H゛、EDGE、PHSって何だろう?、ちょっとハードなお話。

(一部、他のコーナーと内容が重複する部分が有ります。)


H゛、EDGE、PHSが使用している電波 H゛の電波は太く短く。(^_^;)
PHSとはパーソナル・ハンディフォン・システムと呼ばれている携帯電話のシステムですが一般に携帯電話と呼ばれる物とちょっと比べて見ると。
使っている電波の周波数は
PDC(パーソナル・デジタル・セルラー、一般的なデジタル携帯電話)の800〜900MHz(一部は1.4〜1.5GHz)とに比べて1.8〜1.9GHzと高い周波数の電波が使われています。
周波数が高いと直進性が強く光に似た特性になり建物の陰等には届きにくいと言う性質が有ります、このことは現在主流になりつつある2GHz帯の電波を使うFOMAでも言えます。。


H゛、EDGE、PHSの基地局 いつもお世話になっています。(^_^)
H゛(エッジ)、EDGE、PHSの基地局(CS)は電波の出力は大きくても500mW、小さい物で20mmW、サービスを止めてしまいましたが他社にはは200mWの基地局も有りました。
基地局の電波の飛び方は基地局を中心にしてどの方向にも均一なレベルで飛んでいく、いわゆる無指向性型と最近増えてきた一方方向に電波を絞って飛ばす指向性型が有ります。
高感度指向性アンテナを持った基地局はその特性を生かして高層団地、高層ビルなどに向けて絞り込んだ電波を飛ばしてきます、このアンテナは仰角(上向き角)も調整出来、今まで弱かったビルの上の階まで安定した電波を届けてくれます。
←無指向性型 ←指向性型
500mWタイプで大体半径が500メートルが守備範囲となりますが、WILLCOMの場合エリア内は住宅地などでも平均3機の基地局の電波が届く様な間隔で設置されています。(実際には基地局の電波は2Km程度飛んでいます。)
しかもその電波はGPSからの基準信号で全て電波の同期が取れているため、基地局の電波がお互い重なっても変な干渉を起こさないと言う特徴があります。
そのためも有りDDIポケット時代からH゛以前のPHSでも移動しながらの通話でも結構実用になっていました、それがH゛の出現でいっそう移動中の通話、通信が安定しました。
電波の同期が取れているためRF(ラジオ・フリクェンシー、高周波)回路は1組で済み、シンセサイザー(信号合成回路)のみ2組持っています、その2組を上手く用い1組で通話をしながらもう一組がよりよい電波を捕まえる事が出来、移動先の基地局へスムーズに移行出来る様になっています。
また1基地局当たりの守備範囲が狭いと言うのも逆にメリットにもなり1人が一つの基地局を占有しやすくなります、データ通信などではフルにその速度をキープ出来ることになりますね。

PDCでは基地局(こちらではBSと言われる)の出力は800mWから2W程度と見られ、あまり違いが無いように見られますがアンテナに指向性(電波を一方方向に集中して飛ばす)が有るのが普通で、複数のアンテナの向きを変えて設置し360度をカバーします。
基地局の守備範囲が広い分電波が長い距離を飛んで来るため、途中のビルや山などに反射して複数の経路から到達して電波の位相がズレると言う事が発生しやすいと言う問題あります。(マルチパスフェージングと言われ、テレビのゴースト現象と同じ状態)
その為データ転送時に受信波形が歪んだりしますので、データ転送の速度を遅く(公称28.8kbps以下、実際には42kbpsの速度まで可能とか。)して影響が出にくくする等の工夫をしています。

←PDC、FOMA等携帯電話基地局のイメージ例

#余談ですがH゛の場合64kbpsの通信速度と言われていますが実際には384kbpsの伝達速度能力が有るとの事です・・現在ではパケット方式ですが256kbps、W-OAMの利用で408kbpsのデータ通信サービスも行われています。

PHSも基地局の出力を高くすると当然電波も遠くまで届くのですが、速いと言われる電波にも伝達スピードが有りますので末端部では基地局の電波の位相がズレる事が考えられます、(特に周波数が高くなると影響も大)で、500mW程度に抑えてあるとか。(実際には電波法のからみも・・。)
以前他のPHSサービス会社は同期の取れていない基地局同士の電波の干渉を避けるため小出力型の基地局を守備範囲の間隔を少し空けて設置してエリア化をしていました、この電波の隙間で切れてしまうという状態がPHSは切れやすいと言う話になった物と推測されます。

現在増設されているWILLCOMの基地局にはアダプティブアレイタイプと言う物が有り、このタイプは同じ500mWの出力ながら通話状態の端末(電話機)の位置を検出しそちらに向かって電波を絞って飛ばしてくれる(指向性を出す)と言う機能があります。
つまり発信、着信などで通話を開始するとその電話を追いかける様に電波を飛ばしてくれるのです、これはこちらが移動していても追いかけてくれるので通話が安定します。

←アダプティブアレイタイプのイメージ

(後に他社も500mWの基地局が設置されましたが今後はWILLCOMだけになってしまいそうですが、まだビルの屋上、駐車場などに並んで複数のアンテナが仲良く?設置されている所も多数見られます)



H゛、EDGE、PHS基地局の回線数 
アンテナ4本だから4回線??(^^;;;
H゛、EDGE、PHSの基地局は今までのタイプで1局あたり4回線取れるとの事ですが、内1回線は制御用(基地局、端末間のID等のやり取り)に使われるため実際の通話、データ通信には3回線(実際にはもっと細かい設定が有る模様です。)が充当されています。
駅の側など利用者が多く集まる所にはアンテナを2段に重ねて回線数を増やした基地局も見られます、この場合でも制御用は1回線で済むので3+4で7回線分取れるとか。(アンテナの本数は関係有りません(^_^;))
データ通信でH゛端末による64kbps通信を行う時は2回線を使用していますが、その時点で先に音声通話が入っていたり他のデータ通信で回線が使用中の時にはまず1回線32kbpsで通信を続け、回線が空くと64kbpsに復帰するベストエフォート方式を採用しています。
また64kbps通信中に電波状態が悪くなってもいきなり切断はされず、32kbpsに落とす等して通信を続け、電波状態が良くなるとまた64kbpsに復帰すると言う動作をします。

32kbps、128kbps、256kbps等のパケットによる通信、繋ぎ放題と言われる通信は音声通話用回線と別扱いになるため音声通話の回線を専有(64kbpsの回線交換方式を除く)する事は有りません、その訳は局に1回線有る制御チャンネルを用いて通信を行うためです。
制御回線は端末との着信や位置登録等のやり取り以外は空いている事が多く、この空き時間を利用してパケットによる通信を行っているのです。
もちろん端末とのやり取り、パケットのやり取りはしっかりタイミングが取られているため干渉する事は有りません。

PDCでは基地局一局あたり数十回線は有ると推測しますが、データ通信中に電波状態が悪くなると”はい、それま〜で〜よ・・”と切断されてしまう方が多いようです。(ギャランティー方式と呼ばれていた様な・・。)


H゛、EDGE、PHSのバッテリーが長持ちする訳 寝る子は育つ??
H゛、EDGE、PHSの端末は、長くなってきたと言われる各社携帯電話に比べてもバッテリーの持続時間がかなり長いですが、これは待ち受け中は端末が(内部のCPU等の主要回路が)寝た状態(-.-)Zzz・・になっているためです。
着信(電話がかかって来た)の場合でも基地局から呼び出されるタイミングが決まっているのでその瞬間だけ回路の目が覚める('' ) ( '') と言う状態(細かい数値はヌキにしますが・・)で間欠動作をしています。

公衆か家庭かのどちらかのモードで待ち受けるのが一番長時間持続しますが、公衆と家庭を自動(両面待ち)に設定すると目を覚ます回数が増えるのでバッテリーの持続時間が短くなりますし、トランシーバーの待ち受けでは殆ど動作状態となるためバッテリーの持続時間は極端に短くなります。(それでも80時間程度は待ち受けられます)
*家庭での待ち受け、またトランシーバーでの使用にはα−PHS用親機(親電話)が必要になります。

携帯電話もアナログからPDC、デジタルになってからはバッテリーの持続時間が長くなりました、しかし通話時に端末から発信する電波も強い為バッテリーの消耗も速く、連続通話時間はH゛、feelH゛
EDGE、PHSにはかなわないかと思われます。


H゛、EDGE、PHSの電波の使い方
H゛EDGE、やPHS、PDCも加入者数が爆発的に増えて来ましたが、そうなると問題なのは回線数、限られた電波をいかに効率よく使うかです。
ちょっとややこしい話になりますが、放送や一般の無線局(アマチュア無線、業務用無線)ではチャンネルは周波数ごとに有りますが(一つの無線局が一つの周波数の電波を専有する)、凄い数の電話機が相手ではこの方法はちょいと無理、初期のアナログ携帯電話はこれに近い方法(FDMA、周波数分割多重接続と呼ばれた)でしたが、現在のH゛、EDGE、PHS、PDCは一つの周波数の電波を時間で区切り、その区切られた時間をそれぞれ一つのチャンネルとする方法(TDMA、時間分割多重接続)になっています。

一つの周波数の電波を時間で区切り、チャンネルを切り替えて送受信データのやり取りを行うので電波が効率よく使え、局数が増えても伝送効率が変化しないと言う特徴が有ります。
反面時間でしっかり管理するため確実な同期が必要でシステムが複雑になると言う弱点が有ります。


H゛、EDGE、PHSの同時送受信
通常無線機では送信、受信はスイッチで切り替えて行います、インターフォンもそうですがマイクのボタンを押す事により送信となってしゃべり、ボタンを放すと受信になり相手の声が聞こえると言う物が殆どで一つの周波数チャンネルで交信出来るので効率は良いのですが同時に送受信が出来ません。(シンプレックス、ハーフ・デュープレックス、半二重と呼ばれたりします。)
電話では相手の声も聞きながらしゃべる事も出来ますね、(デュープレックス、少し意味が異なりますがフル・デュープレックス、全二重と呼ばれたりします。)普通の無線でこれをするには送信と受信で二つのチャンネル(周波数)を使ってしまいます。

PDCはTDMA、時間分割多重接続なのですがこのデュープレックス方式はFDD(周波数分割二重)と呼ばれる異なる周波数を二つ使って同時に送受信する方法なのです。
H゛、EDGE、PHSでは同じTDMA、時間分割多重接続ですがデュープレックスの方法はTDD(時間分割二重)と呼ばれ、同じ周波数の電波をまた時間で分割して送信受信を高速で切り替え、同時送受信を可能にする方法で使われていますのでよりいっそう電波が効率良く使えます。
先ほどの無線機のマイクスイッチを凄いスピードで切り替えて送受信を行いながらしゃべっている様な感じですね、でも音質は良いですよねH゛、EDGE、PHSは。

搬送波(H゛EDGE、PHSの場合1.8〜1.9GHzの電波)と呼ばれる電波にデータや音声を乗せるには変調(よくAMとかFMとか言うのはこの変調方式なのです。)と言う仕組みが必要ですが、デジタルの変調方式はかなりややこしく、書いている本人の頭からも煙が出そうなのでこの辺で許して・・(^^;;;。


H゛、EDGE、PHSは通話音質が良い
さて、通話音質が良いと言われるH゛EDGE、やPHSですがPDCも含めてデジタル電話と呼ばれます。
と言うことは
アナログの音声を何らかの方法でデジタル信号に変換する必要があります、(あたりまえですね)これを音声符号化方式といいますが、その符号化の為にサンプリングと言う事を行います。
H゛、EDGE、PHS、PDCもそのサンプリング周波数は8kbpsと同じ値です、データ圧縮の方法は異なりますが、H゛とPHSの場合で32kbpsで送られ、PDCの場合は、5.6k(ハーフレート)〜11.2k(フルレート)bpsで送られます。
この送られる時の周波数が高いため
H゛、EDGE、とPHSの音質が良いとされています。(ここでは量子化や圧縮の方法と言う話は抜きにしますが・・)

H゛、EDGE、PHSは音声を符号化したデジタル信号その物にスクランブルをかけ、データを圧縮して送信しますが、PDCの場合は
ディクショナリ方式(辞書方式)になっているそうです。(聞いた話ですが。)
これはマイクから拾った音声の波形を見て、これに一番近いと思われる波形を電話機の辞書から探しだし、その登録波形の番号(何ページの何番目の波形の様に)を信号として送信し相手に伝える方式です。
受信側では、その番号からまた波形を引き出し、つなぎ合わせて音声波形を作り、スピーカーから流します。
つまり通信しているのはPHSの様な相手の人の音声信号ではなく、登録された波形の辞書番号になっているのですね。
フルレートの時はまだしも、ハーフレートのより音声に特化した辞書にすることによって、その波形辞書のサイズを小さくしています。(デジタルデータの圧縮率が高い)
そのため歪みなども発生し、一部の言葉が判別しにくい感じがします。(た行とさ行などが判別しにくくなります)
また音声に特化したためか背景音の変化が激しく、音声を悪く感じさせる原因の一つになっている模様です、確かに一般的な系帯電話では人の声以外の音声が入ると(例えば通過する車、電車などの雑音)とんでもない音で伝わってきた経験が有ります、辞書のどの波形を繋げば良いのか解らなくなってしまうのでしょうね・・雑音では。
これだけの処理を行っているため、この方式の宿命として音声の遅延が発生してしまい、携帯で音が遅れて聞こえるのはこの為なのだそうな・・特に有線固定電話から通話すると感じます。


H゛、EDGE、PHSの位置登録  \(゜ロ\)ココハドコ? (/ロ゜)/アタシハダアレ?にならないように・・
H゛、EDGE、PHS等の移動体通信の場合、今どこに端末があるのか基地局のネットワークに知らせる必要があります、全国一斉に呼び出しするのは大変ですからねぇ。
これを位置登録と呼んでいます、この動作は基本的に地域ごとに分割されている一斉呼出エリア毎に行います。(ページングエリアとも呼ばれています、呼び出し専用のポケットベルをページャーと呼ぶのもこの辺が語源でしょう。)
大きなサービスエリアも実際にはCSと言われる半径500mが守備範囲の基地局の集まりです。
一斉呼出エリアは、同一のNTT交換機に接続されてる基地局の集まりで決まります。(以前はその集まりをゾーンと呼んでいた様な)

←ゾーンのイメージ

大ざっぱに見るとNTTの局番が変わると当然交換機も変わります、実際には同じ局番でも交換機は複数有ると見られます。
基地局が送信しているCS−IDの中にはその一斉呼出エリア番号が含まれていて、端末はこれをみて自分が現在いる一斉呼出エリアを知ります。
端末は位置登録動作をした時に一斉呼出エリア番号を内部メモリーに保存します。
そして移動したことにより内部メモリーに保存した位置登録の番号と基地局から通知された番号が違ってきたら再度電波を発信し基地局とやり取り(オレは今ここにいるぞー、と・・(^^ゞ)位置登録、確認を行う訳です。

*コマンドの解っている一部の端末で電測を行うと何処でゾーンが切り替わるかが解ります、通常の切り替わりでは基地局のIDのみ変わって行きますがゾーンが変わる時には表示部に”位置登録開始”の文字がでます。

ちなみに端末が位置登録動作をするとNTTの回線を使ってデータのやり取りをするため、NTTからWILLCOMに課金されてしまうそうです。(いくらなのかは不明)
電源を入れたまま長距離移動されるとどんどんお金がかかってしまう・・と言うこと?、みなさん!移動中は電源を落としましょう・・と言ったらH゛EDGE、の特徴が・・。(^_^;)
以前取り扱い説明書に「高速で移動するとバッテリーが速く消耗しますので電源をお切り下さい・・」はこの事も含んでいたのかな?、(^^;;; 実際に移動を繰り返すと位置登録動作の回数も増え、そのたびに電波を出し回路も動作状態になるのでバッテリーを消耗させます。
(電車内での電源オフアナウンスは意外といいことだったりして・・。)


H゛、EDGE、PHSが行方不明?
最近は経験することが無くなりましたが極まれに位置登録が上手く出来ず実際にいる場所と位置情報の記憶にズレが発生する事があります。
位置登録動作のミスなのですがですが、登録動作をしたとき端末は正常に位置登録できたと思い、網側は位置登録が終了していないと思う時に発生します。
困るのは位置登録がズレてしまってもすぐに解らない事、ズレが発生しても発信は正常に出来ますが着信が出来ません、エリア内でアンテナの表示が例え3本出ていてもその電話にかけた方には「・・電波の届かない所におられるか、電源が入っていません・・」のメッセージが流れてしまいます。(相手から”電源を切って何処にいっていた?・・”等と突っ込まれたりしてf(^^;)。)
端末の表示を見ても何の変わりも無いのです。(電測の状態では解りますが)
位置登録通信時のメッセージのやりとりに失敗したときこのような状態になりますが、正確な原因は不明だそうです。(意識的に失敗させようとするとしない・・・このような現象は再現させるのが難しいとの事でした。)

もし位置登録のズレが発生したと思われる時は、端末の電源を切り今とは違うゾーン(NTTの局番違いの場所)に移動して再度電源を入れると位置登録動作をやり直してくれてズレが直ります。(メーカーによってはこの事を取り扱い説明書に書いて有ります。)
移動する事がすぐは無理な場合で急ぐ時には、端末の電源を切り裏蓋を開けてバッテリーのコネクタを外し30秒程待ってから再度繋いで電源を入れます。
バッテリーを外す事によりメモリーに保存された位置情報が消えるためすぐに位置登録を開始します。
ご注意!!
この方法を実施すると時計とカレンダーが初期化されます、端末によってはメールボックスの内容などメモリーの内容、カスタマイズした設定などが消えたり初期化する場合が考えられますので要注意です。
もし行う時にはご自分の責任範囲でお願いしますね、私はその為に発生した問題については一切の責任は取れませんので・・。

しかし現在使われているH゛以降の端末ではこの位置登録情報は電源を切った時は保存しない仕様となっています。
つまり電源オフ−オンすると必ず位置登録動作に入りますので位置登録のズレが発生しても別なゾーン、交換機のエリアに移動して電源を入れる必要はありません。
何だか動作が変だな・・と思ったら電源を入れ直すと良いかも知れません、パソコンで言うならリスタート、再起動と行ったところでしょうか。


ハンドオーバー、基地局電波の」(・。・;)「/」(・。・)」バトンタッチ!
H゛、EDGE、PHSの基地局一つの守備範囲は半径約500m、(ポケット電話の場合)通話をしながら移動すると当然いま繋がっている基地局の守備範囲に出てしまう事が有るわけです。
端末も基地局もギリギリまで頑張ってくれますがいよいよ電波が弱くなるともっと近くの基地局に繋ぎ変わります。
これを”ハンドオーバー”と呼んでいますが従来のPHSの場合、切り替え時に行う端末と基地局の情報のやり取りをしてる間は通話音声がとぎれ無音になってしまいました。

私がPS−501を使っていた頃は1〜2秒程度、(使用端末により差があります)大体は上手く切り替わりましたが無音が続きそのまま切断してしまう事も、またその当時はエリア内でも上記のゾーン(NTTの交換機、局番違い)間をまたいでのハンドオーバーは不可能でした、つまり位置登録動作をすると必ず切断。
しかし1999年2月頃からシステムが改良されゾーン間のハンドオーバーが可能になり、またゾーン内のハンドオーバーもスムーズにスピーディーになりました、H゛ではなくても無音時間が長くても”もしもし?”一回程度に。

H゛、EDGE、端末になると内部に送受信用の回路が2組有り、移動通話中に電波状態が低下してくると一つで通話を続けもう一組でより近くの基地局を探し情報のやり取りをして通話可能になった時点で通話をバトンタッチすると言う動作をします、音声のとぎれは殆ど感じません。(ただ、最近の端末でこの辺りを簡略化されたタイプも有り移動しながらの通話が苦手な物もあります・・(^^ゞ )
通話のバトンを渡し空いた回路は次のハンドオーバー動作に備えます。
100%とは言えませんが切断されることもなく移動中でもしっかり使える様になりました、しかし運転中の通話は交通法により禁止されました、また公共交通機関の中での通話も控えましょう、特急列車などで客室と出入り口が扉で分けられている場合は出入り口付近・・デッキと呼ばれていますがそちらで使えます、車両によっては灰皿と簡単な腰掛けがあり”携帯電話はこちらでどうぞ”と案内がされた物もあります。

今回はここまで!!。

*以上の内容は独学で知った事や聞いたお話を含め一部想像した部分もありますので間違っている所も有るかと思います。
 もし変な所が有りましたら”ソーっと”教えてくださいませ、ソーっと直しますので・・。(^^;;;

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