第60回
超遠距離通信とソフトウェア無線

　筆者が高校生だった時代はアマチュア無線が全盛で，ハム，BCL，オーディオと，理系趣味が若年層にも定着していた．受験勉強よりも無線機の出力を上げられるか，ラジオの感度が上がるかを考えていたものである．

　無線遊びの達成感はどれだけ遠くに電波が届いたか，遠くの局の電波が受信できたかということで，HF帯（3MHz30MHz）では条件が良ければ10W程度の出力でも地球の裏側まで電波が届くこともあるから面白かった．しかし，そういった遠距離通信は時間や電離層の状態がうまく整った時にできるということであって，確実に通信できるものではなかった．遊びとしては偶然性も大事なことだが，業務となると偶然の通信では使える用途が限られてくる．そのようなわけで有線ネットワークが全地球規模で整備された今では，無線通信の出番はアクセス・ポイントと端末を結ぶところとなっている．だから最近の無線通信の話題は近距離の高速通信が中心で，長遠距離通信のためのディジタル無線通信方式の話題があまり聞こえてこない．

　最近の無線通信の技術革新といえばソフトウェア無線，つまりディジタル信号処理による高機能受信システムであるが，超遠距離通信についてもソフトウェア無線で新しい応用が生まれる期待がある．

ボイジャー1号はまだ生きている

　遠距離通信といえば宇宙空間となるが，中でも1977年に米国が打ち上げた惑星探査衛星ボイジャー1号は既に太陽系を脱出して太陽から約104天文単位（1天文単位は太陽と地球の間の距離）のところにあり，その信号は今でも地球で受信できている．電波の受信強度は距離の自乗に反比例するので，104天文単位の距離からの受信信号は太陽に置かれた送信機からの信号の1万分の1，つまり40dBのレベルである．送信側は30年前の技術で固定されているから特殊なものではなく，単純な位相変調でディジタル信号を載せているだけだと思われる．そんな古いシステムなのに，今でも画像まで送れるということはなかなか感動的でもある．

　ボイジャーの通信システムには何か秘密があるのだろうか？　NASAのホームページにはボイジャーに搭載されている通信システムの概要が書かれている．その通信速度はアップリンクが2GHz帯で16bps，ダウンリンクが8GHz帯で160bpsと1.4kbpsとなっている．それを受信するシステムがDSN（Deep Space Network）で開口34mと70mの巨大パラボラ・アンテナである．アンテナ利得もすごいが，低ビット・レート通信も星間通信の重要な点である．無線通信の大原則は送信出力P，アンテナ利得G，伝送距離D，信号帯域BとSNが，

　　SN∝PG/（BD²）

ソフトウェア無線だからできる理想フィルタ

　低ビット・レート通信は使用する信号帯域を狭くできる．受信信号にはノイズと信号の成分が混在しているが，信号帯域が狭ければそれだけノイズ部分のエネルギを除去でき，相対的に信号エネルギが上がったことになる．通信距離による減衰を狭帯域化で補うことができるのである．星間通信のような超遠距離通信システムは必然的に超低ビット・レートになる．黎明期の遠距離無線通信がモールス信号であったのは，それが数bpsの超狭帯域信号であることも理由の一つなのである．原理的には，どんどん帯域を絞れば微弱な信号も受信できることになる．

　かつてはアナログ回路部品としての狭帯域フィルタも作られていたが，DSPの処理速度が向上してきた今では，理想的なフィルタを計算処理で作ってしまえということになる．それがソフトウェア無線の発想である．

　理想的なフィルタはある周波数だけを通過し，それ以外は全部カットするものである．電子回路では実現不可能なものだが，ソフトウェアならフーリエ変換一発でできてしまう．さらには複雑な符号化方式に対応する柔軟な復調処理もソフトウェア処理で実現できるということで，携帯電話や無線LANの世界は急速にソフトウェア無線化が進んでいるのである．

遠距離通信が作る本物のユビキタス社会

　近未来のユビキタス・ネットワークや低エネルギ社会を考える時に低消費電力の遠距離通信方式があればと思うことがある．今時の無線通信システムは端末からは見えない有線系の高速ネットワークの上で動いている．夢のユビキタス社会も一皮向けば光ファイバと電気エネルギの大量消費に依存したシステム・モデルなのではないだろうか．

　ボイジャー1号が送る104天文単位の彼方からの160bpsの信号が受信できるのならば，通信速度を10bpsくらいまで落とせば，数mW出力で100kmくらい中継なしで送るシステムも，ソフトウェア無線で実現できそうに見える．たかが10bpsで何ができると言われるかもしれないが，その程度でも10分に一度データを送る環境モニタでは十分に実用的な通信速度なのである．

　情報システムが消費するエネルギも無視できない時代になった今だからこそ，定常的なエネルギ消費の少ないインフラレスのネットワーク・システムを社会システムのオプションとして用意しておくとよい．