セルサイト

携帯電話基地局

タイプ	携帯電話サイト
最初の生産	20世紀

セルサイト、携帯電話タワー、セルベースタワー、またはセルラーベースステーションは、携帯電話ネットワーク内にセルまたは隣接セルを作成するためにアンテナと電子通信機器が（通常は無線マスト、タワー、またはその他の高架構造物上に）設置されている、携帯電話対応のモバイルデバイスサイトです。高架構造物は通常、アンテナ^{[説明が必要]}と1セット以上の送信機/受信機、デジタル信号プロセッサ、制御電子機器、タイミング用のGPS受信機（CDMA2000 / IS-95またはGSMシステム用）、主電源とバックアップ電源、およびシェルターをサポートします。^[1]

複数の携帯電話プロバイダーは、共通の共有マストにアンテナを取り付けることでコストを節約することがよくあります。個別のシステムが異なる周波数を使用するため、アンテナを互いに干渉することなく近くに配置できます。プロバイダー企業の中には、複数の携帯電話ネットワークを運営し、同様に 2 つ以上の携帯電話ネットワーク (たとえば、 CDMA2000またはGSM ) に同じ場所にある基地局を使用するところもあります。

基地局は目立たないようにする必要がある場合もあります。^[2]基地局は周囲の環境に溶け込むように設置されることもあります。 ^{[ 3} ]建物や広告塔の上に設置されることもあります。 ^[要出典]保護された樹木景観では、人工樹木や保護された樹木の中に基地局を隠すことができます。このような設置は、一般に隠蔽基地局またはステルス基地局と呼ばれます。^[2]

セルラーネットワークは、携帯用携帯電話(セル フォン)のネットワークであり、各電話はセルラー ベース ステーション (セル サイト) のローカル アンテナを介して電波で電話ネットワークと通信します。サービスが提供されるサービス エリアは、「セル」と呼ばれる小さな地理的領域のモザイクに分割され、各セルはベース ステーションの個別の低電力マルチチャネルトランシーバーとアンテナによってサービスされます。セル内のすべての携帯電話は、システムで使用される共通の周波数プールからベース ステーションによって割り当てられた個別の周波数チャネルを使用して、そのセルのアンテナを介してシステムと通信します。

セルラー構成の目的は、周波数の再利用によって無線帯域幅を節約することです。各セル内で使用される低電力無線信号はセルの外まで遠くまで伝わらないため、地理的に離れたセル内で無線チャネルを再利用することができます。モバイル ユーザーがセル間を移動すると、そのユーザーの電話は自動的に新しいセルのアンテナに「ハンドオフ」され、新しい周波数セットが割り当てられ、その後このアンテナで通信します。このバックグラウンド ハンドオフ プロセスはユーザーにはわかりません。また、通話の途中でもサービスが中断されることなく実行できます。各携帯電話には、自動化された全二重デジタルトランシーバーがあり、 UHFまたはマイクロ波帯域の 2 つのデジタル無線チャネル (双方向会話の各方向に 1 つずつ) と、電話のネットワークへの登録、ダイヤル、およびハンドオフ プロセスを処理する制御チャネルを介してセル アンテナと通信します。

通常、セルタワーは 1 つ以上のセルの端に配置され、指向性アンテナを使用して複数のセルをカバーします。一般的な配置では、セル サイトは 3 つの隣接するセルの交差点に配置され、3 つのアンテナが 120° の角度でそれぞれ 1 つのセルをカバーします。携帯電話基地局に使用されるアンテナの種類(写真では垂直の白い長方形)は、セクター アンテナと呼ばれ、通常は垂直の共線的ダイポール アレイで構成されます。このアンテナは、平坦な扇形の放射パターンを持ち、同じ周波数を再利用する遠くのセルに高角度で放射することなく、セル領域をカバーするためにわずかに下向きに傾けられています。アンテナの仰角は、ビームが放射しすぎずにセル全体をカバーできるように慎重に調整する必要があります。最新のセクター アンテナでは、ビームの傾斜は通常電子的に調整できるため、調整が必要なときにラインマンがタワーに登って機械的にアンテナを傾ける必要はありません。

セル サイトの動作範囲 (モバイル デバイスがセル サイトに確実に接続する範囲) は固定値ではありません。動作範囲は、次のようなさまざまな要因によって決まります (ただし、これらに限定されません)。

• 周囲の地形に対するアンテナの高さ（見通し伝搬）。
• 使用中の信号の周波数。
• 送信機の定格電力。
• 加入者デバイスの必要なアップリンク/ダウンリンクデータレート^[5]
• サイトアンテナアレイの指向特性。
• 建物や植物による電波エネルギーの反射と吸収。
• また、地域の地理的要因や規制上の要因、気象条件によって制限される場合もあります。
• さらに、一部の技術にはタイミングの制限があります（たとえば、自由空間でも、GSM は 150 km に制限され、特別な機器を使用すれば 180 km が可能になります）。

一般的に、広いエリアをカバーするのに十分なセル サイトがあるエリアでは、各セル サイトの範囲は次のように設定されます。

• 他のサイトとの「ハンドオーバー」 (モバイル デバイスの信号を 1 つのセル サイトから別のセル サイトに移動すること、これを処理できるテクノロジの場合 - たとえば、車や電車の中で GSM 電話をかける) に十分なオーバーラップがあることを確認します。
• 他のサイトとの干渉の問題を最小限に抑えるために、重複領域が大きすぎないことを確認してください。

実際には、基地局は人口密度が高く、最も潜在的なユーザーがいるエリアに集められています。単一基地局を経由する携帯電話のトラフィックは基地局の容量によって制限されます。-56 dBm の信号では、基地局が一度に処理できる通話数またはデータ トラフィック数には限りがあります。この容量制限は、通常、基地局の設置間隔を決定する要因となります。郊外では、基地局は通常 2～3 km (1.2～1.9 マイル) の間隔で設置され、密集した都市部では、基地局は 400～800 m の間隔で設置されることがあります。^[6]

マストの最大範囲（近くの他のマストとの干渉によって制限されない場合）も同様の考慮事項によって決まります。いずれの場合も、制限要因は低出力の個人用携帯電話がマストに送信する能力です。大まかな目安として、高いマストと平坦な地形に基づくと、50〜70 km（31〜43マイル）の範囲に到達できる可能性があります。地形が丘陵の場合、中間物体が信号の広い中心フレネルゾーンに侵入するため、最大距離は6〜8 km（3.7〜5.0マイル）と短くなることがあります。[ ^7]地形やその他の状況によって異なりますが、GSMタワーは固定無線ネットワークの3〜80 km（2〜50マイル）のケーブルを置き換えることができます。^{[8]さらに、GSMなどの一部のテクノロジーには、}技術的な制限によって課せられる35 km（22マイル）の絶対最大範囲が追加されています。CDMAとIDENには、タイミングによって定義されるこのような制限はありません。

• 3G/4G/5G（FR1）モバイル基地局タワー：技術的には50～150kmまでカバー可能（マクロセル）^[9]
• 5G（FR2 ）モバイル基地局：ミリ波を使用するため、5G基地局間の距離は約250～300mです。^[10]

セルラー ネットワークでは、「最大」範囲という概念は誤解を招きます。セルラー ネットワークは、セルラー サービスのオペレータにライセンスされている限られた数の無線チャネル( 1 つの会話を行うために必要な無線周波数スペクトルのスライス) を使用して、多数の会話をサポートするように設計されています。この制限を克服するには、同じチャネルをさまざまな場所で繰り返して再利用する必要があります。カー ラジオが別の都市に移動するときに、同じ周波数の 1 つのローカル ステーションからまったく別のローカル ステーションに変わるのと同じように、同じ無線チャネルがわずか数マイル離れたセル マストで再利用されます。これを行うには、セル マストの信号は意図的に低電力に保たれ、多くの場合、到達範囲を制限するために下向きに傾けられます。これにより、利用可能なチャネルで伝送できる以上の会話をサポートする必要がないほど小さいエリアをカバーできます。タワー上のアンテナはセクター別に配置されているため、エリア内の他のタワーからのカバレッジに応じて、各セクターの強度と角度を変えることができます。

携帯電話は、基地局から遠すぎる場合や、厚い壁、丘、その他の構造物によって携帯電話の信号が減衰する場所にある場合、機能しないことがあります。信号は見通し線を必要としませんが、無線干渉が大きいと受信状態が悪化したり、受信できなくなったりします。交通渋滞やスポーツイベント中など、多くの人が同時に基地局を使用しようとすると、携帯電話のディスプレイに信号が表示されますが、新しい接続を開始することはできません。携帯電話のもう 1 つの制限要因は、低電力バッテリーから基地局に信号を送信する機能です。一部の携帯電話は、低電力または低バッテリーの状態でも他の携帯電話よりもパフォーマンスが良く、これは通常、電話から基地局に良好な信号を送信する機能によるものです。

基地局コントローラ(電話接続を専門とする中央コンピュータ) と携帯電話のインテリジェンスは、通話中に電話機が 1 つのマストから次のマストへ切り替えられるよう追跡します。ユーザーがマストに向かって移動すると、最も強い信号が選択され、信号が弱くなったマストが解放されます。そのマストのチャネルは、他のユーザーが使用できるようになります。

セルラージオロケーションは、 GNSS (GPS など)よりも精度は劣りますが、 GPS 受信機を持たないデバイスや GNSS が利用できない場所でも利用できます。このシステムの精度はさまざまで、高度なフォワードリンク方式が可能な場合は最も高く、単一のセルサイトしか到達できない場合は最も低くなります。この場合、位置はそのサイトのカバレッジ範囲内であることが分かっているだけです。

高度なフォワード リンクとは、デバイスが少なくとも 3 つのセル サイトの範囲内にあり、キャリアがタイミング システムの使用を実装している場所です。

もう 1 つの方法は、到着角度(AoA) を使用するもので、デバイスが少なくとも 2 つのセル サイトの範囲内にある場合に発生し、中程度の精度が得られます。アシスト GPS は、衛星信号と携帯電話信号の両方を使用します。

米国では、位置情報を利用した緊急通報サービス（現地では「Enhanced 911」と呼ばれる）には、2005年12月31日時点で使用されている携帯電話の少なくとも95%がそのようなサービスをサポートすることが求められていた。多くの通信事業者がこの期限に間に合わず、連邦通信委員会から罰金を科された。^[11]

米国連邦通信委員会によると、「さまざまな情報源から得られた測定データは、典型的な携帯電話基地局付近の『最悪の場合』の地上電力密度が1μW/cm ²（または10mW/m ²）以下（通常はそれより大幅に低い）であることを一貫して示している。」^[12]

携帯電話、携帯電話基地局、Wi-Fi、スマートメーター、デジタル拡張コードレス電話、コードレス電話、ベビーモニター、その他の無線機器はすべて非電離無線周波数を放射しており、世界保健機関（WHO）はこれを「潜在的な」発がん物質に分類しています。^[13]米国国立がん研究所によると、「ELF-EMFまたは無線周波数放射線ががんを引き起こすメカニズムは特定されていません。」^[14]

米国食品医薬品局によると、「科学的コンセンサスによれば、非電離放射線は発がん性物質ではなく、FCCが定めた無線周波数曝露限度以下では、非電離放射線が人体に害を及ぼすことは示されていない」とのことです。^[15]

セルアンテナは通常、恒久的な構造物に取り付けられますが、通信事業者は、一時的なセルサイトとして機能する、車輪付きセル(COW) と呼ばれる車両群も維持しています。ネットワーク電源が利用できない場合に使用するために発電機が組み込まれる場合があり、有線リンクが利用できない場所で使用できるように 、システムにワイヤレス バックホールリンクが組み込まれる場合もあります。

COW は、恒久的なセル サイトでも使用され、損傷した機器の一時的な代替品として、計画停電中、およびコンベンション中などの容量増強に使用されます。

携帯電話基地局作業員は、タワークライマーまたは送信塔作業員と呼ばれます。送信塔作業員は、携帯電話会社やその他の無線通信会社のために設置、保守、修理作業を行い、最大 460 メートル (1,500 フィート) の高さで作業することがよくあります。

デア・シュピーゲルに漏洩した文書によると、NSAは携帯電話の塔を模倣し、携帯電話を監視するためのツールとして使用される4万ドルの「アクティブGSM基地局」を販売している。^[16]

2014年11月、ウォールストリートジャーナルは、米国連邦保安官の技術運用グループが「ダートボックス」と呼ばれるスパイ機器を使用して、強力な携帯電話基地局の信号を模倣していると報じた。この機器は、携帯電話が到達可能な範囲で最も強い信号である基地局に切り替えるように設計されている。この機器は、人口密集地域上空を飛行機が飛行する際に携帯電話に関するデータを収集する「ドラッグネット」を効果的に構築するために飛行機に搭載されている。^{[17] [18]}

オフグリッド基地局は、公共の電力網に接続されていません。通常、システムはアクセスが困難であったり、インフラが不足しているためにオフグリッドになっています。燃料電池やその他のバックアップ電源システムは、日常および緊急時の電力を供給するために重要な基地局に追加されます。従来、基地局では内燃機関駆動の発電機セットが使用されてきましたが、^{[19] [20]}公共電力よりも効率が悪いため、運用コストが増加し、汚染源（大気、音響など）となり、環境および景観保護によって保護されている地域にある基地局もあります。

太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギーは、基地局が設置されている場所で利用できる場合があります。英国初のオフグリッドアンテナ塔は、2022年にウェールズのエグルウィスワースに設置されました。^[21]これにより、基地局や通信塔への燃料コストを最大75％削減できます。これらは燃料生成システムによってバックアップすることができ、再生可能エネルギーが十分でない場合でも基地局が機能できるようにします。そのようなエネルギー生産システムの1つは、次のもので構成されています。

• 太陽光発電装置
• 風力発電機
• 電気化学発電機燃料電池

断続的な電源からの電気エネルギーは二次電池に蓄えられ、通常、修理が必要になったときに保守担当者が現場に到着する時間を確保するために、平均 2 日間の自給自足 (自律性) が可能なように設計されています。

再生可能エネルギー システムは、利用可能な場合に電力を供給します。燃料電池は、自然エネルギーがシステムに必要なエネルギーを供給するのに十分でない場合にのみ作動します。緊急電源 (燃料電池) は、平均 10 日間持続するように設計されています。このように、構造は完全に自給自足です。これにより、メンテナンス チームは、通常はアクセスが難しい場所にある現場に数回しか訪問する必要がありません。

安全性と外観上の理由から、新しいマストに対して地元住民が反対することがよくあります。後者の対策としては、旗竿、街灯、樹木（ヤシの木、松の木、糸杉など）、屋上構造物、煙突やパネルなどの都市の特徴物など、他のものにマストを偽装することがあります。

これらの隠蔽された基地局は、葉の形と樹皮の種類によって区別できます。これらのアンテナの葉はすべて、アンテナとすべての付属部品を自然に完全に隠すのに適した量、形、配列を考慮して正確に設計されたプラスチック材料の葉で構成されています。使用されている材料は、完全な無線電気透過性とUVA線に対する耐性を保証します。愛称には、ヤシの木に偽装されたモノポールの「モノパーム」、または松の木に偽装されたマストの「Pseudopinus telephoneyensis」などがあります。^[22]モノポールでは、クロスバーをなくすために、指向性アンテナがポールの上部近くのプラスチックハウジングに隠されることがあります。

高さ 6 ～ 12 メートルの隠蔽煙突やパネルなどの屋上構造物により、同じ局の 1 人以上の携帯電話オペレータを隠すことができます。ルーフマスク パネルは既存の屋上構造物に固定できるため、迅速かつ安価に再設計できます。

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  ポーランドのソポトにある、ホストの建物に溶け込むように色付けされたアンテナ
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  米国アリゾナ州にある「モノパーム」と呼ばれるカモフラージュされたモノポール
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  フランス、イヴリーヌ県の木に隠された遺跡

アルカテル・ルーセント社の研究者は、手のひらに収まるライトラジオと呼ばれる基地局を開発した。ルービックキューブほどの大きさで、 2G、3G、4Gの信号を中継することができる。現在の基地局よりもエネルギー効率が高く、ブロードバンドをより効率的に提供できる。人口密度の高い都市部で、無線スペースを増やすために使用できる。^[23]

携帯電話会社は地方自治体とリース契約を結び、給水塔に携帯電話のアンテナを設置している。^[24]

• 携帯電話ネットワーク
• ノードB
• オープンBTS
• 携帯電話の放射線と健康
• 通信インフラの共有
• 基地局
• リモート無線ヘッド
• 無線塔と電波塔
• モバイル基地局
• 分散アンテナシステム
• 通信リース
• 連邦規則集第47編
• 米国の歴史的基地局データ申請に関する件
• タワークライマー

• 英国全土のタワーの地図
• FCC: ユニバーサルライセンス情報 2014年3月28日アーカイブWayback Machine
• FCC: 携帯電話および PCS 無線送信機からの無線周波数電磁波への人体曝露に関する情報
• オーストラリア放射線防護原子力安全庁 (ARPANSA) 基地局調査 2007-2011