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基地局

目次 †

基地局 †

　携帯電話基地局（wireless base station）とは、携帯電話と直接更新する携帯電話網の末端装置のことである。基地局（base staiton）とも略されることがある。

　都市部では、電柱やビルの屋上、電話ボックス、地下鉄ホームや地下街の天井などに設置される。郊外では、鉄塔や電柱型の電波塔に設置される。

　ひとつの基地局で通話できる人数は限られるため、繁華街や駅付近などでは複数の基地局設備が同じ場所に置かれていることもある。

通話エリア †

　携帯電話は小ゾーン方式というシステムを採用している。小ゾーン方式とは基地局ごとに細かくエリアを決めておき、車や電車などで移動している際にその基地局のエリアから外れたとしても速やかに次の基地局へ切り替わる方式である。基地局はそれぞれ周波数が違うので、この切り替わりの度に周波数も変わる。また、移動せずに同じエリア内にいても、基地局ごとに何個かチャンネルを持っているので、一定の周期で自動的にチャンネルが切り替わるようになっている。

セル †

　ひとつの基地局がカバーしている範囲をセルと呼ぶ。

　隣り合うセルで同じ周波数を利用すると、電波の干渉によって音が悪くなったり、通話できなくなったりする。そのため、隣接するセルでは必ず少しずつ異なる周波数を使い、電波干渉を起きないようにしている。

[補講]無線LANの知識がある人は、チャネル数の概念を考えれば、これは当然のことだろう。

　基地局に対して、端末機（携帯電話）では出力約0.6Wで3〜5km四方に電波が届く。しかし、電波の強さは出力に比例するため、基地局からの受信電波は良好でも端末機からの送信電波が弱く、相手に自分の声が届かないという現象が起こる。

マクロセルとマイクロセルとピコセル †

　ひとつの基地局から電波の届く範囲は、携帯電話の基地局が出力2〜3Wで1.5〜3km程度、無線出力の小さいPHSの基地局が20〜500mWで100〜500m程度である。しかし、ひとつのセル内で通話できる人数には限りがあるので、人が多く集まる繁華街や駅付近には基地局を複数設けている。ところが、あまりに基地局同士が接近すると今度は電波干渉が起きてしまう。そこで、小さな隣接する基地局では、例えば携帯電話の基地局では、出力を1〜0.5Wに下げることで電波干渉を防いでいる。

　このように、電波の届く範囲の広い基地局をマクロセル、反対にエリアの狭い基地局をマイクロセルと呼んで区別する。ちなみに、携帯電話の一般的な基地局をマクロセル、無線出力が始めから小さいPHSの基地局をマイクロセルのように区別する場合もある。

|マクロセル|半径数km以上|・山間部などの郊外では、主な移動手段が車であることや通話する人口密度が少ないこともあって、一般にマクロセルが使われる。|

セクターセルとオムニセル †

　一般にはひとつの基地局から電波が届く範囲をセルと呼ぶが、このセルをさらに分割する考え方もある。それは特定の方向にだけ電波が送信されるようなアンテナを使って、ひとつのセルを複数に分割して使い分ける方法である。この方法をセクターセルという。

基地局の仕組み †

　携帯電話の基地局は通話や通信を行うための重要な設備である。通話エリアは、この基地局をセル状に設置することで構成されている。

基地局の設備 †

　基地局設備は単なるアンテナ設備と思われがちであるが、アンテナ以外にも通信を制御するための機器で構成されている。その機器として、次が挙げられる。

アンテナ †

・基地局のアンテナ設備は、セル状のネットワークを形成するために指向性アンテナがしようされている。

・自動車電話が登場した時期は、通信距離を伸ばすことを目的に指向性アンテナが使われていたが、現在では隣接セルの干渉を防ぐことに充填が置かれている。

・場合によっては、遠くまで電波が照射されないように、傾斜させて設置させる場合も見受けられる。

・複数の周波数帯や方式でサービスを行う通信事業者の場合、ひとつのポールに複数のアンテナを設置して効率化を図っている。

無線基地局装置 †

・無線装置部分に相当し、受信増幅器、送信増幅器、変復調装置などの機器が収められている。

蓄電池設備 †

・万が一の停電に備えて、各基地局には蓄電池のUPS設備が備えられている。停電時にも、最大24時間程度まで通信断が起こらないように設計されている。

基地局設備制御装置 †

・複数の基地局を管理して、ハンドオーバーなどの移動体通信に必要な機能をつかさどっている。IDの送出や交換機に対する制御信号のやりとりがなされる。

基地局の種類 †

　小型基地局の設置によって回線収容数は向上するが、移動しながらの利用ではハンドオーバーの回数も多くなり、場合によっては通話が切れやすくなったり、位置登録の失敗の要因となる場合もある。

　本来なら電波が届かない場所でも利用できるように普通の基地局とは別に、様々なタイプの基地局が存在する。

小型基地局 †

・ビルの屋上や下層階外部に設置されるアンテナや基地局設備を小型化した基地局である。

・電波の届かない地下街や高層ビルのフロアでの通信を実現する。

・最近では各フロアに設置可能な超小型基地局設備も開発されており、電波の出力を抑えることで小エリアを構成するように設計されている。

・また、地下などでは複数の通信事業者が基地局設備を共用するケースもある。

MOF装置 †

・電波の届きにくいビル内などで携帯電話を利用可能にする移動通信用多分岐光伝送装置のことである。

・基地局から光ファイバーを用いて電波を伝送する。

・ビル内の各フロアへ光ファイバーケーブルを引き込み、その先にアンテナを設置して電波を発射する。

・高層ビルの高層階や地階の各フロアを通話エリアにする場合に用いられている。

ギャップフィラー（gap-filler） †

・同一波増幅装置。

・ビルの陰などの電波が届きにくいところに設置され、弱くなった電波を増幅することで通話エリアを補完する。

スカイネット計画 †

　スカイネット計画とは、携帯電話の中継局として飛行船を使う方式の計画のことである。

　高度2万メートルの成層圏に、中継装置を積んだ飛行機を浮かべて、プロペラの駆動によりほぼ定位置を保つようにしておく。飛行船1隻で半径約100ｋｍの中継ができ、半径35ｋｍ以内ではPHSのような小出力の電波でも中継が可能となる。また、高周波数を使うことで、大量の情報伝達を可能にする予定である。

　元々20隻の飛行船で日本全国をカバーできると計算されたが、携帯電話のような移動通信にも対応させるには、200隻は必要ということが発覚した。郵政省は一応2002年頃の実用化開始、2005年ごろには200隻の打ち上げを考えているようだが、どうなってるんだろうか…。

　昔からスカイネット計画はあり、当初は無人飛行機を飛ばすという計画であった。動力源は太陽電池から、地上から送るマイクロウェーブによるものまで色々考えれた。

位置登録 †

・携帯電話は自分自身がどの基地局のエリアにいるかを常時通信事業者に知らせるために、常に基地局と通信している。この通信を位置登録と呼ぶ。

・これは端末が独自に電波を発するために、ユーザーは気付かない。

・移動が多かったり、圏外の場所に長時間いると携帯電話の電池の減りが早いのは、位置登録の発信の頻度が多くなるからである。

・HLR（Home Location Register：ホームメモリ）というデータベースを用いて、加入者端末の情報や位置登録情報などが記載される。

・なぜ位置登録のような仕組みを実装したかと言うと、携帯電話で送信するときはよいとして、受信するときに効率よくするためである。通信事業者の交換機は呼び出す敬愛電話がどの基地局エリアにいるかを常に把握しておき、その基地局をピンポイントで呼び出すわけである。