基地局のしくみとは？アンテナ満タンでも遅い理由

画像出典: 写真: Corey Coyle（CC BY 3.0 / Wikimedia Commons）

スマホの画面右上、電波のバーが満タンなのに動画が止まる。あるいは電車で移動していると、さっきまで快適だったのに急に読み込みが止まる。これは故障ではなく、どちらもスマホの通信のしくみどおりに起きている現象です。

正直なところ、あのアンテナ表示は「通信の速さ」を表しているわけではありません。何を表していて、何を表していないのか。そして移動中に何が起きているのか。基地局という装置の役割から順に見ていくと、どちらもすっきり説明がつきます。

そもそも基地局とは何をしている装置？

スマホは、電話会社の設備と直接ケーブルでつながることはできません。あいだに入って電波でスマホと通信し、そこから先を有線のネットワークへ橋渡しするのが基地局です。ビルの屋上や鉄塔の上に立っているアンテナが、その姿です。

ここで大事なのが、1つの基地局が日本全国をカバーしているわけではない、という点です。携帯電話網はエリアをセルと呼ぶ小さな範囲に分割し、そのセルごとに基地局を置いています。スマホはいま自分がいるセルの基地局と通信し、移動すれば隣のセルの基地局へ接続を切り替えていきます。

セルの大きさは場所によって変わります。人が密集する市街地では小さなセルを数多く敷き詰め、郊外や山間部では広い範囲をカバーする大型の基地局（マクロセル）を置く、というふうにエリアの特性に応じて設計されています。街なかで基地局アンテナをやたら見かけるのに、田舎ではめったに見ないのはこのためです。

アンテナ表示は何を示している？

アンテナのバーが示しているのは、いまつながっている基地局との「電波の強さ」です。スマホと基地局はRSRP（つながっている基地局から届く電波の強さを表す測定値）などの指標をたえず測っていて、その測定値を数本のバーに翻訳して表示しています。つまりバーが多い＝基地局からの電波がしっかり届いている、という意味です。

ここで見落とされがちなのが、アンテナ表示に含まれないものがある点です。その基地局に何台のスマホがつながっているか、どれだけのデータが流れているか — つまり混雑の度合いは、電波強度には一切反映されません。バーは「相手にどれだけ声が届くか」であって、「相手の手が空いているか」ではないのです。

電波の強さと速さは、測っているものが違う

この2つを混同しないために、身近な例に置き換えてみます。電波の強さは、相手との距離が近くて声がはっきり届く状態にあたります。一方の速さは、相手が同時に何人を相手にしているかで決まります。声が届くかどうかと、相手が自分だけを見てくれるかは、まったく別の話ですよね。

スマホの通信もこれと同じです。花火大会の会場、満員の駅ホーム、大きなイベント会場 — 基地局アンテナは目の前にあるのでバーは満タン、けれど周囲の全員が同じ基地局に接続しているので、一人あたりに回ってくる分が細くなる。アンテナ満タンなのに遅い、の正体はほとんどがこれです。

ですから「バーが満タンだから回線は正常のはず」という判断は、半分しか当たっていません。バーが立っているのに遅いときは、電波ではなく混雑の度合いを疑うのが正解です。少し場所を移動するだけで別の基地局につながり、あっさり改善することがあるのはこのためです。

移動中に途切れるのはなぜ？ ハンドオーバーのしくみ

移動中の通信で起きているのがハンドオーバー（ハンドオフ）です。移動しながら通信を続けるために、つながる基地局を次々と切り替えていく技術を指します。

ここで重要なのは、切り替えを判断しているのがスマホと基地局のあいだの測定値だという点です。あなたが「いま切り替わった」と操作することはありませんし、どの基地局に移るかを選ぶこともできません。移動中の通信の安定性は、あなたの端末性能ではなく、そのルート上にセルの境界がいくつあるかでほぼ決まります。

切り替えの合図はどこから出る？

スマホと基地局は、いまつながっている基地局の電波強度や通信品質を常時測定しています。セルの境界に近づくと、いまの基地局からの電波はだんだん弱くなり、隣のセルの基地局からの電波が強くなってくる。測定値があらかじめ決められたしきい値を下回ると、より電波の強い隣の基地局への切り替えが始まります。

1. 常時測定つながっている基地局と周辺の基地局の電波強度を、スマホが継続的に測る。
2. しきい値を下回るいまのセルの電波が弱くなり、決められた基準を割り込む。
3. 切り替え開始より電波が強い隣のセルの基地局へ、接続を移す処理が走る。
4. 通信継続新しい基地局と通信しながら移動を続ける。

昔はもっと露骨に切れていた

この切り替えのやり方は、通信方式の世代とともに進化してきました。古い方式で使われていたハードハンドオーバーは、いまの接続をいったん切ってから新しい基地局につなぎ直す方式です。切ってからつなぐので、その一瞬に空白が生まれます。

3G以降に主流になったのがソフトハンドオーバーで、こちらはセルの境界付近で複数の基地局と同時に通信しながら、段階的に接続先を移していきます。切り替えの一瞬、新旧2つの基地局が並行して受け持つ時間を作るわけです。おかげで通話や通信の途切れはかなり抑えられるようになりました。

音声通話の側でも変化がありました。かつての通話は、電話網の中に通話用の道を1本確保してから話す方式（回線交換）でした。それが2G→3G→4G（LTE）→5Gと世代が進むなかで、データ通信と同じIPの仕組みで音声を運ぶVoLTE（LTEの回線を使ったIP方式の音声通話）へ移行し、基地局間の切り替えのしくみ自体も世代を通じて高度化してきています。

それでも境界では引っかかる

切り替えの回数が多い場所ほど、瞬断や速度低下は起きやすくなります。電車で毎回同じあたりが不安定になるのは、そこがセルの境界にあたっていて、しかも高速で移動しているぶん短時間に何度も切り替えが発生しているからです。

ここに、市街地はセルが小さいという設計が効いてきます。セルが小さいということは、同じ距離を走るあいだにまたぐ境界の数が増えるということでもあります。都心の駅と駅のあいだで不安定になりやすいのは、電波が弱いからではなく、切り替えの頻度そのものが高いからです。

結局、遅い・途切れるときは何を疑えばいい？

ここまでの話を、実際の症状から逆引きできる形にまとめます。原因が違えば、有効な行動も変わります。

スマホの通信は、見えないところで基地局と絶えず会話しながら成り立っています。バーが満タンでも遅いのは、あなたのスマホが悪いのでも回線契約が悪いのでもなく、同じ基地局に接続が集中しているだけのことが多い。そう分かっていれば、無駄に設定をいじって時間を溶かすこともなくなります。

よくある質問

アンテナのバーが満タンなのに通信が遅いのはなぜですか？

アンテナ表示は、いまつながっている基地局との電波の強さを示す指標で、その基地局の混雑状況（同時に接続している端末数やデータ量）は反映されません。そのため電波が強くても、多くの人が同じ基地局に集中していれば一人あたりの通信は遅くなります。イベント会場や満員の駅などで起きやすい現象です。

ハンドオーバーとは何ですか？

移動しながら通信を続けるために、接続する基地局を切り替える技術のことです。スマホは電波強度を常時測定していて、セルの境界に近づいて電波がしきい値を下回ると、より電波の強い隣のセルの基地局へ接続を移します。

移動中だけ通信が途切れるのは故障ですか？

故障ではありません。移動によってセルの境界をまたぐたびにハンドオーバーが発生し、切り替えが頻繁に起きる区間では瞬断や速度低下が生じることがあります。電車など高速移動では切り替え回数が増えるため起きやすくなります。

基地局のセルとは何ですか？

携帯電話網がエリアを分割した、1つの基地局が受け持つ通信範囲のことです。人が密集する市街地では小さなセルを多数配置し、郊外や山間部では広範囲をカバーする大型のマクロセル基地局を使うなど、エリアの特性に応じて設計されています。

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