マルチモード光ファイバにおいて、光パルスが光ファイバ中を伝搬する間にその波形に時間的な広がりが生ずる。この事象は主に$\boxed{　　　}$に起因して発生し、信号波形を劣化させる支配的要因となる。

正解　4

ポイント

• 光ファイバの種類と主な分散要因の対応:
  • マルチモード光ファイバ（MMF） $\rightarrow$ モード分散 が支配的
  • シングルモード光ファイバ（SMF） $\rightarrow$ モード分散は存在せず、波長分散（材料分散 ＋ 構造分散）が主な制限要因

重要用語

シングルモード光ファイバの伝送帯域を制限する主な要因として、光ファイバの構造分散と材料分散との和で表される$\boxed{　　　}$がある。

正解　4

光ファイバ通信において、伝送距離が長くなるほど波長分散が大きくなり、帯域幅が狭くなってしまいます。波長分散は、異なる波長の光が光ファイバ内を伝搬する際に、それぞれの波長に対して異なる速度で進むために生じます。このため、光ファイバ通信では、波長分散を抑えることが重要です。

ポイント

• シングルモード光ファイバの分散:
  • 波長分散 ＝ 材料分散 ＋ 構造分散
• マルチモード光ファイバの分散:
  • モード分散 が支配的（波長分散よりも大きな制限要因となる）。

重要用語

光ファイバ通信などに用いられる伝送方式について述べた次の二つの記述は、$\boxed{　　　}$。
A　波長の異なる複数の光信号を多重化する方式は、WDM方式といわれる。
B　双方向多重伝送に用いられるTCMは、送信パルス列を時間的に圧縮し、空いた時間に反対方向からのパルス列を受信することにより双方向伝送を実現しており、ピンポン伝送ともいわれる。

正解　3

WDM（Wavelength Division Multiplexing）は、光ファイバー通信において、複数の波長を使用して情報を伝送する技術です。複数の光信号を異なる波長に変換し、それらを同じ光ファイバー上で同時に伝送します。各波長は独立して扱われるため、異なるデータストリームを同時に伝送することができます。このため、WDMは高速かつ大容量のデータ通信に適しています。

TCM（Time Compression Multiplexing）は、送信側と受信側で同じ周波数帯域を共有して使用します。送信側では、一定の周期でパルス列を生成します。このパルス列は時間的に圧縮されて送信されます。一方、受信側では、反対方向からのパルス列が到達するまで待機し、空いた時間帯に自身のパルス列を送信します。このようにして、双方向通信が実現されます。

ポイント

• WDM（波長分割多重）:波長 を変えて複数信号を多重化（大容量化のキー技術）。
• TCM（時間圧縮多重 / ピンポン伝送）:データを 時間圧縮 して送信・受信を高速で交互に切り替える（ISDNなどで利用された二線式双方向伝送技術）。

重要用語

デジタル移動通信などにおける多元接続方式の一つであり、各ユーザに異なる符号を割り当て、スペクトル拡散技術を用いることにより一つの伝送路を複数のユーザで共用する方式は、$\boxed{　　　}$といわれる。

正解　2

ポイント

• 多元接続方式の分け方キーワード:
  • CDMA: 符号（コード） ＋ スペクトル拡散
  • FDMA: 周波数 分割
  • TDMA: 時間 分割
  • SDMA: 空間 分割

重要用語

光ファイバ増幅器について述べた次の二つの記述は、$\boxed{　　　}$。
A　光ファイバ増幅器は、波長が異なる信号光の一括増幅が可能であり、一般に、波長分割多重伝送方式を用いた光中継システムなどに使用されている。
B　光ファイバ増幅器には、増幅媒体として光ファイバのコア部分にエルビウムイオンを添加した光ファイバを利用するEDFAといわれるものがある。

正解　3

光ファイバ増幅器には、波長が異なる信号光の一括増幅が可能であり、一般に、波長分割多重伝送方式を用いた光中継システムなどに使用されています。また、増幅媒体として光ファイバのコア部分にエルビウムイオンを添加した光ファイバを利用するEDFAというものがあります。

ポイント

• EDFAの特徴:
  • コアにエルビウムイオンを添加した光ファイバに励起光（1.48 µmや0.98 µm）を照射して増幅。
  • 光通信で主に用いられる 1.55 µm帯（Cバンド/Lバンド） の光信号を効率よく増幅できる。
  • 一括増幅 が可能なため、WDM（波長分割多重）システムに不可欠。

重要用語

光中継伝送システムに用いられる再生中継器には、中継区間における信号の減衰、伝送途中で発生する雑音、ひずみなどにより劣化した信号波形を再生中継するための機能として、$\boxed{　　　}$、タイミング抽出(Retiming)及び識別再生(Regenerating)の三つの機能が必要であり、これは3R機能といわれる。

正解　4

3R機能とは、光ファイバ通信システムにおいて、再生中継器（Regenerator）が持つべき3つの基本的な機能を指します。3Rは、Reamplification（再増幅）、Reshaping（再整形）、Retiming（再同期）の頭文字を取っています。

１．Reamplification（再増幅）：
再増幅機能は、光信号の強度を回復する機能です。光ファイバケーブルを通過する光信号は、距離により弱くなります。再増幅機能により、光信号の強度が増幅され、伝送距離が延長されます。

２．Reshaping（再整形）：
再整形機能は、光信号の波形を整える機能です。光ファイバケーブルを通過する過程で、光信号はノイズや歪みを受けることがあります。再整形機能により、光信号の波形が整えられ、信号品質が向上します。

３．Retiming（再同期）：
再同期機能は、光信号のタイミングを調整する機能です。光ファイバ通信では、データはビット列（0と1の並び）として伝送されますが、伝送過程でタイミングがずれることがあります。再同期機能により、ビット列のタイミングが正確に整えられ、データの伝送品質が向上します。

ポイント

• 3R機能のまとめ:
  • Reshaping：等化増幅（波形整形）
  • Retiming：タイミング抽出（クロック再生）
  • Regenerating：識別再生（パルス再生成）
• 1R中継（線形中継器）との違い:
  • 1R中継: Reamplifying（光直接増幅） のみを行う（波形整形やタイミング抽出は行わない）。
  • 3R中継: 等化増幅・タイミング抽出・識別再生 の3ステップでデジタル信号を完全に再生する。

重要用語

光ファイバ伝送路に用いられる線形中継器は、信号を中継する過程において光信号を電気信号に変換する必要がないことから伝送速度に制約されず、かつ、波長が異なる複数の信号光の$\boxed{　　　}$が可能である。

正解　2

線形中継器（1R中継器・光増幅器）:

光信号を電気信号に変換することなく、光のままで信号レベルを直接・一括で増幅（一括増幅）する装置です。光ファイバ増幅器（EDFAなど）が代表例です。

• 特長: 光のまま増幅するため、伝送速度やデータフォーマット（ビットレート）に依存（制約）せず、波長分割多重（WDM）通信のように波長が異なる複数の信号光を1台で「一括増幅」することが可能です。

ポイント

• 光直接増幅（1R）のメリット:O/E（光/電）変換・E/O（電/光）変換を行わないため、速度制限が小さく、WDM（波長分割多重）信号の一括増幅が可能になります。
• 再生中継器（3R）との違い:
  • 1R中継（線形中継器）: Reshaping/Regeneratingなし。光のままReamplifying（増幅）のみを行う。
  • 3R中継（再生中継器）: 一度電気信号に戻し、Reamplifying（等化増幅）・Reshaping（波形整形）・Retiming（識別再生/タイミング抽出）を行う。

重要用語

パルスの繰り返し周期が等しいN個のPCM信号を時分割多重方式により伝送するためには、多重化後のパルスの繰り返し周期を元の周期の$\boxed{　　　}$倍以下となるように設定する必要がある。

正解　3

時分割多重方式とは、複数の信号を時間的に切り替えて伝送する方式で、1つの伝送路を複数のチャネルに分割して使用することができます。この方式では、各チャネルで使用する帯域幅を小さくするために、元のパルス周期よりも短い周期で再生する必要があります。そのため、多重化後のパルス周期は元の周期の1/N倍以下となるように設定する必要があります。

ポイント

• 周波数と周期の逆数関係:多重化によって扱うデータ量（周波数・伝送速度）が $N$ 倍 になれば、パルスの間隔（周期）は $\frac{1}{N}$ に狭まります。
• 直感的イメージ:同じ時間（1つの周期）の中に $N$ 個の信号のパルスを隙間なく並べるため、パルス1個に割り当てられる時間幅（周期）は元の $\frac{1}{N}$ 以下に小さくする必要があります。

重要用語

デジタル回線の伝送品質を評価する尺度のうち、1秒ごとに平均符号誤り率を測定し、平均符号誤り率が$1 \times 10^{-3}$を超える符号誤りの発生した秒の延べ時間（秒）が、稼働時間（秒）に占める割合を表したものは、$\boxed{　　　}$といわれる。

正解　3

%SESはデジタル回線の伝送品質を評価する尺度の一つです。1秒ごとに平均符号誤り率を測定し、平均符号誤り率が$1×10^{-3}$を超える符号誤りの発生した秒数が、稼働時間（秒）に占める割合を表します。

ポイント

• 評価指標の閾値（基準）の違いを整理:
  • %EFS: エラーが 0個 の秒の割合（エラーがない健全な状態）
  • %ES: エラーが 1個以上（$BER > 0$） の秒の割合（わずかでもエラーがあった状態）
  • %SES: 平均符号誤り率が $1 \times 10^{-3}$ を超える 秒の割合（重度な通信障害レベルの状態）

重要用語

伝送速度が64キロビット／秒の回線において、ビットエラーの発生状況を100秒間調査したところ、特定の2秒間に集中して発生し、その2秒間の合計のビットエラーは640個となった。このときの%ESの値は、$\boxed{　　　}$パーセントとなる。

正解　3

%ESは１秒ごとに符号誤りの発生の有無を観測し、少なくとも１個以上の符号誤りが発生した延べ時間（１秒単位）が全観測に占める割合を表したものである。したがって、以下となる。

$$ ％ES = \frac{2[秒]}{100[秒]} \times 100 = 2[％]$$

ポイント

• 個数は関係ない点に注意:%ES はあくまで「エラーが1個以上あった秒が何秒存在したか」の割合です。1秒間に発生したエラーが1個であっても、1,000個であっても「1エラー秒」としてカウントします。
• 単位秒当たりの評価パラメータ:通信品質の評価では、%ES（エラー秒率）のほかにも、特定の基準以上の高いエラー率となった秒の割合を表す %SES（Severely Errored Seconds：重小エラー秒率）などが用いられます。

重要用語