移動体通信
移動体通信（いどうたいつうしん、mobile communication）とは、片方または両方の端末が移動することのできる（通信線路に接続されていないかつ固定無線局でない）電気通信の総称である。移動通信とも言う。
上記の定義によれば、業務無線・特定小電力無線・第三者無線・市民バンド・アマチュア無線なども移動体通信に含む。電気通信事業者が公衆に提供する移動体通信サービスに限定する場合がある。定義はそれぞれの文脈に依存する。特に第三者無線や移動体通信サービスの場合、基地局主導によるマルチチャネルアクセス無線技術を用いている。また他の種類でも方式や程度の差は有るが、マルチチャネルアクセス無線技術も適用する場合が増えている。
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概説
移動体通信は、固定通信と比較して、地域のおかれた状況を強く反映する。軍事用に電波が多く使用されているため周波数不足になっている地域、固定通信よりも早く裕福な層に普及した発展途上国、人口密度が低く、1つの基地局当たりのサービスエリアを大きくした方が経済的な地域、利用者端末の密度が高く、周波数利用効率の向上が強く求められる地域など、それぞれに適した技術が導入されてきた。
機器の大量生産によるコスト低減・国際ローミングなどのサービスの向上・デジタル化によるマルチメディア化などの高度化を行うために、国際標準の確立を目指して努力が行われたが、2005年現在、同一の用途でいくつかの標準が並立している状況である。また、各国の周波数利用状況の差で割り当てられている周波数にも差がある。
サービスへの課金方式
サービスへの課金方式として、発信者または受信者のみが料金を負担する単方向課金と、双方が分担して料金を負担する双方向課金とサービス提供者が負担し広告などを提供する無課金方式がある。
携帯電話の音声通話・回線交換データ通信の場合、世界的には双方向課金が主流である。日本は発信者単方向課金である。PHSの場合は世界的に発信者単方向課金であるこれはアジア各国で導入されている理由の一つとされる。
また、携帯電話・PHSのショートメッセージングサービスは、世界的に発信者単方向課金が主流である。米国は双方向課金である。携帯電話・PHSのパケット通信は世界的に双方向課金である。
移動体通信サービスの比較
アナログ音声通信
アナログ携帯電話・自動車電話・船舶電話が主なものである。周波数帯域利用効率が悪いため、デジタル方式への移行が進められている。2000年までに日本では廃止。
1979年に、世界初の小ゾーンセルラ方式自動車電話が日本でサービス開始され、電子工学の進歩によって徐々に端末（電話機）が小型・軽量化して携帯電話となっていった。
| 略称 | 搬送波間隔(kHz)（インタリーブ） | 制御信号伝送速度(kb/s) | 特徴 | サービス開始 | 利用地域・事業者 |
|---|---|---|---|---|---|
| NTT方式 | 25 | 0.3 | 小ゾーンセルラー方式自動車電話として世界初のサービス開始 | 1979年 | 日本 : 日本電信電話公社 |
| NTT大容量方式 | 12.5 (6.25) | 基地局に3セクターアンテナ使用。ハイキャップ (Hicap) とも呼ばれる。 | 1988年 | 日本 : NTTドコモとIDO・1999年3月廃止 | |
| NMT | 25 | 1.2 | 450MHz帯域を使用するものは、基地局あたりのサービスエリアが広いため人口密度が低い地域に向く | 1981年 | 北欧・東欧・中東・ロシア |
| AMPS | 30 (15) | 10 | 基地局に6セクターアンテナ使用。AT&T・モトローラが提案 | 1983年 | 北米 : 2005年現在、需要の少ない地域での2Gのローミング用として使用されている。 |
| NAMPS | 15 (7.5) | ||||
| TACS | 25 (12.5) | 8 | 英国向けに搬送波間隔を変更 | 1984年 | 英国・フランス・スイス・スペイン・シンガポール・韓国・中国・香港・アフリカの一部 |
| JTACS | 日本向けに上り下りの周波数を逆にし、55MHz間隔化 | 1989年 | 日本 : DDIセルラー・IDO、2000年9月廃止 | ||
| NTACS | 12.5 (6.25) | 1991年 |
デジタルコードレス電話
家庭では、コードレス電話、屋外では事業者の基地局に接続できるものである。多数の出力の小さい基地局を設置するマイクロセル方式である。周波数帯域利用効率が良いため、音声符号化方式に音質の良いものが使用でき、より速いデータ通信も可能である。
| 略称 | 搬送波 | 変調方式 | 音声 | 特徴 | 利用地域・事業者 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 間隔(kHz) | 伝送速度(kb/s) | チャネル | 伝送速度(kb/s) | 符号化方式 | ||||
| DECT | 1782 | 1152 | 12 | GMSK | 32 | ADPCM | 欧州 | |
| PHS (ARIB RCR STD-28) | 300 | 384 | 4 | π/4 DQPSK | アジア諸国・日本 | |||
| 高度化PHS (ARIB RCR STD-28) | 電波状態が不安定な場合に、安定性の高い変調に切り替わり、電波到達度が向上。 | 日本 : ウィルコム。 | ||||||
| 192 | BPSK | 16 | ||||||
※DECTはIMT-2000 (IMT-FT) 準拠であり第三世代携帯電話 (3G) にも属する。
デジタル携帯電話
デジタル携帯電話は、自動車電話の端末を小型化したものであるため、コードレス電話として開発されたPHSとは異なり、電波の出力も強く（基地局の出力はPHSが最大0.5Wに対し、携帯電話では最大25W）、利用可能なエリアも広い。
反面、周波数帯域利用効率が劣るため、音声符号化方式に圧縮率の高いものを使用しているため音質が悪く、大都市の大きな鉄道駅（ターミナル駅）の周辺や繁華街など人通りの多い場所では、利用者に対して通話用のチャネル数が少なく、輻輳が生じやすいなどの欠点も有する （日本においては、3G《第三世代携帯電話》は2G《第二世代携帯電話》と比較して、エリアはそれほど広くなく、また、利用者数には余裕があり、逼迫等の問題は起きていない。）。
Gは世代 (Generation) を表す。
第二世代携帯電話 (2G) と呼ばれている、デジタル携帯電話がある。
| 略称 | 搬送波 | 変調方式 | 音声（ハーフレート） | 特徴 | 利用地域・事業者 | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 間隔(kHz) （インタリーブ） | 伝送速度(kb/s) | チャネル（ハーフレート） | 伝送速度(kb/s) | 符号化方式 | ||||
| GSM | 400 (200) | 270.833 | 8 (16) | GMSK | 22.8 (11.4) | ACELP, RPE-LTP (EVSELP) |
多重化チャネル数が多いため基地局設備が安価。 | 2005年現在、210以上の国や地域で使用されているデジュリスタンダード（日本・韓国・北朝鮮は不使用） |
| EDGE | 812.5 | 3π/8 8PSK | 6.60 - 23.85 (1.95 - 12.65) | AMR-WB (AMR-WB, AMR-NB) |
GSMの拡張。高音質 オプション | 3G。2007年1月時点全世界196サービスされている「IMT-2000」規格のデファクトスタンダード | ||
| PDC | 50 (25) | 42 | 3 (6) | π/4 DQPSK | 11.2 (5.6) | CS-ACELP, ACELP, VSELP (PSI-CELP) |
多重化チャネル数が少ないため、端末の瞬時最大空中線電力を小さくでき、電池の容量当たりの待ち受け・通話時間を長くすることが容易。 | 日本 : 第3世代携帯電話への移行が急速に進み、2003年3月にau、2008年3月にツーカー、2010年3月にソフトバンクモバイルがそれぞれサービスを終了。唯一回線を提供していたNTTドコモが2012年3月にサービス終了し、PDC方式のサービスはすべて終了。 |
| D-AMPS | 60 (30) | 48.6 | 13 (6.5) | ACELP, VSELP (CELP) |
AMPSと周波数帯域を共用できる。(IS-136/IS-54) | 北米 | ||
第三世代携帯電話 (3G) と呼ばれている、通信速度が速く、周波数帯域利用効率の良いものもある。高速データ通信の拡張規格も開発されている。
| 略称 | 帯域幅(MHz) | チップレート(Mcps) | フレーム | ガードバンド | 基地局の精密同期 | チャネル分離 | 拡散符号 | 電力制御（回/秒） | 変調方式 | 音声 | 制御・端末位置登録 | 特徴 | 利用地域・事業者 | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 長(ms) | スロット数 | 伝送速度(kb/s) | 符号化方式 | ||||||||||||
| cdmaOne (IS-95) | 1.25 | 1.2288 | 20 | 16 | 要 | Walsh Code (128) | M系列のLong PNとShort PNとを組み合わせ | 800 | π/4 DQPSK | 1.2 - 9.6 | EVRC, SMV, VMR-WB | ANSI - 41 | 米国クアルコム開発の2.5G | 米国・韓国・香港 イスラエル・ベネズエラ 日本 : au（KDDI／沖縄セルラー） | |
| CDMA2000 (IS-2000) | 3G | ||||||||||||||
| W-CDMA | 5 | 3.84 | 10 | 15 | 不要 | Orthogonal Variable Spreading Factor Code | Gold 系列 | 1500 | 1.95 - 12.2 | GSM - AMR - NB | GSM - MAP | 3G | 欧州・日本 : NTTドコモ、ソフトバンクモバイル、イー・モバイルサービス中。第三世代への世代交代が進むなか、新たなデジュリスタンダードになりつつある。 | ||
| 6.60 - 23.85 | GSM - AMR-WB | 高音質 オプション | |||||||||||||
| 略称 | 帯域幅(MHz) | チップレート(Mcps) | フレーム | 端末間の精密同期 | 特徴 | 利用地域・事業者 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 長(ms) | スロット数 | ||||||
| TD-CDMA | 5 | 3.84 | 10 | 15 | 不要 | 慶應義塾大学理工学部中川正雄教授を中心に開発 | |
| TD-SCDMA | 1.2288 | 要 | 中国・電信科学技術研究院、ドイツ・シーメンスなどが開発 | 中国規格 | |||
| TD-SCDMA (MC) | マルチキャリア・米Navini Networksのシュー・グアンハンが提案 | ||||||
※DECTも第三世代携帯電話 (3G) に属する。(IMT-FT)
その他のサービス
- 衛星電話
- 無線パケット通信
- 無線アクセス : データ通信を主としたサービス
- 無線呼び出し
- コンビニエンスラジオフォン - 1998年、サービス終了
移動体通信の周波数
移動体通信に適した周波数帯域は限られている。また、軍事・航空・船舶の保安用無線通信などとの競合もある。そのため、固定無線の光ケーブル化、より高い周波数の活用・他の用途に使用されている無線局との共用の技術開発などが行われている。
電波は周波数が低いほど電波が回折しやすく、遮蔽物が入り組んだ場所や、室内、車内でも受信しやすくなり、不感地帯の減少に繋がる。このため基地局の増設の必要が少なく済み、設備投資の費用が安くなる。反面、低い周波数ほど、無線局免許の関係上、周波数帯域を広く取りにくいため、通信速度の高速化が困難になる。
各地域別周波数帯域利用状況
| 周波数GHz | 日本 | 欧州 | アジア | オセアニア | アフリカ | ラテンアメリカ | 北米 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0.2 | 無線呼び出し デジタル地域防災無線 アナログコードレス電話（子局） |
||||||
| 0.3 | アナログコードレス電話（親局） JR在来線列車無線（A・Bタイプ） |
T-GSM380 | |||||
| 0.4 | アマチュア無線（430MHz帯） デジタル空港無線電話 JR在来線列車無線（Cタイプ・乗務員無線） |
T-GSM410 CDMA450 GSM450 NMT450 GSM480 |
CDMA450（一部） | ||||
| 0.5 | |||||||
| 0.6 | |||||||
| 0.7 | GSM710 GSM750 |
||||||
| 0.8 | W-CDMA : NTTドコモ（FOMAプラスエリア）、ソフトバンクモバイル(プラチナバンド) cdmaOne/CDMA2000 1x（EV-DO含む） : KDDI (au)(CDMA 1X WIN) 第三者無線 : 全国移動無線センター (mcAccess e) |
T-GSM810 CDMA2000 国際ローミング GSM850 |
CDMA2000 GSM850 D-AMPS AMPS W-CDMA | ||||
| 0.9 | GSM900 NMT900 GSM-R（鉄道無線） T-GSM900 |
||||||
| 1.2 | アマチュア無線（1.2GHz帯） | ||||||
| 1.4 | W-CDMA : ソフトバンクモバイル(ULTRA SPEED) 第三者無線 : 日本移動通信システム協会 (NEXNET) |
||||||
| 1.5 | |||||||
| 1.7 | W-CDMA、LTE（FDD :上り） : NTTドコモ (FOMA)、イー・モバイル(EMOBILE G4、EMOBILE LTE)、W-CDMA事業者向け追加帯域 | GSM1800 (DCS1800)（FDD :上り） | WCDMA1721（FDD:上り） | ||||
| 1.8 | W-CDMA、LTE（FDD :下り） : NTTドコモ (FOMA)、イー・モバイル(EMOBILE G4、EMOBILE LTE、W-CDMA事業者向け追加帯域 高度化PHS(TDD : 1.8) : ウィルコム (W-OAM) PHS |
GSM1800 (DCS1800)（FDD :下り） | |||||
| 1.9 | PHS W-CDMA、LTE（FDD :上り） : NTTドコモ (FOMA、Xi)、ソフトバンクモバイル (SoftBank 3G、SoftBank 4G LTE) CDMA2000 1x、LTE（FDD :上り） : KDDI(CDMA 1X WIN、au 4G LTE) |
DECT | PHS（一部） CDMA2000 1x（PCS : KTF、LGテレコム） |
CDMA2000 GSM1900 D-AMPS W-CDMA | |||
| 2.0 |
割り当て予定（TDD : 2.0） : | ||||||
| 2.1 |
W-CDMA、LTE（FDD :下り） : NTTドコモ (FOMA、Xi)、ソフトバンクモバイル (SoftBank 3G、SoftBank 4G LTE) CDMA2000 1x、LTE（FDD :下り） : KDDI(CDMA 1X WIN、au 4G LTE) |
WCDMA1721（FDD:下り） | |||||
| 2.4 |
アマチュア無線（2.4GHz帯） ISMバンド（電子レンジ、無線ネットワーク、デジタル式コードレスホン） |
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| 2.5/2.6 |
衛星電話 ワイドスター（衛星 - 端末間） NTTドコモ |
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| 3.4/3.5 |
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関連項目
- 無線アクセス : データ通信を主としたものの概要
- 移動局
- Next Generation Network : Internet Protocolを用いたマルチメディアサービス実現する次世代電話網
- Fixed Mobile Convergence : 固定・移動体通信を統合した通信サービス
外部リンク
- 移動通信の基本技術 (（2016.03現在、提供終了）技術者Web学習システム)