無線通信

1943年、ニューギニアで無線電信を行うアメリカ陸軍通信部隊の無線通信士

無線通信または無線電信は、ケーブルを使用した電気通信と同様に、電波でテキストメッセージを送信する技術です。^{[ 1 ] [ 2 ]} 1910年頃より前は、無線電信という用語は、電線を使用せずに電信信号を送信する他の実験的技術にも使用されていました。^{[ 3 ] [ 4 ]} 無線電信では、情報は「短点」と「長点」と呼ばれる2つの異なる長さの電波パルスによって送信され、通常はモールス信号でテキストメッセージを綴ります。手動システムでは、送信側のオペレーターが電信キーと呼ばれるスイッチをタップして送信機のオン/オフを切り替えることで、電波パルスを生成します。受信側では、パルスは受信機のスピーカーからビープ音として聞こえ、モールス信号を知っているオペレーターによってテキストに変換されます。

無線電信は無線通信の最初の手段でした。 1894年から1895年にかけてグリエルモ・マルコーニによって発明された最初の実用的な無線送信機と受信機は、無線電信を使用していました。^{[ 5 ]}無線電信は、ラジオが登場した最初の数十年間、いわゆる「無線電信時代」において、唯一の無線通信手段であり続けました。第一次世界大戦で振幅変調（AM）無線電話の発達により、音声（オーディオ）を無線で送信できるようになったのです。1908年頃から、強力な大洋横断無線電信局が、毎分最大200語の速度で国家間の商用電報を送信しました。

無線電信は、20世紀前半を通じて、商業、外交、軍事における長距離の個人間のテキスト通信に使用されていました。^{[ 6 ]}二度の世界大戦の間、無線電信は戦略的に重要な能力となりました。 ^{[ 7 ]}長距離無線電信局を持たない国は、敵に海底電信ケーブルを切断されれば世界から孤立してしまう可能性があるためです。無線電信はアマチュア無線で今でも人気があり、軍隊でも緊急通信に使用するために指導されています。しかし、1950年代までに商業無線電信は無線テレタイプネットワークに置き換えられ、時代遅れになっています。^{[ 8 ]}

原則

1912年に船上で無線電信士が緊急SOSコールを送って助けを求めているイラスト

モールス信号を送信する現代のアマチュア無線技師

無線通信法の一種で、無線通信方式の一種で、CW（連続波）、ICW（断続連続波）送信、オンオフキーイングとも呼ばれ、国際電気通信連合によって送信タイプ A1A または A2Aに指定されています。無線通信方式は、その歴史の中でいくつかの異なる変調方式で送信されてきました。1920年まで使用されていた原始的なスパークギャップ送信機は、非常に広い帯域幅を持つ減衰波を送信していましたが、これは他の送信を妨害する傾向がありました。このタイプの送信は、船舶での一部の旧式な使用を除き、1934 年までに禁止されました。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} 1920 年以降に使用されるようになった 真空管送信機は、現在でも使用されている連続波（CW）と呼ばれる変調されていない正弦波搬送波のパルスによってコードを送信します。CW 送信を受信するには、受信機にビート周波数発振器（BFO）と呼ばれる回路が必要です。 ^{[ 12 ] [ 13 ]} 3番目の変調方式である周波数偏移変調（FSK）は、主に無線テレタイプネットワーク（RTTY）で使用されました。モールス信号による無線電信は、第二次世界大戦までにほとんどの大規模用途で徐々に無線テレタイプに置き換えられました。

手動無線電信では、送信側のオペレーターが電信キーと呼ばれるスイッチを操作して無線送信機のオン/オフを切り替える。このスイッチによって「短点」と「長点」と呼ばれる、長さの異なる変調されていない搬送波のパルスが生成され、このパルスがモールス信号で文字を符号化する。^{[ 14 ]}受信側では、モールス信号は受信機のイヤホンやスピーカーからブザー音やビープ音の連続として聞こえ、モールス信号を知っているオペレーターによってテキストに変換される。自動無線電信では、両端のテレプリンターが国際電信アルファベット第2号などのコードを使用し、タイプされたテキストを生成する。

無線電信は商用無線通信では時代遅れであり、最後の民間用途では、海上船舶無線通信士が緊急通信にモールス信号を使用する必要があったが、国際海事機関（IMO）が衛星ベースのGMDSSシステムに移行した1999年に終了した。^{[ 8 ]} しかし、アマチュア無線家は今でも使用しており、軍隊では信号手に緊急通信用のモールス信号の訓練を義務付けている。^{[ 15 ] [ 16 ]} CW沿岸局KSMは現在もカリフォルニアに存在し、主にボランティアによって博物館として運営されており^{[ 17 ]}、船舶との交信が時々行われている。マイナーな旧来の用途では、航空無線航行サービスのVHF全方向レンジ（VOR） およびNDB無線ビーコンは、今でも1～3文字の識別子をモールス信号で送信している。

無線電信は世界中のアマチュア無線家の間で人気があり、一般的に連続波、または単にCWと呼ばれています。Club Logブログによって記録された7億件以上の通信の2021年の分析^{[ 18 ]}と、 American Radio Relay Leagueによって記録されたデータの同様のレビュー[ ^{19 ]はどちらも、}無線電信がアマチュア無線通信で2番目に人気のあるモードであり、交信の約20％を占めていることを示しています。これは、音声通信よりも人気があることを意味しますが、 2021年に行われたアマチュア無線交信の60％を占めたFT8デジタルモードほど人気はありません。 2003年以降、多くの国ではアマチュア無線免許を取得するためにモールス信号と無線電信の知識は必要なくなりましたが^{[ 20 ]}、一部の国では依然として異なるクラスの免許の取得が必要です。 2021年現在、ベラルーシとエストニアのクラスAライセンス、モナコの一般クラス、ウクライナのクラス1ライセンスでは、高周波（HF）帯域を含むアマチュア無線の全スペクトルにアクセスするためにモールス信号の熟練度が求められています。^{[ 20 ]}さらに、アイルランドのCEPTクラス1ライセンス^{[ 21 ]}とロシアのクラス1ライセンス^{[ 20 ]}はどちらも無線電信の熟練度を求めており、追加の特権として、両国でより短く望ましいコールサインと、ロシアでより高い送信電力を使用する権利が付与されます。^{[ 22 ]}

歴史

固定電話回線網

電信信号を電線なしで送信する方法を見つける努力は、最初の即時通信システムである電信網の成功から始まりました。 ^{[ 23 ]} 1830年代に開発が始まり、電線を介してテキストを送信するための様々な方式を用いた多くのシステムが競い合いました。^{[ 24 ] : 9-12} モールス電信線は、電信柱に支えられた架空線で接続された複数の電信局で構成される、人から人へのテキストメッセージシステムでした。メッセージを送信するには、一方の局のオペレーターが電信キーと呼ばれるスイッチをタップして電流パルスを発生させ、モールス信号でメッセージを綴りました。^{[ 24 ] : 14-15} キーが押されると、電池が電信線に接続され、電流が電線に送られます。受信局では、電流パルスが電信サウンダを作動させます。この装置は、電流パルスを受信するたびに「カチッ」という音を発します。モールス信号を知っている受信局のオペレーターは、クリック音をテキストに変換し、メッセージを書き留めました。電信回路の電流の帰路として接地線が利用されたため、架空線を2本使用する必要がなくなりました。^{[ 25 ]}

1860年代までに、電信はほとんどの緊急の商業、外交、軍事メッセージを送る標準的な手段となり、^{[ 24 ] : 15-17} 、工業国は大陸規模の電信網を構築し、海底電信ケーブルによって海を越えて電信メッセージを送信することが可能になった。^{[ 24 ] : ch.2 [ 26 ]}しかし、遠方の局を結ぶ電信線の敷設と維持には多大な費用がかかり、海上の船舶など、電線が届かない場所もあった。発明家たちは、接続線を使わずにモールス信号の電気信号を離れた地点間で送信する方法が見つかれば、通信に革命をもたらす可能性があると考えた。

無線電信の発明

1897年5月、フラットホルムでイギリス郵便局の技術者がマルコーニの送信機（中央）と受信機（下）を検査している。

20世紀最初の10年間の典型的な商用無線電信受信機。モールス信号の「短点」と「長点」は、サイフォン・レコーダー（左）によって紙テープにインクで記録された。

1920 年に RCA のニューヨーク受信センターで紙テープに記録された大西洋横断無線電信メッセージの例。モールス信号の翻訳はテープ下に表示されます。

1830年代から発明家たちは無線通信を行うために、磁気誘導方式、地面伝導、水域を通じた伝導、光ビーム方式といった一連の失敗した技術を実験してきた。 ^{[ 27 ]}

この問題の解決に成功したのは、 1887年にハインリヒ・ヘルツが電波を発見し、 1899年頃までに実用的な無線電信送信機と受信機が開発されたことであった^{。[ 28 ]}

1894年から数年間、イタリアの発明家グリエルモ・マルコーニは、新たに発見された電波現象を通信に応用する研究を行い、それまでは基本的に実験室での実験であったものを有用な通信システムに変え、^{[ 29 ] [ 30 ]}それを使用した最初の無線電信システムを構築しました。^{[ 31 ]}プリースと英国の郵便局（GPO）は、1896年からソールズベリー平原で行われたマルコーニの実験を最初は支持し、資金援助しました。プリースは、無線誘導の実験を通じてそのアイデアに確信を持つようになりました。しかし、マルコーニがワイヤレス・テレグラフ・アンド・シグナル・カンパニーを設立したため、この支援は撤回されました。GPOの弁護士は、このシステムは電信法の意味での電信であり、したがって郵便局の独占に該当すると判断しました。これはマルコーニを阻むものではなかったようです。^{[ 32 ] : 243–244} 1901年にマルコーニが大西洋を越えて無線電信信号を送信した後、このシステムは船舶間および船舶間の通信を含む通常の通信に使用され始めました。^{[ 33 ]}

この発展により、無線電信は無線電信、つまり電波で送信されるモールス信号を意味するようになりました。最初の無線送信機は、第一次世界大戦まで使用されていた原始的な火花ギャップ送信機で、音声（オーディオ信号）を送信できませんでした。代わりに、オペレーターは電信キーでテキストメッセージを送信しました。キーを押すと送信機のオン/オフが切り替わり、短い（「短点」）と長い（「長点」）の電波パルスが生成され、その集合がモールス信号の文字やその他の記号を構成していました。受信機では、信号はイヤホンで音楽的な「ビープ音」として聞こえ、オペレーターはコードをテキストに変換しました。1910年までに、「ヘルツ波」と呼ばれていた通信は一般的に「ラジオ」と呼ばれるようになり、^{[ 34 ]}無線電信という用語は、より現代的な「無線電信」という用語に大きく置き換えられました。

変調方式

減衰波

1920年代まで使用されていた原始的な火花ギャップ送信機は、減衰波と呼ばれる変調方式で送信していました。電信キーが押されている間、送信機は通常50ヘルツから数千ヘルツの音声周波数で繰り返される、一連の過渡的な無線波パルスを出力しました。^{[ 35 ]}受信機のイヤホンでは、これは楽音、耳障りな音、またはブザー音のように聞こえました。そのため、モールス信号の「短点」と「長点」はビープ音のように聞こえました。減衰波は広い周波数帯域幅を持っており、無線信号は単一の周波数ではなく、広い周波数帯域を占めていました。減衰波送信機の送信範囲は限られており、隣接する周波数で送信する他の送信機の送信と干渉していました。^{[ 36 ]}

連続波

1905年以降、新しい変調方式である連続波（CW）^{[ 37 ]}（国際電気通信連合では送信タイプA1Aと指定）を使用してコードを送信する新しいタイプの無線電信送信機が発明されました。^{[ 38 ]}電信キーが押されている間、送信機は一定振幅の連続正弦波を生成しました。^{[ 37 ]} 無線波のエネルギーがすべて単一の周波数に集中していたため、CW送信機は所定の電力でより遠くまで送信でき、隣接する周波数の送信に実質的に干渉を引き起こしませんでした。連続波を生成できる最初の送信機は、 デンマークの技術者ヴァルデマール・ポールセンが1903年に発明したアークコンバータ（ポールセンアーク）送信機^{[ 39 ]}と、レジナルド・フェッセンデンとエルンスト・アレクサンダーソンが1906〜1912年に発明したアレクサンダーソンオルタネーター^でした。^{[ 40}

しかし、減衰波用の無線受信機は連続波を受信できませんでした。キーが押されている間に生成されるCW信号は変調されていない搬送波に過ぎなかったため、受信機のイヤホンでは音が出ませんでした。^{[ 41 ]} CW信号を受信するには、モールス信号の搬送波パルスを受信機で聞き取れるようにする何らかの方法を見つける必要がありました。

ビート周波数発振器（BFO）

この問題は1901年にレジナルド・フェッセンデンによって解決されました。彼の「ヘテロダイン」受信機では、受信無線電信信号は受信機の検波器水晶または真空管で、受信機内のビート周波数発振器（BFO）と呼ばれる電子発振器によって生成された一定の正弦波と混合されます。発振器の周波数は、無線送信機の周波数からオフセットされています。検波器では2つの周波数が減算され、2つの周波数の差にビート周波数（ヘテロダイン）が生成されます。^{[ 42 ]} BFO周波数が無線局の周波数に十分近い場合、ビート周波数は可聴周波数範囲にあり、受信機のイヤホンで聞くことができます。^{[ 42 ]}信号の「短点」と「長点」の間にはビート音が生成されますが、その間には搬送波がないため、音は生成されません。したがって、モールス信号はイヤホンで音楽的な「ビープ音」として聞こえます。 ${\displaystyle f_{\text{BFO}}}$ ${\displaystyle f_{\text{IN}}}$ ${\displaystyle f_{\text{BEAT}}=|f_{\text{IN}}-f_{\text{BFO}}|}$

BFOは、1913年にエドウィン・アームストロングが最初の実用的な電子発振器である真空管帰還発振器を発明するまで、あまり知られていませんでしたが、その後、BFOは無線電信受信機の標準部品となりました。無線局が異なる周波数に同調するたびにBFO周波数も変更する必要があったため、BFO発振器は同調可能である必要がありました。 1930年代以降のスーパーヘテロダイン受信機では、BFO信号はスーパーヘテロダイン検波器によって生成される一定の中間周波数（IF）と混合されました。そのため、BFOは固定周波数で動作することが可能でした。^{[ 43 ]}

第一次世界大戦後、真空管式送信機が安価だったため、他の方式の送信機に取って代わった。CWは1920年代までに無線電信の標準的な送信方式となり、減衰波スパーク送信機は1930年までに禁止された^{[ 10 ]}。CWは現在も使用されている。今日でも、短波通信局向けに製造されるほとんどの通信受信機はBFOを搭載している^{[ 44 ] 。}

業界

第一次世界大戦では、軍の野戦無線電信局の有線アンテナを素早く設置するために気球が使用されました。1908年、ドイツのテンペルホーファー野戦基地の気球。

国際無線電信連合は、1906年の第1回国際無線電信大会で非公式に設立され、1932年に国際電気通信連合に統合されました。 ^{[ 45 ]}米国が第一次世界大戦に参戦すると、民間の無線電信局は禁止され、この分野での先駆者の数人の仕事に終止符が打たれました。^{[ 46 ]} 1920年代までには、商用および政府の無線電信局のネットワークが世界中に構築され、船舶では商用目的と乗客のメッセージの両方に無線電信が広く使用されていました。^{[ 10 ]} 1920年代までには、多くの用途で音声の送信 (無線電話) が無線電信に取って代わり、ラジオ放送が可能になりました。^{[ 47 ]}無線通信は、電報や外交通信など、民間の人対人のビジネス、政府、軍事通信に引き続き使用され、無線テレタイプネットワークへと進化しました。^{[ 48 ]}無線通信の究極の実現は、1930年代に開発され、長年にわたり遠く離れた国々の間の唯一の信頼できる通信手段であった無線信号を使用するテレックスであった。 ^{[ 49 ]}最も先進的な標準であるCCITT R.44は、短波伝送によるメッセージのルーティングとエンコードの両方を自動化した。^{[ 50 ]}

今日では、より近代的なテキスト伝送方法の登場により、商業用途におけるモールス信号無線電信は時代遅れとなっている。船舶においては、コンピュータと衛星通信によるGMDSSシステムが、通信手段としてモールス信号をほぼ代替している。^{[ 51 ] [ 52 ]}

規制

連続波（CW）無線電信は、国際電気通信連合（ITU）によって発射タイプA1Aとして規制されています。^{[ 38 ]}

米国連邦通信委員会は、生涯有効の商用無線電信技師免許を発行しています。この免許を取得するには、規則に関する簡単な筆記試験、より複雑な技術に関する筆記試験、そして20語/分の平文と16語/分のコードグループによるモールス信号の受信能力が必要です。（以前の20語/分の要件に基づいて取得したアマチュア無線電信技師免許も単位として認められます。）^{[ 53 ]}

ギャラリー

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  実用的な無線電信通信を初めて開発したと一般に認められているグリエルモ・マルコーニが、1901年に最初の送信機（右）と受信機（左）を手に持っている。
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  1900年9月24日：ヘルゴラント島の無線局にいるフェルディナント・ブラウンと電信技師たち。彼の2回線システムにより長距離無線通信が可能になった。^{[ 54 ] [ 55 ]}
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  第一次世界大戦中に無線野戦電信局を建設するドイツ軍
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  第一次世界大戦中、無線野戦電信局に配属されたドイツ軍将校と兵士たち
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  ドイツ南西アフリカの移動ラジオ局。水素気球を使ってアンテナを持ち上げている。

参照

• AT&Tコーポレーション（元はアメリカ電話電信会社）
• 電信
• インペリアルワイヤレスチェーン
• 無線テレタイプ

参考文献と注釈

一般的な

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引用

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さらに読む

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• トワイニング、ハリー・ラ・ヴァーン（1909年）。『無線電信と高周波電力：変圧器、無線電信、高周波装置の構造に関する詳細な情報と、それらの理論と動作に関する章を含むマニュアル』
• ポアンカレ、リュシアン（2005年2月28日）[1909]「第7章：科学史の一章：無線通信」『新物理学とその進化』ニューヨーク。
• フレミング、ジョン・アンブローズ（1908年）『電波電信の原理』カリフォルニア大学ロンドン校、ニューヨーク校、ボンベイ校、ロングマンズ・グリーン社
• シモンズ、ハロルド・H. (1909). 「無線通信」.電気工学概論. ミシガン大学. ロンドン; ニューヨーク: カッセル・アンド・カンパニー.
• マレー、ジェームズ・アースキン（1907年）『無線電信ハンドブック』、ミシガン大学出版、ニューヨーク、D.ヴァン・ノストランド社、[他]
• ドメニコ・マッツォット（1906年）『無線電信と電話技術』ミシガン大学、ウィテカー社
• コリンズ、A. フレデリック（アーチー・フレデリック）（1905年）『無線通信：その歴史、理論、そして実践』ミシガン大学出版、ニューヨーク、マグロウ出版社。
• チャールズ・ヘンリー・シューウォール（1903年）『無線電信：その起源、発展、発明、そして装置』カリフォルニア大学、D・ヴァン・ノストランド社
• トレバート、エドワード（1904年）。「無線通信のABC：ヘルツ波信号に関する分かりやすい解説。理論、動作方法、そして使用される装置の様々な部品の組み立て方を網羅。」ブビエ出版。
• ジョン・ジョセフ・フェイヒー（1900年）『無線電信の歴史 1838-1899：水中電信のための裸線提案を含む』ミシガン大学、ドッド・ミード社
• 「宇宙を越えた電信、電波方式」『電気技術者』ビッグス・アンド・カンパニー、1898年。
• 「無線電話」。アメリカ電気学会誌。アメリカ電気学会誌。1919年。306ページ。

外部リンク

• ジョン・ジョセフ・フェイヒー著『無線通信の歴史 1838-1899：水中電信のための裸線提案を含む』
  • 1899年（初版）
  • 1901年（第2版）
• アルフレッド・トーマス・ストーリー『無線電信の物語』 {1904年
• Sparks Telegraph Keyのレビュー
• シリル・M・ジャンスキー『無線電信の原理』（1919年）
• 無線電信の原理（1919年）