電気通信

電気通信（でんきつうしん、、テレコミュニケーションズ）とは、電磁的方式により、符号・音響・影像などを送受信する通信。

手紙など電磁的ではない通信と対比する概念である。

電気通信分野の初期の発明者としては、アレクサンダー・グラハム・ベル、グリエルモ・マルコーニ、ジョン・ロジー・ベアードらが挙げられる。

有線通信・無線通信という区分があるが、現在のは有線・無線を適材適所に組み合わせて構築される。

用語と定義 日本の電気通信事業法は、「有線、無線その他の電磁的方式により、符号、音響又は影像を送り、伝え又は受けること」と定義している。

また、放送は公衆に向けた通信の送信とされ、電気通信の部分集合であるが、しばしば並立するものとして言及される。 例：「通信衛星と放送衛星」「通信事業者と放送事業者」「通信と放送の融合」

歴史

電気以前の通信

電信と電話 世界初の商業化された電信は1839年4月9日、チャールズ・ホイートストンとウィリアム・フォザギル・クックが構築したものである。ホイートストンもクックも彼らの装置を「（既存）の電磁式テレグラフの改良」と考えており、新たな装置とは見なしていなかったThe Electromagnetic Telegraph, J. B. Calvert, 19 May 2004.。

サミュエル・モールスも独自の電信を開発したが、1837年9月2日のデモンストレーションは失敗に終わった。ホイートストンの通信手法に比べて、モールス符号を定めた点が重要な利点だった。世界初の大西洋横断電信ケーブルが1866年7月27日に完成し、大陸間の電気通信の時代が始まったThe Atlantic Cable, Bern Dibner, Burndy Library Inc., 1959。

1849年、アントニオ・メウッチが音声を電線を通して伝える装置を発明した。しかし、メウッチの装置は「電気聴覚効果」というものを利用しており、電極を口にくわえることで電流を直接人体に流し、それによって聴覚を生じさせるものだった。このため、音質はよいが実用的とは言い難い面があったAntonio Santi Giuseppe Meucci, Eugenii Katz. (Retrieved May, 2006 from http://chem.ch.huji.ac.il/~eugeniik/history/meucci.html)。1876年、アレクサンダー・グラハム・ベルとイライシャ・グレイがそれぞれ独自に現代と同じ仕組みの電話を発明したElisha Gray, Oberlin College Archives, Electronic Oberlin Group, 2006.。世界初の商業化された電話サービスは1878年から1879年に、大西洋を挟んだニューヘイブンとロンドンでほぼ同時に開始されたConnected Earth: The telephone, BT, 2006.History of AT&T, AT&T, 2006.。

ラジオとテレビ 1832年、は学生たちに無線電信のデモンストレーションを披露した。1854年までには、スコットランドのテイ湾を挟んだダンディーとウッドヘイヴンの間（約3km）での通信に成功した。この場合は確かに電線はないが、水を伝送媒体として使っているJames Bowman Lindsay, Dundee City Council。1901年12月、グリエルモ・マルコーニはセントジョンズ（カナダ）とコーンウォールPoldhu（イギリス）との間で無線通信に成功し、それによってノーベル物理学賞を（1909年、フェルディナント・ブラウンと共同で）受賞したTesla Biography, Ljubo Vujovic, Tesla Memorial Society of New York, 1998.。ただしもっと小規模な無線通信は、1893年にニコラ・テスラがデモンストレーションし成功させていたTesla's Radio Controlled Boat, Twenty First Century Books, 2007.。

1925年3月25日、ジョン・ロジー・ベアードはロンドンの百貨店セルフリッジズで動画の転送実験を披露した。ベアードの装置はニプコー円板を使った機械式テレビジョンだった。これに基づいて、英国放送協会は1929年9月30日テレビの実験放送を開始したThe Pioneers, MZTV Museum of Television, 2006.。しかし20世紀のテレビのほとんどはフェルディナント・ブラウンの発明したブラウン管を使っている。そのようなテレビを最初に作ったのはフィロ・ファーンズワースで、1927年9月7日に家族に対してデモンストレーションを披露しているPhilo Farnsworth, Neil Postman, TIME Magazine, 29 March 1999。

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ハンプシャー州のダートマス大学に設置したテレタイプ端末からニューヨークにある複素数計算機（リレー式）に問題を送り、答を受け取るというデモンストレーションを行ったGeorge Stlibetz, Kerry Redshaw, 1996.。これは中央コンピュータ（メインフレーム）とリモートのダム端末という1950年代によく見られた構成と同じである。しかし、1960年代になる前に研究者らはパケット交換の研究を開始した。これは、中央のコンピュータを経由せずにデータを断片化して様々な場所のコンピュータとやり取りするテクノロジーである。1969年12月5日、4ノードのネットワークが構成され、ARPANETと名付けられた。1981年には、これが213ノードに成長している。

ARPANET関連の開発は Request for Comments というプロセスを中心として進められており、1969年4月7日に が発行されている。ARPANETはその後他のネットワークと融合してインターネットとなったため、このプロセスは重要である。今日のインターネットの様々な通信プロトコルは Request for Comment プロセスで策定されてきた。1981年9月、 で Internet Protocol v4 (IPv4)、 で Transmission Control Protocol (TCP) が定義され、今日のインターネットの大部分が基盤としているTCP/IPプロトコルが生まれた。

しかし、コンピュータネットワーク関連の重要な開発が全て Request for Comment プロセスで策定されたわけではない。1970年代、2つの重要な Local Area Network (LAN) 用リンクプロトコルが登場した。1974年10月29日、Olof Soderblom がトークンリングの特許を出願し、1976年7月の Communications of the ACM 誌にロバート・メトカーフと デビッド・ボグス がイーサネットに関する論文を発表したData transmission system, Olof Solderblom, PN 4,293,948, October 1974.Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks, Robert M. Metcalfe and David R. Boggs, Communications of the ACM (pp 395-404, Vol. 19, No. 5), July 1976.。

主な概念 基本要素 基本的な電気通信システムは以下の3つの要素から成る。 送信機は情報を信号に変換する。 伝送媒体はその信号を運ぶ。 受信機はその信号を受け取り、利用可能な情報に変換する。

例えば、ラジオ放送では放送用電波塔が送信機、自由空間が伝送媒体、ラジオが受信機である。電気通信システムでは、1つの装置が送信機と受信機を兼ねていることが多く、送受信機（トランシーバー）と呼ぶ。

電話回線による電気通信は1つの送信機と1つの受信機を繋ぐものであり、ポイント・ツー・ポイントである。ラジオ放送による電気通信は強力な送信機と多数の受信機という構成であるため、放送である。

アナログとデジタル 信号にはアナログとデジタルがある。アナログ信号では、情報に応じて信号が連続的に変化する。デジタル信号では、情報が離散値（例えば1と0）に符号化される。伝送時、アナログ信号が運ぶ情報はノイズによって劣化する。一方デジタル信号では、ノイズがあるしきい値未満であれば情報はそのまま保持される。ノイズへの耐性はデジタル信号がアナログ信号より優れている点の1つである。

ネットワーク 電気通信網は送信機・受信機・送受信機の集合体であり、それらが相互に通信する。デジタルネットワークにはルーターがあり、正しいユーザーへと情報を転送する。アナログネットワークには交換機があり、ユーザー間の接続を確立する。どちらのネットワークであっても、遠距離に信号を伝送するには信号を増幅したり再作成するための中継機が必要になることがある。そうしないと、信号が減衰してノイズと区別できなくなるATIS Telecom Glossary 2000, ATIS Committee T1A1 Performance and Signal Processing (approved by the American National Standards Institute), 28 February 2001.。

伝送路 伝送媒体を区分けしたものが伝送路であり、そうすることで情報の流れを複数送ることができる。例えば、ラジオ局はそれぞれ異なる周波数の電波を送信する。この場合は、伝送媒体を周波数で区分けしたものが伝送路である。また時間を細かく区切り、それぞれを異なる伝送路に割り当てる方式を時分割多重化と呼び、光ファイバーによる通信などで採用している。

変調 情報を運搬するよう信号を形成することを変調と呼ばれる。変調はデジタルのメッセージをアナログの波形で表すのにも使われる。そのような変調を デジタル変調 (keying) と呼び、位相偏移変調、周波数偏移変調、振幅偏移変調などがある。例えばBluetoothは位相偏移変調を使っているHaykin, pp 344-403.。

変調はアナログ信号の情報をより高い周波数で伝送するのにも使われる。周波数が低いと自由空間上で効率的に伝送することができないため、変調が必要になる。低周波数のアナログ信号の持つ情報を高周波数の信号（搬送波）に載せてから発信する。変調方式はいくつかあり、代表的なものとしては振幅変調と周波数変調があるHaykin, pp 88-126.。

電気通信と社会 電気通信は現代社会に社会的にも、文化的にも、経済的にも大きな影響を与えている。

経済への影響 2006年時点で、電気通信業界の総収入は1兆2千億ドル、世界総生産の3%弱と見積もられている（公式の通貨換算レート）Telecom Industry Revenue to Reach $1.2 Trillion in 2006, IT News Online, 2005-12-18.。ここでは、電気通信の社会への影響を論じる。

ミクロ経済 ミクロ経済の規模では、企業は電気通信を使って国際的帝国を構築してきた。Amazon.comのようなオンライン販売業者ではこれは自明だが、Edward Lenert によれば、ウォルマートのような普通の小売業者も電気通信基盤を改善することで同業他社に対して優位に立っているとしている。世界中の都市では、各家庭で宅配ピザから電気工事まで各種サービスを電話で注文することができる。相対的に貧困な社会でも、電気通信による恩恵を受けている。バングラデシュの僻地の村からでも、卸売り業者に携帯電話で直接連絡し、商品をより高く買い取ってくれる業者を探すことができる。コートジボワールのコーヒー栽培者は携帯電話で刻々と変化するコーヒーの価格をフォローし、最高値で売るようにしている。

マクロ経済 マクロ経済の規模では、Lars-Hendrik Röller と Leonard Waverman がよい電気通信基盤と経済成長に因果関係があると示唆した。因果関係と見ることに反対する者もいるが、相関関係があることを否定する者はほとんどいない（相関関係と因果関係）。

よい電気通信基盤は経済によい影響を与えるため、世界中の各国で電気通信サービスへのアクセスの格差、すなわち情報格差への懸念が増大している。国際電気通信連合 (ITU) が2003年に行った調査で、約3分の1の国で国民20人当たりの携帯電話加入は1人未満、約3分の1の国で国民20人当たりの固定電話加入は1人未満ということが明らかになった。インターネットアクセスに関しては、約半分の国で国民20人当たりでインターネットアクセスは1人未満だった。これらの情報と教育に関するデータを総合し、ITUは市民が情報および通信テクノロジーにアクセスし利用する能力の国別指数を算定した。それによると上位3位まではスウェーデン、デンマーク、アイスランドで、最下位3位まではアフリカのナイジェリア、ブルキナファソ、マリ共和国となったWorld Telecommunication Development Report 2003, International Telecommunication Union, 2003.。

社会への影響 電気通信は社会関係にも大きな役割を果たしている。それにも関わらず、電話のような装置は元来実用面だけを強調して宣伝され、社会的側面は宣伝されなかった。電話の社会的側面が広告のテーマとなるのは1920年代末から1930年代になってからだった。新たなプロモーションでは、消費者の感情に訴え、社会的会話の重要性や家族や友人とつながったままでいられることの重要性を強調したFischer, Claude S.. "'Touch Someone': The Telephone Industry Discovers Sociability." Technology and Culture 29.1 (Jan., 1988): 32-61. JSTOR. Web. 4 Oct. 2009.。

その後、社会関係で電気通信が果たす役割は重要性を増してきた。最近ではソーシャル・ネットワーキング・サービス (SNS) の人気が急上昇している。SNSサイトではユーザーが互いにコミュニケーションをとれるだけでなく、写真やイベントやプロフィールをポストして公開できる。SNSサイトは社交的な約束をすることから恋愛まであらゆることに重要な役割を演じることができる。

SNSが登場する以前から、SMSのようなテクノロジーや電話も社会的対話に大きな影響を与えていた。市場調査グループ Ipsos MORI の2000年の調査によれば、イギリスの15歳から24歳までのSMSユーザーの85%は社会的合意を調整するサービスを利用し、42%は恋愛の手段としてそれを使っていたというI Just Text To Say I Love You, Ipsos MORI, September 2005.。

他の影響 文化の面では、電気通信によって音楽や映画へのアクセス能力が増大してきた。テレビにより、人々はビデオ店や映画館に行かなくても見逃していた映画を見ることができる。ラジオとインターネットにより、人々はCD店に行かなくても聞いたことのない音楽を耳にすることができる。

電気通信は人々がニュースを受け取る方法も変化させてきた。非営利の Pew Internet and American Life Project の調査によると、「昨日」のニュースにどういう形で接したかを3000人のアメリカ合衆国在住の人々に聞いたところ、新聞よりもテレビやラジオという人が多かった。結果は次の表にまとめられている（複数の情報源を挙げることができる形式のため、合計は100%以上となっている）。

テレビ（ローカル） テレビ（全国） ラジオ 地方紙 インターネット 全国紙 59% 47% 44% 38% 23% 12%

電気通信は広告にも大きな影響を与えてきた。TNS Media Intelligence の2007年のレポートによると、アメリカ合衆国内の広告費の58%は電気通信媒体に費やされた。結果は次の表にまとめられている。

インターネット ラジオ ケーブルテレビ テレビ（独立局） テレビ（スポット） テレビ（ネットワーク） 新聞 雑誌 屋外 合計 パーセント 7.6% 7.2% 12.1% 2.8% 11.3% 17.1% 18.9% 20.4% 2.7% 100% 金額（ドル） 113億1千万 106億9千万 180億2千万 41億7千万 168億2千万 254億2千万 282億2千万 303億3千万 40億2千万 1490億

電気通信と政府 多くの国は、国際電気通信連合 (ITU) が制定した国際電気通信規則 (ITR) に対応する法を制定している。ITUは情報および通信テクノロジーに関する問題を扱う国際連合の専門機関であるInternational Telecommunication Union : About ITU. ITU. Accessed 21 July 2009. （ITRに関する PDF 文書）。1947年のアトランティックシティでの会議で、ITUは「新たな国際周波数一覧に登録された全周波数を国際的に保護し、無線通信規制に従って使用していく」ことを決議した。ITUの「無線通信規制」によれば、国際周波数登録委員会 (IFRB) で参照され、調査され、国際周波数一覧に掲載された全周波数帯は「有害な干渉から国際的に保護される権利を有することとする」とされているCodding, George A. Jr.. "Jamming and the Protection of Frequency Assignments". The American Journal of International Law, Vol. 49, No. 3 (Jul., 1955), Published by: American Society of International Law. pp. 384-388. Republished by JSTOR "URL: https://www.jstor.org/stable/2194872 JSTOR: The American Journal of International Law". Accessed 21 July 2009.。

国際的な視点から、電気通信と放送の管理について政治的な議論と立法が行われてきた。例えば、出版などの従来からある通信手段とラジオ放送などの電気通信のバランスといった議論である。第二次世界大戦が勃発すると、世界初の国際放送によるプロパガンダが爆発的に展開されたWood, James & Science Museum (Great Britain) "History of international broadcasting". IET 1994, Volume 1, p.2 of 258 , . Republished by Googlebooks. Accessed 21 July 2009.。国家や政府や反乱勢力やテロリストや民兵などがそれぞれ電気通信や放送技術を使ってプロパガンダを展開してきた。政治運動や植民地化のための愛国的なプロパガンダは1930年代半ばごろに始まった。1936年、BBCはアラブ世界にプロパガンダ放送を行った。これは同地域の植民地化に興味を持っていたイタリアの同様な放送を相殺することを目的としていた。

最近のイラク戦争などでは、脅迫電話や脅迫SMS、数時間以内に実施された相手方への攻撃の動画を配布するなどの手法がプロパガンダとして用いられている。イラクでは、スンニ派の反乱勢力はテレビ局を持っていて、新政府軍がそこを押さえても別の拠点から放送を行っているGarfield, Andrew. "The U.S. Counter-propaganda Failure in Iraq", FALL 2007, The Middle East Quarterly, Volume XIV: Number 4, Accessed 21 July 2009.。

現代の電気通信 電話 thumb|upright|光ファイバーは長距離通信用に安価な帯域幅を提供する。 アナログの電話網では、電話をかけると電話交換機群によって話したい相手とつながる。交換機群は2つの利用者間の電気的接続を形成する。それらの設定は電話をかけた際の電話番号のダイヤルパルスで電気的に決定される。接続が確立すると、電話をかけた側の声が受話器のマイクロフォンで電気信号に変換されて伝送される。その電気信号はネットワークを経由して通話先に送られ、そこで受話器のスピーカーによって音声に戻される。これとは反対方向に働く電気的接続があり、それによって相互に対話することができるHow Telephone Works, HowStuffWorks.com, 2006.Telephone technology page, ePanorama, 2006.。

一般家庭の固定電話の多くはアナログ式である。すなわち、話者の声が信号の電圧に直接反映される。ただし、電話事業者は局間の伝送を透過的にデジタル化しているところが増えている。デジタル信号の利点は、アナログ信号と違って長距離であっても音質が劣化しせず、インターネットのデータと一緒に送ることもできる点である。

携帯電話は電話網に大きな影響を与えた。多くの国で携帯電話の契約数が固定電話の契約数を超えている。2005年の携帯電話販売数は全世界で8億1660万台であり、アジア太平洋（2億400万台）、西ヨーロッパ（1億6400万台）、CEMEA（中央ヨーロッパ、中東、アフリカ: 1億5300万台）、北米（1億4800万台）、中南米（1億200万台）のそれぞれの市場で同じように成長しているGartner Says Top Six Vendors Drive Worldwide Mobile Phone Sales to 21% Growth in 2005, Gartner Group, 28 February 2006.。1999年から5年間の成長率を新規加入者数で見ると、アフリカでの成長率が58.2%と群を抜いているAfrica Calling, Victor and Irene Mbarika, IEEE Spectrum, May 2006.。携帯電話もGSMやW-CDMAといったデジタル伝送が増え、AMPSなどのアナログ方式は減少しつつあるTen Years of GSM in Australia, Australia Telecommunications Association, 2003.。

電話通信には目に見えないところで大きな変化も起きている。1988年にはTAT-8（8代目の大西洋横断電話ケーブルで初の光ファイバー海底ケーブル）が運用を開始し、1990年代には光ファイバーに基づくシステムが広く採用されていった。光ファイバーによる通信は、データ容量が劇的に増大するという利点がある。TAT-8自体は従来の銅線製ケーブルの10倍の電話回線容量があり、近年の光ファイバーケーブルではTAT-8の25倍の容量があるMilestones in AT&T History, AT&T Knowledge Ventures, 2006.。このデータ容量の増加にはいくつかの要因がある。まず、光ファイバーは他のテクノロジーよりも物理的に小型化できる。そして、光ファイバーでは漏話の心配がないため、数百本のファイバーを1本のケーブルに仕込むことができる。また、1本のファイバーのデータ容量は多重化によって指数関数的に増大させることができるFundamentals of DWDM Technology, CISCO Systems, 2006.Report: DWDM No Match for Sonet, Mary Jander, Light Reading, 2006.。

光ファイバー網の多くは Asynchronous Transfer Mode (ATM) というプロトコルを使っている。ATMプロトコルは音声やデータを同時に転送可能とする。それによって網上にデータの経路を確立でき、その経路にトラフィック契約を結びつけることができることから、公衆電話回線網に適している。トラフィック契約とは顧客と網の間の合意であり、網がデータをどのように扱うかを定めたものである。網がトラフィック契約の条件を満たせない場合、接続自体が受理されない。電話の呼はある一定のビットレートを保証するよう契約を結び、音声が遅延したり途切れたりしないことを保証する性質があるため、この点は重要である。ATMプロトコルと類似する技術として Multi-Protocol Label Switching (MPLS) があるMPLS is the future, but ATM hangs on, John Dix, Network World, 2002。

ラジオとテレビ thumb|300px|デジタルテレビ放送規格の採用状況 放送システムにおいては、中央の高出力の放送塔が高周波の電磁波を発信し、それを多数の低出力の受信機が受信する。塔から発せられる高周波は、映像情報や音声情報を含む信号を変調したものである。受信機をチューニングしてその周波数に合わせると、復調を行って元の映像信号や音声信号を取り出す。放送信号はアナログ（情報に応じて連続的に変換する信号）またはデジタル（情報を離散値で符号化したもの）であるHow Radio Works, HowStuffWorks.com, 2006.。

放送業界は世界的にアナログからデジタルへの重大な転換点にある。この変化は、集積回路がより安くより高速かつ大容量になったことで可能になった。デジタル放送は、アナログ放送につきものの問題点を解消できるという利点がある。テレビの場合、スノーノイズやゴースト障害といった歪みなどの問題が解消される。これらの障害はアナログ伝送の性質に起因するもので、ノイズの影響が最終的な画質に現れたものと言える。デジタル信号では離散値しか扱わないためこのような問題がなく、多少のノイズでは最終的な画質に影響しない。ノイズが強すぎると復号したメッセージは大きく変化している可能性があり、それがデジタル伝送の弱点である。前方誤り訂正を受信機で行えば複数ビットの誤りを訂正できるが、ノイズが強ければ訂正では追いつかず、伝送は不可能となる。

デジタルテレビ放送ではATSC、DVB、ISDBという3種類の規格があり、それぞれを世界各国が採用している（右図の地図参照）。いずれも動画圧縮にはMPEG-2を使っている。音声圧縮については、ATSCは Dolby Digital AC-3、ISDBは Advanced Audio Coding (MPEG-2 Part 7) を採用し、DVBは1つに定めていないが一般に MPEG-1 Part 3 Layer 2 を使っている。変調方式もそれぞれ異なる。デジタル音声放送では、ほぼ世界中が Digital Audio Broadcasting という規格を採用している。例外としてアメリカ合衆国だけは HD Radio という規格を採用している。HD Radio では、従来のAMやFMのアナログ放送とデジタル放送を共存させるIBOC (In-Band On-Channel) 方式を採用している。