携帯電話の電波に関する初歩的おたずね

Question

初歩的な質問と思われるかもしれません。

電波のことを勉強していないので、よくわかりません。

妻が東京から夫あてに携帯電話をかけるとします。

夫が青森にいても、新潟にいても、鹿児島にいても電話は通じ、会話が成立します。

東京ー青森の回線が通ずる時、東京発の電波は、まず、どちらの方向に飛んでいくのでしょう。
東京ー新潟、東京ー鹿児島の場合はどうなのでしょう。
妻の携帯電話の電波は、日本中の全域に飛んで、その中で夫の携帯電話をみつけ通話の回線が成立するのですか？これが質問の第一点です。

第二の質問ですが、携帯電話一台一台の電話番号の違いとは、要するに、電波の周波数の違いと考えていいのですか。そうであるとして、仮に、日本に5000万台携帯電話があるとしたら、一台一台の周波数の差は非常に小さいと考えていいですか？XヘルツからYヘルツまでという限定された利用許可枠内で、5000万種類の周波数のキチンとした使い分けなど、奇跡的に思えますが、どうなのでしょうか。

お手数をおかけしますが、どうぞお願い申し上げます。

phj · Accepted Answer

各携帯電話と基地局

各携帯電話は基地局と呼ばれる電波塔と通信しています。携帯の電波の強さを示すアンテナマークが強くなったり弱くなったりするのは、近くに基地局があるかどうかです。最近は電波を出す機械が小さくなったので、地下鉄でも基地局を作れるようになりました。

旦那さんが青森にいるなら、青森の最寄りの基地局と旦那さんの携帯電話は通信しており、基地局から質問者様の近くの基地局まではケーブルでつながっています。

ひとつの電波塔で届く範囲は最大10ｋｍぐらいと言われていますが、なにもない見晴らしのよい山間部だと２０ｋｍぐらい離れた麓の電波塔とつながることもあります。逆に谷間に入ると近くに基地局があっても入らない場合もあります。建物の地下も普通は電波が届きません。

基地局と各携帯とのやりとり

携帯電話は実は常に基地局とやり取りをしています。そして携帯電話は基地局に「この電話番号の電話器が送受できる状態で接続しています」という信号を送り、基地局は電話機が離れる（別の基地局の範囲に行く、または電源を切るなど）しなかぎりその情報を保持しています。

質問者様が旦那さんに電話を掛けると、電話会社の本部に「○○－××という電話から△△－××という電話機に通話リクエストされました」という信号が送られ、本部はその△△－××という電話を各基地局に問い合わせをします。△△－××という電話の会社が違うならそれを別会社の本部に送って、おなじようにその本部が基地局を調べます。

そうすると青森のどこかで△△－××の電話はあらかじめ「通信スタンバイＯＫ」となっているので、青森の基地局は「△△－××はうちの基地局につながっています」と本部に連絡し、本部は質問者様の通話を青森の基地局につなげる、と言う手順をしています。

「電波の届かないところに・・」となるまでに時間がかかるのは、こういうリサーチをする時間がそれなりにかかるからです。ちなみに本部とか基地局と書いていますが、実際にはすべてコンピューターが処理をしています。

周波数について
日本の携帯電話は2100MHz帯というものをつかっています。この周波数の幅で1度にかけられる周波数はだいたい多くても10本ぐらいです。実際には行きの電波と帰りの電波（お互いの話す声）があるので半分の5本程度の電話機しか使えません。ですから、基地局別に5本ぐらいずつしか使えないのです。

しかし今の携帯電話はデジタル回線といって、通話をデジタル化して携帯電話に送り、携帯電話の中で音に再生しています。これはそれほど難しいことではなく、スマホの中に入っている音楽データを再生して聴くのと同じで、データの量は声だけなのでものすごく少ない量になります。

これを使って、最大5本程度しか使えない電波を1本にいくつもの通話を織り込むようにしています。つまり細かい通話のデーターに分けて、1秒間にA携帯・Ｂ携帯・Ｃ携帯・Ｄ携帯のように届けていくのです。もちろん同じ周波数を使っているＡ~Ｄの携帯は全部の通話データ（他人の通話データ）も受け取っていますが、すべてのデータには「○携帯向けデータ」という宛名が付けてあるので、ほかのデータを再生することなく自分が受け取るデータだけ受け取って再生される、ということです。

このようなデジタル電話のおかげで渋谷のようなものすごい人数が使う場所でも同時に何十人の人が使えるようにしてあるのです。（ちなみに東京などは2100MHZだけでなく別の周波数も使っていますし、基地局もものすごく多くあります）

いずれにしてもこれらの処理は基地局のコンピューター、本部のコンピューター、携帯電話の中のコンピューターがすべて自動的にやっていて、人間は番号を押すだけでよい、ということです。（若干、簡略化していますので本来はもう少し複雑です）

tknakamuri · Answer

ここが参考になるかも。
http://www.arib-emf.org/01denpa/denpa01-04.html

携帯は電源が入ると、自分の居場所を適宜最寄りの基地局に送信し、
携帯のネットワークは各携帯がどの基地局のそばにあるかを
把握しています。交換機はその情報を使って携帯電話間を繋ぎます。

電話番号は周波数とは無関係です。
全国には各社合わせて40万局くらいの基地局が有って、一つの基地局が相手にする
携帯電話は数個から数百個。
携帯は最寄りの基地局の空いている周波数を適宜選んで通信します。

ちなみに 3G通信では周波数を共用するスペクトラム拡散という技術が
使われているので、複数の携帯が同じ周波数を使って基地局と
繋がったりできます。

銀鱗 · Answer

１つめ。
　図の通り

２つめ。
　圧縮技術と暗号化技術なめんじゃねえ

とまあ、こんな感じです。
難しく考えなくても大丈夫。
難しいことはそれを生業とする頭の良い人たちが考えてくれます。
自分たちはそれを便利に使っているだけでも良いです。

電波は暗号化して詰め込んでそして個別に認識できるので大量のデータを送ることができるんですね。
（たぶんその過程を説明しても理解に程遠い結果しか返ってこないと思いますので概要だけ）

ステレン · Answer

＞東京ー青森の回線が通ずる時、東京発の電波は、まず、どちらの方向に飛んでいくのでしょう

最寄りの基地局に飛びます

東京から青森は北にありますが、南側の基地局が近ければ、そちらに飛びます

で、基地局で電波信号を電気信号に変えて、電話線などを通じて、青森の基局に流れています
その後、基地局で電気信号を電波信号に変えて、青森の電話に電波信号を届けます

anonymousC0WARD · Answer

＞ 東京発の電波は、まず、どちらの方向に飛んでいくのでしょう
通信を確立できた基地局に飛びます この時、青森方向は関係ありません

＞ 東京ー新潟、東京ー鹿児島の場合はどうなのでしょう。
この場合も同じく通信を確立できた基地局を利用するので全く関係ありません

＞ 妻の携帯電話の電波は、日本中の全域に飛んで、その中で夫の携帯電話をみつけ通話の回線が成立するのですか？
そんな大出力の電波を発する能力は携帯電話にはありません

携帯電話/スマホに備わっている電波の送出能力は せいぜい２ｋｍ四方を想定されてます

＞ 携帯電話一台一台の電話番号の違いとは、要するに、電波の周波数の違いと考えていいのですか。
そんなワケありません 電波の帯域は有限ですから

１億台を超える番号を周波数に割り当てるなんて 馬鹿げてますし

外国からの電話番号には 到底割り当てられませんよ

必要な時に 空いてる帯域を使うのが基本仕様です

[携帯Ａ] ))) 電波ｂ ))) [基地局Ｃ]

[基地局Ｃ]---{キャリア通信網(有線)}---[基地局Ｄ]

[基地局Ｄ] ))) 電波ｅ ))) [携帯Ｆ]

大雑把に それぞれの接続関係は 上記のようになってます

誰の携帯が どの地域に居るのかは基地局からの情報でキャリアは把握します

だから誰ソレの携帯への発信の宛先が分かっているから

キャリア通信網の中で接続先をコントロールできるのです

ひろぴのさん · Answer

携帯電話と言うのは携帯電話同士が直接電波繋がるものではありません。
携帯電話はその携帯電話に違い日本全国に何万とある基地局を中継して相手の携帯電話あるいは家庭の電話に繋がるのです。
基地局に繋がれば、後は電波ではなく光ファイバーやイーサネットなどで繋がれ交換機等により相手の基地局近くの基地局から電波を飛ばし相手の携帯と接続します。
また、電話番号は識別子であって電波を小さく割り当てて使ってる訳ではありません。
最近主流のLTEなどは、広帯域の周波数を使って携帯電話と接続されます。
その場合には周波数で分割したり時間で分割して信号を割り振ります。
現在は小ゾーン型の基地局なので、一つの基地局にぶら下がる携帯電話を少なくして速度を上げています。
接続のアルゴリズムは各社同じような方式です。

携帯電話の電波に関する初歩的おたずね

各携帯電話と基地局

ここが参考になるかも。

１つめ。

＞東京ー青森の回線が通ずる時、東京発の電波は、まず、どちらの方向に飛んでいくのでしょう

＞ 東京発の電波は、まず、どちらの方向に飛んでいくのでしょう

携帯電話と言うのは携帯電話同士が直接電波繋がるものではありません。

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