものの、安定した通信品質を確保するために重要な役割を担う。フィルタは、特定の周波数範囲の信号のみを選択的に通過させることで、多重化された信号から個々のチャネルを分離するために使われる。 FDMの利点は、主にアナログ信号の多重化に適している点である。比較的単純なアナログ回路で実現可能であり、複数の信号をリアルタイムで同時に送信できる。これにより、伝送路を有効活用し、通信システムの容量を増やすことが可能になる。また、各チャネルの独立性が高いため、個々のチャネルの障害が他のチャネルに波及しにくいという側面もある。 一方で、課題も存在する。前述のガードバンドが必要なため、利用可能な周波数帯域全体に対する情報伝送効率が低下する可能性がある。また、アナログ伝送の性質上、長距離伝送における信号の減衰やノイズの影響を受けやすく、信号品質を維持するための工夫が必要となる。デジタル信号の多重化においては、時分割多重化（TDM）や符号分割多重化（CDM）といった、より周波数利用効率の高い技術が用いられることが多く、FDMは主にアナログシステムや、光通信における波長分割多重化（WDM）のように、周波数の代わりに光の波長を利用する技術の概念的基礎としてその重要性を持つ。 FDMは、かつての電話網における多数の通話チャネルを一本の幹線にまとめる多重通信システムや、アナログテレビ放送やラジオ放送における異なる放送局のチャネル分離など、様々な通信システムで広く応用されてきた。光通信分野で利用される波長分割多重化（WDM）は、光の波長を電気信号における周波数と捉え、複数の光信号を一本の光ファイバーに多重化するFDMの概念を応用した技術であり、現代の高速大容量通信を支える基盤技術となっている。 このように、周波数分割多重化は、限られた伝送資源を有効に活用し、多種多様な情報を同時に伝送するための基本的な多重化技術として、通信システムの発展に大きく貢献してきた。その原理は、デジタル化が進んだ現代においても、様々な応用技術の基礎として理解しておくべき重要な概念である。