携帯電話機能
携帯電話の機能またはアプリケーション
典型的なスマートフォンのハードウェア側面図

携帯電話の機能とは、携帯電話がユーザーに提供する機能、サービス、またはアプリケーションのことです。携帯電話はフィーチャーフォンと呼ばれることが多く、基本的な電話機能を提供します。[説明が必要]ネイティブコードの使用により高度なコンピューティング能力を備えた端末は、消費者にとってより魅力的な製品となるよう、追加機能を実装することで自社製品の差別化を図っています。これは、過去20年間の携帯電話開発における大きな革新につながりました。

すべての携帯電話に共通するコンポーネントは次のとおりです。

すべての携帯電話はセルラーネットワークで動作するように設計されており、異なる種類や異なる国にある携帯電話同士の通信を可能にする標準的なサービスセットを備えています。さらに、長年にわたり様々なメーカーが追加してきた機能もサポートしています。

MOS集積回路チップ

一般的なスマートフォンには、多数の金属酸化膜半導体（MOS）集積回路（IC）チップ[1]が搭載されており、そのチップには数十億個の微小なMOS電界効果トランジスタ（MOSFET）が搭載されています。[2]一般的なスマートフォンには、以下のMOS ICチップが搭載されています。[1]

ユーザーインターフェース

Nokia 3720のキーパッド

ボタン式携帯電話には、数字キーパッドと通話の受話および拒否用のボタン (通常は左から右の方向に、それぞれ緑と赤で表示) の他に、通常、左と右に 1 つずつ 2 つのオプション キーと、4 方向D パッド( 「Enter」および「OK」ボタンに似た機能を果たす中央ボタンが付いている場合もあります) が搭載されています。

押し込み可能なスクロール ホイールは、1990 年代にNokia 7110に実装されました。

ソフトウェア、アプリケーション、サービス

典型的なスマートフォンのソフトウェア面の図

初期の段階では、携帯電話会社はそれぞれ独自のユーザーインターフェースを持っていましたが、設定できる範囲が限られていたため、「クローズド」なオペレーティングシステムとみなすことができました。携帯電話には通常、限られた種類の基本アプリケーション（通常はゲーム、電卓や変換ツールなどのアクセサリなど）が付属しており、それ以外の方法では利用できませんでした。初期の携帯電話には、基本的なWAPページを読むための基本的なウェブブラウザが搭載されていました。ハンドヘルド（Palm OSを搭載したPalmなどのパーソナルデジタルアシスタント）はより洗練されており、より高度なブラウザとタッチスクリーン（スタイラスペン用）を搭載していましたが、標準的な携帯電話に比べて広く普及していませんでした。メールのプルとプッシュ、カレンダーの操作などの他の機能もアクセスしやすくなりましたが、通常は物理的な（ワイヤレスではない）同期が必要でした。 1999年1月19日に発売されたメールポケベルのBlackBerry 850は、メールを統合した最初のデバイスでした。

より「オープン」なモバイルOSへの大きな一歩は、Symbian S60 OSでした。これは、C++、Java、またはPythonで書かれたソフトウェアをダウンロードすることで拡張でき、外観もより構成可能でした。2008年7月、AppleはApp Storeを導入し、モバイルアプリケーションのダウンロードをよりアクセスしやすくしました。2008年10月、HTC DreamはLinuxベースのAndroid OSを搭載した最初の市販デバイスでした。このOSは、GoogleとOpen Handset Allianceによって買収され、さらに開発され、当時の他の主要なスマートフォンプラットフォーム（主にSymbianオペレーティングシステム、BlackBerry OS、およびiOS）に対するオープンな競合製品となりました。このオペレーティングシステムは、カスタマイズ可能なグラフィカルユーザーインターフェイスと、アプリからプッシュされた最近のメッセージのリストを表示する通知システムを提供しました。

携帯電話で最も一般的に利用されているデータアプリケーションはSMSテキストメッセージです。コンピューターから携帯電話への最初のSMSテキストメッセージは1992年にイギリスで送信され、携帯電話から携帯電話への最初の個人間SMSは1993年にフィンランドで送信されました。

SMSによる最初のモバイルニュースサービスは、2000年にフィンランドで開始されました。モバイルニュースサービスは拡大を続けており、多くの組織がSMSによる「オンデマンド」ニュースサービスを提供しています。中には、SMSでプッシュ配信される「インスタント」ニュースを提供する組織もあります。

モバイル決済は1998年にフィンランドで初めて試験運用されました。エスポーにある2台のコカ・コーラ自動販売機がSMS決済に対応しました。その後、このアイデアは広がり、1999年にはフィリピンでモバイル通信事業者のGlobeとSmartが初の商用モバイル決済システムを導入しました。今日では、モバイルバンキング、モバイルクレジットカード、モバイルコマースなど、モバイル決済がアジア、アフリカ、そして一部のヨーロッパ市場で広く利用されています。通常、SMSサービスはショートコードを使用しています。

一部のネットワーク オペレーターは、情報、エンターテイメント、金融サービス ( M-Pesaなど) にUSSD を利用しています。

携帯電話で利用されているSMS以外のデータサービスには、モバイルミュージック、ダウンロード可能なロゴや画像、ゲーム、ギャンブル、アダルトエンターテイメント、広告などがあります。フィンランドで初めてダウンロード可能なモバイルコンテンツが携帯電話向けに販売されたのは1998年で、Radiolinja（現Elisa）がダウンロード可能な着信音サービスを導入したのがきっかけでした。1999年には、日本の携帯電話事業者であるNTTドコモがモバイルインターネットサービス「iモード」を導入し、現在では世界最大のモバイルインターネットサービスとなっています。

スマートフォンの登場後も、ネットワーク事業者は情報サービスを提供し続けていますが、一部の地域ではそれらのサービスはあまり一般的ではなくなりました。

電源

ウガンダの携帯電話充電サービス
世界最大の携帯電話メーカー5社は、消費者が最もエネルギー効率の高い充電器をより簡単に識別できるように、2008年11月に新しい評価システムを導入しました。[8]

携帯電話は通常、充電式バッテリーから電力を得ます。充電方法は様々で、USB、モバイルバッテリー、ACアダプターを使用した主電源、アダプターを使用したシガーライター、発電機などがあります。2009年には、消費者向けに最初のワイヤレス充電器が発売されました。[9]一部のメーカーは、太陽電池などの代替電源の実験を行っています。[10]

EU共通外部電源供給（ EU CPS）など、充電器へのインターフェースを標準化し、商用電源駆動型充電器のエネルギー効率を向上させるための様々な取り組みが発表されています。一部のメーカーは星評価システムを推進しており、最も効率的な充電器は消費電力が0.03ワット未満で5つ星の評価を受けます。

バッテリー

現代の携帯電話のほとんどはリチウムイオン電池を使用しています。[11] [12] [13]初期の携帯電話用バッテリーとして人気があったのは、比較的小型で軽量なニッケル水素（NiMH）バッテリーでした。その後、軽量でニッケル水素バッテリーのように長時間の過充電による電圧低下が起こらないリチウムイオンバッテリーが一般的に使用されるようになりました。多くの携帯電話メーカーは、従来のリチウムイオンバッテリーではなく、リチウムポリマーバッテリーを使用しています。主な利点は、さらに軽量であることと、バッテリーを厳密な直方体以外の形状にできることです。[14]

SIMカード

SIMカードを搭載した一般的な携帯電話

GSM携帯電話は、加入者識別モジュール（SIMカード）と呼ばれる小型のマイクロチップを搭載して動作します。SIMカードは小型の切手ほどの大きさで、通常は本体背面のバッテリーの下に配置されています。SIMカードには、携帯電話やコンピューターなどのモバイル電話機器で加入者を識別するために使用されるサービス加入者キー（IMSI）が安全に保存されています。SIMカードがあれば、携帯電話からSIMカードを取り外し、別の携帯電話やブロードバンド電話機器に挿入するだけで、携帯電話を変更できます。

SIM カードには、固有のシリアル番号、モバイル ユーザーの国際的に一意の番号 ( IMSI )、セキュリティ認証および暗号化情報、ローカル ネットワークに関連する一時的な情報、ユーザーがアクセスできるサービスのリスト、および 2 つのパスワード (通常使用の PIN とロック解除用の PUK) が含まれています。

SIM カードには 3 つの標準サイズがあります。最初のサイズはクレジットカード サイズ (85.60 mm × 53.98 mm × 0.76 mm、ISO/IEC 7810でID-1 と定義) です。より新しく普及している小型バージョンはクレジットカードと同じ厚さですが、長さ 25 mm、幅 15 mm (ISO/IEC 7810 ID-000) で、誤挿入を防ぐために角の 1 つが切り取られています (面取りされています)。3FF または micro-SIM と呼ばれる最新のバージョンは、寸法が 15 mm × 12 mm です。2 つの小さいサイズのカードのほとんどはフルサイズ カードとして提供され、小さい方のカードはいくつかのプラスチック リンクで固定されています。小さい方の SIM を使用するデバイスで使用するために、簡単に切り離すことができます。

最初のSIMカードは、1991年にミュンヘンのスマートカードメーカーであるGiesecke & Devrient社によって、フィンランドの無線通信事業者Radiolinja向けに製造されました。Giesecke & Devrient社は、最初の300枚のSIMカードをElisa社（旧Radiolinja社）に販売しました。

SIMカードを使用しない携帯電話では、データがメモリにプログラムされています。このデータにアクセスするには、特別な数字シーケンスを使用して「NAM」（「Name」の略）または番号プログラミングメニューにアクセスします。そこから、電話機の新しい番号、新しいサービスプロバイダーの番号、新しい緊急電話番号、新しい認証キー（Aキーコード）、優先ローミングリスト（PRL）などの情報を追加できます。ただし、電話機が誤って無効になったりネットワークから切断されたりするのを防ぐため、サービスプロバイダーは通常、マスターサブシディアリーロック（MSL）を使用してこのデータをロックします。MSLは、デバイスがロスリーダーとして販売される際に、特定の通信事業者にデバイスをロックする役割も担います。

MSLはSIMカードにのみ適用されるため、契約期間が終了した後もSIMカードにはMSLが適用されます。ただし、携帯電話はメーカーによってサービスプロバイダーのMSLに初期ロックされます。このロックを解除することで、他のサービスプロバイダーのSIMカードを使用できるようになります。米国以外で購入される携帯電話のほとんどはSIMロック解除されています。これは、複数のサービスプロバイダーが互いに近接していたり​​、サービスエリアが重複しているからです。携帯電話のSIMロック解除費用は機種によって異なりますが、通常は非常に安価で、独立した携帯電話ベンダーが提供する場合もあります。

リムーバブル ユーザー アイデンティティ モジュール(RUIM カード)と呼ばれる同様のモジュールが、一部の CDMA ネットワーク (特に中国とインドネシア) に存在します。

マルチカードハイブリッドフォン

ハイブリッド携帯電話は、複数のSIMカード、さらには異なる種類のSIMカードも使用できます。SIMカードとRUIMカードは混在させることができ、3枚または4枚のSIMカードをサポートする機種もあります。[15] [16]

2010年以降、インド、インドネシア、その他の新興市場でデュアルSIMが普及しました。これは、オンネット通話料金を最低水準に抑えたいというニーズが背景にあります。[17]ノキアは2011年第3四半期に、ハイエンドスマートフォン市場でのシェア喪失を挽回するため、低価格のデュアルSIM携帯電話シリーズを1,800万台出荷しました。[18]

画面

携帯電話にはディスプレイが搭載されており、タッチスクリーン式のものもあります。画面サイズは機種によって大きく異なり、通常はピクセル単位の幅と高さ、またはインチ単位の対角線で表されます。

一部の携帯電話には複数のディスプレイが搭載されています。例えば、Kyocera Echoは3.5インチのデュアルスクリーンを搭載したAndroid スマートフォンです。これらの画面を組み合わせて、4.7インチのタブレット型コンピューターとして使用することもできます。[19]

人工知能（AI）は、特にChatGPTやGeminiといった大規模言語モデル（LLM）の導入により、テクノロジー業界のホットな中心となっています。進行中のAI革命は半導体市場にも影響を与え、半導体メーカーの株価は急騰しました。しかし、恩恵を受けているのは半導体銘柄だけではありません。データセンターもAIの急成長から大きな恩恵を受けています。

Future Market Intelligenceによると、データセンター市場は2024年には約304億ドルと推定され、年平均成長率14.4%で成長し、2034年には1,172億4,000万ドルに達すると予想されています。データセンターはAIブーム以前から需要があり、Jefferiesのデータによると、AI以前の過去15年間で需要は10%から20%増加していました。しかし、AIの登場により、市場はわずか2年で約30%まで成長を加速しました。詳細はこちらをご覧ください。

中央処理装置

携帯電話には、コンピューターと同様の中央処理装置（CPU）が搭載されていますが、低消費電力環境（通常は10ワット以下、安全ファームウェアを削除すれば最大30ワット）で動作するように最適化されています。スマートフォンでは、CPUは通常、システムオンチップ（SoC）アプリケーションプロセッサに統合されています。

モバイルCPUの性能は、クロック周波数（一般的にはヘルツの倍数で表されます）[20]だけでなく、メモリ階層も全体的な性能に大きく影響します。これらの問題のため、携帯電話CPUの性能は、一般的に使用されるアプリケーションにおける実際の実効性能を測定するために、様々な標準化されたテストから得られたスコアによって評価される方が適切であることが多いです。

その他の機能

携帯電話に搭載されているその他の機能としては、GPS ナビゲーション、音楽 (MP3) およびビデオ ( MP4 ) の再生、RDSラジオ受信機、内蔵プロジェクター、アクティブ冷却、バイブレーションおよびその他の「サイレント」リング オプション、アラーム、メモ録音、パーソナル デジタル アシスタント機能、ストリーミング ビデオの視聴、ビデオのダウンロード、ビデオ通話、内蔵カメラ (1.0+ Mpx ) およびビデオ カメラ(ビデオ録画)、オートフォーカス[疑わしい-議論]およびフラッシュ、着信音、ゲーム、PTT、メモリ カード リーダー(SD)、USB (2.0)、デュアル ライン サポート、赤外線、Bluetooth (2.0) およびWiFi接続、NFC、インスタント メッセージング、インターネット電子メールとブラウジング、ワイヤレス モデムとしての機能などがあります。

最初のスマートフォンは1996年に発売されたNokia 9000 Communicator [疑わしい–議論の余地あり]で、当時の基本的な携帯電話にPDA機能が追加されました。マイクロチップの小型化と処理能力の向上により、携帯電話にさらに多くの機能を追加できるようになり、スマートフォンの概念は進化しました。5年前にはハイエンドスマートフォンだったものが、今では標準的な携帯電話となっています。

特定の市場セグメントに対応するために、企業/法人顧客の電子メールのニーズに重点を置いた RIM BlackBerry 、音楽携帯電話の SonyEricsson Walkman シリーズ、カメラ付き携帯電話の Cyber​​shot シリーズ、マルチメディア携帯電話のNokia N シリーズ、Palm Pre 、 HTC Dream、Apple iPhoneなど、いくつかの携帯電話シリーズが導入されてきました。

ノキアとケンブリッジ大学は、Morphと呼ばれる折り曲げられる携帯電話のデモを行いました。[21]一部の携帯電話には、背面に電気機械変換器が搭載されており、電気的な音声信号を機械的な振動に変換します。この振動は頬骨や額を通して伝わり、ユーザーは会話を聞き取ることができます。これは、騒がしい場所や難聴のユーザーにとって便利です。[22]

2018年現在、ワイヤレス逆充電機能を搭載したスマートフォンも存在する。[23]

マルチモード・マルチバンド携帯電話

ほとんどの携帯電話ネットワークはデジタル方式で、GSM、CDMA、またはiDEN規格を採用しており、それぞれ異なる無線周波数で動作します。これらの携帯電話は、同じ会社のサービスプランでのみ使用できます。例えば、Verizonの携帯電話はT-Mobileのサービスでは使用できず、その逆も同様です。

マルチモード携帯電話は複数の規格に対応しますが、マルチバンド携帯電話（デュアルバンド、トライバンド、クアッドバンドとも呼ばれます）は、複数の無線周波数で動作するように設計された携帯電話です。一部のマルチモード携帯電話は、アナログネットワークでも動作します（例：デュアルバンド、トライモード：AMPS 800 / CDMA 800 / CDMA 1900）。

GSM携帯電話の場合、デュアルバンドとは、通常、米国とカナダでは850 / 1900 MHz 、ヨーロッパやその他のほとんどの国では900 / 1800 MHzを指します。トライバンドとは、850 / 1800 / 1900 MHzまたは900 / 1800 / 1900 MHzを指します。クアッドバンドとは、850 / 900 / 1800 / 1900 MHzを指し、あらゆるGSMネットワークで動作するため、ワールドフォンとも呼ばれます。

マルチバンド携帯電話はローミングを可能にする上で有用であり、マルチモード携帯電話は、GSMの広範なカバレッジを犠牲にすることなくWCDMA機能を導入するのに役立ちました。販売されている真の3G携帯電話のほぼすべては、実際にはWCDMA/GSMデュアルモード携帯電話です。これは、CDMA-2000やEDGEベースの 2.75G携帯電話にも当てはまります。

マルチモード携帯電話の製造における課題

マルチモード携帯電話の製造における特別な課題は、異なる規格間でコンポーネントを共有する方法を見つけることです。電話のキーパッドとディスプレイは共有する必要があります。そうでなければ、1台の電話機として扱うことが困難になります。しかし、それ以外にも、統合の各レベルで課題が存在します。これらの課題の難易度は、システム間の違いによって異なります。例えば、IS-95/GSMマルチモード電話機やAMPS/IS-95電話機の場合、ベースバンド処理はシステムごとに大きく異なります。これは、コンポーネントの統合、ひいては電話機の大型化に直結します。

マルチモード携帯電話の興味深い特殊な例として、WCDMA/GSM携帯電話が挙げられます。無線インターフェースはそれぞれ大きく異なりますが、モバイルからコアネットワークへのメッセージングには高い類似性があり、ソフトウェアの共有が非常に容易です。おそらくさらに重要なのは、WCDMAの無線インターフェースがGSMとの互換性を考慮して設計されていることです。パンクチャードモードと呼ばれる特殊な動作モードがあり、モバイルは連続的に送信するのではなく、短時間送信を停止し、そのエリア内のGSMキャリアを検索することができます。このモードにより、他のCDMAベースのシステムでは「パイロット信号」を用いてしか近似できないチャネル測定による安全な周波数間ハンドオーバーが可能になります。

最後に興味深い事例として、CDMA-2000プロトコルのDS-WCDMAとMC-CDMA 3Gバリアントをカバーする携帯電話が挙げられます。当初、これらの携帯電話のチップレートには互換性がありませんでした。特許に関する交渉の一環として、互換性のあるチップレートを使用することが合意されました。これは、無線インターフェースとシステムインターフェースが哲学的なレベルでさえ大きく異なるにもかかわらず、携帯電話内の各システムのハードウェアの大部分は共通であり、違いは主にソフトウェアに限定されることを意味します。

データ通信

携帯電話は現在、 SMSメッセージ、モバイルウェブサイトの閲覧、さらには音声・動画ファイルのストリーミングなど、データ通信に多用されています。主な制限要因は、画面サイズ、キーボードの非搭載、処理能力、そして接続速度です。データ通信をサポートするほとんどの携帯電話は、ワイヤレスモデム（ケーブルまたはBluetooth経由）として利用でき、コンピューターをインターネットに接続できます。このようなアクセス方法は速度が遅く費用もかかりますが、非常に僻地で利用できる場合があります。

新しいスマートフォンでは、画面解像度と処理能力が向上し、より大きくなっています。中には1GHzを超えるCPUを搭載したものもあります。SymbianやWindows Phoneなど、様々なスマートフォン向けに、複雑なプログラムが数多く提供されています。

接続速度はネットワークのサポートに基づきます。当初、GSM ネットワーク上のデータ転送はCSD (回線交換データ) 経由でのみ可能でした。これは 9600 ビット/秒の帯域幅があり、通常は接続時間に基づいて課金されます (ネットワークの観点からは、音声通話とあまり変わりません)。後に、CSD の改良版であるHSCSD (高速 CSD) が導入され、ダウンリンクに複数のタイムスロットを使用できるため、速度が向上しました。HSCSD の最大速度は ~42 kbit/s で、これも時間に基づいて課金されます。後にGPRS (一般パケット無線サービス) が導入されましたが、これはまったく異なる原理で動作します。これも転送に複数のタイムスロットを使用できますが、データを転送していないときは無線リソースを拘束しません (CSD などとは異なります)。GPRS は通常、音声や CSD よりも優先されるため、遅延が大きく変動します。その後、GPRS はEDGEにアップグレードされましたが、これは主に無線変調によって異なり、同じ無線帯域幅でより多くのデータ容量を圧縮します。 GPRSとEDGEは通常、データ通信量に応じて課金されます。LG enVのように、フルQWERTYキーボードを搭載した携帯電話もあります。

2006年4月現在、Nokia 6680など、いくつかのモデルが3G通信をサポートしています。これらの携帯電話では、 Operaウェブブラウザを無料ダウンロードすることでWebにアクセスできます。Verizon Wirelessのモデルには、Internet Explorerがプリインストールされています。

ウイルスに対する脆弱性

携帯電話に複雑な機能が追加されるにつれて、それらの機能の弱点を悪用するウイルスに対して脆弱になります。テキストメッセージでさえ、ワームやウイルスの攻撃に利用される可能性があります。[24]電子メール機能を備えた高度な携帯電話は、携帯電話のアドレス帳を介してメッセージを送信することで増殖するウイルスの影響を受ける可能性があります。[要出典]一部の携帯電話モデルでは、USSDが工場出荷時設定へのリセットを誘発するために悪用され、[25]データが消去され、ユーザー設定がリセットされました。

ウイルスは、不正なユーザーが携帯電話にアクセスし、デバイスに保存されているパスワードや企業データを入手することを可能にする可能性があります。さらに、ウイルスは携帯電話を乗っ取り、所有者の費用で通話やメッセージの送信を行うために利用される可能性もあります。[要出典]

かつて携帯電話は、メーカー独自のOSを搭載しており、大規模な攻撃を設計しにくいという利点がありました。しかし、Java、Microsoft OS、Linux、Symbian OSなど、多くのメーカーが共有するソフトウェアプラットフォームやOSの台頭により、将来的にはウイルスの蔓延が拡大する可能性があります。

Bluetoothは現在、多くのハイエンド携帯電話に搭載されている機能ですが、ウイルス「Caribe」はこの機能を乗っ取り、Bluetooth搭載携帯電話をSymbian OS搭載の他のBluetooth搭載携帯電話に感染させました。2004年11月初旬、複数のウェブサイトが、特定の携帯電話で着信音やスクリーンセーバーを作成できるというソフトウェアの提供を開始しました。このソフトウェアをダウンロードしたユーザーは、携帯電話の画面上のアイコンがすべてドクロマークに変わり、携帯電話が使用できなくなってしまったことに気付きました。そのため、テキストメッセージの送受信や連絡先リスト、カレンダーへのアクセスができなくなりました。このウイルスはその後、セキュリティ専門家から「Skulls（スカルズ）」と名付けられました。Commwarrior -Aウイルスは2005年3月に特定され、携帯電話の連絡先リストに登録されている他のユーザーにMMSを送信することで自己複製を試みます。Cabirと同様に、Commwarrior-AもBluetoothワイヤレス接続を介して他のデバイスと通信しようとし、最終的にはバッテリーの消耗につながる可能性があります。しかし、このウイルスの増殖にはユーザーの介入が必要です。

Bluetooth フォンはブルージャッキングの対象にもなります。これはウイルスではありませんが、匿名の Bluetooth ユーザーから不要なメッセージを送信できる可能性があります。

カメラ

現在の携帯電話のほとんどには、最大200メガピクセル（SoCは320メガピクセルのHDR写真をサポート）、30fpsの8Kビデオ（4Kは120fps、1080pは480fps）のデジタルカメラ（カメラ付き携帯電話を参照）が内蔵されている。 [26] [27]これにより、例えばプールなどでの盗撮の可能性など、プライバシーに関する懸念が生じる。韓国はメーカーに対し、すべての新型端末で写真を撮るたびにビープ音が鳴るようにするよう指示した。

音声録音や動画撮影も可能な場合が多いです。ほとんどの人はビデオカメラを持ち歩くことはありませんが、携帯電話は持ち歩いています。ビデオカメラ付き携帯電話の登場は、消費者にとっての動画の入手性を変革し、市民ジャーナリズムの活性化に寄与しています。

参照

参考文献

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