路燈桿在通信基站快速規(guī)模建設(shè)中的研究與實(shí)踐

戴海兵 陳愛(ài)勇

【摘要】 針對(duì)基站選址建設(shè)協(xié)調(diào)困難這一困擾通信運(yùn)營(yíng)商的普遍問(wèn)題，本文探討了將基站建設(shè)與城市內(nèi)遍布的路燈桿進(jìn)行結(jié)合的具體方案。文中對(duì)路燈桿與基站建設(shè)融合的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了深入研究，對(duì)效益進(jìn)行了全面分析，在實(shí)際場(chǎng)景中進(jìn)行了運(yùn)用并取得良好的預(yù)期效果。

【關(guān)鍵詞】 路燈桿 基站 建設(shè) 室外機(jī)柜 組網(wǎng) 4G

一、引言

隨著4G牌照的發(fā)放，各通信運(yùn)營(yíng)商均在大力推進(jìn)4G基站建設(shè)。但伴隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步，百姓越發(fā)關(guān)注自身健康，大眾對(duì)通信輻射存在普遍誤解，造成基站建設(shè)垃圾箱效應(yīng)凸顯。人們?cè)桨l(fā)依賴于通過(guò)移動(dòng)通信基站與外界溝通交流，卻極希望自己所生活的社區(qū)房舍遠(yuǎn)離移動(dòng)通信基站。與此同時(shí)，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速推進(jìn)，土地資源已非常稀缺，往往通信運(yùn)營(yíng)商規(guī)劃站址，土地征用卻極其困難；即使站點(diǎn)與業(yè)主談妥允許建設(shè)，但周圍居民在基站建設(shè)過(guò)程中百般阻攔，也會(huì)給基站建設(shè)增添變數(shù)。

建站難，難建站，已是近年來(lái)各通信運(yùn)營(yíng)商共同的難題。同時(shí)，由于4G網(wǎng)絡(luò)頻段較高，對(duì)障礙物的繞射和穿透能力弱，兩個(gè)基站之間的距離不能超過(guò)400米。換句話說(shuō)，每隔400米即需布置一個(gè)4G基站。如此高的密度，在僻靜的局部地區(qū)尚有可能，然而在熱點(diǎn)區(qū)域，周圍居民集中，征地及建站必然遭到強(qiáng)烈干擾和抵制，如何將大量的基站建設(shè)下去，是擺在通信運(yùn)營(yíng)商面前的共同難題。

二、可行性分析

為了提升網(wǎng)絡(luò)覆蓋質(zhì)量，解決道路場(chǎng)景的基站建設(shè)，同時(shí)將基站塔體融入到現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中，并達(dá)到與環(huán)境的和詣統(tǒng)一，各大通信運(yùn)營(yíng)商對(duì)道路覆蓋基站解決方案存在迫切的需求。

路燈，在城市的每條大街上每隔35米左右即裝有一個(gè)。這可以作為非常寶貴的基站站址資源，運(yùn)營(yíng)商可結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)的基站分布選擇合適的路燈桿位置，將原有的路燈桿替換成滿足通信需求的路燈桿體，采用分布式基站建設(shè)模式建設(shè)通信基站，既保持原有的城市景觀照明，又解決通信基站落地的難題。

通信基站與路燈桿結(jié)合的前提條件是當(dāng)前基站無(wú)線主設(shè)備主要為BBU+RRU的分布式基站設(shè)備，與傳統(tǒng)無(wú)線主設(shè)備相比，可以無(wú)需機(jī)房；其次是目前可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)機(jī)房的室外一體化機(jī)柜，該項(xiàng)要求也已具備大規(guī)模使用的可行性。

三、關(guān)鍵技術(shù)方案

通信基站與路燈桿相結(jié)合是一種全新的模式，需要基于現(xiàn)有的資源，充分分析路燈基站的特殊性，在現(xiàn)有的設(shè)備選型、組網(wǎng)方案等基礎(chǔ)上進(jìn)行創(chuàng)新。

3.1 路燈基站原理

路燈基站包含三大要素：路燈桿體+室外機(jī)柜+集束天線，如圖1所示。

3.1.1 路燈桿體

將移動(dòng)通信桿體功能需求和路燈桿體功能需求相結(jié)合，制定通信路燈桿體綜合需求：（1）桿體預(yù)留法蘭孔。a、距桿體頂端1米處預(yù)留尺寸為50mm*70mm的后期網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容走線法蘭孔；b、燈頭支臂下方0.5米桿體處預(yù)留尺寸為50mm*70mm的路燈監(jiān)控走線法蘭孔；c、距桿體下端2.5米處預(yù)留尺寸為100mm*120mm的電表箱走線法蘭孔；d、燈頭支臂上方0.5米桿體處預(yù)留尺寸為50mm*70mm的GPS走線法蘭孔，同時(shí)預(yù)留GPS天線固定抱箍；e、距桿體下端0.6米處預(yù)留尺寸為130mm*350mm的路燈操作維護(hù)法蘭孔；f、所有預(yù)留法蘭孔均需封閉、可拆卸；（2）塔腳錨栓螺母強(qiáng)度性能為8.8級(jí)，雙螺母。地腳螺栓標(biāo)準(zhǔn)：15米路燈桿法蘭盤700mm，6根直徑42mm，長(zhǎng)1500mm；20米路燈桿法蘭盤700mm，6根直徑48mm，長(zhǎng)1500mm。（3）桿體基礎(chǔ)朝機(jī)柜側(cè)預(yù)留2根內(nèi)徑60mmPVC管+1根內(nèi)徑40mmPVC管。（4）塔型設(shè)計(jì)時(shí)考慮設(shè)計(jì)基本風(fēng)壓為0.45kN/m2；頂部集束天線不大于φ300X2000；集束天線底部法蘭尺寸為：φ100/φ200（3φ150.6±0.3長(zhǎng)圓孔）；集束天線重量不大于40Kg。

3.1.2 室外一體化機(jī)柜

結(jié)合路燈基站實(shí)際設(shè)備情況，對(duì)普通室外一體化機(jī)柜進(jìn)行改造，形成適合路燈基站使用的“胖路燈機(jī)柜”和“瘦路燈機(jī)柜”。

（1）胖路燈機(jī)柜：920*920*1700mm，適用于路燈桿邊上有較大面積綠化帶或隱蔽空地，如圖2所示。

（2）瘦路燈機(jī)柜：700*650*1750mm，適用于路燈桿邊上無(wú)綠化帶空地或有較小面積綠化帶空地，如圖3所示。

通過(guò)對(duì)普通室外一體化機(jī)柜的改造，形成尺寸較小、滿足RRU安裝的路燈機(jī)柜，更加適合路燈基站建設(shè)的場(chǎng)景需求。

3.1.3 集束天線

考慮路燈桿特殊桿體結(jié)構(gòu)及使用場(chǎng)景，傳統(tǒng)的板狀天線無(wú)法使用，故考慮使用多小區(qū)集成度高的集束天線。

根據(jù)網(wǎng)絡(luò)實(shí)際需求，集束天線按照扇區(qū)數(shù)量分為三扇區(qū)和二扇區(qū)；按照頻段分為2G/TD雙頻集束天線和LTE集束天線。

路燈桿基站集束天線安裝在路燈桿頂端，集束天線外觀及顏色與周邊路燈桿保持一致，避免天線直接裸露安裝，隱蔽性好。此外集束天線的天線增益可達(dá)到15dbi左右，與傳統(tǒng)基站天線增益相仿，可以很好的解決路燈桿基站周邊道路的覆蓋。

三扇區(qū)與二扇區(qū)集束天線外形見(jiàn)圖4：

3.2 組網(wǎng)方案

3.2.1 組網(wǎng)策略

采用集束天線，分兩扇區(qū)、或三扇區(qū)分別向兩個(gè)或三個(gè)方向進(jìn)行覆蓋，同一位置上的兩面天線合并成一個(gè)小區(qū)，進(jìn)行補(bǔ)盲覆蓋及吸收熱點(diǎn)地區(qū)的話務(wù)量。在十字路口或路中間，在相對(duì)或者對(duì)角的路口分別一根路燈桿，分別用來(lái)做DCS&TD、LTE系統(tǒng)的覆蓋，主要的覆蓋需求分為孤點(diǎn)覆蓋、線狀覆蓋和面狀覆蓋，如表1所示：

路燈基站采用集束天線，天線通過(guò)饋線連接到RRU與RRH合路后的功分器，采用燈桿安裝方式，一個(gè)單通道RRU可以通過(guò)功分器連接集束天線的兩面天線，這樣，一個(gè)燈桿處需要一個(gè)RRU、兩面天線。為了減少市民關(guān)注度，RRU與RRH選擇放在燈桿的下面或燈桿旁邊，用室外機(jī)柜來(lái)偽裝RRU。各RRU之間可采用星形方式組網(wǎng)，獨(dú)立站點(diǎn)完成覆蓋。

BBU一般采取光纖拉遠(yuǎn)方式，可放置在附近宏站或室內(nèi)覆蓋的機(jī)房?jī)?nèi)，通過(guò)光纖連接到最近的RRU。

3.2.2 單站建設(shè)組網(wǎng)方案

因路燈基站同時(shí)存在2G/TD/LTE需求，優(yōu)先把2G的SUMX下沉安裝到2G/TD的室路燈機(jī)柜中，TD的BBU和LTE的BBU拉遠(yuǎn)；路燈基站外市電和傳輸只到其中的2G/TD路燈機(jī)柜，LTE路燈機(jī)柜的電和傳輸通過(guò)光電復(fù)合光纜從2G/TD路燈機(jī)柜引接；如果該路燈基站只有LTE需求，那么LTE的BBU下沉安裝到路燈機(jī)柜中，外市電和傳輸正常接入LTE路燈機(jī)柜。這樣既可以利用機(jī)柜的干接點(diǎn)監(jiān)控，又能減少路燈基站的設(shè)備功耗，降低市電引入難度。

3.3 路燈美化

路燈是城市環(huán)境的重要組成部分，不僅僅是照明工具，更是一種藝術(shù)形式，與周圍環(huán)境友好協(xié)調(diào)、有機(jī)融合是建站避免民擾的關(guān)鍵因素。設(shè)計(jì)、建造優(yōu)美和諧，將通信設(shè)備或機(jī)柜融入或隱藏其中，既美化環(huán)境，又兼具照明和通信功能的路燈是路燈基站的目標(biāo)任務(wù)。隨著技術(shù)進(jìn)步，基站設(shè)備越來(lái)越小，將其隱藏至優(yōu)美的偽裝機(jī)房、路燈桿體是完全可行的，再加上燈桿的美化設(shè)計(jì)，居民是會(huì)完全接受這樣的城市藝術(shù)景觀的，民擾就可以順勢(shì)化解，如圖5和圖6所示。

3.4 建站模式

傳統(tǒng)建站模式，是網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商自己或代理在規(guī)劃建站區(qū)域直接業(yè)主協(xié)調(diào)建站征地事宜，全面協(xié)調(diào)建站事務(wù)。這種模式，需要運(yùn)營(yíng)商全面把控，牽扯太多精力不說(shuō)，隨著時(shí)代變化，越發(fā)顯示其有諸多弊端，首先業(yè)主漫天要價(jià)，再者周圍民擾不厭其煩，規(guī)劃站址長(zhǎng)期得不到落實(shí)，而且還經(jīng)常遭到該區(qū)域周邊居民通信信號(hào)差的投訴。隨著現(xiàn)代服務(wù)業(yè)的蓬勃發(fā)展，專業(yè)的談點(diǎn)公司或第三方建站公司都應(yīng)運(yùn)而生，通過(guò)第三方建站公司或通信業(yè)務(wù)供貨商全面協(xié)調(diào)建站事宜，全面完成后向通信運(yùn)營(yíng)商交鑰匙的建站模式。術(shù)業(yè)有專攻，專業(yè)公司有其專業(yè)性，有其解決問(wèn)題的特有資源和有效手段，難建站點(diǎn)采用如此模式必然大幅度減少。

四、效益分析

路燈基站與綠化帶基站，建設(shè)模式相近，均為室外機(jī)柜+景觀塔/路燈桿，適用場(chǎng)景相似，但是與綠化帶基站對(duì)比，路燈基站建設(shè)成本降低60個(gè)百分點(diǎn)，建設(shè)周期減少3天，具有較大優(yōu)勢(shì)。

4.1 建設(shè)模式對(duì)比，如表2所示

4.2 建設(shè)成本對(duì)比，如表3所示

4.3 建設(shè)周期對(duì)比，如表4所示

五、實(shí)施效果

南京移動(dòng)率先對(duì)路燈基站的建設(shè)進(jìn)行試點(diǎn)，目前已完成首批站點(diǎn)的安裝開(kāi)通工作，解決了江南明珠小區(qū)、紫園小區(qū)等10處長(zhǎng)期信號(hào)弱覆蓋點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了環(huán)陵路等8處重要道路TD連續(xù)覆蓋，同時(shí)解決了6路、37路、59路等13條公交沿線LTE疑難站點(diǎn)建設(shè)。根據(jù)南京網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀，針對(duì)多年未選址成功的弱覆蓋區(qū)域，規(guī)劃了100個(gè)路燈基站用以解決移動(dòng)用戶長(zhǎng)期投訴熱點(diǎn)區(qū)域。建設(shè)完成后預(yù)計(jì)將有效解決軍區(qū)司令部大院、奧體中心居民區(qū)、西康路省委家屬樓等176處長(zhǎng)期弱覆蓋點(diǎn)，同時(shí)為后期LTE建設(shè)預(yù)留資源，以便于后期LTE建設(shè)工作快速部署。

實(shí)際建成的路燈基站如圖7，8所示：

六、結(jié)束語(yǔ)

隨著2G&TD網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)發(fā)展及LTE大規(guī)模建設(shè)，傳統(tǒng)基站建設(shè)模式已經(jīng)不能滿足移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展需求，路燈基站建設(shè)模式在一定程度上降低加快網(wǎng)絡(luò)建設(shè)難度，解決網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋問(wèn)題：（1）移動(dòng)2G&TD用戶爆發(fā)式增長(zhǎng)，網(wǎng)絡(luò)底噪抬升，弱覆蓋區(qū)域不斷增多，使用路燈基站可以解決網(wǎng)絡(luò)弱覆蓋，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的深度覆蓋；（2）LTE大規(guī)模建設(shè)即將到來(lái)，城區(qū)基站選址難度日益加大，采用路燈基站建設(shè)模式可以有效解決基站選址問(wèn)題，推進(jìn)LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)步伐；（3）路燈基站成規(guī)模建設(shè)后，可以為后期城市室外WIFI覆蓋做好前期配套資源儲(chǔ)備，降低后期“無(wú)線城市”的建設(shè)難度。