セルラーリピーター

セルラーリピーター（携帯電話信号ブースターまたは携帯電話信号増幅器とも呼ばれる）は、携帯電話の受信を改善するために使用される双方向増幅器の一種です。^{[引用が必要]}セルラーリピーターシステムは、通常、近くのセルタワーから信号を受信および送信するドナーアンテナ、同軸ケーブル、信号増幅器、および屋内再放送アンテナで構成されます。^{[引用が必要]}

「ドナー アンテナ」は、通常、窓際や建物の屋上に設置され、近くの携帯電話基地局に通信を返すために使用されます。ドナー アンテナにはいくつかの種類がありますが、通常は指向性または全方向性です。全方向性アンテナ (全方向にブロードキャストする) は、通常、すべての携帯電話キャリアのカバレッジを増幅するリピーター システムに使用されます。指向性アンテナは、改善のために特定の基地局またはキャリアを分離する必要がある場合に使用されます。指向性の高いアンテナを使用すると、ドナーの信号対雑音比を改善し、建物内で再配信される信号の品質を向上させることができます。

一部の携帯電話中継システムには、屋内で信号を再放送するための全方向性アンテナも組み込まれています。障害物による減衰にもよりますが、全方向性アンテナを使用する利点は、信号がすべての方向に均等に分散されることです。

雨が降っていて車の窓が閉まっている場合、携帯電話の受信状態は 50% から 100% 低下する可能性があります。受信状態を改善するために、アンテナが車外に設置され、車内の別のアンテナと増幅器に配線されて、車内の携帯電話に携帯電話の信号が送信されます。

セルラー リピーター システムには信号増幅器が含まれます。標準の GSM チャネル選択リピーター (広いエリアや大きな建物をカバーするために通信事業者が運用) の出力は約 2 W で、高出力リピーターの出力は約 10 W です。電力利得は次の式で計算されます。

${\displaystyle \quad P_{\mathrm {dB} }=10\log _{10}\left({\frac {P}{P_{0}}}\right)\ }$

リピータは、ドナーとサービス アンテナ間の十分な分離を確保する必要があります。分離が実際のゲインにマージンを加えた値 (通常 5～15 dB) よりも低い場合、リピータはループ発振状態になることがあります。この発振により、セルラー ネットワークに干渉が発生する可能性があります。

マクロ環境でのアンテナタイプの選択によってアイソレーションを改善できる場合があります。これには、ドナーアンテナとサービスアンテナ間の角度の調整 (理想的には 180°)、空間の分離 (通常、タワー設置の場合、ドナーアンテナとサービスアンテナ間の垂直距離は数メートル)、減衰環境への挿入 (ドナーアンテナとサービスアンテナの間に金属メッシュを設置するなど)、および/または反射の低減 (ドナーアンテナの前に木や建物などの障害物がないこと) が含まれます。^{[引用が必要]}

一部の製品 (NodeG、RFWindow など) に搭載されている ICE (干渉除去装置) と呼ばれる統合機能によっても分離を改善できます。この機能を有効にすると、内部遅延に悪影響 (遅延の増加 => 標準の中継遅延まで約 +5 μs) が及び、その結果としてドナー サイトからの半径が短くなります。増幅とフィルタリングによって遅延 (通常 5 ～ 15 μs) が発生しますが、これは中継器の種類と使用される機能によって異なります。距離が長くなると、伝播遅延も増加します。

多くの田舎では住宅密度が低すぎるため、新しい基地局を建設することは商業的に実行可能ではありません。家庭用携帯電話中継器を設置すれば、この問題を解決できるかもしれません。平坦な田舎では、信号がマルチパス干渉の影響を受ける可能性は低いです。

特定の建築材料は、携帯電話の信号強度を弱める可能性があります。教会などの古い建物は、携帯電話の信号をブロックすることがよくあります。かなり厚いコンクリートや、建設に大量の金属が使用されている建物は、信号を弱めます。コンクリートの床は、多くの場合、金属の鍋の上に注がれており、ほとんどの無線信号を完全にブロックします。屋根や外壁に使用される一部の固体フォーム断熱材と一部のグラスファイバー断熱材には、ホイルの裏打ちがあり、透過率を低下させる可能性があります。^[要出典]省エネ窓と金属製の窓網戸も、無線信号をブロックするのに非常に効果的です。一部の材料は吸収スペクトルにピークがあり、信号強度を低下させます。

倉庫、病院、工場などの大きな建物では、携帯電話の電波が届かないことがよくあります。地下エリア（地下室、ショッピングモールの中心にあるショップやレストランなど）でも、信号強度が弱くなる傾向があります。このような場合は、通常、外部アンテナが使用されます。

都市部（通常は携帯電話の信号が全体的に強い）でも、電波の破壊的干渉によってデッドゾーンが発生することがあります。デッドゾーンは通常、数ブロックの範囲で発生し、携帯電話で使用される 2 つの周波数範囲のうちの 1 つにのみ影響します。これは、異なる周波数の異なる波長が、異なる地点で破壊的に干渉するために発生します。指向性アンテナは、複数のパスから 1 つのパスを選択できるため、この問題の解決に役立ちます（詳細については、マルチパス干渉を参照してください）。

波長が長いほど回折しやすいという利点があり、良好な信号を得るために視線がそれほど必要ありません。携帯電話が使用する周波数は短波電波のように電離層で反射するには高すぎるため、携帯電話の電波は電離層を通過できません。(詳細については、 「回折と減衰」を参照してください)。

リピーターは、すべてのGSM 周波数帯域で利用できます。一部のリピーターは、さまざまな種類のネットワーク (マルチモード GSM やUMTSなど) に対応します。リピーター システムは、特定の衛星電話システムで利用可能で、衛星への見通しがきかない屋内でも使用できます。

かつては、家庭用や商業施設（オフィス、店舗、バーなど）での小規模使用に利用可能な低電力デバイスの使用は合法でした。^[1]

2013 年 2 月 20 日、FCC はレポートと命令を発表し、2 つのセーフ ハーバーを確立し、ライセンスされたスペクトルでの「ネットワーク セーフ」な消費者向けブースターの使用を定義しました。セーフ ハーバーは、テクノロジー メーカーとワイヤレス オペレータ間の妥協案を表しています。新しい FCC 規制に適合する製品を持っている企業はわずかです。

FCC は 2 種類のリピーターを定義しています。

1. ワイドバンド (またはブロードバンド) 信号ブースターは、通常、携帯電話キャリアからのすべての周波数を増幅するリピーターです。このようなブースターから干渉が発生する可能性があるため、FCC に申請するメーカーは、ゲインを 65 dB (低 LTE 700 MHz 帯域の場合) から 72 dB (AWS などの高周波数の場合) に制限する必要があります。システム ゲインを制限すると、このようなブースターは屋外の信号が比較的高い場合にのみ役立ち、特定のアンテナを屋外に複雑に設置する必要があります。
2. キャリア固有 (またはプロバイダー固有) の信号ブースター。これらのブースターは、特定のキャリアに属する周波数 (および信号) のみを増幅するように設計されています。通常、このようなキャリア固有のブースターは、他のキャリアの周波数に干渉を生じず、はるかに大きなシステム ゲイン (場合によっては 100 dB) を持つことができます。このような状況では、このようなデバイスはより広いカバレッジ エリアで信号を増幅し、屋外のキャリア信号が弱い場合でも効率的に機能しますが、動作するように設計されたキャリアの信号のみを増幅します。

FCC によるこれらの新しい規則は 2014 年 3 月 1 日に施行されました。

2011 年 5 月、Ofcom は次のように述べました。

リピーターデバイス（他の無線機器と同様）の設置または使用は、次の 2 つの条件が満たされない限り、犯罪となります。

1. 機器にCE マークが付いており、製造元が無線機器および電気通信端末機器 (R&TTE) 指令を含むすべての関連する EU 規制要件に準拠していると宣言していることを示します。
2. 当該機器の使用は、英国において、ライセンスまたはOfcomがライセンスを免除する規則によって特別に許可されていること。^[2]

2006 年 WT 法第 1.15 条では、無線法は、デバイスが「無線通信に過度の干渉を及ぼさない」場合、免除も認めています。これは、モバイル リピーターに干渉に対する保護機能が組み込まれていなければならないという米国式の規制に従うものと予想されます。

Ofcomは、「リピーターデバイスは携帯電話の周波数帯域で送信または再送信します。これらの帯域で送信する機器を使用するライセンスを持っているのは、モバイルネットワークオペレーターだけです。ライセンスを持たない人がリピーターデバイスを設置または使用することは、2006年WT法第8条に基づいて犯罪行為となります。」と述べています。 ^[3]田舎や人口密度の低い地域で動作するリピーターは、定量化できる問題を引き起こしません。

• 基地局サブシステム
• フェムトセル– 携帯電話中継器の一種
• ホームノードB – フェムトセル
• カバレッジ通知者
• デッドゾーン（携帯電話）
• 波
• リピータ

• 信号ブースターの使用と設計に関する FCC 報告書と命令の全文