基于5G 移動通信基站選址方法的探究

曾海燕, 鄭 鑫

(廣西民族師范學院 物理與電子工程學院, 廣西 崇左532200)

0 引 言

隨著通信技術(shù)的演進,經(jīng)歷了從2G 到5G 時代的技術(shù)更迭,盡管通信技術(shù)有了突飛猛進的發(fā)展,但是基站選址依然是制約通信發(fā)展的關(guān)鍵因數(shù)。 傳統(tǒng)模式的基站建設,通常采用宏站高塔的模式,用廣覆蓋的方式進行建設。 隨著社會的發(fā)展,人工成本的不斷增加,傳統(tǒng)模式下的選址模式會導致基站建設成本劇增,與現(xiàn)行的節(jié)能減排理念相違背,宏站桿塔的覆蓋由于受到阻擋多,已經(jīng)無法滿足日趨發(fā)展的通信對基站深度覆蓋的要求。

隨著4G 和5G 的發(fā)展,宏站高塔的模式日顯其弊端,已經(jīng)不能適應當今社會對基站覆蓋的要求。面向5G 通信時代,如何提高基站選址的成功率,應當借助于哪些方面的技術(shù)手段,成為要探究的課題。本文介紹了傳統(tǒng)的基站選址原則,分析了傳統(tǒng)選址模式下基站建設存在的困難,針對5G 時代下基站選址的要求進行深入分析,以利用社會資源和宏微基站相結(jié)合等方式來闡述如何提高5G 基站的選址成功率,并對具體應用案例進行了剖析。

1 傳統(tǒng)基站選址原則

2G 時代的基站建設,通常以廣覆蓋為主,基本是選擇高處建站,基站建設往往以越高越好,平均每個基站覆蓋距離達到3 到5 公里。 對于這類基站的選址,主要遵循安全性高、覆蓋范圍廣、對周邊環(huán)境影響小三大原則。 基站選址還要避開容易引發(fā)洪澇災害、容易引起雷擊等地區(qū),避免靠近高壓設施,避免附近有強干擾設施,比如大功率電臺、雷達站及變電站等。 基站的選址也要考慮宏微基站相結(jié)合的原則,宏站僅能做到連續(xù)覆蓋,但對于人群密集的區(qū)域,還要做到深度覆蓋。 例如：一個高校的通信覆蓋,不僅需要建設校區(qū)外圍的若干宏站,還需要在教學樓、宿舍樓、食堂、體育館等地方進行室內(nèi)分布建設,用室內(nèi)分布基站確保流量的吸收,讓宏站更多的承擔非人流集中區(qū)域的話務及流量吸收。

2 5G 時代對選址的要求

隨著5G 時代的到來,基站建設的模式也發(fā)生了巨大的變化。 頻率資源是我國稀缺資源之一,5G基站的頻率使用有嚴格的控制,其頻率均比2G、3G及4G 高很多,中國移動5G 基站網(wǎng)絡主要采用的是2.6G 和4.9G 的頻段,其中2.6G 頻段基站覆蓋能力與4G 基站網(wǎng)絡D 頻段相當,4.9G 頻段覆蓋能力遠差于4G 基站網(wǎng)絡的2.6G 頻段。 中國電信和中國聯(lián)通5G 網(wǎng)絡采用3.5G 頻段,網(wǎng)絡覆蓋能力弱于現(xiàn)有4G 網(wǎng)絡,因此現(xiàn)有站址密度無法滿足5G 覆蓋需求。 由于頻率越高,基站信號的波長越小,很難逾越樹木、山川等障礙物,甚至普通建筑物的隔墻也會使5G 基站信號大大削弱,所以要求5G 基站的密度越來越高,一個5G 基站的覆蓋半徑不到一公里,在密集市區(qū)甚至僅能覆蓋200～300 m。 不同的工作頻段下的不同場景,比如城區(qū)、縣城、郊區(qū)以及農(nóng)村對基站間距的要求也是不同的,具體要求如表1 所示。

表1 5G 基站間距規(guī)劃表Tab. 1 Spacing planning table of 5G base station

3 提高5G 基站選址成功率的方法

由前述可見,5G 時代下通信建設的選址原則由于工作頻段的原因,導致選址原則有所變化,因此選址方法也要有所變更,不能簡單地復制原有的模式。下面,從以下4 個方面介紹提高5G 基站選址成功率的方法。

3.1 利用存量基站資源提高選址率

5G 基站建設不能完全脫離原有的存量基站進行單獨建設,大多數(shù)情況下需要在現(xiàn)有存量基站的基礎上進行擴容。 5G 基站因其自身的技術(shù)特點,對電源保障的要求非常嚴格,一個普通5G 基站的用電量是2G 基站用電量的3 至5 倍,原來的單相電很難滿足5G 基站設備的用電要求,對于這樣的基站,只能進行市電改造。 另外,還有部分基站天面空間受限,原有系統(tǒng)已占用整個天面空間資源,只能進行系統(tǒng)優(yōu)化,比如采用天線合路等方法,將4G 和5G天線進行合路。 還有部分站點因為電源容量的問題無法滿足擴容需求,則可以考慮舍棄電池續(xù)航能力,確保5G 設備正常供電。 通過這種存量改造的方式,可以提升5G 基站選址成功率。

3.2 利用各類社會塔提高5G 基站選址成功率

隨著網(wǎng)絡技術(shù)的發(fā)展,5G 通信基礎設施建設已經(jīng)上升為國家戰(zhàn)略建設的高度,從中央到地方政府都非常重視5G 基站建設,各地政府紛紛成立5G 通信建設領導小組,出臺若干政策支持5G 基站建設,要求開放樓堂館所、公共設施等社會資源,為5G 基站建設提供便利。 利用政策的支持,將5G 基站基站建設規(guī)劃納入城市的國土空間規(guī)劃,與城市的詳細規(guī)劃做好銜接。 5G 基站建設遵循“一切掛高皆可用”的原則,不僅可以在原來2G 及4G 基站的存量站址資源上進行擴容覆蓋,還可以利用諸如路燈桿、監(jiān)控桿、電力塔及水塔等社會資源。 對于有5G 基站建設需求的區(qū)域,建設路燈桿時考慮多桿合一,建設城市智慧型燈桿塔,既可以照明,又可以5G 通信覆蓋,提高社會資源的利用率,進而提高5G 基站的選址成功率。

3.3 采用宏微基站相結(jié)合的方式建站提升5G 基站選址成功率

5G 時代80%的流量發(fā)生在室內(nèi),然而目前室內(nèi)的5G 信號未能滿足社會發(fā)展的需求。 對于人群密集的區(qū)域,不能再以簡單的宏站高塔模式進行覆蓋,需要采用宏微基站相結(jié)合的模式深度覆蓋。 例如：地鐵站的站臺是乘客滯留和換乘的公共區(qū)域,人流量大,業(yè)務高發(fā),需要重點關(guān)注容量問題,可以采用有源室分和微站的方案：皮站覆蓋解決運營商主要頻段的覆蓋及容量需求,通過微站對PRRU 不支持的頻段進行容量補充,微站設備同時可開展廣告、充電寶等業(yè)務擴展。 這些區(qū)域也可以采用傳統(tǒng)無源分布系統(tǒng)加微站的方案：采用無源分布系統(tǒng)解決站廳臺的覆蓋及基礎容量,微站對站廳臺的熱點區(qū)域進行熱點補充,解決容量問題。 通過室內(nèi)外立體組網(wǎng),釋放小區(qū)容量需求,同時降低宏站負荷,實現(xiàn)業(yè)務分流。

3.4 利用Google 地球軟件提升5G 基站選址成功率

Google 地球軟件能夠提供精確的衛(wèi)星地圖,借助其強大的經(jīng)緯度定位功能可以將所需要的基站覆蓋信息展現(xiàn)無遺,通過Google 地球軟件,可以查看建站位置與覆蓋目標的高差是否符合覆蓋要求,使選址人員無需耗費巨大的體力攀登到基站建設的具體位置就可以了解周邊的具體環(huán)境,從而提高選址的準確性,避免人為失誤導致建站選址不理想、覆蓋效果不佳等問題。 對于偏遠地區(qū)基站的選址,Google 地球也能提供精準的定位、精準的路線導航,使得選址人員可以選擇最佳路線到達指定的區(qū)域進行選址。 通過經(jīng)緯度的定位功能,建立與后臺管理人員之間的聯(lián)系,便于后臺管理人員通過Google 地球準確判斷選址位置的地理狀況,為站點的規(guī)劃提供依據(jù)。 借助于該軟件,選址人員不必實地測量站間距,從而提高基站選址的成功率。

4 結(jié)束語

隨著時代的變遷,人們的生活水平越來越高,移動通信已然演變?yōu)榕c水、電、公路同等重要的基礎設施,但相比于水、電、公路等基礎設施,人們對移動通信的了解顯然不足,甚至對通信輻射問題有一些誤解,導致部分通信基礎設施遭受人為破壞,制約了我國通信事業(yè)的發(fā)展。 5G 移動通信建設是我國搶占通信技術(shù)制高點的重要手段,也是提高我國數(shù)字化水平的重要舉措,而5G 基站選址成功率很大程度上制約著5G 通信網(wǎng)絡的發(fā)展,直接影響5G 網(wǎng)絡的連續(xù)覆蓋及試商用,甚至影響未來5G 智能應用、云計算、人工智能等產(chǎn)業(yè)應用。 在當今5G 移動通信基礎設施建設的背景下,5G 基站選址成功率顯得尤為重要,本文從優(yōu)化存量基站資源,根據(jù)“一切掛高皆可用”的原則,充分利用社會資源,采用宏微基站相結(jié)合,以及借助Google 地球軟件等幾個角度出發(fā),探討改變傳統(tǒng)的選址模式,以提高5G 基站選址成功率。