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行動通信基地台

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安裝在輸電塔的行動通信基地塔

行動通信基地台英語:Cell site),也稱蜂窩設定點行動通信基地台無線電話訊號發射站蜂窩站蜂窩點蜂窩塔(cell tower)是一個安裝天線和電子通訊裝置、設定蜂窩電信的站點,用於行動電話使用的蜂巢式網路。訊號站由天線塔(或建在高架設施上的天線,像建築物)、無線電收發機數位訊號處理器、控制電路,用於定時的GPS接收機,備份電源和機房組成。在這個站點上,天線和電子通訊裝置被放置在,通常是一個無線電桿、塔架或其它高處位置,以便在一個蜂巢式網路中建立一個蜂窩(或毗鄰蜂窩)。這個被設在高處的結構通常支撐天線,以及一套或多套收發機、數位訊號處理器、控制電器、一個GPS接收器用於授時(對於CDMA2000/IS-95或GSM系統)、主備電源,以及外罩。[1]

術語「基地台設定點」(Base Station Site)可能會更好地反映現在日益增多的多運營商合併設點的情況,也就是多個基地台,設定在一個站點上。根據運營商所使用的技術的不同,即使一個只服務於單個運營商的站點,也可能放置多個基地台,每個基地台都為不同的空中介面技術(例如,CDMA2000或GSM)提供服務。

一些城市要求行動通信基地塔看起來不顯眼,例如與周圍環境合為一體。受到保護的森林景區經常將蜂窩塔藏在一個人造假樹或一個受到保護的樹上面。這些設施一般被稱為「隱蔽行動通信基地塔」或「秘密行動通信基地塔」。

行動通信基地塔通過T1專線微波)和T3s(專線,微波或光纖)連線到行動電話交換局(MTSO)的基地台控制器(BSC)。基地台控制器連線到接入公共交換電話網(PSTN)的電話交換機上。

無線電波和癌症的關聯仍是爭論不休的議題,現行安全規範保護民眾,遠離過度暴露在蜂窩站無線電波的危險下。

運營[編輯]

範圍[編輯]

一個行動通信基地塔的工作範圍(行動裝置能夠可靠地連線到該行動通信基地塔的範圍)並不是一個固定的值。它依賴於很多因素,包括但不限於:

  • 天線高出周圍地面的距離(Line-of-sight propagation,即視線傳播)。
  • 所使用的訊號的頻率。
  • 一些技術對於時間的限制(例如,GSM被限制為35公里,對於特殊裝置來說,達到70公里也是有可能的)。
  • 發射機的功率。
  • 簽約用戶裝置要求的上行/下行資料速率。[2]
  • 該站點的天線陣的方向性特徵。
  • 建築物或植被對無線電能量的反射和吸收。
  • 它還可能受限於當地的地理或管理因素,以及氣象條件。

總的來說,在那些存在足夠的行動通信基地塔來覆蓋廣泛區域的那些地方,每個行動通信基地塔的範圍將被設定為:

  • 確保有足夠的重疊部分用於與其它站點的切換(對於那些有能力處理這一點的技術來說,要將來自一個行動裝置的訊號,從一個行動通信基地塔移動到另一個——例如當在汽車或火車上撥打一個GSM電話時)
  • 確保重疊區域不會太大,以最小化與其它站點的干擾問題。

實踐中,在人口密集、會有最多的潛在用戶的地區,行動通信基地塔被組合在一起。通過單個站點的蜂窩電話通訊流量被基地台容量限制。基地台可以立即處理的呼叫或資料通訊流量的數量是一個有限值。這個限制是影響蜂窩杆站點的空間分布的因素。在郊區,天線杆通常被放置在相隔1~2英里(2~3公里)的位置,而在密集城市區域,天線杆可能會近達相隔1/4~1/2英里(400~800米)。

一個天線杆的最大範圍(不受限於相鄰其它天線杆的干擾)依賴於相同的環境。一些技術,例如GSM,通常具有一個固定的35公里(22英里)的最大範圍,這是由於技術限制所必需要求的。CDMA和IDEN不存在與生俱來的限制,但是限制因素是一個低功率的個人蜂窩電話回傳到天線杆的能力。一個粗略的指導原則是,基於一個高聳的天線杆和平坦的地面,有能力達到50~70公里(30~45英里)。當地面是多丘陵地帶時,由於中間物體侵入到訊號的傳播中心的菲涅耳區(fresnel zone),因此最大距離會在最小5公里(3.1英里)到8 公里(5.0英里)之間變化。根據地形和其它的環境因素,一個GSM塔可以替代2到50英里(80公里)之間的纜線,用於固定的無線網路。

頻道復用[編輯]

然而在一個蜂巢式網路中,「最大」範圍的概念是誤導性的。蜂巢式網路被設計為,在一個被授予牌照給提供蜂窩服務的運營商的有限數量的無線電頻道中(進行對談所需的無線電頻譜的片段),支援支援很多的對談。為了克服這個限制,有必要在不同的位置上重複和重用相同的頻道。如同當你旅行到另一個城市的時候,一個汽車無線電從一個本地台變換到另一個具有相同頻率的完全不同的本地台一樣,相同的無線電頻道僅僅在數英里之外的蜂窩天線杆上就被重用。為了實現這一點,一個蜂窩天線杆的訊號被故意地維持在一個較低的功率上,並且在許多情況下是斜向下的,以便限制它的覆蓋區域。這允許它覆蓋一個足夠小的區域,這樣就不必支援超過可用頻道能夠承載的太多對談。由於發射塔上的天線的分扇面的布置,可以根據在本扇面視線內的其它塔架的覆蓋範圍,可以變換每個扇面的強度和角度。

訊號限制因素[編輯]

一個蜂窩電話會因為離天線杆太遠,或者因為處於一個訊號被建築物的厚牆、刪或其它結構遮擋而變弱的地方,在一些時候可能無法工作。訊號不一定非要一個無遮擋的視線傳播,但是更強的無線電干擾會使得無線電接收惡化或抑制。當許多人在同一時間嘗試使用該蜂窩天線杆時,例如在堵車或體育賽事這樣的事件中,那麼在電話顯示上會看到訊號,但是被阻止進行一個新的連線。其它的蜂窩電話的限制因素是從它的低電量的電池傳送訊號到行動通信基地塔的能力。一些蜂窩電話的表現會比那些低功率或低電量的電話要好,這通常是因為從電話傳送傳送較好的訊號到天線杆的能力。

基地台控制器(一個中心電腦,專門處理電話連線)以及蜂窩電話的只能部分,保持相互追蹤,並且允許電話在一個對談期間,從一個天線杆切換到下一個。隨著一個用戶朝向一個天線杆移動,它拾取最強的訊號,並釋放來自訊號已經變弱的天線杆,這樣該天線杆的頻道對於另一個用戶來說就可用了。

更多資訊:頻率復用

地理定位[編輯]

蜂窩地理定位不像GPS那麼精確,但是可用於那些沒有GPS接收機的裝置,以及GPS不可用的情況。這個系統的精度是會變化的,並且在那些可使用高階前向鏈路(Advanced Forward Link)方法的地方最高,而在那些只有一個單獨的行動通信基地塔可及的地方最低,這種情況下,只能指導地理位置是處於該站點的覆蓋範圍內的任意一處。

一個高階前向鏈路(Advanced Forward Link)是指一個裝置處於至少三個行動通信基地塔的覆蓋範圍內,並且運營商實現了授時系統使用。

另一個方法是使用到達角度(Angle of Arrival,簡稱:AoA),這種方式出現在當裝置處於至少兩個行動通信基地塔的範圍內時,得出一個程度中等的精確度。輔助GPS同時使用衛星和蜂窩電話訊號。

在美國,緊急電話會使用位置資料(當地稱為「增強型911」),它被要求在2005年12月31日時,至少95%的蜂窩電話支援這個服務。許多運營商並未在這個最後期限之前完成,因此被FCC罰款。[3]

無線電功率和健康[編輯]

美國政府的職能部門,FCC,這樣提到:

「例如,取得自各種來源的度量資料一致地指出,靠近一個典型的蜂窩塔的『最壞情況的』地面水平功率密度,在1毫瓦/平方厘米或更少的量級(通常情況是大大低於這個值)。」[4]


蜂窩電話、蜂窩塔、Wi-Fi、智慧儀表(smart meters)、DECT電話、無線電話(cordless phones)、嬰兒監視器,以及其它無線裝置發射的都是非電力無線電頻率,它被世界衛生組織(WHO)僅僅分級為「潛在致癌」(potential carcinogen)。

辛迪·賽吉(Cindy Sage)生物創新報告(Bioinitiative Report)的合作編輯者寫到:「WHO國際癌症研究局剛剛發布了它的關於『非電離無線電頻率輻射被定級為2B(可能)致癌』的決定。這個分類與DDT、鉛,以及引擎排放一樣。這照搬了2001年IARC的關於『極低頻(Extremely Low Frequency,簡稱:ELF)被定級為2B(有可能)致癌』的發現。這牽涉到電力頻率(電力線及其裝置)的非電離輻射。這兩個發現確認了非電離輻射應當被考慮為一個癌症的潛在風險因素。而這樣的話,就迫切需要新的基於生物學的工種安全標準」。路易斯·斯萊森(Louis Slesin)博士已經就這個問題發表報告幾十年了。[5]

基地臺的布建方式[編輯]

藉由控制基地臺電磁波發射能量,以有效使用電磁波資源並提高使用效率,使每個基地臺的服務範圍,限制在一定範圍內,再由多個基地臺構成行動通訊網路系統,由於基地臺服務範圍彼此相鄰緊靠,就好像是蜜蜂窩一般,故稱為細胞(Cell)或蜂巢。

基地臺電磁波發射特性[編輯]

基地臺天線的電磁波輻射強度,隨著距離的增加,而快速衰減,因此只要與基地臺天線維持適當的距離,就不必擔心受到電磁波輻射的影響。

臨時設定點[編輯]

儘管蜂窩天線通常被附著在固定的建築結構上,運營商同時還保持著一些車隊,稱為「輪上蜂窩」(Cells-On-Wheels,簡稱:COWs),為臨時行動通信基地塔提供服務。它可能會包含一個發電機,以備在電網不可用的時候使用,而該系統可能擁有一個無線的回載(backhaul)鏈路,允許在無法使用有線鏈路時使用。

COW也會在永久行動通信基地塔使用——以便臨時替代受損的裝置,在計劃內停機期間,以及在例如大會期間提升容量。

設施和人員利用[編輯]

行動通信基地塔工人被稱為攀塔人(Tower Climbers)或傳輸塔架工人。傳輸塔架工人經常在高達1,500英尺(約460米)的高度上工作,為蜂窩電話和其它無線通訊公司進行維護和修復工作。

間諜機構設定[編輯]

根據迪耶·斯皮格爾(Die Spiegel)所泄露出的文件,NSA銷售了4萬美元的「活躍GSM基地台」,被用作一個工具來偽裝一個行動電話塔,並然後監視蜂窩電話。[6]

無電網系統[編輯]

一個無電網行動通信基地塔是不和公共電力網連線的。通常這樣的系統是因為難以連線或者缺乏基礎設施,而不連線到電網上。

燃料電池(fuel cell)或其它備用電源系統系統被添加到重要行動通信基地塔,來提供應急電源。更多站點則使用內燃機驅動的發電機組。[7][8]

然而,由於比公共電網的效率要低,它們增加了運營成本(OPEX),並且是一個污染源(大氣和噪音等),並且一些是處於受到環境和風景保護的。

可再生能源,例如太陽能風能在行動通信基地塔所處地點可能是可用的。它們可以被通過燃料發電機系統來備份,允許行動通信基地塔在可再生資源不足是仍然可以工作。

來自斷續源的能量被儲存在蓄電池(secondary batteries)中,通常被設計為擁有平均5天的自給能力,以允許維修人員在需要進行修復時,有足夠的事件到達。

可再生能源系統在可用時提供電力。燃料電池只有在自然資源不充足的時候才會啟用,來提供系統所需的能量。緊急電源(燃料電池)被設計為持續平均10天。通過這種方式,該體系是完全自給的:這使得維護團隊只需要少量地到達該站點,因為通常那些地方都很難到達。

偽裝[編輯]

各站點當地常常會有新天線杆的反對,因為安全和外表。後者有時通過將天線杆偽裝成一些其它的東西來解決,例如一個旗杆、一個路燈,或一棵樹,或者屋頂設施,或城市設施,例如煙囪、裝飾板。

這些隱蔽行動通信基地塔可以通過偽裝成植物形狀或樹皮顏色來偽裝它們自己。所有這些天線的偽裝都由塑料材質的樹葉組成,它們被精確地設計,考慮了數量、形狀以及適合陣列的形狀,來完全地將天線和所有附屬部分都以自然的形式隱藏起來。所使用的材料保證絕對的無線電透明,並抵抗紫外線。暱稱包括「獨棕櫚」(monopalm),因為一個獨杆天線(monopole)被偽裝成一棵棕櫚樹(palm tree);或者「假松電話」,因為一個天線杆偽裝正一棵松樹(pine tree)。[9]在獨杆天線中,定向天線有時被藏在一個位於杆頂的塑料遮蔽物之中,這樣就可以去掉橫條了。

屋頂結構,例如隱藏的煙囪或者裝飾板,高約6到12米,可以在一個站點隱藏一個或多個行動電話運營商。屋頂遮蓋板可以被固定在現有的屋頂結構上,快速和便宜地改變樣式。

行動電話基地台正在變成一個時代的符號,連線和交織有形和無形的網路。天線形式是各種建築風格混合的蜂窩塔,是設計師和建築師合作的結果。

小型化[編輯]

阿爾卡特-朗訊的研究者開發出了一種行動通信基地塔,稱為「輕量無線電」(lightRadio),適合一個人的手掌。它的尺寸是一個魔方的大小。它能夠對2G3G4G訊號進行中繼。它們的能量利用更高效,並且可以比當前的行動通信基地塔更高效地投送寬頻。它們可以被用於人口密度非常高的城市區域,為更多的無線電空間騰出地方。[10]

參見[編輯]

參考資料[編輯]

外部連結[編輯]