電波で情報を送れる仕組み 1 ：塩田紳二のモバイル基礎講座 第5回： （3/5 ページ）

[塩田紳二，ITmedia]

　FSKは、情報に応じて搬送波の周波数を変化させます。この方式では、振幅が変わらないので、フェージングなどに対して強くなります。段階的に変化するアナログ信号と違い、デジタル信号では、1、0が変わると周波数がいきなり変化します。このとき、搬送波の波形がなめらかにつながるように変化させ、位相がいきなり変化することがないようにしたものを「位相連続FSK（CPFSK：Continuous Phase FSK）と呼びます。

　周波数と位相は変調という点では同じようなものになります。なぜなら、周波数とは位相の変化の速さであるため、周波数を変化させるということは位相を変化させることと同じことになるからです。

　このCPFSKで、周波数の変化を最小にすれば、占有帯域を小さくできます。しかし、その周波数変化は、実はベースバンドの周波数（変調レート）によって制限されます。なぜなら、少なくとも半波長分の波がなければ、波として完結しないため、受信してもその周波数を判断できないからです。このため、最小の周波数変化は、最小は変調レートの2分の1になります。変調レートは、ベースバンド信号として送信するデジタルデータの転送レートと比例関係にあります。データを高速に転送する、つまり一秒間あたりに数多くのビットを送ると、1、0の変化がより激しくなるからです。

　つまり、送信する情報の転送レートを高くすると、周波数変調では、その分、周波数変化を大きくしなければならなくなります。

　この最小の周波数変化を使う変調方法がMSK（Minimum Shift Keying）です。さらに帯域を小さくするため、入力されるデータにフィルターをかける（※）のがGMSK（Gausian filtered Minimum Shift Keying）方式で、世界中で広く使われているGSM方式で使われる変調方法です。この方法は、1、0とデジタルに変化するデータをフィルターにより、滑らかに変化する信号に変え、変調を行います。1、0と突然変化するベースバンド信号よりも、なだらかに変化する信号のほうが占有する帯域幅が狭くて済むのです。

※注…フィルターは、特定の周波数より上または下の周波数だけを通過させる働きをするものです。デジタルデータにフィルターをかけ、低い周波数のものだけを通過させると、波形の立ち上がり部分がなまってなだらかに変化するようになります。

　PSKは、位相を変化させる方法です。PSKでも振幅は一定となるため、フェージングなどに強くなります。また、周波数も一定となるため、ASKやFSKよりも変調後の帯域の広がりが小さく、周波数の利用効率が高くなります。位相変調は、アナログのような連続値では、実用的につかわれませんでした。それは位相だと微妙な差を判別することが困難だからです。しかし、デジタルデータでは、取るべき位相差が固定されたものになるため、その検出が容易で、ほとんどの場合デジタルでのみ使われる変調方式です。

　FSK、PSKともに振幅は一定なので、電力的な効率は良く、使用電力に制限のあるバッテリを利用したモバイル通信機器に利用されることが多いようです。

変調速度、通信速度