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2008/10/27 13:42

携帯電話/固定電話について

いつも訪問有難う御座います!

今日は、ちょっと皆さんとお勉強してみましょう!と思いまして、携帯電話とは実際何ぞや?固定電話とはいったい何ぞや?そういう基本的な疑問点等にお答えしてみたいと思います!

Q.そもそも携帯電話の前からあった『固定電話』ってどんなしくみ?

A.1876年(明治9年)3月10日に、電話機が発明されました。発明したのは当時29歳だったアレキサンダー・グレハム・ベルという人です。
電話機の仕組みを説明するためには、まず『音』というものが、どういうものなのかを説明しなければなりません。
音は空気の振動として伝わります。音が振動であるということは、風船を両手で持って風船に向けて声をだせば実感できます。ただ息を吹くだけでは風船はふるえませんが、声の場合はふるえます。電話はこの音の性質を利用してできています。

皆様!小さいころに作った糸電話を思い出してください!
糸電話でいうところの紙コップは、電話機だと、自分の声を送る送話機と相手の声を聞く受話器からできています。口にあてる方が送話器で、耳に当てる方が受話器です。糸電話との違いは、振動を伝えるために電気を使うということです。
        system.gif
さて、電話機による『音』が伝わる仕組みで???の部分を説明する前に、送話器と受話器の説明をしなければなりません。送話器と受話器が、どういったものであるのかがわかれば、???の部分がどんなものであるのかが、簡単にわかるからです。
送話器に向かって話をすると、送話器の中にある振動板が振動します。糸電話ではこのまま糸に振動を伝えましたが、電話ではこの振動を電気の振動に変えて、糸の代わりに電話線を伝わって相手に届きます。相手の受話器に届いた電気の振動は、受話器で再び空気の振動と変わり、相手に声が届くわけです。

そして、電気信号にはとても重要な長所がいくつかあります。まず一つ目が、とても速い速度で伝わるということ。そして二つ目は、電話線が引かれている限り、どこまででも伝わるということです。
まとめますと・・・
電話機で声が伝わる仕組みとは以下のようなものです。
人の口から発せられた声、すなわち空気の振動が受話器に入り、受話器内で振動から変換された電気信号が電線を伝わり、その電気信号が受話器に届き、受話器内で電気信号から変換された空気の振動、つまり声が相手の耳に届く、つまり聞こえるということになります。


では携帯電話の仕組みについてお話しましょう!
最近よくある質問は・・・

Q.携帯電話って一体どんな仕組みで繋がっているの?それがイマイチ判らないと・・・けんがいくんが必要なのか判らなくて・・・

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犬               boyA_R.gif             girlA_R.gif
では、携帯電話の仕組みを解説します。簡単な図で書くと、上に書いたようになっているのですが、まだ何のことだかさっぱりわからないのではないでしょうか?上の図を見ながら読みすすめていくと、だんだんわかるようになってくると思います。
携帯電話は相手と話をするとき、相手の携帯電話に直接電波を送って話をすると思っているかもしれませんけれど、携帯電話の電波は2kmくらいしか届かないので別の仕組みになっています。実は、携帯電話同士で話をするときにも、途中では普通の電話と同じような電話回線が使われています。無線電波が使われているのは、携帯電話と基地局の間だけなのです。
基本的には固定電話と同じで、声を他のものに変えて送っています。固定電話では電気信号に変えていましたけれど、携帯電話では声を電波に変えて基地局まで送って、基地局からは電気信号にして送ります。

                   wave.gif

電波でどうやって声を送っているかを理解するのに、まず電波がどういうものかを説明しましょう。電波は、電気と磁気の波で、イメージするとこんな感じです。電波は音と違って、空気のないところでも伝わります。また、電波にも音と同じように波形があります。

デジタル方式

声を電波にするときには2つの方法があります。『アナログ方式』『デジタル方式』です。アナログ方式は声の形をそのまま電波の強さにして送る方式です。つまり、声の波の形をそのまま電波の形にするような感じです。デジタル方式は、声の形を数字のデータにして、その数字データを電波で送ります。数字データは、電波の形で表されます。

       voice2wave.gif

デジタル方式は、アナログ方式と比べて手順が面倒になっていますね。でも、今使われているのはデジタル方式で、アナログ方式は使われていません。なぜだと思います?実は、電波は飛ぶときに、周りの影響を受けて形が少し変わってしまいます。そのため、声の形をそのまま電波の形に変換するアナログ方式では、相手に届く声の形も変わってしまいます。そのため、音質が悪くなってしまうんです。
今のテレビ放送はアナログ方式ですから、大雨などの影響で電波の形が変わると映像が乱れてしまいます。デジタル方式では、電波を送っている途中で波の形が変わっても、元の数字データが読みとれるようになっています。つまり、相手に届く声の形は変わらないんですね。そのため、元の声に近いまま送ることが出来ます。また、デジタル方式だと、数字データはそれをコンピュータに計算させて、データ数を少なくすることが出来るんです。このように、データ数が少なくなれば必要な波の量が減ります。これが大きなポイントなんです。

        compress.gif

ですので、デジタル方式だと使う電波の量が減らせるから、同じ量の電波で何人もの人が電話をかけられるようになるわけですね!デジタル方式にはこういった特徴があるので、今はデジタル方式が利用されています。

基地局

携帯電話から発信する電波はまず、ここの基地局というところに送られます。この基地局は、送られてくる電波によって、携帯電話がどこの位置にいるのかを判断します。また、携帯電話が通話中か、電波が届くところにいるか、電源がはいっているか?ということも知っています。基地局は、どこにいても携帯電話が使え、さらに何台の携帯電話が同時に使われてもいいように多くの場所に設置されていて、電話するときにはその中でもっとも近い基地局に電波を送るようになっています。また、基地局1つ1つの電波の届く範囲は狭いため、携帯電話で話している途中で、今使っている基地局の電波の届かない範囲に出てしまい、基地局を切り替える必要が出てくることもあります。このときはそれまで使っていた基地局と、新しく使う基地局とで連絡をとりながら、通話がとぎれることなく、基地局を切り替えるということもしています。

交換機

電話がつながるためには、基地局から基地局へとつなげなくてはなりません。しかし、基地局は全国に何万とあります。
そこで交換機の出番です。交換機は全ての基地局とつながっており、基地局からの情報はいったん交換機を通って、基地局へとつながります。つまり交換機とは基地局と基地局をつなぐ中継点です。もし、交換機がなかったら、何万とある基地局同士を全てつなげなければなりません。とても効率が悪く、費用もかかります。


          hub.gif

しかし、交換機といえども、全ての基地局をカバーするのは不可能なので、全国各地に散らばっています。ですから、遠くの人に電話をかけた場合は、交換機がさらに別の交換機と連絡を取り合います。このことを表したのが、上にある絵ですね。また、固定電話に限らず、違う携帯電話会社の携帯電話に電話をかけたときなどは、交換機から、固定電話や相手の携帯電話会社の交換機へとつながるので、同じ会社のときよりも多少時間がかかってしまいます。
余談ですが、基地局が変わるだけでなく、県境などで通話中に交換機が変わるときには、電波のリレーにちょっと時間がかかってしまいます。


詳しい話

今までは携帯のつながる仕組みについて、簡単に説明してきました。大まかな感じとしてはそうなのですが、実際は多少違います。ここでは実際の携帯のつながる仕組みについてより詳しく説明していきます。
まず、今までの図はほとんど一直線に描いてきましたが、実際は下の図のようなピラミッド構造になっているのです。必ずしも、県とか市で分かれているわけではありませんが、わかりやすいようにそう書いてあります。


         pyramid.gif

『携帯→基地局』まではこれまでの説明と同じですが、交換機にはホームメモリというものがついているのです。ホームメモリには、今どこに携帯電話があるか、今月いくら分通話したか、などの個人情報が全て入っています。もうすこし具体的に説明しましょう。交換機にたどり着いた情報は、その交換機のホームメモリを見に行き、誰が電話をかけているかを記録します。次に、相手先の電話番号のホームメモリを見に行き、相手がどこにいるのかを調べ、そして相手の携帯に一番近い交換機へと繋がるわけです。
但し、誤解されやすいのですが、各個人ごとのホームメモリが全ての交換機に入っていたら、量も多いですし、管理の手間もすごいかかってしまいます。ホームメモリは自分が携帯電話を契約したときに、近くの交換機にのみ1つだけ設置され、他の交換機にはそのホームメモリがどこの交換機にあるのかという情報だけを記憶してあるのです。

memory.gif

では、お互いの携帯電話の会社が違ったり、固定電話との通話はどうなるのでしょうか。前にも簡単に説明したように、この時は相手の会社の交換機や、固定電話用の交換機同士がつながります。
ですから、今までの説明を総括すると下の図のようになります。


   alljapan.gif

歴史

さて、ここまで現在の携帯電話の仕組みを解説してきましたが、ここで携帯電話の歴史を振り返ってみてみましょう。

現在皆さんが持っている携帯電話は、当初は自動車電話としてスタートしました。自動車電話としては、1946年にアメリカのセントルイス市でサービス開始されたのが世界初です。当時は現在の電話とは大きく異なり手動接続方式で、交換手の助けが必要でした。しかも、電話を使う人が送話ボタンを押している間のみ電波が発せられる方式だったのです。日本では、アメリカでのサービス開始に遅れること8年1954年電電公社電気通信研究所自動車電話システムの研究を始めました。そして、1961年400MHzの周波数帯を用いる手動交換接続による自動車電話システムが完成し、1967年、400MHz帯のシステムを自動交換接続した改良システムが完成しました。
しかし残念なことに、このシステムは周波数割り当ての問題から、一般の自動車電話として実用化されませんでした。このシステムは1970年に、都市災害対策用持ち運び無線システムとして、東京23区に導入されました。一般の人たちが使えるようになるのは、まだ後のことです。

携帯電話になるまで

都市災害対策用のシステムが東京23区に導入されたのと同じ年、800MHz帯を用いる商用自動車電話システムの開発が始まり、5年後の1975年800MHz帯システムをきちんと使えることが確認されました。サービスが開始されたのはさらに4年後の1979年です。初めは東京23区内のみでしたが、翌年には大阪地区へと順次大都市への導入が進み、1982年には中小都市方式サービスも始まりました。
このサービスが始まった当初の装置は容積が6600ccもあり、基本料金が月3万円最短距離の通話で約100円/分と、とても高価なものでした。その後、容積1500cc自動車電話が発売され、1984年には全国広域サービス・自動車電話国際通話サービス開始その翌年にはショルダーホンの発売が始まりました。そしてついに1987年4月に携帯電話の発売が開始されたのです。といっても、アナログ方式で容積も500ccと、現在のものとは大きく違います。
携帯電話誕生後、さまざまなサービスが順次始まっていきました。まず1988年には、携帯電話からの国際通話サービスが開始されました。その後、キャッチホン・電話帳・秘話などのサービスが次々に始まります。
そして1993年にまず首都圏でデジタル方式のサービスが始まりました。デジタル化は、アナログ用に割り当てられていた電波が満杯になることを見越して行われたのです。携帯電話の仕組みでも話したように、デジタル方式を使うと同じ量の電波でも多くの人が利用することができるからです。
デジタル化する事によって、音質のむらが無くせるといったことは以前説明しましたが、他にも、いったん音声を数字データにすることにより、秘話能力が向上します。さらに、ほとんどの構成部品をLSIにすることができるため、小型化がすすめられるようになりました。
デジタル方式が始まった翌年の1994年PHS事業者サービスが開始され、さらに翌年には一般向けのPHSサービスが開始されました。PHSというのは、簡易版携帯電話とでもいったらいいでしょうか。普通の固定電話の子機をどこにでも持ち出せるようにした感じです。もちろん始めからデジタル方式です。
さて、1995年頃になると、PHSも交えて、各携帯電話会社間での競争が盛んになりました。競争に後押しされる形で、自動車・携帯電話通話料金体系が変更され、料金別プランなどのサービスがだんだんと一般化してきます。その後、番号通知やデータ通信などのサービスも始まり、1999年にはアナログ方式サービスが終了しました。アナログ方式サービスの終了で、一つの幕が下ろされたといえるでしょう。

電話番号

さて、一通り現代までの携帯電話の歴史をみてきたわけですが、ここで少し視点を変えて携帯電話の電話番号の歴史をみてみましょう。

最初の自動車・携帯電話の番号は、国内宛先コードとして「030」を前置きにして、つづいて2桁の地域番号、5桁の加入者番号の形で使われていました。しかし、この方法では各地域に約10万人しか収容できないうえ、相手の地域を指定して電話をかける必要がありました。これを地域指定方式といいます。
1988年には国内宛先コードとして「040」が使われ始めました。最初「040」は増加した加入者を収容するために新設されたコードでしたが、距離区分用のコードとなり、同時に加入者番号が5桁から7桁に増え、収容人数も約1000万人となりました。このことにより、従来の地域番号を打たなくてもよくなったのです。これを地域準無指定方式といいます。
この後、携帯電話の加入者数の増加に伴って、「010」「020」「080」などが使われるようになり、PHSでは同様に「050」「060」が使われていました。
また、郵政省(現:総務省)という国の機関が各社の代表を集めて相談をして、どういう風に振り分けるかを調整しています。
10桁にまで電話番号が増えたものの、加入者数は増加の一途を辿り、1999年1月、近い将来の番号不足に対応するために、携帯電話の識別番号を「090」、PHSの識別番号を「070」として、それに8桁の加入者番号を加える11桁制へと移行しました。収容人数は約1億人です。最近では携帯電話の識別番号として、「080」も使われるようになっています。


情報端末としての携帯電話

本来、『いつでもどこでも使える電話機』でしかなかったはずの携帯電話は、『いつでもどこでもつかえる情報端末』へと着々と進化しています。既に現在、インターネットへの接続ができて、電子メールも使える携帯電話が多数登場しています。最近の携帯電話では、電子メールの送受信をしたり、簡単なホームページを見たりすることができますね。これによって、これまで以上にコミュニケーションの幅が広がることになります。また将来的には、音楽データや動画像データの送受信すら可能になり、マルチメディア化がさらに進んでいくことは間違い無いでしょう。

通信速度

現在の携帯電話には、その機能を実現するうえでまだ問題があるのです。それは、今の無線間での情報通信速度があまりにも遅いことです。音楽や動画像のようなものは、データ量が多いので、通信に時間がかかっていると使い物になりません。今現在の携帯電話でテレビ電話を作るのは無理ですが、2001年に新しく始まる方式では、この通信速度が速くなっているので、簡単なテレビ電話なら作ることができます。今後、この『無線情報通信速度』の技術が進歩すれば、携帯電話も格段に進歩していくでしょう。まず、これまでの携帯電話の方式に比べて使用する周波数帯の幅が広がっています。ちょっと難しい言い回しですね。つまり、これまでよりも使う電波の量を増やしたということです。使う電波の量が増えたことで、一度に送れる情報の量は単純に増えて、通信速度が速くなります。まず、これまでの携帯電話の方式に比べて使用する周波数帯の幅が広がっています。ちょっと難しい言い回しですね。つまり、これまでよりも使う電波の量を増やしたということです。使う電波の量が増えたことで、一度に送れる情報の量は単純に増えて、通信速度が速くなります。また、懸念されがちな、電波の量とは、電波の強さではなくて、電波の波の細かさという意味です。電波の量が多いというのは、色々な細かさの波をあわせて使うということです。この波の細かさのことを周波数といいます。
さてもう一つは、多重化の方式がより進歩することです。それにより、1種類の周波数帯でも、多くの情報を送れるようになるため、これでも通信速度が速くなります。この二つが新方式の大きな特徴です。


小型化

初期のころは大きすぎて自動車に乗せて使うしかなかったくらいですからね。しかし、ここ数年の間に携帯電話は本当に小さくなりました。では、どこまで携帯電話は小さくなると思いますか?
将来的には、ボールペン型、カード型、腕時計型などという、今の常識では考えられない多種多様な携帯電話が登場することは間違いありません。

規格統一

実は、携帯電話をモバイル化する上で、実は避けられない問題があります。規格統一の問題です。
規格が世界中で統一されていれば、その携帯電話を世界中のどこでも使用できることができましたが、実はそうでないのです。始めは世界中同じ方式にしようとしていたのですが、結局アメリカ式と、日本・ヨーロッパ式の二つに分かれることになりました。しかも、日本国内にはアメリカ式を採用すると決めた会社もあります。
ですから、携帯電話を世界中でどこでも使用できるようにするためには、違う規格の間を橋渡しするための機械を開発しなければなりません。

今でも違う会社の携帯電話同士で通話が出来るように、将来的にはどの規格であるのかを特に気にしなくても電話をかけられるようになると思います。
さて、長くなりましたけど携帯電話の解説はこの辺で終了です。最後に、携帯電話のこれまでの進歩をまとめた図をお見せしましょう。
     history.gif


如何でしたか?
携帯電話に関する疑問点など御座いましたら、どしどしお問い合わせ下さい!

今後とも宜しくお願いします!
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