今回は令和4年度下期 機械科目 A問題13を解説します。伝送路に混入する雑音、電話網の多重化、無線通信の変調波、A-D変換の標本化定理、静止画像などのデータ圧縮という電気通信の基礎知識をまとめて問う空所補充問題です。★情報40（令和4年度上期A問題13）と同一テーマ「電気通信の概要」の姉妹問題（上期・下期の対）です。
伝送路から混入し信号を変化させる不要な成分は雑音、1本の伝送路で同時に多数の通話を伝送する技術は多重化、信号波と搬送波を合成したものは変調波、最高周波数の2倍以上の周波数で行う処理は標本化（標本化定理）、データサイズを小さくする処理は圧縮という対応を順に当てはめます。
令和4年度下期 機械科目 A問題13：問題文と選択肢
まずは、実際の試験問題を確認してみましょう。
出典：一般財団法人 電気技術者試験センター「令和4年度下期 第三種電気主任技術者試験」機械科目 A問題13
電験3種 機械科目 【情報】 令和4年度下期 A問題13
次の文章は，電気通信に関する記述である。
電気通信において，信号に変換された情報を伝える媒体を伝送路と呼ぶ。伝送路などから混入し，送りたい信号を変化させてしまうことがある不要な成分を（ア）という。
身近な通信手段の一つとして電話がある。地域間をまたがる電話網において多数の通話を効率的に中継するために，1本の伝送路を用いて同時に多数の通話を伝送する技術を（イ）という。
無線通信では，送りたい情報を信号波と呼ばれる電気信号に変換した後，送信機によって，周波数のより高い搬送波と呼ばれる信号と合成し，（ウ）を作る。（ウ）を作り出したり，受信機において（ウ）から信号波を取り出す方式はいくつかある。
アナログ信号をディジタル信号に変換するA-D変換においては，アナログ信号の最高周波数に対して，その2倍以上の周波数で（エ）を行えば，（エ）された信号から元のアナログ信号を再現できる。これを（エ）定理という。
画像や音声，ビデオなどの情報をそのまま記録・伝送しようとすると，データのサイズが大きくなるために，データの（オ）が行われる。静止画像の代表的な（オ）方法としてJPEGという国際標準規格がある。
上記の記述中の空白箇所(ア)〜(オ)に当てはまる組合せとして，正しいものを次の(1)〜(5)のうちから一つ選べ。
（ア） （イ） （ウ） （エ） （オ） (1) 雑音（ノイズ） 輻輳 正弦波 標本化 圧縮 (2) 側波帯 多重化 変調波 標本化 伸長 (3) 雑音（ノイズ） 多重化 変調波 標本化 圧縮 (4) 雑音（ノイズ） 多重化 変調波 量子化 伸長 (5) 側波帯 輻輳 正弦波 量子化 圧縮
出題のポイント：5つの用語を文脈から選ぶ
電気通信の基礎用語をまとめて問う問題です。それぞれの文脈にヒントが埋め込まれているので、キーワードを拾えば確実に埋まります。
| 空欄 | 答え | 文中のヒント |
| （ア） | 雑音（ノイズ） | 「送りたい信号を変化させる不要な成分」 |
| （イ） | 多重化 | 「1本の伝送路で同時に多数の通話」 |
| （ウ） | 変調波 | 「搬送波と合成し」「信号波を取り出す」 |
| （エ） | 標本化 | ★「最高周波数の2倍以上」＝標本化定理 |
| （オ） | 圧縮 | 「データのサイズが大きくなるため」JPEG |
（イ）の選択肢にある「輻輳」は、通信が集中して処理しきれない状態——効率的に伝送する技術ではありません。むしろ避けたい現象です。
（オ）の「伸長」は圧縮の逆——圧縮したデータを元に戻す処理です。「サイズを小さくする」のだから圧縮 が正しいことになります。
（エ）標本化定理をもう少し詳しく
「最高周波数の2倍以上で標本化すれば元の信号を再現できる」——標本化定理（シャノンの定理、ナイキストの定理）です。
| 用途 | 信号の最高周波数 | 標本化周波数 | 倍率 |
| 電話 | 約3.4 kHz | 8 kHz | 約2.4倍 |
| 音楽CD | 約20 kHz | 44.1 kHz | 約2.2倍 |
どちらも2倍より少し余裕をもたせている——ちょうど2倍では波形の再現が不安定だからです。実際にはフィルタの特性も考えて、2.2〜2.5倍程度に設定されます。
2倍未満で標本化すると、元にない低い周波数が現れます——エイリアシング（折返し雑音）と呼ばれる現象です。いったん生じると取り除けないので、A-D変換の前に低域通過フィルタで高い周波数を落とすのが定石になります。
（イ）多重化の方式
1本の伝送路で複数の通信を運ぶ方法には、いくつかの方式があります。
| 方式 | 分ける軸 | 例 |
| 周波数分割多重（FDM） | 周波数 | ラジオ・テレビ放送 |
| 時分割多重（TDM） | ★時間 | ディジタル電話網 |
| 波長分割多重（WDM） | 光の波長 | 光ファイバ通信 |
| 符号分割多重（CDM） | 符号 | 携帯電話 |
時分割多重は、短い時間ごとに順番を割り当てる方式——マルチプレクサで束ね、デマルチプレクサで戻すのでした。ディジタル信号と相性がよいので、電話網で広く使われています。
波長分割多重は、光ファイバ1本に何十波長も載せる——1本で数十Tbit/s という伝送が可能になります。光の色を分けて使うという発想です。
⚠️ よくある間違い
用語が似ているものを取り違えないことが本問の要点です。
「輻輳」と「多重化」——前者は困った状態、後者は技術。
「圧縮」と「伸長」——小さくするのが圧縮、戻すのが伸長。
「標本化」と「量子化」——時間を刻むのが標本化、大きさを刻むのが量子化。「2倍以上」という語が出たら標本化定理 です。
⏱️ 本番での進め方
①（ア）「不要な成分」＝雑音。側波帯は変調で生じる帯域。
②（イ）「1本で多数」＝多重化。輻輳は混雑状態。
③（エ）★「最高周波数の2倍以上」＝標本化定理。量子化ではない。
④（オ）「サイズを小さく」＝圧縮。伸長は逆。
💡 覚え方
「2倍以上と出たら標本化」——この一語で（エ）が決まります。そして「標本化は時間、量子化は大きさ」——2つを刻む軸が違うと押さえてください。
変調方式の基本
（ウ）の変調波——どんな作り方があるのかを見ておきましょう。搬送波の何を変えるかで3種類に分かれます。
| 方式 | 変えるもの | 特徴 | 用途 |
| AM（振幅変調） | 振幅 | 回路が簡単だが雑音に弱い | 中波ラジオ |
| FM（周波数変調） | 周波数 | ★雑音に強い | FMラジオ |
| PM（位相変調） | 位相 | ディジタル通信向き | 携帯電話 |
FM が雑音に強いのは、雑音が主に振幅に乗るから——振幅の情報を捨ててしまえば雑音も消えるのです。
ディジタル通信では、これらを組み合わせた方式が使われます。振幅と位相を同時に変えるQAM——1回の変調で何ビットも送れるので効率がよいのです。
受信側で変調波から信号波を取り出すのが復調——問題文の「受信機において信号波を取り出す」がそれにあたります。
雑音の種類と対策
（ア）で問われた雑音——発生の仕方によっていくつかに分けられます。対策も種類によって違うのです。
| 種類 | 原因 | 対策 |
| 熱雑音 | 導体中の電子の熱運動 | ★避けられない（帯域を狭くする） |
| 誘導雑音 | 近くの電線からの電磁誘導 | より対線、シールド、離隔 |
| インパルス雑音 | 開閉サージ、雷 | 誤り訂正符号 |
熱雑音は物理的に避けられません——温度がある限り電子は動くからです。だから通信の限界を決める根本的な要因になります。
信号の大きさと雑音の大きさの比がS/N比——これが通信の品質を決めます。dB で表すのが普通で、大きいほど良好です。
ディジタル化が雑音に強い理由
アナログ信号は、雑音がそのまま乗って蓄積します——中継するたびに劣化するのです。
ディジタル信号なら、0 か1 かさえ判別できれば完全に復元できます——中継のたびに雑音を捨てて作り直せる。何千kmでも劣化しないのが最大の利点です。
問題文の内容がすべてディジタル通信の話——標本化・圧縮・多重化はいずれもディジタルだからできる技術だとつながりで理解しておくとよいでしょう。
まとめ
| (ア) | 雑音（ノイズ） |
| (イ) | 多重化 |
| (ウ) | 変調波 |
| (エ) | 標本化 |
| (オ) | 圧縮 |
| 答え | (3) |
▼あわせて解きたい関連問題
・電気通信の概要（光ファイバ・電波特性・パリティチェック）の正誤判定：【機械】令和4年度上期A問題13
・チャタリング防止回路とJK-FFカウンタのJ入力値トレース：【機械】平成18年度B問題18
コメント