コードレス電話

コードレス電話または携帯電話には、公衆電話網に接続された基地局に無線で接続する携帯電話の受話器があります。操作範囲は通常、同じ建物内または基地局から近い距離内に限られます。

コードレス電話は、範囲が限られており、加入者の敷地内の基地局に依存する点で、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では、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、さらには限定的な規模で国際ローミングを実装することで、コードレス電話と携帯電話の間にかつては明確であった境界線があいまいになっています。特殊なモデルでは、商用モバイル ネットワーク オペレータが基地局を維持し、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）主電源を必要とします。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、受話器をクレードルに置いたときにベースステーションがバッテリーを充電します。^[1]

無線電話 (コードレス電話) は、コードレス電話より少なくとも 20 年以上前から存在していました。最初のMTS (Mobile Telephone Service) は1946 年にサービスを開始しました。範囲は可能な限り広いサービス エリアをカバーすることを目的としていたため、容量は非常に低く、初期の真空管技術では機器がかなり大きく重いものでした。第 2 世代の無線電話、つまりIMTS (Improved Mobile Telephone Service) は1964 年に開始されました。

1963 年から、ベル研究所のエンジニアの小さなチームが、実用的で完全に機能する双方向ワイヤレス電話の開発に取り組みました。チームのメンバーは (アルファベット順)、SM Baer、GC Balzer、JM Brown、WF Clemency、M. Rosenthal、W. Zinsmeister で、WD Goodale, Jr. の指揮の下、開発が進められました。

1964 年までに、ブレッドボード モデルが研究室で稼働していました。1964 年から 1965 年にかけて、これらは改良され、ベル研究所のニュージャージー州ホルムデル施設でテストするためにパッケージ化されました。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、35 MHz および 43 MHz 帯域の水晶制御チャネルで実験ライセンスの下で動作しました。オン/オフフックやダイヤルなど、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ました。家庭用に開発されたモデルは、標準的な (ただしかさばる) 電話機の受話器のように見えるように設計されました。ベース ステーションは、標準的な電話ネットワークに接続された小さなボックスでした。約 50 台のユニットがマサチューセッツ州アンドーバーのウェスタン エレクトリック モデル ショップで製造され、ボストンとフェニックス地域の 2 つのベル システム拠点でフィールド トライアルが行われました。プロジェクト全体は、ベル研究所記録、第 45 巻 (1967 年) に記載されています。^[2]

1966年、ジョージ・スワイガートは「全二重無線通信装置」の特許を申請し、 1969年6月に米国特許3,449,750号を取得しました。 ^{[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留していた無線通信士のスワイガートは、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のコンセプトを開発しました。

スワイガートは、1960年代後半にAT&T所有の電話回線に消費者向け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を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日に連邦通信委員会による消費者向け機器の電話回線への直接接続禁止の撤回につながった（画期的なカーターフォン判決として知られる）。カーターフォンのような最初のコードレス電話は、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、Douglas G. Talley と L Duane Gregory は、電話交換機の電話回線に直接接続された基地局と、充電式バッテリー パックで駆動する送信機、受信機、制御回路を備えた小型のコードレス電話機で構成される移動機との間に提供される制御を含む二重音声通信リンクに関する米国特許 4,039,760 を取得しました。リング信号、オンフック信号、オフフック信号、ダイヤル パルスのすべての論理制御に対して、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紙によると、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。コードレス電話は、無線信号に依存するため盗聴やその他の不正行為に脆弱であるという懸念があったにもかかわらず、その利便性と携帯性から急速に普及した。^[5]

1994年、900MHzの周波数範囲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し、信号が壁をより簡単に通過できるため、オーディオ品質が向上しました。デジタル信号により、電話のセキュリティが強化され、盗聴が減少しました。アナログコードレス電話の会話を盗聴するのは比較的簡単でした。^[6] 1995年に、コードレス電話にデジタル拡散スペクトル（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できるようになり、プライバシーが向上し、異なる加入者間の干渉が減少しました。^[7]

米国では、コードレス電話などの用途のために 連邦通信委員会によって 7 つの周波数帯域が割り当てられています。これらは次のとおりです。

• 1.7MHz（1.665〜1.770MHz、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機はこの帯域の使用が許可されておらず、新しい（より高い）43〜50MHzの周波数を使用する必要がありましたが、古い周波数ペアの古い電話機は引き続き使用できます。^[9]
• 27 MHz、市民バンド (CB) ラジオ サービスに近い。周波数は 26.010、26.050、26.380、26.419、27.095 MHz です。これらは当初 1.7 MHz 周波数とペアになり、その後 49 MHz 周波数とペアになりました。信号はFM 周波数変調でした。
• 43～50MHz（ベース：43.72～46.97MHz、ハンドセット：48.76～49.99MHz、FM）1983年12月に割り当てられ、1984年半ばに10チャンネルの使用が承認されました。1995年4月5日に15の追加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) ^{[引用が必要]}
• 1.9 GHz (1920–1930 MHz、1993年に開発され、2005年10月にDECT 6.0で割り当てられました) ^[要出典]
• 2.4 GHz (2400～2500 MHz、1998年に割り当て) ^{[引用が必要]}
• 5.8 GHz (5725–5875 MHz、2.4 GHz 帯域の混雑のため 2003 年に割り当て) ^{[引用が必要]}

以前の周波数割り当てが過密状態になったため、ユーザーはそれらの周波数で動作する電話機器の使用をやめ、それらの帯域は比較的空いています。無線愛好家は、米国の AM 放送帯域、一部の 27 MHz 周波数、およびほとんどの古い 43 ～ 50 MHz 周波数での電話活動で、古い機器の使用状況を監視しています。

1.7MHzコードレス電話は小売店で購入できる最も初期のモデルで、通常は大きな金属製の伸縮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ラジオ帯域の一部であり、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ている人がいて、数ブロック離れた街区で聞こえる間に合わせのAMラジオ局として使用しているという報告があります。^[11]これらのモデルは、盗聴や蛍光灯や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）以上の範囲で通信できます。

43～50MHzのコードレス電話は1990年代初めまでに広く普及し、より短いフレキシブルアンテナと自動チャンネル選択を特徴としていた。人気が高かったため、帯域の混雑により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することができた。以前のAMユニットよりも干渉の影響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どの無線スキャナーでも簡単に聞き取ることができるため、時代遅れと見なされている。上級モデルでは、不正な盗聴を制限するために、基本的なスクランブル形式として音声反転が使用されるようになった。^{[12]これらの電話機は、一部のワイヤレス}ベビーモニターと49.8MHz帯域（49.830 - 49.890）を共有している。

900 MHz コードレス電話はほとんど販売されていませんが、インストール ベースは膨大です。特徴としては、さらに短いアンテナ、最大 30 の自動選択チャネル、および干渉に対する高い耐性などがあります。アナログ、アナログ拡散スペクトル (100 kHz 帯域幅)、デジタル、およびデジタル拡散スペクトルなど、いくつかの種類がありますが、現在販売されているほとんどのものは低価格のアナログ モデルであり、それでも盗聴の影響を受けます。デジタル版もスキャンできますが、デジタル ヒスとして受信されるため、盗聴は困難です。デジタル送信は静的干渉の影響を受けませんが、電話がベースの範囲外に出ると、信号フェード (短時間の無音) が発生する可能性があります。新しいデジタル拡散スペクトル (DSS) 版は、信号をさまざまな周波数に拡散するため、信号フェードに対する耐性が高まります。このテクノロジにより、デジタル情報は受信機とベース間でいくつかの周波数に断片的に拡散できるため、コードレス会話の盗聴はほぼ不可能になります。 FCCはDSSモデルの携帯電話に1ワットの最大出力での送信のみを許可しており、これにより古いアナログおよびデジタルモデルよりも範囲が広がります。^[13]

米国で販売されるほぼすべての新しいコードレス電話は、 1.9 GHz 帯域でDECT 6.0 を使用していますが、旧式の電話は、古い 900 MHz、2.4 GHz、および 5.8 GHz 帯域で引き続き使用できます。旧式の帯域では特定の送信モードが特に要求されるわけではありませんが、実際には多くの旧式の電話にはDSSSやFHSSなどのデジタル機能も備わっています。

以前は 5.8 GHz として宣伝されていた一部のコードレス電話は、実際にはバッテリー寿命を節約するために、ベースから電話機への送信は 5.8 GHz で、電話機からベースへの送信は 2.4 GHz または 900 MHz で行われます。

1.9GHz 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である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、固定電話に接続するか、携帯電話に接続するか (通常はBluetooth経由) に関係なく、現在 DECT 6.0 を使用しています。ただし、DECT 6.0 は他の DECT に比べて遅れて開始されたため、他の周波数を使用する旧式のコードレス電話が大量に設置されており、その多くは、特に 2.4GHz と 5.8GHz で、ますます増加するWi-Fi、Bluetooth 、およびその他の無認可デジタル無線規格との干渉がますます一般的になっているにもかかわらず、現在も使用されています。

ヨーロッパでは、1.9 GHz (1880～1900 MHz) 帯域がDECT電話規格のために最初から確保されていました。DECT は、ヨーロッパの帯域と関連周波数において、北米を除く世界中の他のすべてのコードレス電話規格に取って代わりました。

21 世紀のコードレス電話の多くはデジタルです。デジタル技術は、クリアな音声を提供し、偶然の盗聴を制限するのに役立っています。多くのコードレス電話には 1 つのメイン ベース ステーションがあり、最大 3 つまたは 4 つのベースを追加できます。これにより、ベース間で 3者間電話会議を可能にする複数の音声チャネルが可能になります。この技術により、複数のハンドセットを同時に使用することもでき、最大 2 つのハンドセットで外部の相手と個別に会話できます。

メーカーは通常、高周波システムによりオーディオ品質と範囲が改善されると宣伝しています。理想的なケースでは、基本的なフリス伝達方程式で示されるように、高周波では実際には信号伝搬が悪化し、パス損失も高周波では増加する傾向があります。品質と範囲に実際影響を与えるのは、信号強度、アンテナ品質、使用される変調方式、および干渉であり、干渉は地域によって異なります。

「普通の電話サービス」（POTS）固定電話は、通話相手がお互いを理解するのにちょうどよい品質の音声を転送するように設計されています。一般的な帯域幅は 3.6 kHz です。これは、人間が聞き取れる周波数のほんの一部ですが、音声を理解できる程度には十分です。これは電話システム自体の制限であるため、電話機でこの品質を改善することはできません。ただし、高品質の電話機は、より広い範囲で干渉の少ない状態でこの信号を電話機に転送できます。ほとんどのコードレス電話は、どの周波数帯域や伝送方法を使用しても、良好な電話回線に接続された高品質の有線電話の音質と完全に一致することはほとんどありません。 [^{引用が必要]}この制限は、次のようないくつかの問題によって発生します。

• サイドトーン：自分の声が受話器のスピーカーから反響して聞こえる
• 目立った量の一定の背景ノイズ（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のノイズです）
• 周波数応答は、有線固定電話で利用可能な完全な周波数応答ではない

ほとんどのメーカーは、2.4 GHz および 5.8 GHz システムの範囲は約 30 メートル (98 フィート) であると主張していますが、安価なモデルではこの主張に及ばないことがよくあります。

ただし、周波数が高いほど利点がもたらされる場合が多くあります。900 MHz および 2.4 GHz 帯域は、ベビーモニター、電子レンジ、Bluetooth、無線 LANなど、他の多くのデバイス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、これらのデバイスによってブロードキャストされる信号から干渉を受ける可能性があり、また、コードレス電話自体が干渉を生成する可能性もあります。また、802.11a規格は 5.8 GHz の範囲で動作するように構成できるため、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 デバイスを 5.180 GHz ～ 5.320 GHz 帯域で動作するように再設定することで、この問題は簡単に修正できます。

新しい 1.9 GHz 帯域は、 DECT標準を使用する電話機専用に予約されており、ライセンスのない900 MHz、2.4 GHz、および 5.8 GHz 帯域 での干渉の問題を回避できるはずです。

多くのアナログ電話信号は無線スキャナによって簡単に拾われるため、範囲内の誰でも会話を盗聴できます（ただし、多くの国では違法です）。このようなアナログモデルは現在でも多数製造されていますが、現代のデジタル技術を利用すれば盗聴のリスクを減らすことができます。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（3kHzの帯域幅）を疑似ランダムな方法ではるかに広い周波数範囲に拡散します。信号をより広い帯域幅に拡散することは冗長性の1つの形であり、信号対雑音比を高めて範囲を広げ、干渉の影響を受けにくくします。周波数帯域が高いほど、これらの広帯域幅の信号に余裕が生まれます。

スキャナのようなアナログ受信機にとって、DSS 信号はノイズのバーストのように聞こえます。一致する疑似乱数を使用するベース ユニットだけが信号をデコードでき、ハンドセットがクレードルに戻されるたびに、ベース ユニットは数千の一意のコードから 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まり、一部のシステムでは、セキュリティを強化するためにデジタル信号を暗号化することもあります。

ローミングコードレス電話機は、特定の基地局に縛られず、従来のモバイル（携帯電話）電話ネットワークも使用しません。これらは、最も一般的には、DECT、2.4GHzの無免許スペクトル、または802.11a / b / g標準ベースの無線LAN技術などのデジタル技術を使用します。アナログ同等のものも存在し、到達範囲が広がりますが、機密性と音声品質が失われる可能性があります。コードレス電話機の受話器は、同じ技術をサポートする無線アクセスポイントまたは基地局に接続します。また、通話管理機能と公衆交換電話網（PSTN）へのゲートウェイも必要です。これは、基地局に統合されている場合も、そうでない場合もあります。^{[独自の研究? ]} Voice over IPサービスは、無線データアクセスポイントを使用する電話で使用できます。これにより、ブロードバンドインターネット接続を使用して、 PSTNへの接続をサービスプロバイダーが運営するリモートゲートウェイに延期できます。

電話会社の中央局のバッテリーから電力を供給される有線電話とは異なり、コードレス電話基地局は動作するために電力を必要とします。停電中、コードレス基地局は動作できなくなりますが、有線電話機は動作し続けることができます。^[14]

• カーターフォン
• 固定モバイル融合アライアンス

• 日本と中国のPHS
• スペクトラム拡散

• 米国特許 174465、AG Bell、「電信」、1876 年 3 月 7 日発行 
• 米国特許 775337、ロベルト・ランデル・デ・モティラ、「ワイヤレス電話」、1904 年 11 月 22 日発行 
• 米国特許 3449750、GH Sweigert、「二重無線通信および信号装置」、1969 年 6 月 10 日発行 
• 特許リンク

ウィキメディア・コモンズには、コードレス電話に関連するメディアがあります。

• コードレス電話の周波数割当の見直し
• カーターフォンの決定
• コードレス電話の仕組み
• デジタルスペクトラム拡散コードレス電話に関する情報