5G建設(shè)過程中通信鐵塔承載能力的研究

秦建勝

摘 要 在無線網(wǎng)絡(luò)通信中，移動(dòng)通信鐵塔作為重要的基礎(chǔ)設(shè)施，能夠?qū)τ脩艟W(wǎng)絡(luò)通信需求予以有效滿足，也是網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國建設(shè)的重要基礎(chǔ)。目前5G技術(shù)的推廣運(yùn)用，極大地促進(jìn)了物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能的快速發(fā)展，同時(shí)對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)的質(zhì)量的要求也越來越高，現(xiàn)有鐵塔基站的承載能力已無法滿足發(fā)展需要，同時(shí)還需要對(duì)新建鐵塔的造價(jià)、難度等因素進(jìn)行綜合考慮，因此對(duì)現(xiàn)有鐵塔資源進(jìn)行優(yōu)化、開發(fā)和改造勢在必行。本文鐵塔建設(shè)現(xiàn)狀地行分析，并對(duì)如何提高鐵塔承載能力進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞 5G;通信鐵塔;承載能力

1鐵塔建設(shè)現(xiàn)狀分析

通常在進(jìn)行通信鐵塔建設(shè)時(shí)，首先需要對(duì)區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，周圍建筑環(huán)境進(jìn)行考察，確保信號(hào)覆蓋的高度及范圍要求等能夠得到有效滿足，同時(shí)通信鐵塔高度需要保持在20～42m之間，同時(shí)鐵塔高度和類型需要根據(jù)周邊建筑類型及覆蓋區(qū)域規(guī)劃進(jìn)行確定[1]。目前通信鐵塔主要塔形包括：美化塔、單管塔、角鋼塔等，存在的通信鐵塔主要對(duì)2G、3G以及4G信號(hào)的覆蓋問題予以解決，而未對(duì)5G的建設(shè)需求予以考慮，導(dǎo)致現(xiàn)階段的鐵塔預(yù)留平臺(tái)無法對(duì)不同運(yùn)營商的 5G建設(shè)需求予以滿足。另外如高度為42m的五層平臺(tái)單管塔，能夠?qū)\(yùn)營商現(xiàn)網(wǎng)的建設(shè)需求予以滿足，但如需在同一座鐵塔再新增5G天線6付或以上， 此建設(shè)需求則難以滿足。

5G天線的集成化程度與現(xiàn)網(wǎng)天線相比要高，并且具有迎風(fēng)面積小、尺寸小、重量大的特點(diǎn)。在4G時(shí)代，現(xiàn)網(wǎng)的不斷擴(kuò)容， 極大地增加了RRU的數(shù)量，并在所有RRU都需要在鐵塔中加以設(shè)置，使鐵塔負(fù)載大幅度提高。所以進(jìn)行5G建設(shè)時(shí)必須綜合考慮鐵塔承載能力以及其他多方面影響因素[2]。

2通信鐵塔承載能力分析

根據(jù)目前移動(dòng)通信鐵塔承載能力現(xiàn)狀，可以從運(yùn)營商和鐵塔建設(shè)兩個(gè)層面出發(fā)，對(duì)鐵塔承載能力有效提高的措施進(jìn)行探討。

2.1 運(yùn)營商

從運(yùn)營商方面進(jìn)行分析，可以采用增加多頻天線，并盡可能使天線數(shù)量減少的方式提高承載能力。運(yùn)營商的現(xiàn)網(wǎng)中大多采用各種單頻天線，并采用簡單疊加的方式對(duì)某一區(qū)域進(jìn)行2G、3G、4G信號(hào)覆蓋，同時(shí)對(duì)多種信號(hào)的收發(fā)予以滿足，最基本需要使用9 付天線。目前通信技術(shù)的快速發(fā)展，多頻天線的應(yīng)用力度不繼加大，現(xiàn)階段在此類天線能夠支持的頻段也在不斷增加，與單頻天線相比，其網(wǎng)絡(luò)性能也能滿足信號(hào)收發(fā)需求，并且能夠通過天饋合路，有效減少天線數(shù)量，能夠使鐵塔有限的天面空間得到充分利用，使鐵塔承載能力大幅度提升。

在進(jìn)行鐵塔設(shè)計(jì)時(shí)，通過天線掛高降低，能夠使其承載能力提高。鐵塔塔底直徑及壁厚都大于塔頂，對(duì)鐵塔承載能力進(jìn)行綜合考慮和復(fù)核時(shí)，需要對(duì)鐵塔迎風(fēng)面積加雖重視，隨著天線高度的增加，鐵塔頂部迎風(fēng)面積也隨之加大，鐵塔所受到的風(fēng)荷載影響也越來越大。在鐵塔頂部時(shí)如風(fēng)荷載集中，塔頂將出現(xiàn)明顯的位移，極大地影響鐵塔承載能力[3]。因此在周邊信號(hào)覆蓋要求得到滿足的情況下下，應(yīng)對(duì)天線掛高予以降低，將鐵塔中部作為天線最大的迎風(fēng)面，使風(fēng)荷載作用轉(zhuǎn)移，合鐵塔承載能力提高。

2.2 鐵塔建設(shè)方

從鐵塔建設(shè)方入發(fā)，需要對(duì)一體化塔房進(jìn)行加固。隨著5G技術(shù)的發(fā)展，針對(duì)一體化塔房塔身直徑和壁厚較小，無法多層平臺(tái)設(shè)計(jì)要求的問題，需要對(duì)原平臺(tái)僅有2～3層的設(shè)計(jì)進(jìn)行改造。在對(duì)一體化塔房進(jìn)行加固建設(shè)中，可通過增加配重和斜撐的方式，使其承載能力顯著提高，將平臺(tái)增至3～4層，從而能夠?qū)σ粋€(gè)家運(yùn)營商的5G建設(shè)需求予以基本滿足。

還可以替換單管塔主材以及拆除輔材等方面進(jìn)行改造。由于單管塔的塔壁厚度較大、直徑較寬，并且強(qiáng)度較高，但其塔身和塔腳法蘭連接處往往是受力薄弱點(diǎn)。因此需要對(duì)部分早期建設(shè)的單管塔進(jìn)行改造，實(shí)際工程中將原設(shè)計(jì)的螺栓更換為更高強(qiáng)度等級(jí)的螺栓，加強(qiáng)受力薄弱點(diǎn)的承載能力，從而使鐵塔整體抵抗外部荷載能力提高[4]。另外在以往鐵塔設(shè)計(jì)中，為了對(duì)基站附近及周邊環(huán)境美化、協(xié)調(diào)以及投訴等問題進(jìn)行改善和解決，不少單管塔采用了塔頂加裝了外罩的方式進(jìn)行美化，因外罩迎風(fēng)面積遠(yuǎn)超過天線迎風(fēng)面積，為了保證鐵塔安全性，此類鐵塔在設(shè)計(jì)初期對(duì)較高強(qiáng)度和抵抗風(fēng)荷載能力進(jìn)行了充分考慮。目前對(duì)于鐵塔基站的投訴等問題已明顯減少，并且在保持良好溝通協(xié)調(diào)的情況下，能夠?qū)⒚阑庹植鸪?，進(jìn)一步使鐵塔承載能力提高，通過拆除美化外罩，大幅度減少了鐵塔頂部的迎風(fēng)面積，使新增天線抱桿的需求得以有效滿足。

通過延長天線抱桿，也能使通信鐵塔承載能力增強(qiáng)。以往鐵塔的抱桿設(shè)計(jì)長度通常為 2m，現(xiàn)階段所采用的四頻和雙頻天線高度通常為1.5～2.0m，結(jié)合RRU安裝位置的綜合考慮，只能有1付天線安裝在一根抱桿上。因5G天線集成化程度較高，高度通常低于1m，可利用2.5m抱桿替換原有抱桿，并且可進(jìn)行2付AAU天線的安裝，使鐵塔平臺(tái)利用率大幅度提升。另外在進(jìn)行抱桿替換時(shí)，需要對(duì)設(shè)備重量加強(qiáng)重視，對(duì)替換后的抱箍和抱桿應(yīng)強(qiáng)化加固處理。

3結(jié)束語

隨著5G建設(shè)力度的不斷加大，針對(duì)現(xiàn)有的通信鐵塔的承載能力，需要采取一系列的改造措施，比如對(duì)鐵塔進(jìn)行加固、替換主材、拆除輔材，以及抱桿延長等方式，使鐵塔的承載能力大幅度提升。另外通過改造，能夠使天面空間有效增加，能夠?qū)ΜF(xiàn)有 5G 建設(shè)需求予以充分滿足。隨著 5G 網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模商用，鐵塔在未來通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中的需求量也將不斷增加，因此對(duì)鐵塔承載能力加強(qiáng)研究，對(duì)新的改造工藝和技術(shù)進(jìn)行探索有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 靳宏圓.5G建設(shè)過程中通信鐵塔的承載能力分析[J].中國新通信，2019，21（22）：9-11.

[2] 劉鳴.5G通信工程建設(shè)的項(xiàng)目管理研究[J].南國博覽，2019（5）：288.

[3] 權(quán)文.面向5G的鐵塔公司網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃及應(yīng)用策略研究[D].南京：南京郵電大學(xué)，2018.

[4] 劉鳴.5G通信工程建設(shè)的項(xiàng)目管理研究[J].南國博覽，2019（5）：288-288.