携帯電話，無線LAN，一体どうやって個々の機器を見分けるのでしょうか？

質問

携帯電話，無線LAN，一体どうやって個々の機器を見分けるのでしょうか？

大まかに申し上げて二つ質問があります．
１）無線はすべて電磁波でやり取りが行われていますが，どうやって個々の機器（発信元）を
区別しているのでしょうか？　たとえば，ある人が私の携帯電話番号に電話をした時，なぜ私の携帯電話だけが受信し，他の人は受信しないのでしょうか？　質問の本質は，「一体どの時点で他の携帯電話と自分の携帯電話が区別されているのか？」ということにあります．素人考えで思いつくのは
a)発信者が送った周波数が私の携帯電話が受信する特有のもので，私の携帯電話はその周波数の電波しか受信しないようになっており，他の人はその電波を受信しないようになっている．
b)どの人も電波を受信しているが，送っている情報の中に私の携帯電話のIDとなるような情報が含まれており，これが含まれていることで私の携帯電話が「あ，自分宛てに来た電波だ」と認識するようになっている．逆に他の携帯電話も受信はするが，そのIDがその携帯電話と一致しないため，受信以降の動作をし始めない．
おそらく(a)でないかと思います．(b)だったら何万件という電波を私の携帯電話が毎度受信していてIDなるものを判別していることになってしまいます．もし，(a)であるならば，私の携帯電話はどうやってその周波数だけを受信しているのでしょうか？ どういうメカニズムが周波数を見分けているのでしょうか？　また誤受信のようなものがなぜ起きないのかが不思議です．1.0 GHzと1.01GHzを完全に毎回受け分けることがどうしてできるのでしょうか？

２）携帯電話，無線LAN，Bluetoothなど無線機器は世の中たくさんありますが，一体何が違うのでしょうか．周波数帯という言葉の意味が分かっていないかも知れません．例えば，「3.5MHz帯」と言った場合，3.5MHz程度の周波数を使っていることかと理解しております．すると，（１）の質問とかぶりますが，個々の機器は3.5MHzくらいの周波数の中で，特定の周波数を割り当てられている（例えばAさんは3.51MHz, Bさんは3.52MHzなどのように）とうことでしょうか？

無線を勉強しようとしているのですが，この取っ掛かりの段階については，当然の知識なのか，教科書などに見受けられません．悩んでおりどうかご教示頂ければと思っております．どうぞ宜しくお願いします．

回答No.6

MOMON12345 · ベストアンサー

#5です。
混信しないメカニズムですが、携帯電話のCDMA方式はコード多重方式（通信相手ごとにコードが違う）と呼ばれるものです。
普通のラジオ放送などは周波数分割多重（放送局ごとに周波数が違う）で、ご質問者様の例の通り、3.51MHzと3.52MHzという具合に周波数を分けて多重化しています。

一方コード多重の方は、周波数は同じです。
前回答で紹介したページには、「広い部屋で多くの人が一緒に話している状態だが、自分の話し相手の声だけを選択的に聞き分けるようなもの」或いは「自分は日本語で話しているが、AさんとBさんは英語、CさんとDさんはドイツ語、EさんとFさんはフランス語で話しているから混信しない」みたいなたとえが書いてありました。

つまり、コード多重とは同じ周波数で通信しますが拡散コードが異なるために混信などを起こさない方式なのです。
しかし符号干渉などがあるので完全に混信から解放されるわけでもありません。
また広い部屋で多くの人が話しているのと同じなので、それぞれの人は最小の音量で話さなければ、へやのがやがや（ノイズ）が大きくなって会話が成立しなくなります。
このように、コード多重が正しく使える条件が整っているならば、同じ周波数で複数の通信が成立するわけです。

LTEや無線LANなどはOFDMAという、周波数分割多重と似たような方式です。
これは3.51MHzと3.52MHzというように通信相手によって周波数を変えています。
単なる周波数分割多重だとFDMAですが、その前に付いたOはサブキャリア同士が直交していることを示します。
つまり、3.51MHzと3.52MHzは両方同時に使えますが、その真ん中の3.515MHzを誰かが使おうとすると3.51MHzを使っている人とも3.52MHzを使っている人とも混信すると仮定します。

しかし3.51MHzの人と3.515MHzの人のキャリアが直交していれば互いに混信しません。
これを説明するのは難しいのですが、誤解を恐れずに書くならば、Aさんはある長さのヒモを1/2に切り続けています。
1/2,1/4,1/8とどんどん半分に、無限に細かくなります。
しかし1/3の点には決してハサミが入ることがありません。

直交しているもの同士はお互いが見えないのです。

お礼

すばらしく分かりやすい説明でとても理解がしやすかったです。
もっと勉強します。
ありがとう御座いました。

回答No.5

MOMON12345

既に回答が出ていますが[1]に関してのみ補足説明してみたいと思います。
呼び出しの原理は[b]です。
しかし何十万もの携帯電話がその情報を受信するわけではありません。

携帯電話は、自分の居場所を基地局に通知する「位置登録」という動作をします。
マスコミが何かの事件の際に「携帯電話の微弱な電波」などと報道しますが、あれが位置登録信号で微弱でも何でもありません。

こうして（ドコモの場合は）全国を百数十カ所に分割したエリアの、その携帯電話のある地域でのみ着呼信号を送出するわけです。

着呼信号が受かるとその携帯電話は着呼応答を返します。
この先は通話チャネルに（PDCでは物理チャネル、W-CDMAでは論理チャネルを含む）切り替えて音声なりパケット通信が行われるわけです。

W-CDMAでは複数の携帯電話が同じ周波数を使用します。
しかし混信するわけではありません。
なぜ混信しないのかはちょっと難しい話なのですが、
「２」に対する回答にもなるかと思います。

お礼

回答を頂き，ありがとう御座います．
前半のお話はとてもよく分かりました．なるほど携帯電話は基地局と交信しているのですね．携帯電話は受信ばかりしているのかと思いましたが，発信も積極的に自らしているとは知りませんでした．ありがとうございます．
「PDCでは物理チャネル・・・・」辺りから私の頭では追い付けなくなってしまいました．
頂きましたURLの内容は「LTEとW-CDMAはどちらが優れたシステムなのか」という
ものでありましたが，これが「混信しないメカニズム」の説明にどうつながっていくのか分からず・・・　何か素人の私でも分かるようなご説明があれば更に幸いです．
回答者様は相当お詳しいと存じますので，易解なご説明方法があればとても助かります．

ありがとうございます．

回答No.4

foitec

1）については　b)が近い回答です。

　携帯電話で言えば（デジタル）電波は常時発射されているわけではありません。
　同じ周波数を「時分割」で多くの信号に分割してあたかも同時に送信しているように見えます。
　時分割（かなり短い時間内）することで電話機固有のIDを送信します。
　自分のIDを受取った受信機（電話機）が中継設備に向かって応答を行います。
　周波数は割り当てられた範囲で行いますが当然通話や通信が集中する場合は
　相手が話中で無くとも「話中＝ｂジー」で繋がりません。

　災害時や人の多く集まる場所などではこのよう許容オーバーが発生します。
　尚携帯電話などの使用電波は1.5GHzや3ＧＨｚなどの高い周波数なので
　１中継器から届く範囲が狭いのである配意を超えれば同じ周波数は重複使用されます。

　このあたりは電波伝搬や電波形式、変調方式更にはスペクトル拡散方式などの文献を
　参考にしてください。（ここでの解説は無理です）

２）についてももう少し基礎勉強をして「何」が分らないか具体化してください。
　　ただ
　　＞例えばAさんは3.51MHz, Bさんは3.52MHzなどのように
　　そういった割り当てではないことを理解してからにしましょう。

まずは電波による無線通信（有線でも同じなんだけど）に含まれる情報は垂れ流しではなく時間軸と重ね合わせた上で分割する技術で成り立っていると大まかに考えてください。

お礼

回答頂きましてありがとう御座います．

「時間割」をしているという点が私では難解でありますが，もしかしたらこういうことでしょうか：
基地局は，Aさんの携帯電話に1秒間隔である周波数の電磁波を送っているが，Bさんには2秒間隔としている．このX秒間隔がIDとなって各携帯電話の識別となっている（実際は’秒間隔（時間割）’はもっと複雑で短い）．

もっと勉強したいのですが，大まかなイメージを掴んだ上で学習すると効果的なのでこちらでお伺いしました．「時間軸と重ね合わせた上で分割する技術」と聞いても，まだ無学な私には難解でありまして・・・

回答No.3

edomin7777

かなり、大雑把に言うと…、

（１）の質問は（ｂ）が正解です。
携帯電話は通常、常に携帯基地局と交信しています。
なので、基地局では自分のエリア内にどの携帯電話があるか把握しています。
また電波は、基地局がカバーするエリア全てに届くように送信されます。
そのエリアにある携帯電話は常に受信し、自分宛の信号だけを拾っています。

※よく、圏外になると電池の減りが速くなると聞いたことはありませんか？
※圏外なのに携帯電話は基地局と一生懸命交信しようとします。
※そのため通常（エリア内にいるとき）よりも強い電波を送受信しようとします。
※その結果、速く電池が消耗するという現象が起きます。

（２）は割り当てられた周波数帯を数個に分割して搬送波とします。
その搬送波に信号を載せて通信しています。
数個に分割した周波数帯をチャネルごとに割り当てて混信しないようにします。
個人に対して周波数を割り当てるわけではないので、質問者さんが考えているような現象にはなりません。
周波数帯が違うと受信機も当然受信できないので、他の送受信機と区別できます。

お礼

ありがとうございます．
「※よく、圏外になると電池の減りが速くなると聞いたことはありませんか？」
は存じませんでした．携帯電話はかけていない時も頑張っているのですね．
ところで，「携帯電話は通常、常に携帯基地局と交信しています。」
と御座いますが，『交信』というと，基地局のみならず携帯電話そのものも電波を’常に’受信のみならず発信しているのでしょうか？

回答No.2

wakko777

http://www.doplaza.jp/mobile/index.html
ここらへんが参考になるかな？
１）の答えは（ｂ）が正解に近いです。携帯電話番号そのものがＩＤと思ってもらっていいです。

お礼

とても参考になるページをご紹介頂きありがとう御座いました．

回答No.1

nine999

（１）周波数は機器の種類によって、同じように統一されています。ただし、範囲があるので厳密に全て同じではありません。
では、同じ周波数でどうやって見分けるか、これは個別のIDがあります。無線LANであれば、MACアドレスがそれですし、IPアドレスもそうです。

（２）利用している周波数がそれぞれ違います。周波数帯というのは、１つの周波数ではなく、○～○という範囲のことです。
また、周波数だけでなく、プロトコルという通信ルールの違いもあります。

お礼

ありがとう御座いました．