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帯域幅 (bandwidth)

pointこの用語のポイント

point何種類の波を出せるかだよ

point通信に使われる周波数の範囲だよ

point通信速度の意味で使われる場合もあるよ

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簡単に書くよ

帯域幅 (bandwidth)とは

「何種類の波を出せるの?」のこと。
もう少し真面目に書くと

「あ~、これはね~。最低○周波数から最高×周波数までの波が出るよ」のこと
であり

通信するときに使われる電波や光の周波数の範囲のこと
です。
状況によっては

通信速度
の意味で使われている場合もあります。

image piyo

詳しく書くよ

一言で言えば、通信に使われる波の周波数の範囲が「帯域幅」です。

……と、いきなり言われても、よく分かりませんよね。
順番に見ていきましょう。

まず、周波数は「単位時間当たりの波の数」です。
単位は「Hz(ヘルツ)」を使うことが多いでしょう。
例えば、1秒間に1回揺れる波は「1Hz」です。
1秒間に5回揺れる波は「5Hz」になります。
波の揺れ具合を数字で表したものが周波数です。

帯域幅

それを踏まえて、ここから先を読んでください。

あるとき、ピヨ太君はピヨピヨ波発生装置を作りました。

帯域幅2

どうやらピヨ太君は、ピヨピヨ波発生装置から出る波を使って、ピヨ子さんに情報を伝えるつもりのようです。

帯域幅3

ピヨピヨ波発生装置からは2種類の波を発射できます。
1秒間に1回揺れる波(1Hzの波)と1秒間に2回揺れる波(2Hzの波)の2種類です。
ピヨピヨ波発生装置の帯域幅は1Hz~2Hzの範囲と言えます。

帯域幅4

さて、ここで問題です。
ピヨ太君は、1秒間に何種類の情報を伝えられるでしょう?

そうですね。
正解は2種類です。
ピヨピヨ波発生装置からは、波が2種類しか出ません。
よって、伝えられる情報も2種類です。

1秒間に1回揺れる波を「0」に対応させたとしましょう。
1秒間に2回揺れる波を「1」に対応させました。
そうすると、1秒間に伝えられる情報は「0」か「1」になります。

帯域幅5

ピヨピヨ波発生装置で1秒間に伝えられる情報は2種類だけです。
3種類以上の情報を伝えたい場合は、どんなに頑張っても2秒以上かかります。

例えば、ピヨ太君がピヨ子さんに0~2までの数字のどれかを伝えたいとしましょう。

1秒で伝えられるのは「0」か「1」だけです。
何をどう頑張っても「2」は伝えられません。

2秒あれば「2」も伝えられます。
やり方はいろいろありますが、例えば「1秒目に伝えた数と2秒目に伝えた数を足した数が本当に伝えたい数だよ」と事前に決めておくのです。
2秒あれば波を送るチャンスは2回です。

・1Hzの波と1Hzの波→0+0=0
・1Hzの波と2Hzの波→0+1=1
・2Hzの波と1Hzの波→1+0=1
・2Hzの波と2Hzの波→1+1=2


の組み合わせが作れます。
ピヨ太君からピヨ子さんに0~2までの数字を伝えることが可能になります。

帯域幅6

さて、ある日ピヨ太君はピヨピヨ波発生装置を改造しました。

なんと!

1秒間に1回揺れる波(1Hzの波)と1秒間に2回揺れる波(2Hzの波)と1秒間に3回揺れる波(3Hzの波)の3種類の波を出せるようにしたのです。
2Hzまでの波しか作れなかったピヨピヨ波発生装置が、3Hzまでの波を作れるようになりました。

帯域幅7

改造したピヨピヨ波発生装置の帯域幅は1Hz~3Hzの範囲です。
元のピヨピヨ波発生装置に比べて「帯域幅が広い」と言えます。

さて、ここで再び問題です。
改造したピヨピヨ波発生装置を使って、ピヨ太君は1秒間に何種類の情報を伝えられるでしょう?

そうですね。
正解は3種類です。
改造したピヨピヨ波発生装置からは、波が3種類出せます。
伝えられる情報も3種類です。
0~2までの数字のどれかを伝えたい場合も1秒で済みます。

帯域幅8

ここで先程の話を思い出してください。

ピヨピヨ波発生装置が2種類の波しか出せないときは、0~2までの数字のどれかを伝えるのに2秒かかりました。
3種類の波を出せるように改造したら1秒で済むようになりました。

帯域幅が広いということは、いろいろな種類の波を作れるということです。
いろいろな種類の波を作れるということは、1回で送れる情報の量が多いということにつながります。
1回で送れる情報の量が多いということは、全部の情報を伝えるまでに掛かる時間が少なくて済むわけです。
全部の情報を伝えるまでに掛かる時間が少なくて済むということは、通信速度が速いということです。

よって

帯域幅が広い=通信速度が速い

が成り立ちます。

今回は話を単純化しましたが、実際には表現の仕方が少し異なります。
例えば500KHzの波で通信するとして、帯域幅が32KHzだったとします。
その場合、実際の波は、例えば484KHz(500-16)から516KHz(500+16)の範囲の波になります。
484KHzと516KHzの差が32KHzってな理屈です。
もちろん、この幅が広くなれば通信速度も速くなりますよ。
そこの部分は先程の説明と同じです。

というのが本来の帯域幅の説明ですが、ぶっちゃけ「通信速度」と同じ意味で「帯域幅」と表現している場合も多いようです。
確かに帯域幅が広ければ通信速度は速くなりますが、元々は別のものなのですけどね。

もし単位として「bps」を使っていたら、通信速度のつもりで「帯域幅」と言っていると思ってください。
「bps」は「1秒当たり何ビット」を表す単位です。
通信速度を表現するときに、よく登場します。

image piyo2

一言でまとめるよ

まぁ「帯域幅」って単語が出てきたら「通信に使われる周波数の範囲、あるいは通信速度のことなんだな~」と、お考えください。

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