無線通信

無線電信または無線電信は、ケーブルを使用する電気電信に類似した、電波によるテキストメッセージの送信である。^{[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た。^{[3] [4]} 無線電信では、情報は「ドット」と「ダッシュ」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。受信機では、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、}第一次世界大戦まで「無線電信時代」と呼ばれたラジオの最初の数十年間、唯一の無線送信方法であり続けました。このとき、振幅変調(AM)無線電話の開発により、音声 (オーディオ) を無線で送信できるようになりました。1908年頃から、強力な大洋横断無線電信局が、1分間に最大200語の速度で国家間で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、軍事の長距離の人対人のテキスト通信に使用されていました。^{[6] 2つの}世界大戦中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、世界から孤立する可能性があるためです。無線電信はアマチュア無線では今でも人気があります。また、軍隊では緊急通信に使用するために教えられています。しかし、商用の無線電信は時代遅れです。^[8]

無線電信または無線電信は、一般に CW (連続波) 送信、ICW (断続連続波) 送信、またはオンオフキーイングと呼ばれ、国際電気通信連合によって送信タイプ A1A または A2Aとして指定されている無線通信方式です。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いました。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ち、他の送信を妨害する傾向のある減衰波を送信しました。このタイプの送信は、船舶での一部の旧式の使用を除いて、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 (バルブ) 送信機は、今日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）で使用されていました。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量通信において無線テレタイプに徐々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。これにより、変調されていない搬送波のパルスがさまざまな長さで生成され、このパルスは「ドット」と「ダッシュ」と呼ばれ、モールス信号で文字をエンコードする。^[14]受信側では、モールス信号は受信機のイヤホンまたはスピーカーからブザー音またはビープ音のシーケンスとして聞こえ、モールス信号を知っているオペレータ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て、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、海上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最後の民間用途は、国際海事機関が衛星ベースのGMDSSシステムに切り替えた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]}カリフォルニアにはCW沿岸局KSMが今も存在し、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]時折船舶との交信が行われている。マイナーな旧来の用途では、航空無線航法サービスのVHF全方向レンジ（VOR） およびNDB 無線ビーコンは、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りますが、 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不要になりましたが^[20]、一部の国では別のクラスの免許を取得することが依然として必要です。 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、無線電信の熟練度を必要とするアイルランドの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]には、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という追加の特権があります。 ^[22]

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ネットワークの成功から生まれました。 ^[23] 1830 年代に開発された電信線は、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、1 つ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、モールス信号でメッセージを表す電流パルスを発生させます。キーが押されると、バッテリー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操作します。この装置は、電流パルスを受信するたびに「クリック」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てメッセージを書き留めます。2本目の架空線を使用する必要がないように、電信回路の電流の戻り経路として接地が使用されました。 ^[24]

1860年代までには、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方法となり、工業国は大陸規模の電信ネットワークを構築し、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ることが可能になった。^[25]しかし、遠く離れた局を結ぶ電信線の設置と維持には非常に費用がかかり、電線は海上の船舶など一部の場所には届かなかった。発明家たちは、接続線なしでモールス信号の電気インパルス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気づいた。

この問題の解決に成功したのは、1887年の電波の発見と、1899年頃までの実用的な無線電信送信機と受信機の開発であった。 ^[26]

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に取り組み、それまでは本質的には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、^{[27] [28]}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。^[29]プリースと英国の郵政公社（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を確信していました。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、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、したがって郵政公社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。^{[30] : 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対陸上、船舶対船舶の通信を含む通常の通信に使用され始めました。^[31]

この発展により、無線電信は電波で送信されるモールス信号である無線電信を意味するようになった。最初の無線送信機は第一次世界大戦まで使用された原始的な火花ギャップ送信機で、音声 (オーディオ信号) を送信できなかった。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、送信機のオン/オフを切り替えると、短い (「ドット」) および長い (「ダッシュ」) 電波パルスが発生し、そのグループがモールス信号の文字やその他の記号を構成していた。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翻訳し直した。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、^[32]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た。

1920 年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 から数千ヘルツのオーディオ速度で繰り返される無線波の過渡パルス列を生成します。^[33]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。したがって、モールス信号の「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、無線信号が単一の周波数ではなく、広い周波数帯域を占めていることを意味します。減衰波送信機の範囲は限られており、隣接する周波数の他の送信機の送信に干渉しました。^[34]

1905年以降、新しい変調方式である連続波（CW）^[35]（国際電気通信連合によって送信タイプ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。^[36]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。 ^[35] すべての無線波エネルギーが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、1903年にデンマークの技術者ヴァルデマール・ポールセンによって発明されたアークコンバータ（ポールセンアーク）送信機、 ^[37]と、1906〜1912年にレジナルド・フェッセンデンとエルンスト・アレクサンダーソンによって発明されたアレクサンダーソンオルタネーターでした。^[38]これらは、高出力無線電信局で徐々にスパーク送信機に取って代わりました。

しかし、減衰波用の無線受信機では連続波を受信することができなかった。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なかった。^[39] 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こえるようにする方法を見つける必要があった。

この問題は、1901 年に Reginald Fessenden 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クリスタルまたは真空管で、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。[ ^40] BFO 周波数がラジオ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。^[40]信号の「短点」と「長点」の間にビート トーンが生成されますが、その間にはキャリアがないためトーンは生成されません。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フィードバック発振器を発明するまでは珍しいものでした。この後、BFO は無線電信受信機の標準部品となりました。ラジオが異なる局の周波数に同調されるたびに、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なければなりませんでした。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の検出器によって生成された一定の中間周波数(IF) と混合されました。そのため、BFO は固定周波数になる可能性がありました。^[41]

第一次世界大戦後、真空管の普及により、安価であったことから、連続波真空管送信機が他の送信機に取って代わった。20年代までにCWは無線電信の標準的な送信方法となり、減衰波スパーク送信機は1930年までに禁止され^[10]、CWは現在でも使用されている。今日でも、短波通信局用に製造されたほとんどの通信受信機にはBFOが搭載されている。^[42]

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た。 ^[43]米国が第一次世界大戦に参戦すると、私設無線電信局は禁止され、この分野での先駆者たちの研究に終止符が打たれた。^[44] 1920年代までには、商用および政府無線電信局の世界的なネットワークが構築され、船舶では商用目的と乗客メッセージの両方で無線電信が広く使用されるようになった。^[10] 1920年代までに、多くの用途で音声伝送（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った。^{[45]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た。^[46]無線通信の究極の実現は、1930年代に開発され、長年にわたり多くの遠く離れた国々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した。[47]最も先進的な標準であるCCITT R.44は、短波送信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ました。^[48]

今日では、より近代的なテキスト伝送方法のおかげで、商業用のモールス信号無線電信は時代遅れになっている。船上では、コンピュータと衛星リンクGMDSSシステムが通信手段としてモールス信号に取って代わっている。^{[49] [50]}

連続波（CW）無線電信は、国際電気通信連合（ITU）によって放射タイプA1Aとして規制されています。^[36]

米国連邦通信委員会は、生涯有効な商用無線電信オペレーター免許を発行している。この免許には、規則に関する簡単な筆記試験、技術に関するより複雑な筆記試験に合格し、平文で20語/分、コードグループで16語/分のモールス信号受信能力を証明する必要がある。（旧20語/分要件で取得したアマチュア用エクストラクラス免許は、単位として認められる。）^[51]

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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考え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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  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。

• AT&T Corporation は元々は American Telephone and Telegraph Company でした
• 電気電信
• インペリアルワイヤレスチェーン
• 無線テレタイプ

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• ジョン・ジョセフ・フェイヒー著『無線電信の歴史 1838-1899：水中電信のための裸線提案も含む』
  • 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}
• 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）