携帯電話のない生活は、控えめに言っても非常に珍しいと思える時代になっています。 エリクソンのレポート（Ericsson Mobility Report Nov 2019）によると、2019年第3四半期のモバイル契約数は約80億件で、この世界ではすでに人よりもモバイル契約数の方が多いかもしれませんね。 すべてが始まった1980年代初頭、携帯電話は、移動中に重要な電話をかける必要がある私たちの中の贅沢品という位置づけでした。 当時はまだ固定電話もありましたが、80年代前半の音声のみの通信から、今日では事実上あらゆる通信手段に至るまで、一貫してモビリティの需要が高まっています。 スマートフォンの出現は、携帯電話をミニコンピューターに変え、音声通話は多くの利用可能なオプションの1つに過ぎないという、真のゲームチェンジャーとなりました。 モバイル ネットワークは、その開始以来、機能、品質、およびセキュリティに関する主要な課題を克服するために、大きな改良が加えられてきました。 1980年代前半の第1世代（1G）から、現在の第5世代（5G）まで、絶え間なく進化を続けています。 5Gについては、このリンクをクリックすると、別の記事で詳しくご紹介しています。
モバイルネットワークは常にデジタルだったのか
今日の世界では、「デジタル化」という言葉がモバイルオペレーターやその他の通信サービスプロバイダーによって頻繁に使われています。 多くの産業をデジタル化できる可能性のある5Gネットワークがすでに利用可能であり、モバイルネットワーク自体がデジタルでなかった時代を想像することは困難です。 モバイルネットワークの第1世代（1G）はアナログで、無線接続を可能にするためにエアインターフェースに周波数分割多重アクセス（FDMA）を採用していました。 モバイルネットワークのデジタル時代は、90年代初頭に、より安全性の高い第2世代（2G）ネットワークの導入とともに始まりました。 2Gを実現するキーテクノロジーは、GSM（Global System for Mobile Communications）とD-AMPS（Digital Advanced Mobile Phone System）でした。 デジタルとアナログのネットワークについては、こちらの記事で詳しく説明しています。
2G
第2世代（2G）のモバイルネットワークでは、TDMA（時分割多重アクセス）とCDMA（符号分割多重アクセス）の2つの新しいアクセス技術が導入されました。 簡単に説明すると、アクセス技術とは、エア インターフェースを介してワイヤレスで信号を送受信することにより、携帯電話をモバイル ネットワークに接続するものです。 これは、FDMA と TDMA を組み合わせて移動通信サービスを提供するために使用しました。 GSM では、利用可能な周波数スペクトルは、まず小さな周波数チャネルに分割され、さらにタイムスロットに基づき分割されます。 GSMネットワークの当初の周波数帯は、アップリンクが890 MHzから915 MHzで、ダウンリンクが935 MHzから960 MHzでした。 この周波数帯は、プライマリ GSM バンドまたは P-GSM として知られています。 その後、プライマリGSMバンドは、アップリンクとダウンリンクの両方に10MHzを追加するために拡張されました。
GPRS (General Packet Radio Service) は、モバイルデータサービスを効率的に提供するために、既存の GSM ネットワークを強化したものです。 GPRS は、下り最大 171.2 kbps のピーク速度を提供できました。 その後、EDGE（Enhanced Data for Global Evolution）と呼ばれる別の機能拡張が行われ、下りピーク速度が384kbpsに向上した。 GPRSとEDGEは、それぞれ2.5G、2.75Gと呼ばれることもある。 GSM についての詳細は、ここをクリックしてください。
GSM が初めて導入されてから約 30 年が経過した今日でも、GSM 携帯電話を入手することができます。 携帯電話の観点から GSM を考えるなら、2G/3G/4G をサポートするスマートフォンを入手する方がよいでしょう。 しかし、GSMを固定電話の代わりと考えるなら、見た目が良いGSM携帯電話を手に入れ、音声通話用の自宅の電話として使うことができます。 EasyfoneのGSM携帯電話には、充電クレードル付きで、ほとんどコードレス電話のような外観のものがあります。 GSM携帯電話なので、家の外に持ち出し、GSM圏内であれば接続が切れる心配もなく、旅行にも持っていけます。 この携帯電話は、Amazonのサイトはこちら、Amazon UKのサイトはこちらで購入できます。
D-AMPS (Digital AMPS) は、エアインターフェースにFDMAとTDMAを組み合わせた2G規格で、こちらもFDMAとTDMAを組み合わせて使用しています。 D-AMPS の時期は、GSM の時期、つまり 1990 年代初頭とほぼ同じでした。 D-AMPSは、1GのAMPS（Advanced Mobile Phone System）と同じ824MHz〜894MHzの周波数帯を通信に使用している。 D-AMPSとAMPSについては、こちらの専用記事で詳しく解説しています。 同時期に、エア・インターフェースにCDMA（Code Division Multiple Access）を採用したIS-95（Interim Standard 1995）という第3の技術が導入された。 IS-95 の詳細については、こちらの記事をご覧ください。
3G
第3世代のモバイル ネットワーク (3G) には、2 つの主要トラックがあり、どちらも符号分割多重アクセス (CDMA) がベースになっていました。 最初のトラックは、GSM ネットワークを 3G に移行するために使用された UMTS (Universal Mobile Telecommunications Systems) です。 もう 1 つのトラックは CDMA2000 で、IS-95 (cdmaOne) と D-AMPS が 3G に移行できるようにしました。
UMTS は WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access) に基づいており、最大 2 Mbps のピーク下り速度を提供可能でした。 GSM、GPRS、および EDGE は異なる無線アクセス技術を使用していたため、UMTS への移行では、WCDMA をサポートするために無線基地局をアップグレードする必要がありました。 UMTSネットワークはGPRSやEDGEと同じパケット交換方式を採用し、コアネットワークでSGSNとGGSNを利用してモバイルデータサービスをサポートしました。 UMTSネットワークはGSMネットワークと共存するように設計されているため、技術間ハンドオーバー（IRAT – Inter Radio Access Technology）が確実に行われるようにうまく統合されています。 WCDMA ベースの UMTS ネットワークのハイレベルなアーキテクチャは、下図のとおりです。 WCDMA ネットワークの詳細な設計に興味がある場合は、Amazon のウェブサイトのここ、または Amazon UK のウェブサイトのここにある WCDMA Design Handbook を読むことをお勧めします。
ユーザーにとっては、新しいアクセス技術と UMTS ネットワークが採用する新しい周波数をサポートできる新しい 3G/UMTS 対応携帯電話を意味しました。 GPRS および EDGE テクノロジーが GSM の拡張機能として導入されたのと同様に、HSPA (High-Speed Packet Access) は UMTS ネットワークの拡張機能として導入されました。 この強化は、3Gネットワークのデータ速度をさらに向上させることに重点を置いています。 HSPAは、HSDPA（High-Speed Downlink Packet Access）とHSUPA（High-Speed Uplink Packet Access）を組み合わせたものである。 下り最大14.4Mbps、上り最大5.76Mbpsのピーク速度を提供することができます。 HSPA+では、さらに42Mbps、11.5Mbpsに高速化されました。
他の 2G 技術である D-AMPS と IS-95 の 3G への移行は別の道をたどり、CDMA2000 を使用しました。 CDMA2000 1xRTT または IS-2000 とも呼ばれる CDMA2000 は、以前の標準 IS-95 (cdmaOne) の後継で、IMT2000 (International Mobile Telecommunication specifications for the year 2000) で規定された 3G モバイル サービスを提供しています。 CDMA2000は前身のIS-95と後方互換性があり、IS-95からCDMA2000へのアップグレードは簡単でシームレスです。 同じ1.25MHZのキャリア帯域幅を使用し、回線交換とパケット交換の両方が可能です。 UMTSネットワークのデータ速度を向上させるためにHSPAが導入されたように、CDMA2000ではより高速なデータ速度を提供するためにEVDO（Evolved Data Optimized）と呼ばれる技術が導入されています。 EVDOは、下り最大14.7Mbps、上り最大5.4Mbpsのピーク速度を提供することができる。 IS-95とCDMA2000については、こちらをご覧ください。
4G
第4世代のモバイルネットワーク（4G）は、Long Term Evolution（モバイルネットワークの）の略であるLTEという新しい技術で実現されました。 LTE は、Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) や CDMA2000 などの主要な 3G テクノロジーの 4G への移行パスである。 別のテクノロジーである WiMax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) も 4G アップグレードパスを提供できますが、LTE は 4G ネットワークの展開に世界中で使用されている主要テクノロジーです。
GSM および UMTS とは異なり、LTE ではダウンリンク（基地局からモバイル）とアップリンク（モバイルから基地局）に別々の多重アクセステクノロジを使用しています。 ダウンリンクには直交FDMA（OFDMA）、アップリンクにはシングルキャリアFDMA（SC-FDMA）が採用されています。 LTEは、従来の3G技術よりもはるかに効率的で、データ転送の待ち時間も短縮される。 達成可能なデータレートは、LTEの種類によって異なりますが、以下のようなピーク時のデータレートを達成することが可能です。
- LTE – 下り最大300 Mbps
- LTE Advanced – 下り最大1 Gbps
- LTE Advanced pro – 下り最大3 Gbps
お考えかもしれませんが、これらはピーク速度なので現実にはほぼ達成できません。 この記事では、4G LTE ネットワークで得られる実際の平均速度を確認します。
LTE についての詳細は、こちらをクリックしてください。 LTE Advanced に関する詳細なリファレンスをお探しの場合は、「LTE-Advanced」をお勧めします。 A Practical Systems Approach to Understanding 3GPP LTE Releases 10 and 11 Radio Access Technologies」をお勧めします。 この本は、Amazon のウェブサイトはこちら、Amazon UK のウェブサイトはこちらでご覧いただけます。
要約すると、GSM、UMTS、LTE はそれぞれ 2G、3G、4G モバイル ネットワーク技術ということです。 GSM は Global System for Mobile Communications、UMTS は Universal Mobile Telecommunications System、LTE は Long Term Evolution (of Mobile Networks) を意味する。 GSM はエア・インターフェースに TDMA と FDMA を、UMTS は WCDMA を、LTE は OFDMA と SC-FDMA を組み合わせて使用しています。
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