2013年8月15日AM11時03分更新

携帯電話で通話ができる仕組み


携帯電話

誰でも持っている携帯電話。固定電話と違い有線でつながっていないのに普通に通話できるのはなぜでしょうか?携帯電話で通話ができる仕組みをまとめてみました。

音声はデジタルに変換されている

まず受話器を伝った音声の振動は電話機の中で変換され、デジタル信号(デジタルデータ)になります。デジタル方式には利点があります。一つは電波が何らかの影響を受けてノイズが入ったり、弱くなったりした場合、アナログ方式だと電波に載せている情報が失われてしまう可能性があります。例えば音声波形を電波の強弱として送信するAM方式などは電波の強弱に影響を受けると音声は取り出せなくなってしまいます。

デジタルは情報が失われにくい

しかしデジタル方式の場合は(いくつかの方式が存在しますが)基本的に音声は1と0のデータに変換され、このデータが電波に乗ることになります。元の音声そのもののデータではないことや、電波が影響を受けた際にも欠損することなく(あまりに酷い電波の影響があるとさすがに途切れたりしますが)伝えることができる仕組みとなっています。

デジタルは情報量が少なくて済む

もう一つは送信する情報の量が少なくて済むことがあげられます。アナログ方式だと音声をそのまま電波に乗せるので情報量は基本的に元の音声と同じだけになります。しかしデジタル方式では情報が劣化してしまわないくらいに、元の情報を中抜きをして変換します。

中抜きをする事で元の情報量の何分の1かくらいにできるのです。電波に乗せられる情報量には限界がありますし、携帯電話として使っていい電波帯には決まりがありますので、どんな電波でも使っていいわけではありません。たくさんの人が同時に使うことが想定される携帯電話では送信できる情報はなるべく小さい方が、電波を占有せずに済み、より多くの人が使用できる事につながります。

携帯電話から基地局

携帯電話本体から発せられた電波はまず基地局に到達します。基地局は大小さまざまな形で存在しています。鉄塔に設置してある基地局とビルの上などに間借している基地局です。いずれもアンテナが立ちますので見かける場合も多いとおもいます。基地局は人口密集地域では1kmごとくらい、その他の地域では数キロごとくらいにあります。

アンテナ

一つの基地局が担当できる範囲距離は決まっていますが、複数の基地局を並べることで隙間なくカバーできるようにされています。基地局と携帯電話本体は電話していなくても繋がっている状態(携帯電話の画面の電波強弱表示は現在の基地局との通信状態をあらわしています)また基地局が複数あることで、現在繋がっている基地局の範囲外にでようとしても、新たな基地局に引き継ぎが行われ通信が途切れずに済むような仕組みになっています。

交換機の役目

基地局は携帯電話からの電波を受けると電波からデータを取り出し、交換機へと送ります。基地局単体で他の基地局との通信ができない訳ではありませんが、全国にある数万の基地局をすべてつなげなくてはならなくなり極めて非効率でコストがかかります。そこで複数の基地局まとめて担当する交換機を置き、交換機同士をつなげることで効率化を図っています。

現在地を把握できる仕組み

携帯電話同士で話すときはお互いどこにいるか(どこの基地局と繋がっているか)が分からないいけませんが、上記したように携帯電話は常に基地局と繋がっているので現在位置の情報(どの基地局の範囲にいるか)が分かる仕組みになっています。交換機にはホームメモリーという情報があり、この情報には現在地情報が記録されています。ホームメモリーの本データは自分の住んでいる地域にある交換機一台(加入者交換機)だけに収容されており、ほかの交換機にはホームメモリーがどこにあるかというデータだけが収容されています。

仮にホームメモリーの本データが収容されていない交換機と繋がっている場合、交換機はいま電話を掛けている人のホームメモリーがどこにあるか知っているので、ホームメモリーの本データが収容している基地局に情報を問い合わせます。そして問い合わせたホームメモリーの現在位置情報をもとに交換機はデータを相手の携帯電話が存在する地域の交換機に送ります。相手先の交換機も相手の現在位置を探すためにホームメモリを使用します。そして相手先の交換機はデータを通話相手が繋がっている基地局に送り、基地局は電波として相手の携帯電話に送信します。(いわゆる着信)

通話ができる

こうして通話できるようになる訳です。あまり意識していないと分かりませんが、多くのインフラのもとに成り立っているのが携帯電話による通話なのです。詳しく説明するともっと複雑な話になりますが、一般的には基地局と交換機が相手の現在地を確かめる方法をもって中継していると理解してもらえればと思います。