最近、友人から携帯電話回線とインターネットの違いや、Bluetoothと無線LANの違い等々の通信技術に関する質問がよく来るようになった。
ただ、一番面白いのが
「携帯電話のパケット通信は定額制があるのに、なんで電話は定額制がないのか？確かに同社内定額制はあるけど、他ね携帯電話会社との定額制はない」
という質問だ。
なかなかいいところに目をつけている。
これは電話通信とIP通信の根本的原理の違いをついている質問だ。
今日はこの電話通信の仕組みとIP通信の仕組みを話そう。
ただ、その前に携帯電話の原理を話そう。
いくら日本の携帯電話業界がガラパゴス化していても、ちゃんと無線技術は世界で規格が決められていて、ちゃんとそれを採用している。(第３世代からだけだけど・・・・)
まずは基本原理
携帯電話は無線通信を行う。当然だが、できた当時は革命的だった。
だが、この無線通信を行うにはもちろん通信相手がいて、その通信相手がちゃんと電波が届く割りと近いいちになくてはならないことを意味する。
まさか実際に通話する人同士が直接無線通信を行っていては、距離が離れると通話できなくなる。
これは有名な話だが、携帯電話自体は携帯電話会社が持つ「基地局」と通信を行う
そして、基地局は有線で「移動通信制御局」と通信を行う。
この移動通信制御局というのはいくつかの基地局をまとめる物で、「無線ネットワーク制御装置」と「加入者線交換機」を持っている。
まずは基地局を詳しく見てみよう。
この基地局の主な役目は携帯電話との通信のため、もちろんアンテナがついている。
携帯電話との通信が可能なエリアを「ゾーン」と呼ぶ。そして、このゾーンは３つの「セル」と呼ばれるエリアで構成される。
携帯電話の英語「cellular phone」の由来はこれだ。
携帯電話はこのセルの中にある時にしか通信ができない。
基地局には三本アンテナがあり、それぞれ120度間隔に配置されていて、３つのセルから電波を受信可能にしている。
灘校アマチュア無線研究部の方は知っていると思うが、決してアンテナ一本が一つのセルと対応しなければならない訳ではない。
この基地局は「アダプティブアレイアンテナ」を使っており、指向性を自由に変化させられる。
そして、基地局は携帯電話との通信を、とりあえず移動通信制御局に送る。そして、移動通信制御局の無線ネットワーク制御装置は通信相手がいる基地局にそのデータを送る。もし、その移動通信制御局の管轄でなければ、その通信相手のいる基地局の移動通信制御局に加入者線交換機がデータを送る。
もし別の携帯電話会社や固定電話が相手なら「移動関門交換機」にデータを送る。
携帯電話通話定額制が難しいのはこの加入者線交換機や移動関門交換機が問題となるが、もう少しだけ携帯電話通信の話をする。
ここで気になるのが、通信相手を管轄してる基地局を探す方法。基地局なんて数え切れないほどあるのに、その中からどうやって目的の基地局を見つけ出すのか？
よく、病院などでは携帯電話を切る理由に「通話していなくても通信する」というのがあげられる。
もちろんこれは事実で、「ある目的」のために、携帯電話は常に基地局との通信を行う。
それは
携帯電話の位置をデータベースに登録すること
だ。
基地局はいま自分が受け持ってる携帯電話を携帯電話会社が持つ「位置登録データベース」に携帯電話の位置を書き込むのだ。
こうすることで携帯電話が今、どの基地局が受け持ってるのかが他の基地局からも分かるようになる。
もちろん基地局が携帯電話を受け持ってるかどうかを確認するためには通信が必要で、この通信は意外とたくさんのデータをやり取りする。(携帯電話の基本料金が高いのにはこの通信にかかるコストが高いのが大きな理由だ)
そして話を無線通信に当てよう。
携帯電話と基地局(を介しての移動通信制御局)の通信には「第３世代携帯電話通信」を行う。
この第３世代携帯電話通信というのはITU(国際電気通信連合)が策定した「IMT-2000」という規格での通信で、仕様として
2Mbpsの高速通信
2Mhzの周波数帯域
通信方式統一
マルチメディア通信
UIM(SIM)カードの採用
等があげられる。(さすがに全部は覚えてない・・・・)
だが、通信方針統一は達成されず、最終的に５つの規格がIMT-2000標準となった。(現在は６つ)
日本ではNTTドコモ(FOMA)とソフトバンクが「W-CDMA」を、auがcdma2000を採用している。
なお、６つ目の新しい規格は「WiMAX」だ。
では第３世代携帯電話通信はこれまでの携帯電話通信と何が違うのか？
大きな違いは基地局と移動通信制御局の通信での多重化方式の違いだ。
詳しくは拡散の知識が必要で、いまここでは解説しない。(すでに本題からそれてるしねww)
簡単にいうと、第３世代携帯電話通信では(全てではないが)多重化にCDMAを採用しており、大量のデータを流せる上に、盗聴されにくい。

では本題！！
先程、定額制実現が難しい理由に移動通信制御局の「加入者線交換機」と「移動関門交換機」を挙げた。
この交換機とは何か？
そのためには、固定電話の仕組みを知る必要がある。
これから話す電話の仕組みの前に、ちょっと。
「電話回線はアナログ通信を行う」
さりげなく知られてないが、FAXだって、コールセンターのプッシュでの自動案内も全てアナログで行われている。そして、基礎原理はグラハム・ベル、エリシャ・グレイ、トーマス・エジソンの時代からたいした変化はない。声を電気抵抗の変化に変え、電流を変化させて、それを導線に流し、相手のスピーカーに通すと声が聞こえる。ただそれだけだ。
ただ、当時と違うのは、通信相手を制御する「交換機」が進化したことだ。
まず、電話機にはモジュラーケーブルがささっており、壁の中の屋内ケーブルを伝い、保安機に繋がっている。こっからは屋外の引き落としケーブルで電柱までつながり、「端子函」が電柱を伝っている「架空ケーブル」と繋げている。
ただ、繋げているといっても、実は単に束ねているだけだ。
架空ケーブルはき線点で地下に入り、地下で他のき線点からのケーブルと共に電話局の「電話交換機」に繋がっている。
そして、一番驚きなのが、電話交換機から電話機までケーブルの分岐点がないことだ。各点はただケーブルを束ねているだけで、分岐しない。
では、電話交換機から先はどうなるか？
実はない
ただ、通話してないときは。電話交換機より先は発信するか、着信がないかぎり繋がっていな