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セルサイト、携帯電話タワー、セルベースタワー、またはセルラー基地局は、セルラーネットワークでセルまたは隣接するセルを形成するために、アンテナと電子通信機器が高架構造物（通常は無線マストまたはタワー）に設置される、セルラー対応のモバイルデバイスサイトです。基地局構造は通常、アンテナと1つ以上の送受信機トランシーバー、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 ]
一部の企業は、基地局の取得、建設、継続的なメンテナンスなど、携帯電話ネットワーク向けのインフラストラクチャサービスを提供しています。これらのサードパーティプロバイダーは、複数の基地局を管理し、ネットワークのアップグレードを調整することで、通信事業者が効率的にカバレッジを拡大できるよう支援します。このようなサービスは、タワー管理とネットワークサポートを専門とする企業によって提供されています。[ 2 ]
複数の携帯電話事業者は、共通の共有マストにアンテナを設置することでコストを削減することがよくあります。各システムは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接して設置できます。一部の事業者は複数の携帯電話ネットワークを運営しており、同様に2つ以上の携帯電話ネットワーク（例えば、 CDMA2000やGSM ）で同じ場所に設置された基地局を使用しています。
セルサイトは目立たないように設置する必要がある場合があり、[ 3 ]周囲の景観に溶け込むように設置したり、[ 4 ]建物[ 5 ]や広告塔[ 6 ]に設置したりすることがあります。保存された樹木景観は、人工樹木や保存樹木の中にセルタワーを隠すことができる場合が多くあります。これらの設置は一般的に隠蔽型またはステルス型セルサイトと呼ばれます。[ 3 ]
セルラーネットワークとは、携帯電話（携帯型携帯電話）のネットワークであり、各携帯電話は基地局（セルサイト）のローカルアンテナを介して電波で電話網と通信します。サービス提供エリアは、「セル」と呼ばれる小さな地理的エリアのモザイク状に分割され、各セルは基地局に設置された個別の低電力マルチチャネル送受信機とアンテナによってサービスが提供されます。セル内のすべての携帯電話は、基地局がシステムで使用される共通の周波数プールから割り当てた個別の周波数チャネルを介して、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外に遠くまで届かないため、無線チャネルは地理的に離れたセル間でも再利用できます。モバイルユーザーが1つのセルから別のセルに移動すると、電話機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と通信します。このバックグラウンドでのハンドオフ処理はユーザーには知覚できず、通話中にサービスを中断することなく実行できます。各携帯電話には自動全二重デジタル送受信機が搭載されており、双方向の会話のそれぞれの方向に対応する2つのデジタル無線チャネル（UHFまたはマイクロ波帯）と、電話機のネットワーク登録、ダイヤル、ハンドオフ処理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つまたは複数のセルの端に位置し、指向性アンテナを使用して複数のセルをカバーします。一般的な配置としては、隣接する3つのセルの交点にセルサイトを配置し、120°の角度で3つのアンテナをそれぞれ1つのセルをカバーするように配置します。セル基地局（写真の垂直な白い長方形）で使用されるアンテナはセクターアンテナと呼ばれ、通常は垂直な同軸ダイポールアレイで構成されています。扇形の平坦な放射パターンを持ち、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おり、同じ周波数を再利用している遠方のセルに干渉する可能性のある高角度での放射を回避します。ビームがセル全体をカバーしつつ、放射範囲が広がりすぎないように、アンテナの仰角を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、ビームの傾きは通常電子的に調整できるため、調整が必要な場合に作業員がタワーに登ってアンテナを機械的に傾ける必要がなくなります。
基地局の動作範囲（モバイル端末が基地局に確実に接続できる範囲）は固定値ではありません。それは、以下のような多くの要因によって左右されます。
一般的に、広い範囲をカバーするのに十分な数の基地局がある地域では、各基地局の通信範囲は次のように設定されます。
実際には、セルサイトは人口密度が高く、潜在的なユーザーが最も多い地域にグループ化されています。単一のサイトを通過する携帯電話トラフィックは、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またはデータトラフィックの数には限りがあります。この容量制限は、セルマストサイトの間隔を決定する要因となることがよくあります。郊外では、マストは通常 2 ～ 3 キロメートル (1.2 ～ 1.9 マイル)間隔で配置され、人口密度の高い都市部では、マストは 400 ～ 800 メートル間隔で配置されることがあります。[ 8 ]
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）は、同じ考慮事項に依存します。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返信送信できる能力です。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キロメートル（31～43マイル）の範囲になる可能性があります。地形が丘陵の場合、中間の物体が信号の広い中心フレネルゾーンに侵入するため、最大距離はわずか6～8キロメートル（3.7～5.0マイル）まで変化する可能性があります。 [ 9 ]地形やその他の状況に応じて、GSMタワーは、固定無線ネットワークの3～80キロメートル（2～50マイル）のケーブルを置き換えることができます。 [ 10 ]さらに、GSMなどの一部の技術には、技術的な制限によって課せられる35キロメートル（22マイル）の絶対最大範囲があります。 CDMAとIDENには、タイミングによって定義されるそのような制限はありません。
携帯電話ネットワークにおいて「最大」範囲という概念は誤解を招く可能性があります。携帯電話ネットワークは、携帯電話サービス事業者にライセンスされた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）で多く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ために、異なる場所で同じチャネルを繰り返し使用する必要があります。自動車ラジオが別の都市に移動する際に、同じ周波数のローカル局からまったく異なるローカル局に切り替わるように、同じ無線チャネルはわずか数マイル離れた基地局でも再利用されます。これを行うために、基地局の信号は意図的に低電力に設定され、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ています。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なエリアをカバーできます。タワー上のアンテナがセクター化されているため、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更することが可能です。
携帯電話が使えない理由は、基地局から遠すぎる場合や、厚い建物の壁、丘、その他の構造物によって電波が減衰する場所にある場合などがあります。電波は遮るもののない見通し線を必要としませんが、電波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など、多くの人が同時に基地局を利用しようとすると、電話の画面には信号が表示されていても、新しい接続を開始することはできません。携帯電話のもう一つの制限要因は、バッテリー残量が少ない状態で基地局に信号を送信する能力です。低電力またはバッテリー残量が少ない状態でも、携帯電話の性能は機種によって異なりますが、これは通常、電話から基地局に良好な信号を送信できる能力の違いによるものです。
基地局コントローラ（電話回線の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により、通話中に電話機が接続する基地局が追跡され、自動的に切り替えられます。ユーザーが基地局に近づくと、最も強い信号を受信し、信号が弱くなった基地局を解放します。これにより、その基地局の回線は別のユーザーが利用できるようになります。
携帯電話による位置情報取得は、 GNSS （GPSなど）に比べて精度は劣りますが、 GPS受信機を搭載していないデバイスやGNSSが利用できない場所で利用可能です。このシステムの精度は状況によって異なり、高度なフォワードリンク方式が可能な場所では最も高く、単一の基地局にしか接続できない場所では最も低くなります。後者の場合、位置情報はその基地局のサービスエリア内にあることしか分かりません。
高度なフォワードリンクとは、デバイスが少なくとも3つのセルサイトの通信範囲内にあり、かつ通信事業者がタイミングシステムの使用を導入している場合を指します。
別の方法として、到来角（AoA）を用いる方法があり、これはデバイスが少なくとも2つの基地局の範囲内にある場合に発生し、中程度の精度を実現します。アシストGPSは、衛星信号と携帯電話信号の両方を利用します。
米国では、位置情報データを使用した緊急通報サービス（現地では「拡張911」と呼ばれている）のために、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していることが求められた。多くの通信事業者がこの期限を守れず、連邦通信委員会から罰金を科せられた。[ 13 ]
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「最悪のケース」の地上電力密度が、1 μW/cm 2 (または 10 mW/m 2 ) のオーダー以下 (通常は大幅に低い) であることを一貫して示している。」[ 14 ]
携帯電話、携帯電話基地局、Wi-Fi、スマートメーター、デジタル強化コードレス電話、コードレス電話、ベビーモニター、その他のワイヤレス機器はすべて非電離無線周波数を放出しており、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る[ 15 ]。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ない」[ 16 ] 。
米国食品医薬品局によると、「科学的コンセンサスは、非電離放射線は発がん性物質ではなく、FCCが設定した無線周波数曝露制限以下では、非電離放射線が人に害を及ぼすことは示されていないことを示している。」[ 17 ]
携帯電話基地局のアンテナは、既存のマスト、タワー、煙突など、設置可能で十分な安定性がある構造物に設置できます。煙突は、携帯電話用に改造され、煙突としての機能を失う場合もあります。都市部では、基地局のアンテナは建物の屋上にある小型マストや、街灯柱に設置されることもあります。また、電柱から十分に離れた場所に設置することも可能です。携帯電話アンテナは、接地絶縁されており、長波長で動作する送信機が動作しているときに接地に対して電圧がかかる無線塔にも設置できます。そのため、携帯電話アンテナのケーブルは、接地と無線マストの間に接続されたブロッキングコイルの内部を通す必要があります。このコイルは、適切なコンデンサを並列に接続することで、絶縁されたマストを使用する送信機の送信周波数を遮断します。しかし、通電中の絶縁構造物では基地局アンテナの保守がより複雑になるため、可能な限りこのような設置は避けるべきです。
多くの場合、携帯電話基地局用の新しいタワーの建設が必要となります。これらのタワーのほとんどは、自立式の鉄骨格子タワーまたはプレキャストコンクリート製のタワーです。自立式の管状タワーも使用されています。支線式マストは支線基礎のために広いスペースを必要とするため、通常は十分なスペースが確保できる場所でのみ建設されます。
また、木製の携帯電話基地局もいくつか存在していました。ドイツのヘッセン州グローサー・フェルトベルクとポーランドのシレジア地方グリヴィツェにある歴史的な塔の他に、携帯電話基地局として設計された木造の塔がいくつか存在していました。
一部の場所には、展望台付きの携帯電話基地局が建設された。一般に公開されているテレビ塔とは異なり、これらの展望台へはエレベーターではなく階段でアクセスする。こうした基地局は通常、鉄骨構造の塔だが、柱型や木造構造が用いられる場合もある。
安全面や外観上の理由から、新しいマストに対して地元住民の反対があることがよくあります。後者の問題は、旗竿、街灯、木（ヤシの木、松の木、イトスギなど）、屋上構造物、煙突やパネルなどの都市景観物など、他のものにマストを偽装することで対処されることがあります。[ 18 ]
これらの隠蔽されたセルサイトは、葉の形や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な方法で完全に隠すのに適した量、形状、配列を考慮して正確に設計されたプラスチック素材の葉で構成されています。使用されている材料は、絶対的な無線電気透過性とUVA光線に対する耐性を保証します。ヤシの木に偽装したモノポールには「モノパーム」、松の木に偽装したマストには「Pseudopinus telephoneyensis」というニックネームがあります。[ 19 ]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ている場合があります。
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を用いることで、同一基地局内の複数の携帯電話事業者を隠蔽できる。屋根隠蔽パネルは既存の屋上構造物に取り付けることができ、迅速かつ低コストで外観を一新できる。
携帯電話のアンテナは通常、恒久的な構造物に取り付けられますが、通信事業者は移動式基地局（COW： Cell-on-Wheels）と呼ばれる車両群も保有しており、これらを一時的な基地局として利用しています。ネットワークの電力供給が利用できない場所で使用できるよう発電機が搭載されている場合もあり、有線接続が利用できない場所でも使用できるよう無線バックホールリンクを備えている場合もあります。
COWは、恒久的な携帯電話基地局でも使用されます。故障した機器の一時的な代替品として、計画停電時、およびコンベンションなどの特別なイベント時における容量増強のために使用されます。
通常、セルサイトは公共の電力網から電力を供給されますが、電力網からの供給を実現するのが高すぎる場合、独自の発電設備を備えたセルサイト、いわゆるオフグリッドセルサイトが実現されています。さらに、重要なセルサイトの中には、燃料電池または内燃機関のいずれかの形でバックアップ電源システムを備えているものもあります。内燃機関駆動の発電機セットの使用は、公共の電力網からの電力を使用するよりも効率が悪く、運用コストが増加し、環境や景観の保護のために保護されている地域では特に望ましくない汚染源（大気汚染、騒音など）となります。[ 20][21]
セルサイトが設置されている場所では、太陽光発電や風力発電などの再生可能エネルギー源が利用できる場合があります。英国初のオフグリッドマストは、2022年にウェールズのエグルイスウルに設置されました。[ 22 ]これにより、セルサイトや通信タワーの燃料費を最大75%削減できます。再生可能エネルギー源が不足する場合にセルサイトが稼働できるように、燃料発電機システムでバックアップすることも可能です。そのようなエネルギー生産システムの一例は次のとおりです。
断続的な電源からの電力は二次電池に蓄えられ、通常は平均2日間の自給自足（自律性とも呼ばれる）ができるように設計されており、修理が必要な際に保守担当者が現場に到着するまでの時間を確保できるようになっている。
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、自然エネルギー源だけではシステムのエネルギー需要を満たせない場合にのみ作動します。非常用電源（燃料電池）は、平均10日間稼働するように設計されています。このようにして、この施設は完全に自給自足が可能となり、通常はアクセスが困難な場所であるため、メンテナンスチームが現場を訪れる回数を減らすことができます。
携帯電話基地局の作業員は、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、修理作業を行うため、しばしば最大460メートル（1,500フィート）の高さで作業します。
デア・シュピーゲルにリークされた文書によると、NSAは携帯電話基地局を模倣して携帯電話を監視するためのツールとして、4万ドルの「アクティブGSM基地局」を販売している。[ 23 ]
2014年11月、ウォール・ストリート・ジャーナルは、米国連邦保安官局の技術作戦グループが、強力な携帯電話基地局の信号を模倣する「ダートボックス」と呼ばれるスパイ装置を使用していると報じた。このような装置は、携帯電話が基地局に切り替わるように設計されている。基地局は、到達可能な範囲で最も強い信号だからである。これらの装置は、飛行機に搭載され、飛行機が人口密集地の上空を飛行する際に、携帯電話に関するデータを収集する「一斉検挙」を効果的に行う。[ 24 ] [ 25 ]
アルカテル・ルーセントの研究者たちは、手のひらに収まるライトラジオと呼ばれるセルサイトを開発しました。[ 26 ]ルービックキューブほどの大きさです。2G 、3G、4Gの信号を中継できます。現在のセルサイト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します。人口密度の高い都市部で使用して、無線スペースを増やすことができます。[ 27 ]
