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通信工学

通信工学

音声・画像を伝送するための新しい理論や技術を研究

通信とは、送信者から受信者へ情報を伝達すること。中でも、パソコンやスマートフォンなどのコンピュータ関連やそれぞれをつなぐネットワークについて研究するのが通信工学です。その研究対象は、ハードウエアとソフトウエア、アナログからデジタルまでと多岐にわたります。1、2年次は、通信工学の基礎となる数学と電磁気学をしっかり学びます。同時に、通信工学の基本となるコンピュータやネットワーク、プログラミングや電気回路などについて、座学と実験を通じて理解を深めていきます。多くの場合3年次に研究室に配属され、4年次には、卒業研究と発表を行います。卒業後は、IT系や通信事業を中心に、さまざまな道が開けています。今後、IoT化が進むことを考えると、活躍の場はあらゆる分野に広がっていくでしょう。

通信工学の学び方

通信に関する工学的な技術を探究する
パソコンやスマートフォン、タブレット端末が普及した現代。インターネットサイトや動画配信サイト、SNS(ソーシャルネットワーキングサービス)やテレビ、漫画、ニュースが見られるアプリなど、いつでも、どこでも、誰でも、欲しい情報を簡単に手に入れられるのが当たり前になっています。最早インターネットをはじめとした通信は私たちのライフラインのひとつといっても過言ではないでしょう。こうした情報社会の基盤となっているのが、多様な通信技術で、そのさらなる進化と発展を目指すのが通信工学です。通信工学で扱う分野は、大きく分けて2つあります。その1つがパソコンやスマートフォン、電話といった通信に関するハードウエアや、その内部で働くソフトウエアの技術、いわゆるコンピュータ関連です。そして、もう1つが複数のコンピュータとコンピュータをつなぐネットワーク技術です。これには、情報の圧縮や暗号化、光ファイバー、インターネット、LANによる無線、有線の通信など、さまざまなものが含まれます。さらに、スマート家電などの新しい活用方法やセキュリティ、宇宙通信技術なども、通信工学の研究分野ということになります。
「当たり前」を支える
見たいページをクリックして、ページが表示されるまでお茶でも淹れながら気長に待つ。高校生の皆さんには想像もつかない世界かもしれませんが、パソコン通信が普及し始めたころは、そんなことが実際にあったのです。そこから通信の技術は飛躍的に向上し、現代では、目的のページをタップすればすぐに開き、画像や動画の読み込みも瞬時に行われるのが当たり前になっています。先人たちからすれば、信じられないほどのスピードですが、今の人々がストレスから解放されたかというと決してそんなことはありません。速度制限がかかる、なんらかのエラーでなかなかページが読み込まれないなどがあればやはりイライラしますし、中には数秒でも耐え難いという人もいるでしょう。つまり、「当たり前」に限度はないのです。そんな満たされることのない欲求に応えようと通信工学は発展してきました。現代では、4Kなどの高画質映像も普及しつつありますし、身近なところでいえばスマートフォンのカメラひとつとってもその質は大きく向上し、データ通信の量は増え続けています。インターネット回線を通じてゲームをしたり、BGM代わりに動画配信サイトを流しっぱなしにしたり、一人ひとりが使う時間も増える一方です。このままではいずれ通信網はパンクしてしまいます。そうならないためにも欠かせないのが、通信工学分野のさまざまな研究です。
座学と実験で基礎知識と技術を修得
インターネットでも、電話やラジオでも、その情報は電気や電磁波といった形でやりとりされていますから、電磁気学の知識は通信工学の基本になります。また、こうした目に見えないものを扱ううえで欠かせないのが数学的な論理性です。言葉や感覚ではなく、数式で表して理解することが求められるのです。さらに、情報を正しく伝えるためには、そのノイズを取り除いたり、通信時に生じるエラーを訂正したりといった技術が必要になります。そのとき使われるのが、確率や統計などの数学の考え方です。数学や電磁気学は通信工学を学ぶうえでは欠かせない知識ですから、これらは1、2年次にしっかりと学ぶことになります。さらに、1、2年次には、数学や電磁気学のほかにもさまざまな基礎を学びます。例えば、パソコンやソフトウエアそのもののしくみ、プログラミングの技術、電気回路、コンピュータネットワークのしくみなどが挙げられます。ハードとソフトの両面の知識と技術を、座学と実験を通じて修得していくことになります。この過程を踏むことで、数学や電磁気学といった基礎が身につきますし、実際にどのように活用されているかも理解できようになります。高校で数学や物理・化学に苦手意識をもっていても、大学の学びのなかで必要な知識は身につけられるといえるでしょう。
幅広いなかから研究テーマを選択
多くの場合、3年次から研究室に配属され、個々に専門的な研究をすることになります。通信工学はハードとソフト、アナログとデジタルなど幅広い分野を扱うため、研究内容もさまざまです。通信端末そのものについて、データの圧縮方法について、セキュリティについて、新しい光ファイバーについて、IoT(身の周りのモノがインターネットにつながるしくみ)での新しい通信についてなど、目に見えるものから見えないものまで多岐にわたります。もし、興味のある分野があるのならば、それに近い分野を扱っている先生がいるかどうかを調べておくと、大学選びのヒントになるでしょう。4年次には、それまでの学びの集大成として、卒業研究と卒業発表が待っています。自分の研究内容を理論的にまとめ、その結果を教授などの前で説明することになります。もちろん簡単ではありませんが、これからの通信工学、ひいては社会の発展につながるヒントを見いだす研究のやりがいは大きいでしょう。
「当たり前」の中に疑問を見つける
今では私たちの生活になくてはならないものとなったパソコンやスマートフォンですが、インターネットのしくみについてはどのくらい知っているでしょうか。例えばパソコンがインターネットにつながらなくなったとき、ルーターやモデムの電源を入れ直したり、一度接続を切ったりすると直ることがあるということは知っていても、なぜそれで直るのかまでは知らないという人は多いでしょう。ほかにも、どうして世界中の情報に瞬時にアクセスできるのか、どうして無料でメッセージのやりとりや通話ができるのか、4G回線とWi-Fiはどう違うのかなど、当たり前に使っていても、実は知らないことは多いものです。また、インターネットなどを使っていて、「もっとこうなったらいいのに」と考えたことはないですか。例えば、スマートフォンの速度制限や、回線による速度の違い、セキュリティの問題など、当たり前だと思っていても実は不便や不安、不満を感じている点はあるものです。もし、こうした通信に関する疑問に興味がある、もっと改善してほしいと思ったことがあるのならば、通信工学はぴったりの学問といえます。普段、何も気にせずに使っているものの中に疑問や改善点をみつけられれば、それがそのまま研究テーマになるのです。
発展していく分野に携われる
ひと昔前までは、通信といえば電話でした。やがて、パソコン通信が普及し、さらにフィーチャーフォンとよばれている携帯電話が登場、多くの人がいつでもどこでも電話やメールでやりとりできるようになりました。そして、端末や通信網の発達によって、携帯電話からもインターネットへアクセスできることが当たり前化しています。そんななかでスマートフォンやタブレット端末が普及、通信技術もさらに発達し、動画やゲームといった大容量のデータでも、瞬時にアクセスできるようになりました。今では、スマート家電やスマートスピーカーなど、さまざまな物がつながるIoT化がどんどん進んでいます。通信工学は、こうした通信の発展と社会の変化の立役者ともいえます。今後、発展していく分野に携わりたい、社会の変化にかかわりたいという思いがあれば、通信工学に向いているといえるかもしれません。

通信工学 学びのフィールド

電子工学通信とは、送信者から受信者へ情報を伝達すること。歴史をさかのぼれば、のろしや手旗信号、モールス信号、そして手紙や電報なども「通信」のひとつに数えられます。そんなあらゆる通信の中で通信工学が扱うのが、コンピュータやネットワークにかかわる、いわゆる工学的な分野です。私たちが今当たり前に使っているパソコンやスマートフォン、スマート家電などをより快適に利用できるようにするために、ハードとソフト、そしてデータをいかに効率的にやりとりするかといったことを研究しています。幅広い分野を扱うだけにかかわる分野も多い学問ですが、中でもカカワリが深いのが、電気電子工学と情報工学です。電気電子工学は、電気と電子の効率的な扱い方や、それを部品や機械に応用することを目指す学問です。通信ではアンテナや回路、そして通信にかかわるハードウエアを扱います。こうした物を扱う領域は、電気電子工学とも重なる部分といえます。

<基礎分野>
●電気工学
電気の基本的性質やその応用について学ぶ。
●電子工学
電子回路や電子の特質などについて学ぶ。
●電波信号
電波の持つ性質と通信への応用について学ぶ。
<専門分野>
●伝送理論
文字・映像・音声をどのようにアナログやデジタル信号に置き換え、伝送し、元の文字・映像・音声に復元するかなど伝送に関わる理論を研究する。
●通信方式
無線、有線、衛星、光、移動通信など、通信方式別に、信号をより正確で効率的に通信する方法を研究する。
●ネットワーク
アンテナや、通信中継地点の配置、LANなど、通信に関わるネットワークについて研究する。
●セキュリティ
重要な情報の暗号化やスクランブルなど、情報通信のセキュリティについて研究する。

通信工学の先生に聞く(取材協力:芝浦工業大学工学部情報通信工学科 宮田純子准教授)

通信工学ではこんな研究をしています
混んでいたら並んで待ったり時間を潰したりする。そんな人の行動心理を、通信にも応用できないかと研究しています。そうした利他的な行動とシステム制御が協調的に働けば、災害時などの緊急連絡を優先し、他は遅くすることで通信を効率化する、といったことにも応用できると考えています。(芝浦工業大学工学部情報通信工学科 宮田純子准教授)
・人の行動心理を通信に応用
通信の品質を制御するために、人の行動心理を応用できないかというテーマで研究しています。たとえば、同じ情報を受け取るにしても、ある程度時間に余裕がある人と、すぐにそれが欲しいという人とでは、通信に求める速さも変わるはずです。さらに、同じ画像でも、できるだけ鮮明なものが欲しいという場合と、内容が確認できる程度であればいいという場合とでは、求められる大きさは変わるでしょう。つまり、通信に求める品質は、その人が置かれた状況によって異なるものなのです。
現実世界に置き換えて考えてみると、もっとわかりやすいかもしれません。同じサービスを使いたいという人のなかにも、急いでいるから列ができる前に出かけて一番に並ぶ人もいれば、ゆっくり出かけ長い列に並び、他のことをして時間をつぶしながら自分の順番が来るのを気長に待つ人もいます。急いでいるときと、そうでもないときによって自分の行動を変えますよね。私が着目しているのが、こうした、いわば「利他的」な行動です。これが応用できるなら、インターネットでの通信においても、情報が速く欲しい人がいるから自分は待とう、内容がわかればいいから容量を減らして時間を短縮しようなどといった心理が働くと考えられます。そして、そんな人の心理とシステム制御側がうまく協調して動作するにはどうすればいいか、それを探るのが、私の研究です。
この方式が確立すれば、例えば災害が起こったときなどに、救急などの緊急通信や安否確認サービスを優先的に使えるようにしたり、情報の優先順位を決めて効率的に通信できるようにしたりといったことも可能になります。必要なときに必要な情報が、必要とする人の元に届く、本当の意味で品質の高い通信が実現するのです。
人の行動心理を通信に応用
通信の品質制御に人の行動心理を応用できないか研究している
・利他的な行動が通信の効率を上げる
インターネットは、世界中に張り巡らされた有線ネットワークによって支えられています。物理的なケーブルでつながっているのですから、当然、一度に通信できる量には限界があります。私たちは、そんな有限のネットワーク資源をシェアしながら活用しているのです。通信技術が発達し、ほとんど待つことなく情報を得られる現代ですが、災害などが起こると通信量が一気に増え、必要な人の元に必要な情報が届かなくなってしまうという状況は今なおあります。そんなときこそ、誰かが誰かのために少し我慢するという人の心理が通信の効率化につながるのではないかと考えています。
・通信工学のここが面白い
パソコンやスマートフォン、インターネット、そしてIoTなど、ものすごい勢いで通信工学の領域は広がっており、その重要性はますます高まっています。身近で、かつ発展していくことが確実な学問を深めるのはそれだけで非常に面白いですし、将来的にも力になってくれるはずです。(芝浦工業大学工学部情報通信工学科 宮田純子准教授)
・身近なもののしくみを深く知る面白さ
パソコンやスマートフォン、インターネットなど、通信工学は、私たちの身近な、さらにいえば生活に欠かせないものに生かされている学問です。これらがない生活は想像もつかないという人もいるでしょう。しかし、なぜそれらの端末から世界中にアクセスできるのか、そもそもインターネットはどのようにつながっているのか、無線・有線ネットワークの違いは何かなど、身近なのに、そのしくみについては知らないことばかりだという人は少なくないのではないかと思います。こうしたメカニズムについて、ハードウエアとソフトウエアの両面から、そしてアナログからデジタルまで幅広く学べるのが通信工学です。自分の生活に密接にかかわっているもののしくみを深く知ることは、それだけで非常に面白い学びになりますし、その分、興味も理解も深まる学問といえるでしょう。
通信工学を学ぶうえでは、高校時代に学習した数学や物理が基礎となります。それだけに、これまで学んできたことがどんな形で実社会に活用されているのかがわかるなど、一つひとつの知識が体系的につながっていくという意味でも、学ぶ楽しさを感じられる学問です。
・発展し続ける分野に携われる
現在では、パソコンやスマートフォンを利用したサービスはどんどん増え、一度に通信するデータの量も大きくなっています。それ自体がインターネットにつながるスマート家電など、通信を利用したものはどんどん増えていますし、これからも増えていくでしょう。さらに今後、パソコンや携帯電話、スマートフォンがかつてそうだったように、まったく新しい通信のあり方、活用のしかたが登場するかもしれません。通信工学は、そんなふうに、無限の可能性を秘めた学問だといっても過言ではありません。
通信工学を学ぶということは、これから確実に発展していく分野に携われるということです。その知識が求められる分野はますます広がっていくでしょうし、将来的に役立つ知識を得られることは間違いありません。

通信工学の学生に聞く(取材協力:芝浦工業大学 電気電子情報工学専攻 学生)

通信工学を選んだきかっけ
インターネットをよく使う中で、「なぜつながるんだろう」という通信の仕組みに興味を抱いたのがこの分野を学ぶきっかけでした。その中でも通信工学は、ハードウエアとソフトウエアの両方を学べると聞き、より深くインターネットや通信の仕組みについて理解できると考えて、進路を選択しました。(芝浦工業大学大学院 電気電子情報工学専攻 修士2年※ 上村智子さん)※学年は取材当時。
高校時代、友人に「パソコンがインターネットにつながらない」と相談され、そのときにパソコンについてもっと深く知りたいと感じたんです。通信工学を選んだのは、パソコンそのものだけでなく、他の通信端末やネットワークについても幅広く学べるという点に惹かれたからでした。(修士2年※ 佐藤隼人さん)
・通信工学に興味を持ったきっかけ
上村さん
小学生くらいのときからパソコンをいじるのが好きで、インターネットでいろいろなサイトを見て楽しんでいました。その頃からなんとなくではありますが、インターネットがつながる仕組みや、いろいろな情報にアクセスできるのはなぜかといったことが気になるようになったのが、この分野に興味をもったきっかけでした。クリックするだけで世界中の情報にあっという間にアクセスできるということが不思議だったんです。
インターネットに関する学部はほかにもありましたが、なかでも通信工学を選択したのは、パソコンやスマートフォンといった端末や通信機器などのハードウエア、そしてその内部で働くソフトウエアの両方を学べると聞いたことが決め手でした。ハードウエアとソフトウエアの両方を学ぶことで、つながる仕組みがより深く理解できると考えたんです。実際に、両面から学ぶことで初めて通信のメカニズムについて理解できたと思いますし、通信工学を選択して正解だったと思っています。
佐藤さん
もともとは化学に興味があったので 、薬剤師になろうかなどと、おぼろげに考えていました。そんな私がこの分野に興味をもったのは、小さなできごとがきっかけです。高校時代、当時周りより少しパソコンに詳しかったためか、友人に「パソコンがインターネットにつながらない」と相談を受けました。そのときは電源や接続といった簡単な原因ですぐに解決できたのですが、そのときふと、もっと深く知りたい、もっと深く知らないといけないなと、パソコンに興味が出てきたのです。そこから関連する学部や学問について調べた結果たどり着いたのが、パソコンだけでなく他の通信端末やネットワークそのもののしくみまで幅広く学べる通信工学でした。
実は、工学を目指しながらも高校生当時は数学や物理が苦手でした。しかし、苦手科目があるからといって進路を変えたくないと考え、また、このまま避けていたら一生かかわることがないのだろうなという思いもあり、志望学部は変えずに受験。通信工学の基礎となるこれらの科目は、大学でもう一度しっかり学ぶことができたので、あきらめずに受験してよかったですね。
通信工学に興味を持ったきっかけ
インターネットやパソコンへの興味をきっかけに、学びを深めている
こんなふうに学んでいます
情報を小分けにして送信するパケット通信。そのパケット通信をより効率的にする送り方を探るため、送る順番を工夫できないかと考えています。そのために今は、パケットが届くまでの時間を、送信時の処理や光ファイバーを通過する時間なども加味したうえで、理論的に解析できないかと挑戦しています。(芝浦工業大学大学院 電気電子情報工学専攻 修士2年※ 上村智子さん)
IoTといわれ、物と物のつながりが増えていますが、一方で、こうした機器のセキュリティについてはあまり意識されていません。さらに普及すれば、悪用してサーバにダメージを与えるといったこともできてしまうかもしれません。そうした事態を防ぐためにはどうしたらいいか、その方法を研究しています。(修士2年※ 佐藤隼人さん)
・いまよりももっと快適な通信を目指して
上村さん
今、研究しているのは、パケットが届くまでの時間の解析についてです。パケット通信という言葉は聞いたことがあると思いますが、これは、ひとつの情報をいくつかの細かいデータに分けて送る通信方法です。パケットは、この分けられたデータの一つひとつを指します。このように分けることで、Aさんのパケット1、Bさんのパケット1、Aさんのパケット2、Bさんのパケット2といった順番で小分けに送れるようになり、結果的に、複数の人が一回線で同時に通信できるようになるのです。電話の場合は、1人が使っていると他の人は使えないと考えると、その違いがわかるのではないでしょうか。
私が研究しているのは、こうしたパケット送信時の順番の決め方、優先順位の決め方にかかわる部分です。どのパケットを優先的に送るのか、どんな順番で送ればより効率的に送れるのかといったことを解明するために、データ送信時の処理や光ファイバーを通過する時間なども加味して、理論的に解析しようと試みているところです。効率的な順番の決め方がわかり、制御できるようになれば、いまよりももっと快適に通信が使えるようになると考え、その実現を目指しています。

佐藤さん
大学院に進学してから研究しているのが、情報セキュリティについてです。現在では、IoTといわれ、パソコンやスマートフォンだけでなく、テレビや冷蔵庫、エアコンといった家電、スマートウォッチ、医療機器やゲーム機器など、さまざまなものがインターネットにつながるようになりました。しかし、そんな便利さが先行して、セキュリティ対策にまで意識が向いていないのが現状です。対策が遅れたままこうした機器が普及していけば、例えばたくさんのIoT機器をハッキングして自分のロボットのように扱い、一度にたくさんの通信をすることでサーバをダウンさせるといったことも可能になってしまうかもしれません。物と物がつながればつながるほど、一気に攻撃することも簡単になってしまうのです。
そうした自体を防ぐためにも、ネットワーク上にある機器をどう守っていくかは重要な課題です。ウイルスの危険度をどう判断するのか、危険を察知したときにどのようにそれを排除するのかといったしくみを作るために、日夜、研究を進めています。
いまよりももっと快適な通信を目指して
通信をより効率化するにはどうすればよいのか研究
通信工学を学んでみて
通信工学は身近なものにかかわる学問です。学ぶことの全てが身の回りのものに活用されているので理解しやすいですし、普段何となく使っていたもののしくみを知れるのでとても面白いです。将来は学んだことを生かして、IT系の分野で活躍したいと考えています。
芝浦工業大学 修士2年※ 上村智子さん)
いつも当たり前に使っているもののしくみを理解することで、問題が起きたときにも論理的に考え、解決することができるようになりました。また、幅広い領域について学べたこと、今後発展していく学問を学べたことで、将来の選択肢も大きく広がったと感じています。(修士2年※ 佐藤隼人)
・通信工学を学んだことで、将来の選択肢が大きく広がった
上村さん
通信工学を学ぶうえで基礎となるのが、数学と物理、なかでも電磁気の知識です。どちらも高校時代は苦手だったのですが、1、2年次に学び直せる機会があり、そこでしっかりと習得することができました。通信工学にかかわる他の基礎科目も並行して学んでいたことで、数学や物理がただの数式ではなく、実際に使える知識だという実感をもちながら学べたことが大きかったですね。
通信工学は、私たちの身近なものにかかわる学問ですから、普段なんとなく使っているもののシステムについて学ぶことになります。ワンクリックだけでできる操作でも、その裏側では複雑な処理がいろいろされていたり、無線通信が発達したようで実は有線ネットワークがなければつながらなかったりと、知っているようでも知らないことはたくさんあります。そうしたしくみについて学ぶのはとても面白いですし、やりがいにもなりますね。
将来は、広くIT系を志望しています。しっかり研究をして実力をつけて、それを生かして活躍できるようになりたいです。

佐藤さん
通信工学を学んだことで、例えばネットワークでエラーが起こったときや、パソコンがつながらなくなったときに、原因を論理的に考えて解決できるようになりました。高校生のときに友人に「パソコンがインターネットにつながらない」と相談されて直したことがあるのですが、そのときは、「とりあえず抜いてつなげば直る」といった程度の知識しかありませんでした。それが、これが原因だからこうすれば解決する、と考えられるようになったときには、知識が身についているんだなと感じました。中のしくみがわかっていないと、道具に振り回されてしまいますが、きちんと理解していれば使いこなすことができるんだということも実感しましたね。
また、通信工学では、ハードウエア、ソフトウエア、ネットワークといった幅広い領域を学べます。さらに、私が研究対象にしているIoTなどをはじめ、これからますます進歩し、重要になっていく学問です。通信工学を学んだことで、将来の選択肢も大きく広がったのではないかと感じています。

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