コードレス電話

コードレス電話または携帯電話とは、公衆電話網に接続された基地局と無線で接続する携帯型電話機のことです。通信範囲は限られており、通常は同じ建物内、または基地局から比較的近い距離に限られます。

コードレス電話は、通信範囲が限られていること、および加入者宅に設置された基地局に依存するという点で、携帯電話とは機能的に異なります。PHS やDECTなどの現在のコードレス電話規格は、セルハンドオフ（ハンドオーバー）、データ転送などのさまざまな高度な機能、さらには限定的ではありますが国際ローミングを実現することで、かつて明確だったコードレス電話と携帯電話の境界線を曖昧にしています。特殊なモデルでは、商用モバイルネットワーク事業者が基地局を維持し、ユーザーがサービスに加入する場合があります。

コード付き電話とは異なり、コードレス電話は（ベースステーションに電力を供給するために）主電源が必要です。コードレス受話器には充電式バッテリーが内蔵されており、受話器がクレードルに置かれるとベースステーションがバッテリーを充電します。^{[ 1 ]}

歴史

無線電話（ワイヤレス電話）は、コードレス電話よりも少なくとも20年以上前から存在していました。最初の無線電話サービスであるMTS（移動電話サービス）は1946年にサービスを開始しました。サービスエリアを可能な限り広くカバーすることを目的としていたため、通信容量は非常に小さく、初期の真空管技術では機器がかなり大きく重くなっていました。第2世代の無線電話、すなわちIMTS（改良型移動電話サービス）は1964年に運用を開始しました。

1963年から、ベル研究所の少数のエンジニアチームが、実用的で完全に機能する双方向無線電話の開発を任されました。このチームは、WD Goodale, Jr. の指揮の下、SM Baer、GC Balzer、JM Brown、WF Clemency、M. Rosenthal、W. Zinsmeister で構成されていました（アルファベット順）。

1964年までに、ブレッドボードモデルがラボで動作するようになった。1964年から1965年にかけて、これらのモデルは改良され、ベル研究所のニュージャージー州ホルムデル施設周辺でテストするためにパッケージ化された。このシステムは、FM、低電力送信機、高感度スーパーヘテロダイン受信機を使用して、35MHz帯と43MHz帯の水晶制御チャネルで実験ライセンスの下で動作した。オンフック/オフフックやダイヤルを含むすべての電話機能の完全な監視は、帯域外トーン監視システムによって提供された。家庭用に開発されたモデルは、標準的な（ただしかさばる）電話受話器のように見えるように設計された。基地局は、標準的な電話網に接続された小型の箱だった。約50台のユニットが、ボストンとフェニックス地域のベルシステムの2か所でのフィールドテストのために、アンドーバーのウェスタンエレクトリックのモデルショップで製造された。プロジェクト全体は、ベル研究所記録、第45巻（1967年）に記載されている。^{[ 2 ]}

1966年、ジョージ・スウェイガートは「全二重無線通信装置」の特許を出願した。彼は1969年6月に米国特許第3,449,750号を取得した。 ^{[ 3 ]}第二次世界大戦中、南太平洋のガダルカナル島とブーゲンビル島に駐屯していた無線通信士であったスウェイガートは、上級指揮官の戦場通信を改善するために、訓練を受けていない人員向けに全二重通信の概念を開発した。

スウェイガートは、1960年代後半にAT&T所有の電話回線に民生用電子機器を直接接続することを積極的に提唱した。当時の電話会社は、サードパーティ製の機器を自社の回線に接続することを許可していなかった。ほとんどの電話機はウェスタン・エレクトリック社製で、AT&Tが顧客にリースしていた。双方向無線機と電話機を相互接続するための粗雑な装置であるカーターフォン・カプラは、1968年6月26日に、民生用機器を電話回線に直接接続することを禁止していた連邦通信委員会の決定（画期的なカーターフォン決定として知られる）を覆すきっかけとなった。カーターフォンのような初期のコードレス電話機は、公衆電話網に音響的に（電気的ではなく）接続されていた。^{[ 4 ]}

1977年、ダグラス・G・タリーとL・デュアン・グレゴリーは、電話交換局の電話回線に直接接続された基地局と、小型でコンパクトなコードレス電話機（送信機、受信機、制御回路を内蔵し、充電式バッテリーパックで駆動）からなる移動ユニットとの間に設けられる制御機能を備えた双方向音声通信リンクに関する米国特許第4,039,760号を取得しました。着信音、オンフック信号、オフフック信号、ダイヤルパルスなど、すべての論理制御には単一の論理トーンが送信され、検出されます。

コードレス電話は1980年代初頭に家庭や職場で広く使われるようになった。ニューヨーク・タイムズによると、米国で販売されたコードレス電話の数は1980年の5万台から1982年には100万台に増加した。無線信号に依存しているため盗聴やその他の不正行為に脆弱になるという懸念があったにもかかわらず、利便性と携帯性の高さから急速に普及した。^{[ 5 ]}

1994 年、900 MHz 周波数帯のデジタルコードレス電話が消費者に利用可能になりました。これらの新しいタイプの電話は、干渉をフィルタリングでき、信号が壁をより簡単に透過できるため、より優れたオーディオ品質を提供しました。デジタル信号により電話のセキュリティが向上し、盗聴が減少しました。アナログコードレス電話の会話は比較的簡単に盗聴できました。^{[ 6 ]} 1995 年、コードレス電話にデジタルスペクトラム拡散(DSS) が導入されました。この技術により、デジタル音声伝送を複数の周波数に拡散することが可能になり、プライバシーが向上し、異なる加入者間の干渉が軽減されました。^{[ 7 ]}

周波数

アメリカ合衆国

米国では、連邦通信委員会（FCC）によってコードレス電話を含む用途向けに7つの周波数帯が割り当てられています。それらは以下のとおりです。

1.7 MHz (1.665～1.770 MHz、狭帯域 FM) ^{[ 8 ]} 1984 年 10 月 1 日以降に製造されたコードレス電話は、この帯域を使用することは許可されておらず、より新しい (より高い) 43～50 MHz の周波数を使用する必要がありましたが、古い周波数ペアを使用する古い電話は引き続き使用できました。^{[ 9 ]}
27 MHz は、市民バンド (CB) 無線サービスに近い周波数帯で、26.010、26.050、26.380、26.419、27.095 MHz などがあります。これらは当初 1.7 MHz の周波数とペアになっていましたが、後に 49 MHz の周波数とペアになりました。信号はFM (周波数変調)でした。
43～50 MHz (基地局: 43.72～46.97 MHz、ハンドセット: 48.76～49.99 MHz、FM) 1983 年 12 月に割り当てられ、1984 年半ばに 10 チャンネルでの使用が承認されました。1995 年 4 月 5 日にさらに 15 チャンネルが割り当てられました。^{[ 10 ]}
900 MHz (902～928 MHz、1993年に割り当て) ^{[ 11 ]}
1.9 GHz (1920～1930 MHz、1993 年に開発され、2005 年 10 月に割り当て、特にDECT 6.0で使用)
2.4 GHz (2400～2500 MHz、1998年に割り当て) シンプレックス
5.8 GHz帯（5725～5875 MHz、2.4 GHz帯の混雑のため2003年に割り当て）

以前の周波数帯域が過密状態になったため、利用者はそれらの周波数帯域で動作する電話機器の使用を中止し、結果としてそれらの帯域は比較的空いた状態になった。無線愛好家は、米国のAM放送帯域、一部の27MHz 帯、およびほとんどの旧43～50MHz 帯における、電話機器と旧型機器の使用状況を監視している。

1.7 MHz コードレス電話は、小売店で入手可能な最も初期のモデルであり、一般的には大きな金属製の伸縮式アンテナで識別できます。AM放送帯域のすぐ上のチャンネルは、ユーザーが手動で選択しました。使用されている周波数の一部は現在、拡張された AM ラジオ帯域の一部となっており、AM ラジオを持っている人なら誰でも聞くことができます。これらの電話をまだ使用し、数ブロック先まで聞こえる臨時の AM ラジオ局として使用している人がいるという報告があります。^{[ 12 ]}これらのモデルは、盗聴や蛍光灯、自動車の点火システムからの干渉を受けやすいため、時代遅れになりました。ただし、理想的な条件下では、0.5 マイル (0.80 km)以上の範囲を持つことができました。

43〜50 MHz コードレス電話は 1990 年代初頭までに広く普及し、短いフレキシブルアンテナと自動チャンネル選択機能を備えていました。その人気により、帯域が混雑したため追加の周波数が割り当てられ、メーカーは 10 チャンネルではなく 25 チャンネルのモデルを販売できるようになりました。以前の AM ユニットよりも干渉を受けにくいものの、これらのモデルはもはや生産されておらず、その周波数は事実上すべてのラジオスキャナーで簡単に受信できるため、時代遅れとみなされています。高度なモデルでは、不正な盗聴を制限するために、基本的なスクランブル方式として音声反転を使用し始めました。^[¹³^]これらの電話は、一部のワイヤレスベビーモニターと49.8 MHz 帯域 (49.830〜49.890)を共有しています。

900 MHz コードレス電話は販売されることは稀ですが、設置ベースは非常に大きいです。特徴としては、さらに短いアンテナ、最大 30 チャンネルの自動選択、干渉に対する高い耐性などが挙げられます。アナログ、アナログスペクトラム拡散 (100 kHz 帯域幅)、デジタル、デジタルスペクトラム拡散など、いくつかの種類がありますが、現在販売されているもののほとんどは低価格のアナログモデルで、盗聴される可能性があります。デジタル版もスキャンされる可能性はありますが、デジタルノイズとして受信されるため、盗聴は困難です。デジタル伝送は静電気干渉の影響を受けませんが、電話機が基地局の範囲外に出ると信号が弱まる (短時間の無音) ことがあります。新しいデジタルスペクトラム拡散 (DSS) 方式では、信号をさまざまな周波数に拡散するため、信号が弱まるのに対する耐性が高まります。この技術により、デジタル情報は受信機と基地局の間で複数の周波数に分割して拡散されるため、コードレス通話を盗聴することはほぼ不可能になります。FCC は DSS モデルの電話機のみを 1 ワットの最大出力で送信することを許可しており、これにより、古いアナログおよびデジタルモデルよりも通信範囲が広くなっています。^{[ 14 ]}

米国で販売されている新型コードレス電話はほぼ全て、1.9GHz帯のDECT 6.0を採用していますが、旧型の電話機は900MHz 、2.4GHz 、5.8GHz帯でも引き続き使用できます。旧型の周波数帯では特定の伝送方式が義務付けられているわけではありませんが、実際には多くの旧型電話機がDSSSやFHSS といったデジタル機能も備えています。

以前は5.8GHz対応と宣伝されていたコードレス電話の中には、バッテリー寿命を節約するために、親機から電話機への送信は5.8GHzで行い、電話機から親機への送信は2.4GHz または 900MHzで行うものがある。

1.9 GHz 帯はDECT 6.0 電話規格で使用されており、他の共有周波数よりも安全性が高いと考えられています。北米で販売されている新しいコードレス電話機の大部分は、固定電話回線または携帯電話（通常はBluetooth経由）に接続されているかどうかにかかわらず、現在 DECT 6.0 を使用しています。しかし、DECT 6.0 は他の地域に比べて導入が遅れたため、他の周波数を使用する旧式のコードレス電話機が多数設置されており、その多くは、特に 2.4 GHz と 5.8 GHz において、 Wi-Fi、Bluetooth、その他の免許不要のデジタル無線規格の使用がますます増加しているにもかかわらず、今日でも使用されています。

米国以外

ヨーロッパでは、1.9GHz帯（1880～ 1900MHz）は当初からDECT 電話規格専用周波数帯として確保されていました。DECTは、ヨーロッパの周波数帯および関連周波数帯において、北米を除く世界中の他のコードレス電話規格をほぼ完全に置き換えています。

パフォーマンス

21世紀のコードレス電話の多くはデジタル化されています。デジタル技術のおかげで、クリアな音声が実現し、盗聴のリスクも軽減されました。多くのコードレス電話は、メインのベースステーションが1台あり、最大3台または4台の追加ベースステーションを接続できます。これにより、複数の音声チャネルが確保され、ベースステーション間で3者間通話が可能になります。また、この技術により、複数の子機を同時に使用でき、最大2台の子機で外部の相手と個別に会話することもできます。

メーカーは通常、高周波システムの方が音質と通信範囲が向上すると宣伝しています。しかし、理想的な場合、基本的なフリース伝送方程式が示すように、実際には高周波ほど信号伝搬は悪く、伝搬損失も高周波になるほど増加する傾向があります。音質と通信範囲に実際的に影響を与える要因としては、信号強度、アンテナ品質、使用される変調方式、そして地域によって異なる干渉などが挙げられます。

従来の固定電話サービス（POTS）は、通話者が互いの会話を理解できるだけの十分な品質で音声を伝送するように設計されています。一般的な帯域幅は3.6kHzで、人間の可聴周波数のほんの一部に過ぎませんが、音声を聞き取るには十分です。電話機の受話器でこの品質を向上させることはできません。これは電話システム自体の制限によるものです。ただし、高品質の電話機は、より広い範囲で干渉を少なくしてこの信号を受話器に伝送できます。ほとんどのコードレス電話は、使用する周波数帯域や伝送方式に関係なく、良質な電話回線に接続された高品質の有線電話の音質に完全に一致することはほとんどありません。この制限は、次のような多くの問題によって引き起こされます。

サイドトーン：受話器のスピーカーから自分の声が反響して聞こえる現象
常にかなりの量のバックグラウンドノイズが聞こえる（これは外部からの干渉ではなく、コードレス電話システム内部のノイズである）。
周波数応答は、有線固定電話で利用可能な全周波数応答ではない。

ほとんどのメーカーは、 2.4GHz帯と5.8GHz帯のシステムで約30メートル（98フィート）の通信範囲を謳っているが、安価なモデルではこの謳い文句に満たない場合が多い。

しかし、周波数が高いほど利点も多くなります。900 MHz 帯と 2.4 GHz 帯は、ベビーモニター、電子レンジ、Bluetooth、無線LAN など、他の多くの機器でますます使用されるようになっています。そのため、コードレス電話はこれらの機器から発信される信号による干渉を受けやすく、また、コードレス電話自体が干渉を発生させる可能性もあります。さらに、802.11a 無線規格は 5.8 GHz 帯で動作するように設定できるため、コードレス電話が802.11a無線規格に干渉する可能性もあります。ただし、無線LAN 機器を 5.180 GHz ～ 5.320 GHz 帯で動作するように再設定することで、この問題は簡単に解決できます。

新しい1.9GHz帯はDECT 規格を使用する電話機専用に確保されており、免許不要の900MHz 、2.4GHz 、5.8GHz帯での干渉問題を回避できるはずです。

安全

多くのアナログ電話信号は無線スキャナーで容易に傍受されるため、範囲内にいる人は誰でも会話を盗聴できてしまう（ただし、多くの国ではこれは違法である）。このようなアナログモデルは今でも数多く製造されているが、盗聴のリスクを軽減する最新のデジタル技術も利用可能である。デジタルスペクトラム拡散（DSS）は通常、周波数ホッピングを使用して、音声信号（帯域幅3kHz）を擬似ランダムな方法でより広い周波数範囲に拡散する。信号をより広い帯域幅に拡散することは冗長性の一種であり、信号対雑音比を高め、より長い距離を伝送でき、干渉を受けにくくする。より高い周波数帯域は、このような広帯域幅信号のためのより多くの空間を提供する。

スキャナのようなアナログ受信機にとって、DSS信号はノイズの連続のように聞こえます。信号を復号できるのは、対応する擬似乱数を使用するベースユニットのみであり、受話器がクレードルに戻されるたびに、ベースユニットは数千種類ある固有のコードの中から1つを選択します。さらに、信号がデジタルであるためノイズに対する耐性が高く、一部のシステムではセキュリティ強化のためにデジタル信号を暗号化しています。