ファイルベース時代に学ぶビデオ技術(番外編)「映像信号の変調と放送」

摘要

前編(2020年73巻11月号)、NTSC信号の項目ですでに位相変調(PM)について触れましたが、この変調方法は広くデジタル信号の伝送でも利用できます。デジタル信号は連続する数値を取るアナログ信号とは異なり、離散(断続)的な数値を取ります。そこで、基準となる位相から、例えば1/8波長(45°)、1/4波長(90°)、3/8波長(135。)、1/2波長(180°)、5/8波長(225°)…などと離散的に位相をずらして送信することで、1つのキャリア周波数で8パターンの信号(シンボル)を伝送できます。8は2の3乗(2^3=8)ですから、この方法だと3ビット分の情報を同時に送信できることを意味しています。これをオシロスコープにグラフ状に表現したのがコンスタレーション表示です。コンスタレーション表示では基準位相(in-phase)をⅠ軸として水平に取り、これに直交(quadrature)する位相をQ軸として垂直に取ります。すると振幅が同じで、位相のみが離散的に変化するデジタル信号は、一定時間重ねあわせて表示すると、図1のようにスコープ上に表現されます。一瞬一瞬を切り取って表示すると、各瞬間に輝点(シンボル)はどれか1つしか現れませhが、一定時間に現れる多数の輝点を重ね合わせることで、このように幾何学的な形となります。各輝点を星に見立てると星座のように見えますが、この図の星座のパターンは8PSK(phase shift keying)と呼ばれる変調方式となり、BSデジタル放送で使用されています。位相をずらして数値を表現する、という原理はPMと同じですが、デジタル信号のために数値が離散的に変化し、スコープ上に現れる波形は雲のように広がるのではなく、輝点として整列する点が異なつています。デジタル信号の起源がキーを叩いて長音/短音の組み合わせ情報を伝送するモールス信号であることから、デジタル信号の変調には"Modulation"ではなく"Keying"という単語が用いられることが多いです。