基地局とは？

基地局や携帯電話から放出される電磁波は空気のようなもので、私たちの身の回りを満たしています。

誰もが携帯電話を知っていますが、舞台裏のヒーローである基地局は、ほとんどどこにでも見られますが、ほとんどの人には理解されていません。

基地局とは何ですか?基地局はどのように機能しますか? この記事を読んだ後、次の質問の基本的な理解が得られます。

① 基地局の仕組みは？

②基地局の放射線は有害ですか？

③基地局とは何かを友達にどう説明する？

こんにちは、基地局と呼んでください。

 

皆さんこんにちは、基地局です。 認めるか認めないかは別として、私の存在は水や電気と同じくらい重要です。 私が発信する電磁波は空気のようにあなたを包み込みます。

私の存在意義は、あなたの携帯電話を全世界に繋ぎ、すみずみまで素早く確実に電波を届けることです。 何年にもわたって、私は黙って仕事をしてきました。実績と名声を隠し、ステージとスポットライトを親しいパートナーである携帯電話に任せてきました。 しかし、新しいものに慣れていないことは常に恐怖をもたらし、「放射線」は私の頭にかかる終わりのないもやのようなものです。 一方では、良好な携帯電話信号に対する強いニーズがあり、他方では、基地局からの放射に対する本能的な恐怖があります。 私たちはこの矛盾に巻き込まれています。 信号が良くないと叱られます。 信号がいいのに、私を見るのは怖いです。

私は基地局で、一般に「公衆移動通信基地局」、または略して BS を指し、基地局は携帯電話に信号を提供します。

基地局の紹介

 

ほとんどの人は、高い鉄の塔だけが私にあると考えており、塔の頂上からの猛烈な放射能が集中豪雨のように流れ出し、人々が憂鬱な恐怖を感じて逃げ出すと想像しています。

図1: 基地局タワーとアンテナ

上にあるのは鉄塔とアンテナで、基地局の一部です。 これらの目に見える部分に加えて、基地局には多くの目に見えない部分もあります。

通常、次の主要部分で構成されています。

図 2: 基地局の主要コンポーネント

アンテナフィーダーシステム: アンテナとフィーダーを含む信号の送受信を担当します。 RFユニット: 私の最も重要な部分である信号の生成と抽出を担当します。 ベースバンドユニット: すべてのコンポーネントの中核である情報処理を担当します。 支援システム：鉄塔、電算室、電源空調設備等、上記システムのサポートを行います。 2Gと3Gの時代、基地局は 二層.

以下に示すように。

図 3: XNUMX 層の基地局

4G LTEの時代になると、XNUMXつのレイヤーがXNUMXつのレイヤーに縮小され、別のレイヤーになります eNodeB。

図 4: XNUMX 層の基地局システム

eNodeB を例にとると、通常、次のコンポーネントが含まれます。

図 5: eNodeB のコンポーネント

アンテナフィーダーシステム: 信号はどのように送信されますか?

ほとんどの基地局は特別なタワーを必要とせず、既存の屋根に直接建設できます。

通常、アンテナである屋根の上に、板状の物体が直立し、少し下向きに傾斜しているのが見えます。 家が少ない場合は、基地局を吊るすための特別な通信塔が建てられます。 塔のてっぺんには、四角い板状のものが丸く光っていて、それがアンテナです。

図6： 基地局通信塔

アンテナは、信号の送受信に使用されます。 高周波ユニットから送信された信号を正しい方向に集束させ、携帯電話に送信できます。 信号によって形成された電磁ビームを使用して、携帯電話と一緒に移動し、懐中電灯のビームのように正確に発射することもできます。

さらに、携帯電話からの微弱な信号を感知して受信し、これらの信号を収集して無線周波数ユニットに送信し、そこから情報を抽出することもできます。

一般に、基地局には 120 つのアンテナがあり、それぞれが周囲の 360 度の方向に信号を送信し、XNUMX 度のシームレスなカバレッジを提供できます。

アンテナの下部を注意深く見ると、細い黒いワイヤーの撚り線が下方に伸びていることがわかります。 これらのケーブルはフィーダーであり、高周波ユニットを接続し、電磁波をアンテナに送信するために使用されます。 アンテナとともに、アンテナ フィーダー システムを形成します。

以下に示すように、いくつかはエアコンに美化されます。

図7：エアコンの形をした基地局

これは景観樹と呼ばれ、一般的に公園や森などのシーンで使用されます。

図 8: ツリー基地局

地方の基地局、高速道路、高速鉄道、景勝地などは鉄塔が基本であり、一般的に知られているタイプです。 タワーは一般に、より遠くの場所をカバーするために高く構築されます。

図 9: タワー基地局

美化カバーは都市で最も使用されているもので、屋根のエアコンのように見えます。

スポットライト アンテナは住宅地で最も広く使用されており、主に住宅の屋根に設置されています。 ランプシェードのように見えますが、実はアンテナであり、主にコミュニティの住民にサービスを提供しています。

図 10: ランプシェードの形をしたアンテナ

アンテナ塔だけでなく、基地局も井戸蓋にできます。

造園用の木、造園カバー、スポットライト、その他のアンテナを使用する理由一つは街の美しさのためで、周囲の建物とより調和して見えます。 XNUMXつ目は、苦情や紛争を減らすことです。 信号があるところには放射があり、放射があるところには論争があります。

無線周波数ユニット: 放射線の「すべての悪の源」

アンテナに接続された給電線に沿ってまっすぐ下ると、すぐにアンテナの後ろに隠れている銀色の箱が見えます。これは無線周波数 (RF) ユニットです。

図 11: RF ユニット

RRU (Remote Radio Unit) は「リモート無線周波数ユニット」を意味します。 中国ではRRUと呼ぶ人が多いですが、RRH、RFUと呼ぶ企業も多いです。 実際、それらはすべて同じまたは類似したものを意味します。

なぜ「リモート」という言葉を使うのですか？ 無線周波数ユニットとベースバンドユニット（後述）は連動しており、ベースバンドユニットは塔の下の機械室にあり、無線周波数ユニットは塔の上に高く吊るされており、両者は遠く離れています。

無線周波数ユニット (RRU) は、主にワイヤレス信号の生成と抽出を担当します。

信号の生成は、送信する情報を電磁波に変換し、フィーダーを介してアンテナに渡し、空中に発射できるようにすることです。

信号抽出とは、アンテナが受信したいくつかの弱い携帯電話信号を組み合わせ、さまざまな方法で干渉の影響を取り除き、そこから有用な情報を抽出して、処理のためにベースバンド ユニットに送信することです。

RRUは、2G、3G、4G、さらには5G信号の送信を担当する多くのモジュールに分割できます。 多くの人は、これほど高くて大きな鉄の塔からこれだけ多くの信号が発信されるとすれば、そのパワーは非常に高いはずだと考えていますよね? 実際、RRU の最大送信電力は 160 ワットです。 これはピーク値であり、通常の状況下の値ではなく、アイドル時間中に送信される信号強度はさらに小さいことに注意してください。 怖くないですか？ 結局のところ、家庭の電子レンジは1000ワットの電力に簡単に到達できます。

いわゆる放射線のために、基地局に抵抗する人もいます。 さて、今日は放射能問題について話しましょう。 2Gから5Gへと技術はますます高度化し、使用できる周波数はますます高くなりますが、基地局の放射は常に減少しています。 理由は、基地局が小さくなったからです。

2G時代の基地局は巨大で、こんな感じです。

図12：2G時代の基地局

なぜそんなに大きいのですか？ この基地局は 10 km 以内のすべての信号をカバーする必要があり、信号送信機の電力は非常に大きくなければならないためです。

しかし、5G時代はそうではありません。 基地局によって制御される範囲はわずか 100 ～ 300 m であり、周波数が高すぎ、波長が短すぎ、回折能力が不十分であるため、より大きな基地局を構築しても意味がありません。 電力が大きくても小さくても、カバレッジエリアに影響を与えないため、各基地局は非常に小さいサイズで構築されています。

任正非氏は、メディアとのインタビューで次のように述べています。

「5G 基地局の重さはわずか 20 kg で、書類を入れるスーツケースほどの大きさです。 タワー型の駅はいらない。 ポールに取り付けたり、壁に掛けたりすることができます。 何十年も腐食しない耐腐食性材料があるので、5G を廃棄することができます。」

5G基地局はこれくらいの大きさで、見た目はルーターによく似ています。

図13：5G基地局

この 5G 基地局の電力はわずか 10 ワットと非常に小さく、家電製品はもちろん、電球ほど強力ではありません。

電源がなければ、実質的に放射線はありません。 中国は通信基地局の電力に対して非常に厳しい基準を設定しており、米国や EU の基準よりもはるかに高く、40 平方センチメートルあたりわずか 600 マイクロワットですが、米国の基準は 15 倍の XNUMX マイクロワットです。

私たちが通常使用するヘアドライヤーの放射は、約 100 マイクロワット/平方センチメートルです。 自宅のワイヤレス ルーターが約 60 メートル離れている場合、放射は XNUMX 平方センチメートルあたり約 XNUMX マイクロワットです。

電磁調理器はもっと怖いです。 電磁調理器から約 0.5 メートル離れたときに生成される放射線の量は、580 平方センチメートルあたり 600 マイクロワットという驚異的な量です。 アメリカ人が放射線基準を XNUMX マイクロワットに設定した理由は、アメリカ人が電磁調理器で調理するのが特に好きだからかもしれません。

実際、電化製品との距離が離れると放射線の量は急激に減少し、30cm 離れると放射線量は XNUMX 分の XNUMX に減少します。

したがって、額に近い携帯電話からの放射線の量は、基地局の放射線量よりもはるかに多くなります。 携帯電話の電力は確かに非常に低いですが、近すぎる場合はそうではありません.

ちなみに、基地局の信号が弱い場合、携帯電話は信号を捕捉するためにアンテナの送信電力を自動的に増加させ、あなたへの放射は 50 平方センチメートルあたり XNUMX マイクロワットに達する場合があります。 このデータは国の基準をわずかに上回っていますが、ヨーロッパやアメリカの基準よりもはるかに低いため、携帯電話が害を及ぼす心配はありません。

基地局を破壊して放射線を減らすのは賢明ではありません。 基地局が弱いほど、電話を使用しない限り、受信する信号放射が強くなります。

ちなみに、5G時代になると、XNUMX台の携帯電話が同じ配下にあると 基地局 相互に通信すると、基地局はそれらの間でデータを送信しなくなりますが、一致する制御信号のみを送信するため、5 つの電話機が互いに信号を送信できるようになります。 なぜなのかご存知ですか？ 携帯電話の電力はXNUMXG基地局の電力よりも高く、より強力で安定した信号伝送を備えているため、基地局のリソースを節約することで費用対効果が高くなります.

機械室：きめ細やかなケア

私たちは RF ユニットを離れ、電源コードをたどって、最も重要な部分である機械室に到達しました。

図 14: 機械室

マシンルームの機能は、コア機器であるベースバンドユニットを内部に収納し、電源を供給することです。 人間の頭が繊細でありながら重要な脳を硬い頭蓋骨で保護するのと同じように機能します. そのため、機械室に気軽に立ち入ることはできません。 外はフェンスで守られているだけでなく、厳重な管理体制と入退室管理体制が敷かれています。 「頭脳」が盗まれるのも怖い。

図 15: 機械室内の機器

通常、基地局には機械室があり、建物の目立たない隅にあるものと、フィールドにあるものがあります。

鉄塔の下にこのような小さな家が見えるかもしれません:

図 16: フィールド基地局の機械室

以前は、基地局は事業者によってレンガごとに建設されたため、多くの手間がかかりました。 . . したがって、統合されたステーションに変更されました。

図 17: 統合された機械室

ベースが付属しているので、クレーンがそれを置く場所を見つけるだけで済みます (車輪が付いているものもあり、引き離すことができます)。

機械室の通常の運用には、人間が空気、水、食料を必要とするのと同様に、多くのリソースのサポートが必要です。 まず、電気がなければストライキをしなければならないので、電力系統は必須です。 まず電力を供給するために都市交流電力を導入し、それを電源を通じて直流電力に変換する必要があります。 異常な状況も考慮に入れる必要があります。停電が発生した場合はどうなるでしょうか。 したがって、常にスタンバイ状態のバッテリーも装備する必要があります。

また、多くの基地局が他の「兄弟」（基地局）と接続して大規模なネットワークを形成するため、相互に接続するための伝送装置も不可欠です。

機械室は狭く気密性が高く、換気が悪い。 BBU、電源、および伝送装置はすべて、動作時に継続的に熱を放出します。 熱がこもって温度が上がると、熱がある人のように、私の脳はBBUが機能しなくなります。 そのため、エアコンも必須です。

ベースバンドユニット：my Brain

マシンルーム内のランダムなキャビネットに、高さ約 XNUMX センチメートル、幅 XNUMX メートル未満の箱があり、そこにはケーブルが詰められており、パネル上のいくつかの緑色の LED ライトが急速に点滅し、シューという音を伴います。ファンが回る。

図 18: BBU の概略図

これが私の脳、伝説のベースバンド ユニット BBU です。 BBU の機能は、元の情報の処理を完了することです。この情報は、RRU に送信されて無線信号が生成され、アンテナを介して携帯電話に送信されます。 逆に、携帯電話から送信された信号もアンテナを介して受信され、RRU で前処理された後、最終的に BBU に到達して情報が抽出されます。

図 19: BBU の正面図

BBU は雨にさらすことができないため、通常は屋内 (つまり、機械室のキャビネット内) に配置されます。

図 20: キャビネット内部の概略図

キャビネットには、キャビネットの電源装置と伝送装置もある場合があり、これらは簡単に識別できます。

一般に電源装置には、赤、黒、青の線 (電源線) が多く、スイッチのトグルが多数あります。 伝送装置は一般に光ファイバーポートとネットワークポートが多く、黄色で多く挿入されています 光ファイバーケーブル.

BBU、RRU、およびアンテナは、私の体の中核となる「器官」です。 彼らは一緒に働いて、私の体が正常に機能するのを助け、電話をかけたり、テキストメッセージを送信したり、インターネットをサーフィンしたりするなどのコミュニケーション機能を完了させます. 私は決して一人で戦うことはありません。個人の力は小さすぎるため、多くの「兄弟」と協力する方が得意です。 基地局がランプの場合、都市を照らすには何個のランプが必要で、国を照らすには何個のランプが必要ですか?

実際、2018 年にはすでに全国に 6.48 万の基地局がありました。 兄弟と私は、細胞のように互いに密接に接続されてネットワークを形成し、すべての人にシームレスなカバレッジの通信サービスを提供しています。 これが私の使命です。どんなにつらくても、どんなに誤解されても、後悔はしません。

リピータ

以下は、RRU に似たリピータです。

図 21: リピーター

リピーターは実際には信号リピーターであり、アップリンクとダウンリンクの無線周波数信号を増幅し、ブラインドおよび弱い信号エリアのカバレッジ問題を解決するために使用されます。 リピーターは安価で、基地局よりもはるかに低コストです。 現在、リピーターはあまり多くありません。

屋内分配システム

屋内の信号カバレッジは常に大きな問題でした。 基地局は、一般的にビルの屋上などの高所に設置されます。 人が建物に入ると、特に地下室、駐車場、エレベーターでは、携帯電話の信号が失われる傾向があります。

したがって、屋内環境については、業界で「屋内配信」と呼ばれることが多い屋内配信システムが特別に配置されます。 「屋内配信」は、実際にはセカンダリ リレーであり、信号のカバレッジが強化されています。 フィーダーはソース (マイクロセル基地局やリピータなど) から接続され、各部屋またはチャネルに送信され、アンテナを使用して信号が送信されます。

図 22: 屋内分配システム

おしゃぶりのてっぺんによく見かけるおしゃぶりのようなもの officeは「屋内分配型」の無指向性天井アンテナです。

図 23: 無指向性天井アンテナ

基地局の小型化

現在、基地局の小型化が進んでいます。 スペースを取らない（家賃を節約する＝お金を節約する）一方で、省エネで環境にやさしく（電気を節約する＝お金を節約する）、最終的には導入がより便利で迅速になります。 （労力を節約する＝お金を節約する）。 基地局を小型化する場合は、BBUとRRUの組み合わせ、RRUとアンテナの組み合わせ、またはBBU、RRU、アンテナの統合です。

これは自宅のWiFiルーターと同じですか？ これは「XNUMX 兆分の XNUMX」を意味する Femto と呼ばれ、低電力で狭い範囲をカバーするホーム基地局です。

図 24: フェムトセル

結論：

基地局は、誰もがなくてはならない最も誤解されているデバイスです。 全然不思議じゃないし、怖くない。 通信業界には、それに熱心に取り組んでいる人がたくさんいます。