モバイル通話の仕組み：完全ガイド

間違いなく、モバイル通話の登場は、私たちが特定のタスクを遂行する方法を向上させた多くの利点をもたらしました。

そのため、物理的に愛する人々に近くなくても、コミュニケーションと相互作用が向上しました。

興味深いことに、携帯電話の通信は相互作用を超えています。実際、携帯電話でインターネットをサーフィンしたり、写真を撮ったりできます。

それでも、ほとんどの電話ユーザーは自分の携帯電話の仕組みを説明できません。そのため、この記事を作成しました。携帯電話の詳細、内部PCBの仕組みなどをお見せします。

準備はいいですか？ それでは始めましょう。

電話はどのように動作するか？

電話の動作を理解する前に、2つの重要な側面を見ることが重要です：

基本機能の実行方法

Androidスマートフォンには、ウェブサーフィン、ビデオ通話、テキストメッセージなどのエキサイティングな機能があります。しかし、これらの機能を除外すると、デバイスの主要機能である音声通話に焦点を当てることができます。

では、動作する携帯電話で音声通話をどのように行うのでしょうか？ まず、モバイルデバイスはラジオ受信機とラジオ送信機で構成される双方向無線のようなものです。したがって、誰かに電話をかけると、あなたの声が電波に変換されます。

その後、電波は最寄りの基地局（セルタワー）に到達するまで移動します。結果として、基地局のネットワークが電波をあなたの受信者に中継します。次に、受信者の携帯電話が電波を電気信号に変換し、電話が鳴ります。

基地局

また、電波が基地局に移動する際、いくつかの物体が電波を反射または吸収する可能性があることに注意することが重要です。そのため、通話品質は基地局への近さや、あなたと基地局の間に存在する障害物に依存する場合があります。

携帯電話の動作に影響を与えるその他の要因には：

アンテナ

ほとんどの携帯電話には最低1本のアンテナがあります。そのため、電波の送受信にはアンテナが必要です。このコンポーネントは、電気信号を電波に、またはその逆に変換するのに役立ちます。

携帯電話アンテナ

つまり、携帯電話には2種類のアンテナがあります：

内蔵アンテナ

平面逆Fアンテナ – これはモノポールアンテナの一種です。通常、携帯電話の上部にあり、グランドプレーンと平行に走っています。この機能は最新の携帯電話でかなり標準的で、2つのタイプがあります：

平面逆Fアンテナ構造

出典：Researchgate ℅ Naveen Kumar

このバリアントの背後にある考えは、アンテナの高さを減らし、共振トレース長を維持することです。また、このアンテナは構造的シンプルさ、低プロファイル、互換性、軽量の条件を満たします。

マイクロチップアンテナ – これはマイクロストリップアンテナとも呼ばれます。PCBがマイクロ波周波数で使用するマイクロストリップ技術を使用します。

マイクロチップアンテナ構造

出典：Researchgate ℅ Applied Physics A

外部アンテナ

このコンポーネントは古い携帯電話でより一般的です。2つのタイプがあります：

ヘリカルアンテナ – このタイプは狭いヘリックスの形状をしており、ばねのようなワイヤーを備えています。また、通常ゴムまたはプラスチックケーシングで保護されています。

ヘリカルアンテナ

出典：Wikimedia Commons

ホイップまたは伸縮アンテナ – このデバイスは通常、コードまたは柔軟なワイヤーで構成されています。

伸縮アンテナ

出典：Wikimedia Commons

接続性または信号強度

信号強度とは、基地局から受信した信号の程度を指します。携帯電話の通信モバイルネットワークは、画面のバーでこれを示します。バーが少ないときは、信号強度が弱いことを意味します。したがって、接続が悪い可能性があります。

しかし、バーの数が多いときは2つのことを意味します：信号の中断が少なく、接続性が良い。

使用するメカニズム

そのため、スマートフォンは以下のメカニズムに基づいてアプリのダウンロード、ウェブサーフィンなどができます：

Wi-Fiデータ使用

疑いなく、モバイルデータはWi-Fiネットワークが行うことを達成するのに役立ちますが、それらは異なります。そして、その違いは動作方法にあります。

まず、Wi-Fiスペクトラムを見てみましょう。スペクトラムを見ると、Wi-Fiがさらに右にあることに気づきます。したがって、これは波長が短く、周波数が高いことを意味します。

したがって、より多くの帯域幅を持ちます。そして、それがセルラーデータと比較してWi-Fiネットワークでビデオのダウンロードやビデオ通話が速い理由です。

また、Wi-Fiからの電波はそれほど遠くまで届かないことを意味します。したがって、Wi-Fiハードウェアをルーターの配置近くに置くことが重要です。さらに、Wi-Fiは2つの標準周波数を使用します：5GHzと2GHz。これら2つのバンドがプライベートWi-Fiネットワーク専用だからです。

しかし、この欠点は波干渉を制御するものがないことです。したがって、複数のWi-Fiネットワークが5GHzで並んで動作すると、波が衝突して打ち消し合う可能性があります。

興味深いことに、これがWi-Fiに問題が生じる理由の一つです。あなたの上下の階の多くのテナントがWi-Fiネットワークを使用している場合。

つまり、ホームネットワークを実行するために使用できる2つのハードウェアコンポーネントがあります：

モデム

モデムはケーブル会社から入手できるデバイスです。その主な機能は、ルーターからの信号要求をインターネットにリンクすることです。そのため、モデムはイーサネットコードでルーターに接続する必要があります。

USBモデム

その結果、接続はデバイスからルーターとモデムに信号（電気）を伝送します。モデムは通常、同軸ケーブルまたは家の外でスモールセルに接続します。そのため、電気信号はスモールセルからマクロサイトに中継されます。

したがって、ケーブル会社がWi-Fiをセットアップしなければならないのです。つまり、会社があなたのユニットからスモールセルとマクロセルへのバックホールを可能にします。さらに、信号は約186,282マイル/秒で行き来します。しかし、セルラーデータは無線で波のみを送信します。

ルーター

ルーターはデバイスに接続できるハードウェアです。トラフィックコップの役割を果たします。そのため、15台以上のデバイスがルーターから波信号を送受信できます。

ルーター

ルーターは信号を並べ替えて配置することで整理します。結果として、あなたの信号はインターネットアクセスからデバイスに、そして戻ってくることに成功します。

セルラーデータ使用

セルラーデータを動作させる主要な要素には、ハードウェアとスペクトラムが含まれます。

スペクトラム

電磁スペクトラムには伝送に役立つ特徴があります。それは、異なる周波数特性と波長を持つセクションを持つ大きな波のようなものと考えられます。これらの特性は通常、互いに逆または逆数です。

周波数が小さいとき、波長は大きくなり、その逆も同様です。スペクトラム上のあなたの位置が送信するデータのタイプを決定します。例えば、波長が短く周波数が高い特性を持つと、高帯域幅に相当します。したがって、短距離で大量のデータを送信できることを意味します。

ハードウェア

携帯電話は超高速で信号を受信できます。これは巨大なタワーのおかげです。携帯電話の動作を助けるその他のインフラには：

1. スモールセル – 名前が示す通り、小さな構造を持っています。興味深いことに、これらのセルは巨大なタワーを設置せずに企業がカバレッジを拡大することを可能にします。そして、マクロセルに通信を戻すのを助けます。

2. マクロセル – あなたの近所で簡単に見つけられる巨大なタワーです。企業はこれらの構造が樹木の上や屋上にあることを保証します。その結果、信号が干渉や物理的構造の障害なしにそれらに到達するのを助けます。

3. バックホール – スモールセルからマクロセルへの通信を指します。これは光ファイバーケーブルを使用して達成され、適切なルーティングを保証します。

技術のアップグレード（5GとCBRS）

第5世代移動通信システム（5G）は一部の国ではまだ初期段階です。そして、効率とダウンロード速度の点で4G LTEより優れると約束しています。また、5Gは電磁スペクトラムの右端にあり、帯域幅が増加することを意味します。

しかし、この技術にはいくつかの含意があります。5Gのより速いダウンロード速度は、信号を動作させるために企業が多くの基地局を設置しなければならないことを意味します。

市民ブロードバンド無線サービス (CBRS)

CBRSは、スペクトラムのバンドを3つの階層に分割する新しい無線周波数です。

階層1 – この最初の階層は政府専用です。陸軍と海軍が通信に使用します。また、一部の政府衛星通信にも役立ちます。

階層2 – この段階は優先アクセスです。通信会社がここで運営します。したがって、この階層はこれらの企業に政府から好みのスペクトラムを購入するアクセスを与えます。しかし、購入したスペクトラムのいずれかを使用しなかった場合、それは第3階層に移行します。したがって、スペクトラムは一般に利用可能になります。

階層3 – 第3階層は一般許可アクセスです。したがって、誰でもこの段階でスペクトラムを使用できます。また、個人モバイルネットワークを作成するためにスペクトラムを使用できます。

最後の言葉

モバイル通話を使用するのはかなり興味深いです。結局、それらは私たちのほとんどを興味させるさまざまな機能を備えています。しかし、デバイスの仕組みをよく理解すると、さらに良くなります。その結果、あなたの理解が深まり、デバイスの操作方法が向上します。

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