電気通信

ドイツ、バイエルン州ライスティングにある衛星通信施設ライスティング地球局の地球局

電気通信（テレコミュニケーション）は、複数形または略してテレコムとも呼ばれ、電気的または電子的な手段を用いて、通常はケーブル、電波、その他の通信技術を用いて長距離間で情報を伝送する技術です。これらの伝送手段は、多重化のために通信チャネルに分割することができ、単一の媒体で複数の同時通信セッションを送信できます。19世紀、20世紀、そして21世紀に発明された長距離技術は、一般的に電力を使用し、電信、電話、テレビ、ラジオなどが含まれます。

初期の電気通信ネットワークでは、信号を送信する媒体として金属線が使用されていました。これらのネットワークは、何十年にもわたり電信や電話に使用されていました。20 世紀の最初の 10 年間に、無線通信における革命が始まりました。これには、1909 年にノーベル物理学賞を受賞したグリエルモ・マルコーニによる無線通信の進歩も含まれます。その他の電気電子通信の初期の先駆者には、電信の共同発明者であるチャールズ・ホイートストンとサミュエル・モールス、電話の多数の発明者および開発者であるアントニオ・メウチ、フィリップ・ライス、エリシャ・グレイ、アレクサンダー・グラハム・ベル、ラジオの発明者であるエドウィン・アームストロングとリー・ド・フォレスト、テレビの発明者であるウラジミール・K・ズヴォルキン、ジョン・ロジー・ベアード、フィロ・ファーンズワースなどがいます。

1960年代以降、デジタル技術の普及により、音声通信は徐々にデータ通信によって補完されるようになりました。金属媒体の物理的な限界が光ファイバーの開発を促しました。[ 1 ] [ 2 ] [ 3 ]特定の媒体に依存しない技術であるインターネットは、個々のユーザーにグローバルなサービスへのアクセスを提供し、通信における場所と時間の制限をさらに軽減しました。

意味

1932年、マドリードで開催された全権大使電信会議と国際無線電信会議において、2つの組織が統合され、国際電気通信連合（ITU）が設立されました。[ 4 ] ITUは電気通信を「有線、無線、またはその他の電気信号または視覚信号（腕木信号）のシステムまたはプロセスによる、あらゆる種類の記号、信号、文書、ファクシミリ、および音声による電信または電話通信」と定義しました。

この定義は後に、 ITU無線通信規則第1.3条に従って再確認され、 「有線、無線、光、またはその他の電磁システムによる、あらゆる種類の記号、信号、文書、画像、音声または情報の送信、発信、受信」と定義されました。

したがって、郵便や気送管のような低速通信技術は電気通信の定義から除外される。[ 5 ] [ 6 ]

テレコミュニケーションという用語は、1904年にフランスの技術者で小説家のエドゥアール・エスタニエによって造語され、「電気による思考の遠隔伝送」と定義されました。[ 7 ] テレコミュニケーションは、ギリシャ語の接頭辞tele-（τῆλε）（「遠く離れた」 「遠く離れた」「遠く離れた」を意味する） [ 8 ]と、ラテン語の動詞communicare （ 「共有する」を意味する）から形成された複合名詞です。[ 9 ] [ 10 ]コミュニケーションが英語として初めて使われたのは14世紀後半です。これは、古フランス語comunicacion（14世紀、現代フランス語communication）に由来し、ラテン語communicationem（主格communication）はcommunicareの過去分詞語幹から派生した動詞名詞で、「共有する、分ける、伝える、伝える、知らせる、参加する、団結する、参加する」という意味で、文字通り「共有する」という意味で、communisに由来します。[ 11 ]

歴史

煙幕、ビーコン、腕木式電信機、信号旗、光学ヘリオグラフから、電磁信号を伝送するために作られた電線や空間まで、 歴史を通して多くの伝送媒体が長距離通信に使用されてきました

電気電子時代以前

シャップのセマフォ塔のレプリカ

電気と電磁気の発見によって電気通信が発明されるずっと以前から、遠距離通信は行われてきました。ここでは、それ以前に用いられた数多くの独創的な遠距離通信方法のいくつかを紹介します。

伝書鳩は歴史を通じて様々な文化で使われてきました。鳩の伝書はペルシャに起源を持ち、後にローマ軍の支援に使用されました。フロンティヌスは、ユリウス・カエサルがガリア征服の際、鳩を伝書鳩として使ったと主張しています。[ 12 ]ギリシャ人も伝書鳩を使ってオリンピックの優勝者の名前を様々な都市に伝えました。 [ 13 ] 19世紀初頭、オランダ政府はジャワ島とスマトラ島でこのシステムを使用しました。そして1849年、パウル・ユリウス・ロイターはアーヘンとブリュッセルの間で株価を飛ばす鳩のサービスを開始しました。このサービスは電信回線の途絶が解消されるまで1年間運営されました。[ 14 ]

中世では、丘の頂上で信号を中継する手段として、烽火の鎖が一般的に使用されていました。烽火の鎖には1ビットの情報しか伝達できないという欠点があり、「敵を発見した」といったメッセージの意味は事前に合意しておく必要がありました。注目すべき例としては、スペイン無敵艦隊の航海中に、烽火の鎖がプリマスからロンドンへ信号を中継したという例があります。[ 15 ]

1792年、フランスの技術者クロード・シャップは、リールとパリの間に世界初の固定式視覚電信システム（セマフォ線）を建設しました。 [ 16 ]しかし、セマフォ線は熟練したオペレーターと、10～30キロメートル間隔（6～19マイル）の高価な塔を必要としました。電信との競争の結果、最後の商用線は1880年に廃止されました。[ 17 ]

電信と電話

1837年7月25日、イギリスの発明家ウィリアム・フォザギル・クック卿とイギリスの科学者チャールズ・ホイートストン卿によって、世界初の商用電気電信機が実演された。[ 18 ] [ 19 ]両発明家は、自らの装置を「既存の電磁電信機の改良」であり、新しい装置ではないと考えていた。[ 20 ]

サミュエル・モールスは独自に電信方式を開発しましたが、1837年9月2日に実演に成功しませんでした。彼のコードはホイートストンの信号方式に対する重要な進歩でした。最初の大西洋横断電信ケーブルは1866年7月27日に完成し、初めて大西洋横断通信が可能になりました。[ 21 ]

アントニオ・メウチによる通話式電信機の開発、ヨハン・フィリップ・ライスによる電話機の開発の初期の試みの後、1876年2月にアレクサンダー・ベルが従来の電話機の特許を申請した（エリシャ・グレイが同様の装置の特許警告を申請するわずか数時間前）。 [ 22 ] [ 23 ]最初の商用電話サービスは、ベル電話会社によって1878年と1879年に大西洋の両側のニューヘイブンとロンドンで開始された。[ 24 ] [ 25 ]

ラジオとテレビ

1894年、イタリアの発明家グリエルモ・マルコーニは、当時新たに発見された電波現象を用いた無線通信の開発を開始し、1901年までに大西洋を越えて送信できることを実証しました。[ 26 ]これが無線による無線電信の始まりでした。1902年12月17日、カナダのノバスコシア州グレイス湾にあるマルコーニ局からの送信は、北米から大西洋を横断した世界初の無線メッセージとなりました。1904年には、毎晩のニュース要約を購読船舶に送信する商用サービスが設立され、船舶はそれを船内新聞に掲載しました。[ 27 ]

第一次世界大戦は軍事通信用ラジオの発展を加速させた。戦後、1920年代に商業ラジオAM放送が始まり、娯楽やニュースのための重要なマスメディアとなった。第二次世界大戦は再び、航空・陸上通信、無線航法、レーダーといった戦時中の用途のためにラジオの発展を加速させた。[ 28 ]ラジオのステレオFM放送の開発は、1930年代にアメリカで、1940年代にイギリスで始まり、[ 29 ] 1970年代にはAMに取って代わり、商業放送の主流となった。[ 30 ]

1925年3月25日、ジョン・ロジー・ベアードはロンドンのデパート、セルフリッジズで動画の送信を実演しました。ベアードの装置はポール・ニプコウのニプコウ円盤を基盤としており、後に機械式テレビとして知られるようになりました。これは、 1929年9月30日から英国放送協会（BBC）によって行われた実験放送の基礎となりました。[ 31 ]

真空管

真空管は、加熱された陰極からの熱電子放出を利用して、信号増幅や電流整流などの多くの基本的な電子機能を実現します

最も単純な真空管は、ジョン・アンブローズ・フレミングが1904年に発明したダイオードで、加熱された電子放出陰極と陽極のみで構成されています。電子は、この装置内を一方向、つまり陰極から陽極へとしか流れません。管内に1つまたは複数の制御グリッドを追加することで、グリッドの電圧によって陰極と陽極間の電流を制御できるようになります。[ 32 ]これらの装置は20世紀前半の電子回路の主要部品となり、ラジオ、テレビ、レーダー、音声の録音と再生、長距離電話網、アナログおよび初期のデジタルコンピュータの発展に不可欠でした。一部の用途では、無線用のスパークギャップ送信機や計算用の機械式コンピュータなど、以前の技術が使用されていましたが、これらの技術が広く普及し実用化され、エレクトロニクスの創造につながったのは、熱電子真空管の発明でした。[ 33 ]

20世紀の大半において、テレビはカール・フェルディナント・ブラウンによって発明された真空管の一種、ブラウン管に依存していました。有望なブラウン管テレビの最初のバージョンは、フィロ・ファーンズワースによって製作され、1927年9月7日に家族に披露されました。[ 34 ]第二次世界大戦後、中断されていた実験が再開され、テレビは重要な家庭用娯楽放送媒体となりました。

1940年代には、半導体デバイスの発明により、真空管よりも小型で安価、そして効率、信頼性、耐久性に優れた固体デバイスの製造が可能になりました。1960年代半ば以降、真空管はトランジスタに置き換えられました。真空管は現在でも、特定の高周波増幅器に使用されています。

コンピュータネットワークとインターネット

1940年9月11日、ジョージ・スティビッツはニューヨークで自身の複素数計算機の問題をテレタイプで送信し、ニューハンプシャー州のダートマス大学で計算結果を受け取った。[ 35 ]集中型コンピュータ (メインフレーム) とリモートのダム端末というこの構成は、1970年代まで人気が残っていた。 1960年代には、ポール・バランとドナルド・デイヴィスはそれぞれ独立して、集中型メインフレームを介さずにメッセージを少しずつ非同期的に宛先に送信する技術であるパケット交換の研究を始めた。 1969年12月5日に4ノードのネットワークが登場し、 ARPANETの始まりとなり、1981年までに213ノードにまで成長した。[ 36 ] ARPANETは最終的に他のネットワークと合併してインターネットを形成した。インターネットの開発は、一連のRequest for Commentsドキュメントを発行したInternet Engineering Task Force (IETF)の焦点でしたが、イーサネット(1983 年)、トークン リング(1984 年) 、スター ネットワークトポロジなどのローカル エリア ネットワーク(LAN) の開発など、他のネットワークの進歩は産業研究所で起こりました。

送電容量の増加

双方向通信ネットワークを通じて世界中で情報を交換する有効容量は、最適に圧縮された情報で 1986 年の281ペタバイト(PB) から 1993 年には 471 PB、2000 年には 2.2エクサバイト(EB)、2007 年には 65 EB へと増加しました。[ 37 ]これは、1986 年には 1 人あたり 1 日の新聞 2 ページに相当する情報量であり、2007 年には 1 人あたり 1 日の新聞 6 部に相当する情報量です。 [ 38 ]この成長により、電気通信は世界経済においてますます重要な役割を果たすようになり、世界の電気通信産業は 2012 年に約 4.7 兆ドルのセクターとなりました。[ 39 ] [ 40 ]世界の電気通信産業のサービス収益は 2010 年に 1.5 兆ドルと推定され、世界の国内総生産 (GDP) の 2.4% に相当します。[ 39

技術的概念

現代の電気通信は、1世紀以上にわたって漸進的な発展と改良を経た一連の重要な概念に基づいています

基本要素

電気通信技術は、主に有線と無線 に分けられます。全体として、基本的な電気通信システムは、常に何らかの形で存在する3つの主要な部分で構成されています

ラジオ放送局では、放送局の大型電力増幅器が送信機であり、放送アンテナが電力増幅器と自由空間チャネル間のインターフェースです。自由空間チャネルは伝送媒体であり、受信機のアンテナが自由空間チャネルと受信機間のインターフェースです。次に、ラジオ受信機は無線信号の送信先であり、ここで信号は電気から音に変換されます。

電気通信システムは、送信機と受信機、あるいはトランシーバー（例えば携帯電話）の両方の役割を果たす単一の電子機器を備えた「デュプレックス」（双方向システム）である場合があります。 [ 41 ]トランシーバー内の送信電子機器と受信機電子機器は、互いに完全に独立しています。これは、無線送信機にはワットまたはキロワット単位で測定される電力で動作する電力増幅器が内蔵されているのに対し、無線受信機はマイクロワットまたはナノワット単位で測定される無線電力を扱うという事実によって説明できます。したがって、トランシーバーは、干渉を避けるために、高電力回路と低電力回路を互いに分離するように注意深く設計・製造する必要があります。

固定回線による通信は、送信機と受信機の間で行われるため、ポイントツーポイント通信と呼ばれます。無線放送による通信は、強力な送信機と、低出力だが感度の高い多数の無線受信機の間で行われるため、ブロードキャスト通信と呼ばれます。 [ 41 ]

複数の送信機と複数の受信機が連携して同一の物理チャネルを共有するように設計された通信は、多重化システムと呼ばれます。多重化を用いた物理チャネルの共有は、多くの場合、大幅なコスト削減をもたらします。多重化システムは通信ネットワーク内に構築され、多重化された信号はノードでスイッチングされ、適切な宛先の端末受信機に送られます。

アナログ通信とデジタル通信

通信はアナログ信号またはデジタル信号として符号化することができ、これらはアナログまたはデジタル通信システムによって伝送される。アナログ信号は情報に応じて連続的に変化するが、デジタル信号は情報を離散値の集合（例えば、1と0の集合）として符号化する。[ 42 ]伝播および受信の過程で、アナログ信号に含まれる情報は望ましくないノイズによって劣化する。一般的に、通信システムにおけるノイズは、ランダムな過程を経て望ましい信号に加算または減算されるものとして表現できる。この形態のノイズは加法性ノイズと呼ばれ、ノイズは異なる時点で負または正になる可能性があると理解されている。

付加的なノイズ妨害が一定の閾値を超えない限り、デジタル信号に含まれる情報は損なわれません。ノイズ耐性は、デジタル信号がアナログ信号に対して持つ重要な利点です。しかし、ノイズがシステムの自動修正能力を超えると、デジタルシステムは壊滅的な障害に陥ります。一方、アナログシステムは穏やかな障害に陥ります。ノイズが増加すると、信号は徐々に劣化しますが、それでも使用可能な状態になります。また、連続データをデジタル伝送すると、出力に量子化ノイズが不可避的に加わります。この量子化ノイズは低減することはできますが、完全に除去することはできず、チャネル帯域幅の要件が増大することになります。

通信チャネル

チャネルという用語には2つの異なる意味があります。1つの意味は、チャネルとは送信機と受信機の間で信号を運ぶ物理的な媒体です。例としては、音声通信の場合は大気、一部の光通信の場合はガラス光ファイバー、電圧と電流による通信の場合は同軸ケーブル、可視光、赤外線、紫外線、電波を使用した通信の場合は自由空間などが挙げられます。同軸ケーブルの種類は、第二次世界大戦に由来する用語であるRGタイプまたは無線ガイドによって分類されます。さまざまなRGの指定は、特定の信号伝送アプリケーションを分類するために使用されます。[ 43 ]この最後のチャネルは自由空間チャネルと呼ばれます。ある場所から別の場所への電波の送信は、2つの場所の間に大気があるかどうかとは関係ありません。電波は、空気、霧、雲、またはその他の種類のガスを通過するのと同じくらい簡単に、 完全な真空中を通過します

電気通信における「チャネル」という用語のもう一つの意味は、通信チャネルという語句に見られます。これは、伝送媒体を細分化し、複数の情報ストリームを同時に送信できるようにすることです。例えば、ある無線局は94.5MHz （メガヘルツ）付近の周波数で自由空間に電波を発信する 一方で、別の無線局は同時に96.1MHz付近の周波数で電波を発信することができます。各無線局は、上記のような「搬送周波数」と呼ばれる周波数を中心とした約180kHz（キロヘルツ）の 周波数帯域で電波を発信します。この例では、各無線局は隣接する無線局から200kHz離れており、200kHzと180kHz（20kHz）の差は、通信システムの不完全性に対する技術的な余裕度です。

上記の例では、自由空間チャネルが周波数に応じて通信チャネルに分割され、各チャネルには電波を放送するための個別の周波数帯域幅が割り当てられています。このように、媒体を周波数に応じてチャネルに分割するシステムは、周波数分割多重化と呼ばれます。同じ概念の別名は波長分割多重化であり、これは複数の送信機が同じ物理媒体を共有する光通信でより一般的に使用されます。

通信媒体をチャネルに分割する別の方法は、各送信者に一定の時間セグメント（タイムスロット、例えば1秒あたり20ミリ秒）を割り当て、各送信者が自身のタイムスロット内でのみメッセージを送信できるようにすることです。この通信チャネル分割方法は時分割多重（TDM）と呼ばれ、光ファイバー通信で使用されています。一部の無線通信システムでは、割り当てられたFDMチャネル内でTDMが使用されています。したがって、これらのシステムはTDMとFDMを組み合わせた方式を採用しています。

変調

情報を伝達するために信号を形成することを変調といいます。変調は、デジタルメッセージをアナログ波形として表すために用いられます。これは一般に「キーイング」と呼ばれます。これは、通信におけるモールス信号の古い用法に由来する用語です。キーイングにはいくつかの手法があります（位相偏移変調、周波数偏移変調、振幅偏移変調など）。例えば、Bluetoothシステムは位相偏移変調を用いて様々なデバイス間で情報を交換します。 [ 44 ] [ 45 ]さらに、位相偏移変調と振幅偏移変調を組み合わせた方式があり、これは（専門用語では）直交振幅変調（QAM）と呼ばれ、大容量デジタル無線通信システムで用いられます。

変調は、低周波アナログ信号の情報を高周波で伝送するためにも使用できます。低周波アナログ信号は自由空間では効率的に伝送できないため、これは便利です。したがって、低周波アナログ信号の情報は、伝送前に高周波信号（搬送波と呼ばれる）に押し込む必要があります。これを実現するには、いくつかの異なる変調方式があります（最も基本的な2つは振幅変調（AM）と周波数変調（FM）です）。このプロセスの例としては、ディスクジョッキーの声が周波数変調を使用して96MHzの搬送波に押し込まれることが挙げられます（この音声はラジオでFMチャンネル96として受信されます）。[ 46 ]さらに、変調には周波数分割多重化（FDM）を使用できるという利点があります。

電気通信ネットワーク

電気通信ネットワークは、互いにメッセージを送信する送信機、受信機、および通信チャネルの集合体です。一部のデジタル通信ネットワークには、適切なユーザーに情報を送信するために連携して動作する1つ以上のルーターが含まれています。アナログ通信ネットワークは、2人以上のユーザー間の接続を確立する1つ以上のスイッチで構成されます。どちらのタイプのネットワークでも、長距離伝送時に信号を増幅または再生成するために中継器が必要になる場合があります。これは、信号とノイズの区別がつかなくなる可能性のある減衰に対抗するためです。 [ 47 ]デジタルシステムがアナログシステムよりも優れているもう1つの利点は、出力をメモリに保存しやすいことです。つまり、2つの電圧状態（高と低）は、連続した状態の範囲よりも保存しやすいのです

社会への影響

電気通信は現代社会に重大な社会的、文化的、そして経済的影響を与えています。2008年の電気通信産業の収益は4.7兆米ドルと推定されており、これは世界総生産（GDP ）の3%弱に相当します（公式為替レート）。[ 39 ]以下のいくつかのセクションでは、電気通信が社会に与える影響について議論します。

ミクロ経済学

ミクロ経済の規模では、企業は世界的なビジネス帝国を築くために通信を利用してきました。これはオンライン小売業者Amazon.comの事例で明らかですが、学者のエドワード・レナート氏によると、従来型小売業者のウォルマートでさえ、競合他社と比較して優れた通信インフラの恩恵を受けています。[ 48 ]世界中の都市では、住宅所有者は電話を使ってピザの配達から電気工事まで、さまざまな家庭向けサービスを注文し、手配しています。比較的貧しい地域でさえ、通信を有利に活用していることが知られています。バングラデシュのナルシンディ地区では、孤立した村人たちが携帯電話を使って卸売業者と直接話し、商品のより良い価格を交渉しています。コートジボワールでは、コーヒー生産者が携帯電話を共有してコーヒー価格の時間ごとの変動を追跡し、最良の価格で販売しています。[ 49 ]

マクロ経済学

マクロ経済の観点から、ラース＝ヘンドリック・ローラーとレナード・ウェイバーマンは、優れた通信インフラと経済成長の間に因果関係があると示唆しました。[ 50 ] [ 51 ]相関関係の存在に異論を唱える人はほとんどいませんが、この関係を因果関係と見なすのは誤りだと主張する人もいます。[ 52 ]

優れた通信インフラの経済的なメリットにより、世界各国における通信サービスへのアクセスの不平等、いわゆるデジタルデバイドに対する懸念が高まっている。国際電気通信連合（ITU）による2003年の調査では、約3分の1の国では20人に対して1件未満の携帯電話契約しかなく、3分の1の国では20人に対して1件未満の固定電話契約しかないことが明らかになった。インターネットへのアクセスに関しては、約半数の国でインターネットにアクセスできる人が20人に1人未満である。この情報と教育データから、ITUは国民が情報通信技術にアクセスして使用する総合的な能力を測定する指標を作成することができた[ 53 ] 。この指標では、スウェーデン、デンマーク、アイスランドが最も高いランクとなり、アフリカ諸国のニジェール、ブルキナファソ、マリが最低となった[ 54 ] 。

社会的影響

電気通信は社会関係において重要な役割を果たしてきました。しかし、電話システムのような機器は当初、社会的な側面ではなく、機器の実用的な側面（ビジネスを行う能力や家庭向けサービスを注文する能力など）に重点を置いて宣伝されていました。機器の社会的側面が電話広告の重要なテーマになったのは、1920年代後半から1930年代になってからのことでした。新しいプロモーションは、消費者の感情に訴えかけ、社会的な会話や家族や友人とのつながりを保つことの重要性を強調し始めました。[ 55 ]

それ以来、電気通信が社会関係において果たしてきた役割はますます重要になってきました。近年、ソーシャルネットワーキングサイトの人気は飛躍的に高まっています。これらのサイトでは、ユーザー同士がコミュニケーションをとったり、写真やイベント、プロフィールを投稿したりして他の人に公開することができます。プロフィールには、年齢、興味、性的嗜好、交際状況などを記載できます。このように、これらのサイトは、社交の場の企画から求愛まで、あらゆる場面で重要な役割を果たしています。[ 56 ]

ソーシャルネットワーキングサイトが登場する以前は、ショートメッセージサービス（SMS）や電話といった技術も社会的な交流に大きな影響を与えていました。2000年、市場調査会社イプソス・モリは、英国の15歳から24歳のSMS利用者のうち、81%が社交の場の調整に、42%が出会いの場の誘い合いにSMSを利用していたと報告しています。[ 57 ]

エンターテイメント、ニュース、広告

2006年のアメリカ人のニュースソースの好み。[ 58 ]
地方テレビ59%
全国テレビ47%
ラジオ44%
地元紙38%
インターネット23%
全国紙12%
複数回答可

文化的な観点から見ると、電気通信は人々の音楽や映画へのアクセス能力を高めました。テレビのおかげで、人々はビデオ店や映画館に行かなくても、自宅で今まで見たことのない映画を見ることができます。ラジオとインターネットのおかげで、人々は音楽店に行かなくても、今まで聞いたことのない音楽を聴くことができます

電気通信は人々のニュースの受け取り方にも変革をもたらしました。米国の非営利団体ピュー・インターネット・アンド・アメリカン・ライフ・プロジェクトが2006年に3,000人強のアメリカ人を対象に実施した調査（右表）では、大多数が新聞よりもテレビやラジオを優先する回答となりました。

通信は広告にも同様に重大な影響を与えてきました。TNSメディアインテリジェンスの報告によると、2007年の米国の広告費の58%は通信に依存するメディアに費やされました。[ 59 ]

2007年の米国の広告費
中規模支出
インターネット7.6%113億1000万ドル
ラジオ7.2%106億9000万ドル
ケーブルテレビ12.1%180億2000万ドル
シンジケートテレビ2.8%41億7000万ドル
スポットテレビ11.3%168億2000万ドル
ネットワークテレビ17.1%254億2000万ドル
新聞18.9%282.2億ドル
雑誌20.4%303億3000万ドル
屋外2.7%40億2000万ドル
合計100%1490億ドル

規制

多くの国が、情報通信技術問題に関する国連の主要機関である国際電気通信連合（ITU）によって制定された国際電気通信規則に準拠した法律を制定しています。[ 60 ] 1947年のアトランティックシティ会議において、ITUは「新しい国際周波数リストに登録され、無線通信規則に従って使用されるすべての周波数に国際的な保護を与える」ことを決定しました。アトランティックシティで採択されたITUの無線通信規則によれば、国際周波数登録委員会（ IFRC）で参照され、委員会によって審査され、国際周波数リストに登録されたすべての周波数は、「有害な干渉からの国際的な保護を受ける権利を有する」とされています。[ 61 ]

世界的な視点から見ると、電気通信と放送の管理に関する政治的議論や法律制定が行われてきた。放送の歴史では、印刷などの従来の通信とラジオ放送などの電気通信のバランスに関する議論がいくつか取り上げられている。[ 62 ]第二次世界大戦の勃発により、国際的な放送プロパガンダが初めて爆発的に増加した。[ 62 ]各国、その政府、反乱分子、テロリスト、民兵はすべて、プロパガンダを促進するために電気通信および放送技術を使用してきた。[ 62 ] [ 63 ]政治運動と植民地化のための愛国的プロパガンダは1930年代半ばに始まった。1936年、BBCは、北アフリカに植民地権益を持っていたイタリアからの同様の放送に部分的に対抗するため、アラブ世界に向けてプロパガンダを放送した。[ 62 ]現代の電気通信分野における政治的議論としては、ブロードバンドインターネットサービスを電気通信サービスとして再分類すること（ネット中立性とも呼ばれる）、[ 64 ] [ 65 ]電話スパムの規制、[ 66 ] [ 67 ]手頃な価格のブロードバンドアクセスの拡大などがある。[ 68 ]

現代メディア

世界的な機器販売

ガートナー[ 69 ] [ 70 ]とArs Technica [ 71 ]が収集したデータによると、主要な消費者向け通信機器の世界販売台数は百万台で以下の通りです

設備 / 年19751980198519901994年1996年1998年2000年2002年200420062008
コンピューター018204075100135130175230280
携帯電話該当なしN/AN/AN/AN/AN/A180400420660<e​​xtra_id_1> 8301000電話

光ファイバーは長距離通信に安価な帯域幅を提供します

Optical fibre provides cheaper bandwidth for long-distance communication.

In a telephone network, the caller is connected to the person to whom they wish to talk by switches at various telephone exchanges. The switches form an electrical connection between the two users and the setting of these switches is determined electronically when the caller dials the number. Once the connection is made, the caller's voice is transformed to an electrical signal using a small microphone in the caller's handset. This electrical signal is then sent through the network to the user at the other end where it is transformed back into sound by a small speaker in that person's handset.

2015年現在、ほとんどの家庭の固定電話はアナログ方式です。つまり、話者の声が直接信号の電圧を決定します。[ 72 ]短距離通話はエンドツーエンドでアナログ信号として処理される場合がありますが、電話サービスプロバイダーは、伝送のために信号をデジタル信号に透過的に変換するケースが増えています。その利点は、デジタル化された音声データはインターネットからのデータと並行して伝送でき、長距離通信でも完全に再現できることです（ノイズの影響を受けるアナログ信号とは対照的です）。

携帯電話は電話網に大きな影響を与えている。多くの市場で、携帯電話の加入者数は現在、固定電話の加入者数を上回っている。2005年の携帯電話の販売台数は合計8億1,660万台で、アジア太平洋（2億400万台）、西ヨーロッパ（1億6,400万台）、CEMEA（中央ヨーロッパ、中東、アフリカ）（1億5,350万台）、北米（1億4,800万台）、ラテンアメリカ（1億200万台）の各市場でほぼ均等にシェアされている。[ 73 ] 1999年からの5年間の新規加入者数では、アフリカが58.2%の成長率で他の市場を上回っている。[ 74 ]これらの電話は、音声コンテンツがGSMやW-CDMAなどのデジタルで送信されるシステムによってサービス提供されることが増えており、多くの市場でAMPSなどのアナログシステムが廃止されている。[ 75 ]

電話通信にも、舞台裏で劇的な変化がありました。 1988年のTAT-8の運用開始を皮切りに、1990年代には光ファイバーをベースとしたシステムが広く普及しました。光ファイバー通信の利点は、データ容量が飛躍的に増加することです。TAT-8自体は、当時敷設された最後の銅線ケーブルの10倍の通話量を伝送でき、今日の光ファイバーケーブルはTAT-8の25倍の通話量を伝送できます。[ 76 ]このデータ容量の増加は、いくつかの要因によるものです。第一に、光ファイバーは競合技術に比べて物理的にはるかに小型です。第二に、光ファイバーはクロストークの影響を受けないため、数百本の光ファイバーを1本のケーブルに簡単に束ねることができます。[ 77 ]最後に、多重化技術の向上により、1本の光ファイバーのデータ容量が飛躍的に増加しました。[ 78 ] [ 79 ]

多くの現代の光ファイバーネットワークにおける通信を支えているのは、非同期転送モード（ATM）と呼ばれるプロトコルです。ATMプロトコルは、第2段落で述べた並列データ伝送を可能にします。公衆電話網に適しているのは、ネットワークを介したデータ経路を確立し、その経路にトラフィック契約を関連付けるためです。トラフィック契約とは、本質的には、ネットワークがデータをどのように処理するかについてのクライアントとネットワーク間の合意です。ネットワークがトラフィック契約の条件を満たせない場合、接続は受け入れられません。これは、電話通話において一定のビットレートを保証する契約をネゴシエートできるため、重要です。これにより、発信者の音声が部分的に遅延したり、完全に途切れたりすることがなくなります。[ 80 ] ATMの競合技術として、マルチプロトコル・ラベル・スイッチング（MPLS）などが挙げられます。これらは同様の機能を果たし、将来的にはATMに取って代わると予想されています。[ 81 ] [ 82 ]

ラジオとテレビ

デジタルテレビ規格と世界的な採用

放送システムでは、中央の高出力放送塔から高周波電磁波が多数の低出力受信機に送信される。塔から送信された高周波波は、映像情報または音声情報を含む信号で変調される。受信機は高周波波を受信できるように調整され、復調器を用いて映像情報または音声情報を含む信号が取り出される。放送信号は、アナログ（信号が情報に応じて連続的に変化する）またはデジタル（情報が離散的な値の集合として符号化される）のいずれかである。[ 41 ] [ 83 ]

放送メディア産業は発展の重要な転換期にあり、多くの国がアナログ放送からデジタル放送へと移行しています。この移行は、より安価で高速かつ高性能な集積回路の製造によって可能になりました。デジタル放送の主な利点は、従来のアナログ放送によく見られた多くの苦情を防げることです。テレビの場合、画像が乱れたり、ゴーストやその他の歪みなどの問題が解消されます。これらはアナログ伝送の性質上発生するもので、ノイズによる変動が最終出力に顕著に表れます。デジタル伝送では、受信時にデジタル信号が離散値に変換されるため、小さな変動が最終出力に影響しないため、この問題は克服されています。単純化した例では、バイナリ メッセージ 1011 が信号振幅 [1.0 0.0 1.0 1.0] で送信され、信号振幅 [0.9 0.2 1.1 0.9] で受信された場合でも、バイナリ メッセージ 1011 にデコードされ、送信内容が完全に再現されます。この例から、デジタル伝送の問題として、ノイズが大きすぎると復号されたメッセージが大きく変化する可能性があることも分かります。前方誤り訂正を用いることで、受信機は結果のメッセージに含まれる少数のビットエラーを訂正できますが、ノイズが大きすぎると出力が理解不能となり、伝送が破綻してしまいます。[ 84 ] [ 85 ]

デジタルテレビ放送では、世界中で採用される可能性が高い3つの競合する規格があります。これらは、 ATSC、DVBおよびISDB規格です。これらの規格のこれまでの採用状況は、キャプション付きの地図に示されています。3つの規格はすべて、ビデオ圧縮にMPEG-2を使用します。ATSC はオーディオ圧縮にドルビーデジタルAC-3 を使用し、ISDB はAdvanced Audio Coding (MPEG-2 Part 7) を使用し、DVB にはオーディオ圧縮の規格はありませんが、通常はMPEG-1 Part 3 Layer 2を使用します。 [ 86 ] [ 87 ]変調の選択も方式によって異なります。デジタルオーディオ放送では、規格ははるかに統一されており、事実上すべての国がデジタルオーディオ放送規格 ( Eureka 147規格としても知られています) の採用を選択しています。例外は、 HD Radio の採用を選択した米国です。HD Radio は、 Eureka 147 とは異なり、インバンド オンチャネル伝送と呼ばれる伝送方式に基づいており、デジタル情報を通常の AM または FM アナログ伝送にピギーバックすることができます。[ 88 ]

しかし、デジタルへの移行が差し迫っているにもかかわらず、ほとんどの国ではアナログテレビが引き続き送信されている。例外は米国で、2009年6月12日に（超低出力のテレビ局を除くすべての局による）アナログテレビ送信を終了した。 [ 89 ]切り替え期限を2度延期した後、ケニアもアナログテレビ送信を2014年12月に終了した。アナログテレビの場合、カラーテレビの放送には3つの標準が使用されていた（採用に関する地図を参照）。これらは、PAL（ドイツ設計）、NTSC（アメリカ設計）、およびSECAM（フランス設計）として知られている。アナログラジオの場合、デジタルラジオへの切り替えは、デジタル受信機のコストが高いために困難になっている。[ 90 ]アナログラジオの変調方式は、通常、振幅（AM）または周波数変調（FM）のいずれかである。ステレオ再生を実現するために、ステレオFMには振幅変調サブキャリアが使用され、ステレオAMまたはC-QUAMには直交振幅変調が使用されます。

インターネット

OSI参照モデル

インターネットは、インターネットプロトコル（IP）を用いて相互に通信するコンピュータとコンピュータネットワークの世界規模のネットワークです。 [ 91 ]インターネット上のすべてのコンピュータは、他のコンピュータが情報をルーティングするために使用できる固有のIPアドレスを持っています。したがって、インターネット上のどのコンピュータも、そのIPアドレスを使用して他のコンピュータにメッセージを送信できます。これらのメッセージには送信元コンピュータのIPアドレスが含まれ、双方向通信が可能になります。このように、インターネットはコンピュータ間のメッセージ交換の場となっています。[ 92 ]

2000年に双方向通信ネットワークを流れる情報の51%はインターネットを介して流れていたと推定されています（残りの大部分（42%）は固定電話を経由）。2007年までにはインターネットが明らかに支配し、通信ネットワーク上のすべての情報の97%を獲得しました（残りの大部分（2%）は携帯電話を経由）。[ 37 ] 2008年現在、世界人口の21.9%がインターネットにアクセスしていると推定され、アクセス率（人口の割合で測定）が最も高いのは北米（73.6%）、オセアニア/オーストラリア（59.5%）、ヨーロッパ（48.1%）です。[ 93 ]ブロードバンドアクセスでは、アイスランド（26.7%）、韓国（25.4%）、オランダ（25.3%）が世界をリードしました。[ 94 ]

インターネットは、コンピュータとルータ間の通信方法を制御するプロトコルによって部分的に機能しています。コンピュータネットワーク通信の性質上、プロトコルスタック内の個々のプロトコルは他のプロトコルからほぼ独立して動作する階層型アプローチが採用されています。これにより、上位レベルのプロトコルの動作を変更することなく、下位レベルのプロトコルをネットワーク状況に合わせてカスタマイズできます。これが重要である理由の具体的な例として、Webブラウザは、コンピュータがイーサネット接続でインターネットに接続されていても、Wi-Fi接続で接続されていても、同じコードを実行できることが挙げられます。プロトコルは、1983年に登場した、普遍的に採用されるネットワークプロトコルスイートを構築するための最初のステップとして、その位置づけ（右図）の観点から語られることがよくあります。[ 95 ]

インターネットでは、パケットが地球を移動するにつれて、物理媒体とデータリンクプロトコルが何度も変化する可能性があります。これは、インターネットが物理媒体やデータリンクプロトコルの使用に制約を設けていないためです。そのため、ローカルネットワークの状況に最適なメディアとプロトコルが採用されます。実際には、ほとんどの大陸間通信では、光ファイバー上で非同期転送モード（ATM）プロトコル（または同等の最新プロトコル）が使用されます。これは、ほとんどの大陸間通信において、インターネットが公衆交換電話網と同じインフラストラクチャを共有しているためです。

ネットワーク層では、論理アドレス指定にインターネットプロトコル（IP）が採用され、標準化が進んでいます。ワールドワイドウェブでは、これらのIPアドレスはドメインネームシステムを用いて人間が読める形式から生成されます（例えば、72.14.207.99はGoogleから派生しています）。現在、最も広く使用されているインターネットプロトコルのバージョンはバージョン4ですが、バージョン6への移行が間近に迫っています。[ 96 ]

トランスポート層では、ほとんどの通信は伝送制御プロトコル (TCP) またはユーザーデータグラムプロトコル(UDP) のいずれかを採用しています。TCP は、送信されたすべてのメッセージが他のコンピューターで受信されることが必須である場合に使用され、UDP はそれが単に望ましい場合にのみ使用されます。TCP では、パケットは失われた場合に再送され、上位層に渡される前に順序が整えられます。UDP では、パケットは順序付けも再送もされません。TCP パケットと UDP パケットは両方ともポート番号を持ち、パケットを処理すべきアプリケーションまたはプロセスを指定します。[ 97 ]一部のアプリケーションレベルのプロトコルは特定のポートを使用するため、ネットワーク管理者は特定の要件に合わせてトラフィックを操作できます。例としては、特定のポート宛てのトラフィックをブロックしてインターネットアクセスを制限したり、優先順位を割り当てて特定のアプリケーションのパフォーマンスに影響を与えたりすることが挙げられます。

トランスポート層の上には、セッション層やプレゼンテーション層に緩く組み込まれる、時折使用される特定のプロトコルがあります。中でも特に注目すべきは、セキュア・ソケット・レイヤー（SSL）とトランスポート層セキュリティ（TLS）プロトコルです。これらのプロトコルは、二者間で転送されるデータの機密性を完全に確保します。[ 98 ]最後に、アプリケーション層には、HTTP（ウェブブラウジング）、POP3（電子メール）、FTP（ファイル転送）、IRC（インターネットチャット）、BitTorrent（ファイル共有）、 XMPP（インスタントメッセージング）など、インターネットユーザーに馴染みのある多くのプロトコルがあります。

VoIP（ Voice over Internet Protocol ）は、データパケットを同期音声通信に利用することを可能にする。データパケットは音声タイプのパケットとしてマークされ、ネットワーク管理者によって優先順位付けが可能であるため、リアルタイムの同期会話が、遅延（ファイル転送や電子メールなど）や事前にバッファリング（音声や動画など）できる他の種類のデータトラフィックとの競合を軽減することができる。ネットワークに同時に発生するすべてのVoIP通話に対応できる十分な容量があり、ネットワークが優先順位付けに対応している場合（つまり、企業向けのプライベートネットワーク）は、この優先順位付けは適切である。しかし、インターネットは一般的にこのように管理されていないため、プライベートネットワークとパブリックインターネットではVoIP通話の品質に大きな差が生じる可能性がある。[ 99 ]

ローカルエリアネットワークとワイドエリアネットワーク

インターネットの発展にもかかわらず、数キロメートルを超えないコンピュータネットワークであるローカルエリアネットワーク（LAN）の特性は依然として明確です。これは、この規模のネットワークは大規模ネットワークに付随するすべての機能を必要とせず、それらを必要とせずともコスト効率と効率が向上する場合が多いためです。インターネットに接続されていない場合、プライバシーとセキュリティの面でメリットもあります。しかし、インターネットへの直接接続を意図的に行わないことは、ハッカー、軍事力、あるいは経済力から確実に保護されるわけではありません。これらの脅威は、LANにリモート接続する方法が存在する限り、依然として存在します。

広域ネットワーク（WAN）は、数千キロメートルに及ぶこともあるプライベートコンピュータネットワークです。ここでも、プライバシーとセキュリティが利点として挙げられます。プライベートLANやWANの主な利用者には、情報の安全と秘密保持が求められる軍隊や諜報機関などがあります。

1980年代半ばには、 OSI参照モデルのデータリンク層とアプリケーション層の間のギャップを埋めるために、いくつかの通信プロトコルが登場しました。これらには、AppleTalk、IPX、NetBIOSなどがあり、1990年代初頭にはMS-DOSユーザーに人気があったIPXが主流でした。この時点ではTCP/IPも存在していましたが、通常は大規模な政府機関や研究機関でのみ使用されていました。[ 100 ]

インターネットの普及に伴い、トラフィックをプライベートネットワークにルーティングする必要性が高まり、TCP/IPプロトコルが既存のローカルエリアネットワーク技術に取って代わりました。DHCPなどの追加技術により、TCP/IPベースのコンピュータはネットワーク内で自己構成できるようになりました。このような機能は、 AppleTalk/IPX/NetBIOSプロトコルセットにも存在していました。[ 101 ]

非同期転送モード（ATM）やマルチプロトコル・ラベル・スイッチング（MPLS）は、WANなどの大規模ネットワークにおける典型的なデータリンク・プロトコルであるのに対し、イーサネットとトークンリングはLANにおける典型的なデータリンク・プロトコルです。これらのプロトコルは、サービス品質保証などの機能を省略し、メディアアクセス制御を提供するなど、よりシンプルであるという点で前者とは異なります。これらの違いにより、より経済的なシステムが可能になります。[ 102 ]

1980年代と1990年代にはトークンリングがささやかに人気を博しましたが、現在では事実上すべてのLANが有線または無線のイーサネット設備を使用しています。物理層では、ほとんどの有線イーサネット実装は銅線ツイストペアケーブル（一般的な10BASE-Tネットワークを含む）を使用しています。しかし、初期の実装ではより太い同軸ケーブルが使用されており、最近の実装（特に高速のもの）では光ファイバーが使用されています。[ 103 ]光ファイバーを使用する場合、マルチモードファイバーとシングルモードファイバーを区別する必要があります。マルチモードファイバーは、デバイスの製造コストが安い太い光ファイバーと考えることができますが、使用可能な帯域幅が狭く、減衰が大きいため、長距離性能が低下します。[ 104 ]

参照

参考文献

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参考文献

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