携帯電話とＰＨＳ

今や、爆発的な市場の広がりを見せた移動体通信分野。ちょっと昔まではビジネスマンのための高価な機械だった携帯電話は各社の競争によりコストダウンがはかられ爆発的な普及をもたらしました。さらに、ＰＨＳ(Personal Handyphone System)のサービス開始により、料金的にもポケットベルと変わらなくなり通話料も公衆電話並ということもあり、あっという間に高校生を中心に普及するに至りました。メーカー側では当初、携帯電話ユーザーはあっという間にＰＨＳに乗り換えるだろうと予測していましたがまだＰＨＳの利用範囲が携帯電話に比べて狭いこともあり現在の所は携帯電話の伸び率が高くなっています。９７年夏現在、ＰＨＳは頭打ちの状態にありますが将来的には１億人ユーザー（つまり、子供や老人が持たないとしても一人２台）に発展するといわれています。
さてこの携帯電話とＰＨＳ。どう違うのでしょう。一般的によく知られているのは携帯電話は新幹線などの乗り物の中でも使え、ＰＨＳは地下や公共の建物でも使えるということでしょうか。また携帯電話は出力電波が強く遠くまで電波が届くので一つのアンテナで広いエリアをカバーするのに対し、ＰＨＳはどちらかというとコードレス電話の拡張版ということで出力電波が弱く一つのアンテナでカバーできるエリアが小さいので２～３００メートルおきに小さなアンテナが町中の至る所についています。

このように広いエリアをセルに分けて一つのセルに対し一つのアンテナを建てて、携帯電話やＰＨＳの電波を受信する方式をセルラー方式といいます。携帯電話に比べてＰＨＳのセルは小さいのです。
携帯電話のようにセルが大きいとアンテナが出す電波も携帯電話が出す電波も強くなければなりません。（つまり携帯電話の方がたくさん電力を消費する。）しかし、同じエリアをカバーするのに少ないアンテナですみます。一方、ＰＨＳのようにセルが小さいと電波は弱くてすみますがたくさんのアンテナが必要となります。
また、同じのセル内にいるユーザーに対してそれぞれ異なった周波数を割り当てる必要があります。しかもそのセルで使用した周波数は、隣接するセルでは使用できません。なぜなら、セルの境界付近でお互いに干渉してしまうからです。周波数は無限にあるわけではなく有限の資源です。（周波数は無限にあるが携帯電話やＰＨＳのために使用できる周波数は決められており、さらに大気中で使用できる周波数には限りがある。）つまり、セルが小さい方が周波数の効率的な利用ができるわけです。この点、ＰＨＳは携帯電話よりも周波数の有効利用をしているといえます。

では、携帯電話は限られた周波数帯を多くのユーザーに割り当てるためにどうするか。一人一人のユーザーに割り当てる帯域を小さくするのです。もちろん帯域が小さくなると情報の伝送容量（つまり１秒間に送れる情報の量）は小さくなります。そこで、携帯電話ではＰＨＳよりも少ないビットレートで通話できるようにＰＨＳは違ったデータの送り方をしています。

「Ａ／Ｄ変換」のところでアナログ信号のディジタル化（電話の場合はＰＣＭ）を説明しましたが、携帯電話ではアナログ音声信号をそのままディジタル信号にして送っているのではありません。
携帯電話は音声のさまざまなサンプルを記憶しています。そして、携帯電話に向かってしゃべると、携帯電話はその音声がどのサンプルに近いか、そしてそのサンプルとどのくらい異なっているかというデータを発信するのです。受信側の携帯電話も同じサンプルを持っているので送られてきたデータをもとに音声を合成します。
このようにして、通常の電話回線では６４kbit/sec（１秒間に６４kbitという意味）のデータを送っているのに対し、携帯電話では３～４kbit/secのデータ通信で通話が可能です。（実際にはこれに２～３kbit/secくらいの誤り訂正符号が足されますがそれでも通常の回線の１０分の１以下です。）こうして携帯電話は割り当てられている限られた周波数帯で多くのユーザーと通信することが可能なわけです。

一方のＰＨＳはセルが小さいので同一セルやその隣接セルにいるユーザーの数は携帯電話に比べてぐっと少ないので一人に対する周波数帯は携帯電話よりも広くできます。つまり携帯電話よりも伝送容量（単位時間あたりに送ることのできる情報の量）は大きくできます。実際にＰＨＳは携帯電話よりも伝送容量は大きいのですがＰＨＳも通常の電話回線とは違った方法でデータを送っています。
ＰＨＳの場合にはアナログの音声信号をサンプリングした後、それぞれの時間における値を次々と送り出すわけですが、値をそのまま送るのではなく一つ前の値とどれだけ違うかというデータを送ります。

簡単にいうとＰＨＳはセルが小さいので周波数の効率的な利用ができ、伝送容量も大きく取れるのに対し、携帯電話はそれを技術でカバーしているのです。技術という点では携帯電話のほうかより多くの技術が詰め込まれています。（逆に言えば機械が複雑でコストもかかるということだが。）

さて、よく携帯電話は自動車が走ってても通話できるが（運転しながらの通話危険なので止めましょう。）ＰＨＳはできないとよく言われています。これはちょっと間違っています。
実際、条件がそろえばＰＨＳでも時速１００kmくらいまでのスピードなら通信できるといわれています。ＰＨＳの一つのセルは小さく、自動車などに乗ってるとすぐ次のセルに移ってしまいます。次のセルに移動したした時に通話のための回線（周波数）が空いている場合には、電波が自動的に切り替えられて通話を続けることができます。しかし、ＰＨＳの場合一つのセルにある通話のための回線（周波数）はそんなに多くありません。つまり、誰かが使っていて回線に空きがない場合通話（回線）が切られてしまいます。このためＰＨＳは自動車に乗ってると次々とセルが移動し回線の空きのないセルに入ったとたん通話が切れてしまうので、自動車に乗ってると通話できないといわれているのです。
一方、携帯電話は一つのセルが大きく、一つのセルにある程度たくさんの回線が準備されており、さらにＰＨＳよりも電波が強いので新幹線に乗ってても通話できます。（新幹線の線路沿いはすべてエリアに入っている。）

もう一つ携帯電話とＰＨＳの違いがあります。携帯電話は４～５秒に１回電波を出して自分がどこにいるかを常に制御ネットワークに伝えています。これに対し、ＰＨＳは電源を入れたときとエリア（着信の呼び出しをかけるためのセルの集合）が変わったときにのみ電波を発信します。
それとＰＨＳはアンテナから通常の固定回線（一般の家庭用の回線）と同じ交換局に接続されますが、携帯電話は独自の回線網を持っています。（このため現在、同じ会社の携帯電話同士の通話は自社の回線のみ使用するので固定回線からかけるのより安いのです。）

僕自身も携帯電話を持っていますが、通話料が高いんでもっぱら友達からかかってくるだけの着信専用です。めったに携帯電話からかけないんで月の通話料も何百円程度。理系ということで大学で１日中実験してることもあるしあと、下宿でいてもネットワークにつないでて友達から電話がつながらないっていわれることもなくなり便利といえば便利です。
ただ携帯電話での長電話については、いろいろ議論があります。そう、あの巷で噂されている電磁波の人体に対する影響です。これについては電磁波は危険か？？？で詳しく説明しますが、はっきりいって現在の段階ではよく分かっていないということです。ちなみにうちの電波工学の先生は「携帯電話の長電話は誰も安全の保障はしていない。」っていってます。まぁ、お金もかかるし長電話には注意しましょう。

N.Wakayama update November.19.1997