携帯電話

定義

携帯電話は、移動しながらの通話が可能な電話サービスである。無線通信機器の一種であり、電波によって情報のやり取りを行っている。携帯電話が発する電波の波長は20cm程度である。
世界的に狭義の「携帯電話」の範疇に入るものとしては、iDENなどの第二世代携帯電話以降の規格を使っているデジタルMCA無線などの移動体通信携帯端末や、無線免許を要しないUnlicensed Personal Communications Services (UPCS) やPHSやDECTなどのいわゆる小電力無線局の携帯端末などがある。
日本の法令上は、先行して登場した移動体通信システムである自動車電話からの流れで「携帯・自動車電話」という表現がなされていたが、現在は「携帯電話」になっている。

構想時代

携帯電話の構想は、電話機が考案されて間もない頃からあった。電波を使用して無線で通信でき、かつ人間同士が音声にて会話することが夢として描かれていた。モールス符号を用いる無線電信機は携帯電話の元になる技術だが、実用化されても爆発的に普及するようになるものだとはこの時点では考えられていなかった。
また、携帯できる電話を開発する具体的な研究は古くから行われてきたが、電波のノイズの問題やバッテリーの問題、また通信速度などの多くの問題により電話機が非常に大型になってしまうため、実現は難しかった。

トランシーバーから車載電話機

第二次世界大戦中にアメリカ軍が使用したモトローラ製の「Walkie Talkie」（SCR-536）が携帯電話の前身といわれる。しかし、これは回線を使用していないトランシーバーである。
戦後1946年には、アメリカのベル・システム（AT&Tの子会社）は無線の電話回線サービスであるMTSを開始した。これは、トランシーバーなどの無線電話が専用の無線回線を用いるのに対し、公衆の電話回線を用いることで、無線通信を一般向けのサービスにまで広げた。こうして、民間でも固定通信に加えて移動体通信サービスが利用可能となった。ただし、当時は人が日常的に携帯できるサイズの電話は技術的に実用化されておらず、車載電話機として設置できるものが小型化の限界であった。アメリカに続いて、ヨーロッパ各国でも同様のサービスが次々と始まった。この無線電話回線サービスは後に、より新しい携帯電話回線サービス（1G~5G）と対比して、0Gと呼ばれるようになった(レトロニム)。
接続が完全自動化された無線電話回線サービスは、スウェーデンのMTDと呼ばれるもので、1956年にサービスが開始された。これらのサービスは実用性の面で一般に広く普及することは難しかったが、1971年にフィンランドで開始されたARPという0Gサービスは、移動体通信ネットワークをはりめぐらせ、電波のカバレッジに途切れなく国中で使用でき、ユーザーに広く利用された最初の成功例となった。

1960年-70年代：端末小型化への努力

それ以前は車やバイク、その他の乗り物へ設置できるが、人が持ち運ぶには非実用的なサイズであった。1960年代になると、両手で持ちながら会話できる程度まで小さくすることが可能となったが、短時間の通話でも疲れてしまうほどに重かった。1970年代になると頑張れば片手で持てる程度の大きさまで小型化した。
1970年に大阪府で開催された日本万国博覧会では、ワイヤレスホンとして後年で言うところのコードレスフォンが出展された。これは数メートル程度しか電波が飛ばず、会場内で端末同士が通話できる機器であり、厳密には公衆の電話回線を利用する電話とは異なるものであった。
1973年4月3日、モトローラのエンジニアであるMartin Cooperは実際の無線電話回線に繋げて電話をかけることのできる世界で初めての手持ち可能な携帯電話を試作し、デモンストレーションを行った。この時、彼は携帯電話開発のライバルであったベル・システム社のen:Joel S. Engelへと電話をかけた。この電話はコードレスで、重さ1.1kg、大きさ23×13×4.5cmであり、一度の充電で30分間会話ができたが、再充電には10時間が必要であった。

1970年代後半-80年代前半：実用化時代（車載電話）

1979年には、日本において第1世代移動通信システム (1G) を採用したサービスが世界で初めて実用化された。これは上述の0G よりも、速度やカバレッジにおいて新しい技術であった。ただし、これは車載電話機を使った自動車電話サービスで、現在の携帯電話とは異なるものである。1981年にはバーレーンとスカンディナヴィア地域でもサービスを開始した。
なお、アメリカ合衆国では1978年にAT&Tとモトローラに対して実用化実験の許可が出ていたが、実現には至らなかった。遅れを取った同国はモトローラによる当時のロナルド・レーガン大統領への直訴も功を奏し、1981年に実用化がなされた。
1980年前後から事業として成立するようになり、一部の先進国で車載電話機（自動車電話）として携帯電話機の販売やサービスが開始された。当時は固定電話機と比較すると導入価格や通信費用は共に数十倍であるうえ、通信エリアも都市部に限定されていたため、ごく一部の限られたユーザーが導入するのみであった。

1980年代半ば頃：実用化時代（ポータブルタイプ）

車載型ではないポータブルタイプとして、1983年にモトローラより発売されたMotorola DynaTACが世界初の市販の手持ちできる携帯電話である。
日本では、1985年にNTTが「ショルダーホン」を発売している。肩にかけて持ち運ぶもので、重量は3Kgだった。携帯電話と称したものは1987年にNTTから発売されており、体積は500cc、重量は900gだった。

1990年代：デジタル化・多機能化

1990年代になると端末の普及が進み、本体に液晶ディスプレイが搭載され始めた。また、1991年にフィンランドを皮切りに、日本でも1990年代半ばより第2世代移動通信システム (2G) サービスが始まり、通信方式がアナログからデジタルへと移行した。通信規格として、ヨーロッパのGSMとアメリカのCDMAがあった。これによって、着信音に好みの音楽が設定できる着信メロディや、ポケットベルと連帯したメッセージサービスを利用できるようになった。
1999年にはiモードが日本でスタートし、インターネット網への接続が可能となり、通信速度が向上し、画像やJavaを使用したゲームなどの利用が可能となった。

2001年以降：3G時代（インターネットとの融合）

2000年代に入ると第3世代携帯電話（3G) が登場する。2001年に世界に先駆け日本で3G (W-CDMA) の商用サービスが始まった。テレビ電話が可能となったほか、パソコンと接続して高速なデータ通信が行えるようになった。またラストワンマイルの問題が解決しやすいことから発展途上国でも爆発的に普及し始め、英調査会社 “Informa Telecoms & Media”の2007年11月29日（英国時間）の発表によれば、世界全体での普及率が5割に達した。ことアフリカにおいては、固定インフラの整備が停滞している一方で携帯電話の普及率や潜在市場は膨大なものが予測されており、市場の急成長が注目を集めているが、その一方で電力インフラの整備が追いついていない地域では、携帯電話の利用に必須な電源として自動車のバッテリーからや人力発電による「充電屋」のような商売も勃興している。

2007年以降：スマートフォン時代

2007年からは携帯情報端末（PDA）が更に進化し、パソコンとの差異が処理能力などの差だけとなった、スマートフォンが普及している。先んじて1999年以降には一定の処理機能を備えたPDAに移動体端末の機能を複合させた延長的な製品は散発的に発売されいくつか存在していたが、2007年に発売されたiPhoneをきっかけにスマートフォンに注目が集まった（日本では2008年発売のiPhone 3Gが初）が、当初はマニアや一部ビジネスマンを中心とする需要にとどまった。iPhoneに先んじて独自OSを搭載し一部の先進的機器に関心の高いユーザーを獲得していたいくつかのメーカーと、GoogleおよびOpen Handset Allianceが開発したAndroidをOSとした様々なメーカー、マイクロソフトが開発するWindows Mobileやこれに続くWindowsを冠したOSを搭載したWindows Phone（製造はいくつかの携帯電話メーカー）などが入り乱れる市場を形成し、2010年からは各キャリアからAndroidを搭載したスマートフォンの発売が相次ぐと、一般ユーザーからのスマートフォンに対する関心を集め爆発的な普及が始まり現在に至る。
ただユーザーの中には通信費用がより多くかかり操作がわかりにくくバッテリーの持ちが悪いなどスマートフォンに対する拒否感を抱いている層も存在し、日本の2015年現在においても従来型となるフィーチャーフォンへの需要が存在する。ただフィーチャーフォンは端末が専用設計となるなどメーカーにとっては負担が大きいため、外見的にはフィーチャーフォンを踏襲しながら内部はスマートフォンのそれを流用する折衷型ともいえる機種（ガラホ）も登場している。
2010年代には、3Gの発展形でさらに高速となった第4世代携帯電話（4G) サービスが始まった。WiMAX方式はアメリカで、LTE方式はスカンジナビアで最初に利用可能となった。
2018-19年には、第5世代携帯電話（5G) サービスの運用が局所的に始まった。

携帯電話端末

端末本体は、一般社会や日常生活では単に「携帯（けいたい）」と呼ばれることが多く、「携帯」の語は携帯電話の端末を総称するような言葉のように使われており、完全に定着している。また通称として「ケータイ」「ケイタイ」と表記されることも多い。NTTドコモや「電電ファミリー」の制作した技術文書では移動機（いどうき）と書かれることもしばしばある。

構成部位

携帯電話の端末には、アンテナ、スピーカー、マイクと、これらを制御する電子回路と、入力のための暗い場所でも見やすいよう大体光るようになっているボタンと、電源があるが、機能の増加からパーツは増える傾向にある。最近の端末ではディスプレイを搭載しており、液晶や無機EL、有機EL、発光ダイオードなどさまざまな素材が利用されている。初期型の製品にはアンテナがほとんど露出していたが、2000年代中頃に内蔵の機種が増え、現在のアンテナはほとんどが内蔵型である(ワンセグ対応機種はテレビアンテナが付いている)。

電源

また電源も初期には一次電池が使われていたが、二次電池の発達により1990年代にはニカド電池およびニッケル・水素蓄電池が、2000年代はリチウムイオン電池が主流である。携帯電話端末本体が充電器の役割も兼ねており、二次電池の充電回路を搭載している。そのため外部電源を接続することで本体から電池を取り出さなくとも充電が可能である。機種によっては専用の充電用簡易スタンドが付属する場合があり、外部電源との接続が容易である。
外部電源としてはACアダプタによる直流電源が用いられる。家庭用電源を電源とし、3.7 - 5 V程度に電圧を落として供給される。

演算・記憶装置

端末のデジタル化により、通信処理を司るベースバンドLSIを利用してコンピュータ化が進み、電話帳機能や発着信履歴の保存のためにフラッシュメモリによる不揮発記憶装置による補助記憶領域も備えるようになった。このことで着信音にバリエーションを持たせることが可能となった。
さらに携帯電話でモバイルブラウザを動かしたり、画像や音楽といったマルチメディアデータを扱うようになると、ベースバンドLSIとは独立したCPUが搭載されるようになった。補助記憶装置の必要性はさらに増し、内蔵の補助記憶装置のみでは容量不足となった。そのため2000年代に入ると外部にメモリーカードのスロットを設け、外部メモリへの記録も可能とした。初期ではSDカードやメモリースティックが用いられていたが、端末に占める容積が大きかったためminiSDカードやmicroSDカード、メモリースティックDuoなどの、携帯電話に特化したメモリーカードが開発された。
このような外部メモリのスロットは主に端末の下部や側面部などに設けられていたが、近年発売されているmicroSD対応端末においては頻繁な交換を想定せず、バッテリスペースの内部に設けられている機種もある。

機能

通常の通話機能とSMS程度の単機能のみの機種から、携帯情報端末 (PDA) を凌ぐ多機能な機種まで、さまざまな製品が存在する。高機能機種の中には、内蔵するオペレーティングシステムの機能を利用者に開放し、利用者自身でプログラムを追加したり開発したりできるものもあり、スマートフォンと呼ばれる。
日本では、高機能（高価）な機種でもインセンティブ（販売報奨金）により安価に流通させるビジネスモデルがとられたため、高機能機種が広く普及している。また韓国の携帯電話も高機能機種が多いことで知られる。その他の国では、回線契約と端末の分離により端末の価格が機能に比例することや、コンテンツサービスが発展途上であり必ずしも高機能な端末が必要とされないことなどから、安価で基本的な機能の端末にも根強い人気がある。
カメラ付き携帯電話が登場し、カメラ機能を利用した画像解析機能によりQRコードやJANコードが読み取れるようになった。特にQRコードは大容量の文字データを格納することができるため普及した(参考：携帯機器)。

ソフトウェア

携帯電話は限られたメモリ空間である一方で、多くの機能を搭載する高性能な電子デバイスであることから、専用のソフトウェアが搭載される。WindowsやmacOSのようなパソコン用OSのサブセットが搭載されている場合もあるが、パソコンのアプリケーションがそのまま動作することはない。

OS

よく使われているオペレーティングシステム（OS）としては、Symbian OS（シンビアン）、REX OS/BREW/Brew MP (クアルコム) 、ITRON/T-Engine（TRONプロジェクト）がある。その他には、OS-9、Nucleus RTOS、China MobileSoft、MIZI、SavaJeがある。LinuxカーネルをベースとしたOS (MontaVista Linux、T-Linux) もある。
各メーカーがOS-9やNucleus RTOS、iTRONなどのRTOSから、Symbian OSやLinuxなど携帯電話向け汎用OSの採用に動いているのは、3Gの到来とともに、その開発コストが高騰しているからである。端末の高機能化が進み、ソフトウェア規模が巨大化してきているため、限られたハードウェアで動作させる組み込み用途を想定したRTOSでは、開発環境、ミドルウェア調達など、コスト面で不利な点が多くなってきている。「RTOSは通信制御を受け持ち、ユーザインターフェースやアプリケーションの動作は汎用OSが担当する」というハイブリッドOS実装もあるが、2つのOSを協調動作させることには難しい点も多く、リアルタイム性能を高めた汎用OSへ集約される傾向にある。
OSと、その上層のミドルウェアを端末メーカ各社で共通化したプラットフォームとして、NTTドコモは、MOAPやオペレータパック
を開発した。OS部分にはSymbian OSかLinuxを用いる。それまで、端末メーカ各社が自社で携帯電話用のインターフェース、ミドルウェア等を開発してきたが、共通プラットフォームによって開発コストの抑制、開発速度の向上が図れる。
同様にKDDIはクアルコムのREX OS、およびBREW、Brew MPをそれぞれ母体に、KCP（2005夏モデル - 2015年春モデルまで）、KCP+（2007年冬モデル - 2011年夏モデルまで）、KCP3.x（2010年夏モデル - 2014年冬モデルまで）という共通プラットフォームを開発した。

スマートフォン用OS

スマートフォン用OSとして、iOS、Android、BlackBerry、Windows Mobileなどがある。
特にアップルのiOSとGoogleのAndroidで市場シェアの98%が占められている（2019年現在、IDC調べ）。

サービス

基地局の整備により、広いサービスエリアにおいて屋外で高速移動中でも安定した通話・通信が利用可能である。第三世代携帯電話は、高速パケット通信と高い周波数利用効率が特長である。なお、高速な無線アクセスとしても利用可能であるが、利用形態によっては高額な課金となり、この現象が俗にパケ死と呼ばれる。また、電話機端末単体による通話・通信の総トラフィック（データ量）に占める割合が高い傾向にある。また、デジタルツールとしての多機能化も関係している。

通話

携帯電話での音声伝送方式は、当初はアナログ方式を採用しており途中からデジタル方式へと切り替えられた。当初サービスが開始された時点でのアナログ方式での通信は、暗号化されずにそのまま送信されていたため、ノイズが乗りやすいだけでなく、傍受が容易に行えるという欠点があった。そのため、強固な暗号化が可能なデジタル化が行われた。
国によってはその頃、固定電話網もアナログ方式からデジタル方式 (ISDN) への切り替えが進んでいたが、固定電話網のデジタル方式はパルス符号変調 (PCM) であるのに対し、携帯電話網の方はより圧縮度の高い音声コーデック（主に AMR 形式）を使用している。両電話網の相互接続通話の際には、アナログ方式同士ならば単純だが、デジタル方式では（アナログ・デジタル併存の時期を含め）コーデック変換が、網関門交換機において必要である。
また、音声コーデックの方式は携帯電話事業者やサービス種別によって異なるため、事業者相互・方式相互の音声コーデック変換も必要となる。このため、コーデックの組み合わせによっては変換ロスにより、音声の品質が劣化してしまう。基本的には、同一事業者・同一方式の携帯電話同士の通話では変換によるロスは起こらないため、本来の通話品質を発揮できる。

通信

当初の携帯電話には通話機能しか無かったが、音声通話のデジタル化により端末全体がデジタル化し、これによりパケット通信によるデジタルネットワークへの接続が可能となった。デジタルネットワークの中でも、世界的に普及しているインターネットへの接続が早くから行われ、携帯電話でインターネット網にアクセス出来るようになった。クライアント化である。
これにより携帯電話を対象にしたウェブページが携帯電話会社から公式サイトとして設立されたり、また個人でインターネット上に携帯電話を対象にした勝手サイトと呼ばれるサイトが開設されるようになる。さらに携帯電話の高速通信化により、通信機能を利用して携帯電話で金銭の管理を行うモバイルバンキングやオンライントレードも行えるようになっただけでなく、動画コンテンツの閲覧も可能となった。
従来、携帯電話ではそれのみを対象にして作られた簡素なHTMLによるウェブページしか表示できなかったが、近年ではブラウザを搭載した端末も実現し、パソコン向けに作成されたコンテンツの閲覧が可能となった。

料金形態

料金は音声通話の場合は通話時間、データ通信の場合は通信時間またはデータ量で算出されるのは国際的に共通である。プリペイド（前払い）、ネットワークを自前で持たない仮想移動体通信事業者 (MVNO) によるサービスもある。
プリペイドの場合、基本料金はないが、最後に入金してからの経過日数によって有効期限が定められているため、使用頻度が低くても定期的に入金する必要はある。EUは、全般にプリペイド比率が高い。
アメリカなどでは、音声通話は一定時間まで定額であるのが一般的である。また、夜9時以降および週末の通話は無料になる契約が多い。その反面、一般的に、電話を掛けた側だけでなく、受けた側も通話料が発生する。

ビジネスモデル

2007年現在、世界の携帯電話で使用される通信方式はGSMが約7割を占めている。GSMでは、音声通話サービスはもとより、データ通信サービスの仕様までもが、ほぼ共通化されている。また、技術的には、SIMカードを交換することにより、通信事業者を変えることが可能である。このため、端末メーカは最初に世界共通モデルを開発して、必要な場合にだけ、小規模の特定事業者向けのカスタマイズをするのが主流である。
海外ではひとつの機種でもメーカーの出す業界標準の機能のみを搭載している「スタンダードバージョン」とキャリア独自のサービスを付加したものの2種類販売されている。前者はSIMロックがかかっていないため通信方式が同じなら世界中どこでも利用できる。後者はインセンティブ制度のもと、SIMロックがついて販売されている。この辺の事情は日本と同じであるが、インセンティブの額は、日本は突出して大きい。
マーケット規模の巨大なGSM携帯電話は、世界規模での大量販売による価格競争が行われ、膨大な出荷台数を獲得している。

水濡れ

防水機能のない携帯電話は軽微な水濡れでも故障するので、利用者から「この程度の水濡れで故障するのは欠陥品ではないか」といった苦情が国民生活センターに寄せられている。国民生活センターでは、利用者に防水でない機種は水に濡らさないように注意し、水に濡れる使い方をする人は防水の機種を購入するように呼びかけている。携帯電話会社には消費者への周知徹底と日常の軽微な水濡れで故障しないような改善、修理をする場合は消費者に一方的な負担をさせないことを要望している。

異常過熱

機器に内蔵するリチウムイオン電池が異常過熱により爆発してけがや火災の原因となる事例もある。

健康への影響

WHO（世界保健機関）の一部であるIARC（国際がん研究機関）は2011年5月31日、発がん性リスクをランク分けする表（IARC発がん性リスク一覧）の中で、「携帯電話の使用」を、5段階中、上から3番目のGroup2Bのカテゴリーに入れたと発表した。（Group2Bは、ヒトに対する発癌性が疑われるグループである）。