5G建設(shè)過程中通信鐵塔承載能力的研究

房志剛 孫巖

摘要：隨著5G技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基站的需求也相應(yīng)增加。從某種程度上來(lái)看，5G建設(shè)給存量鐵塔承載能力帶來(lái)了巨大的考驗(yàn)?；诖?，本文針對(duì)5G建設(shè)過程中通信鐵塔承載能力進(jìn)行深入地研究。首先闡述了5G相關(guān)概念、鐵塔建設(shè)的現(xiàn)狀以及5G建設(shè)對(duì)通信鐵塔的需求等；然后提出了幾點(diǎn)切實(shí)可行的提高措施，主要包括一體化塔房加固建設(shè)、拆除鋪材、替換單管塔主材、延長(zhǎng)通信鐵塔的天線抱桿、減少天線數(shù)量等，盡可能使用多頻天線，合理調(diào)節(jié)天線掛高等，從而提高通信鐵塔承載能力。

關(guān)鍵詞：5G建設(shè)；通信鐵塔承載能力

一、引言

當(dāng)前，移動(dòng)通信鐵塔已經(jīng)成為無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信中一項(xiàng)最主要的基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)也是強(qiáng)國(guó)建設(shè)的基礎(chǔ)，能夠更好地滿足用戶網(wǎng)絡(luò)通信的需求。隨著5G技術(shù)的發(fā)展，移動(dòng)通信鐵塔正逐步地推廣應(yīng)用，并促進(jìn)其他技術(shù)的發(fā)展，尤其是物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)，這也對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量提出了更高要求?，F(xiàn)有的鐵塔基站承載能力已經(jīng)難以滿足當(dāng)前發(fā)展的實(shí)際需求。因此，應(yīng)從現(xiàn)有的鐵塔資源入手，充分考量新建鐵塔造價(jià)和難度等因素，不斷優(yōu)化和開發(fā)，并采取有效的措施，優(yōu)化通信鐵塔承載能力。

二、5G相關(guān)概述

5G技術(shù)即第五代移動(dòng)通信技術(shù)，也是新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，與3G和4G相比，5G技術(shù)具有很多優(yōu)勢(shì)，包括高速率、低成本和節(jié)約能源等，最重要的是能夠連接大規(guī)模設(shè)備，強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的容量性能，但也相應(yīng)地提高了對(duì)5G基站的要求。

三、鐵塔建設(shè)的現(xiàn)狀

在通信鐵塔建設(shè)的過程中，一般應(yīng)加大規(guī)劃力度，考察周圍建筑環(huán)境，合理規(guī)劃區(qū)域，以滿足信號(hào)覆蓋高度和范圍的要求。同時(shí)，鐵塔的高度和類型也應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況和覆蓋區(qū)域規(guī)劃確定。

目前，美化塔、單管塔和角鋼塔是主要的通信鐵塔塔形，能夠解決2G、3G和4G信號(hào)覆蓋的需求，但對(duì)于5G建設(shè)的需求還沒有充分考慮?，F(xiàn)有的鐵塔預(yù)留平臺(tái)難以滿足不同運(yùn)營(yíng)商對(duì)于5G建設(shè)的需求。此外，42米高度的五層平臺(tái)單管塔在滿足運(yùn)營(yíng)商需求的同時(shí)，無(wú)法為新增的5G天線提供更好的建設(shè)支持。

5G天線與現(xiàn)網(wǎng)天線相比具有更高的集成化程度，并具有小尺寸和大重量等特點(diǎn)。在擴(kuò)容現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，還需考慮鐵塔中合理設(shè)置RUU以提高負(fù)載能力。因此，在5G建設(shè)過程中，需要充分考慮鐵塔的承載能力和其他相關(guān)因素。

現(xiàn)有的通信鐵塔在確保2G、3G和4G網(wǎng)絡(luò)信號(hào)覆蓋方面都展現(xiàn)出了關(guān)鍵性價(jià)值，能夠?yàn)檫\(yùn)營(yíng)商提供更優(yōu)質(zhì)的服務(wù)。然而，這些鐵塔在設(shè)計(jì)和建設(shè)過程中沒有充分考慮到5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的要求，因此無(wú)法很好地滿足不同移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商對(duì)5G建設(shè)的需求。例如，單管塔的設(shè)計(jì)對(duì)于滿足5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求并不理想。在實(shí)際場(chǎng)景中，應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況，在這些塔上增加6副以上的5G天線。與現(xiàn)有的天線相比，5G天線具有較高的集成水平和重量。

四、5G建設(shè)對(duì)通信鐵塔的需求

隨5G技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，通信鐵塔的需求變得尤為明顯。

首先，從宏觀視角分析，在我國(guó)數(shù)字新基建方面，5G技術(shù)對(duì)于我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)和信息通信行業(yè)的推進(jìn)起到了核心作用。它不僅推動(dòng)了智慧社會(huì)和工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，還在信息通信領(lǐng)域中持續(xù)促進(jìn)各個(gè)方面的整合，如行業(yè)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)的結(jié)合。5G技術(shù)所帶來(lái)的效益能夠進(jìn)一步激發(fā)產(chǎn)業(yè)鏈的活力，并加強(qiáng)各部門的協(xié)同合作。為了達(dá)到這些效果，通信鐵塔這一基礎(chǔ)設(shè)施變得不可或缺?？紤]到我國(guó)龐大的用戶群體和對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的期望，需要進(jìn)一步加強(qiáng)通信鐵塔的功能，應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)覆蓋帶來(lái)的各種挑戰(zhàn)，同時(shí)也要增強(qiáng)其承載能力。

其次，在5G通信建設(shè)方面，不管是通信鐵塔頻譜分配現(xiàn)狀，還是對(duì)鐵塔使用效率進(jìn)行分析，都可以發(fā)現(xiàn)5G建設(shè)要求不斷完善信號(hào)覆蓋，讓用戶有所感知。尤其在企業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，通信鐵塔的規(guī)模和布局都呈現(xiàn)出大量需求。然而，5G設(shè)備因其高度的集成和優(yōu)良的性能，即便有大量通信鐵塔資源，也需要根據(jù)實(shí)際情況和5G網(wǎng)絡(luò)的需求進(jìn)行具體改造和建設(shè)。

最后，對(duì)我國(guó)通信鐵塔層面進(jìn)行分析，鐵塔負(fù)責(zé)向各個(gè)社會(huì)領(lǐng)域提供應(yīng)用服務(wù)。在規(guī)劃、建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的過程中，需要加大維護(hù)力度，進(jìn)一步維護(hù)基站的穩(wěn)定運(yùn)行。

在5G時(shí)代，無(wú)論是移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，還是移動(dòng)智能設(shè)備，都已得到廣泛應(yīng)用和普及，并且使用需求持續(xù)增長(zhǎng)。這不僅拓展了我國(guó)5G的發(fā)展?jié)摿?，同時(shí)也對(duì)通信鐵塔的應(yīng)用提出了新的標(biāo)準(zhǔn)。隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平的逐步提升和技術(shù)的不斷創(chuàng)新，市場(chǎng)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求持續(xù)變化。而促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的重點(diǎn)在于提升基站的速度，強(qiáng)化其供應(yīng)能力。但我國(guó)通信鐵塔還面臨著一定問題，如沒有合理的選址、無(wú)法及時(shí)響應(yīng)需求等，這種情況不利于我國(guó)鐵塔的發(fā)展。

五、5G建設(shè)中提高通信鐵塔承載能力的有效方法

在5G時(shí)代，隨著大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的“質(zhì)”和“量”都提出了相應(yīng)的要求，而以往的鐵塔基站已經(jīng)無(wú)法滿足新要求。在城市新建鐵塔具有一定難度，應(yīng)加大開發(fā)力度，合理開發(fā)現(xiàn)有鐵塔子資源，提出相應(yīng)的方案。為了提升通信鐵塔承載能力，以滿足用戶高標(biāo)準(zhǔn)通信的需求，可從以下幾個(gè)方面入手：

（一）基于通信鐵塔建設(shè)優(yōu)化承載能力

與4G無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)相比，5G建設(shè)所需的天線重量和尺寸都較大，這對(duì)通信鐵塔的承載能力提出了挑戰(zhàn)。為了確保通信鐵塔的穩(wěn)固性和可靠性，需要在建設(shè)過程中進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，以滿足5G建設(shè)的高載荷需求[1]。

1.一體化塔房加固建設(shè)

為提高通信鐵塔的承載能力，使其得到合理優(yōu)化，在利用建設(shè)這一手段去優(yōu)化的過程中，應(yīng)讓5G建設(shè)具有的優(yōu)勢(shì)得到充分發(fā)揮，且還有鐵塔資源的優(yōu)勢(shì)。在我國(guó)成立鐵塔前期，所擁有的鐵塔存量就已經(jīng)有數(shù)百，在建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)的過程中，應(yīng)當(dāng)重視對(duì)這類資源的改造和升級(jí)。然而，傳統(tǒng)的一體化塔房難以支撐5G的建設(shè)需求，因此，一體化塔房的加固變得尤為關(guān)鍵。在改造過程中，可以采用增設(shè)斜撐和增加配重的方法，穩(wěn)固整個(gè)一體化塔房，提升其載荷能力，并擴(kuò)展平臺(tái)，從而更有效地滿足5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)需求。

2.拆除鋪材，替換單管塔主材

相較于一體化塔房的細(xì)小塔身直徑和薄壁，單管塔具有更寬闊的塔身直徑和厚實(shí)的壁體。這種設(shè)計(jì)雖然具有較高的強(qiáng)度，但也存在受力弱點(diǎn)。為了提高這類通信鐵塔的承載能力，可以采取替換主材和拆除鋪材的方法，并對(duì)其進(jìn)行不斷地強(qiáng)化。對(duì)于某些早期設(shè)計(jì)的單管塔而言，盡管它們可以較好地滿足4G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)需求，但在滿足5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的強(qiáng)度方面仍有所不足。因此，在改造單管塔的過程中，應(yīng)當(dāng)強(qiáng)調(diào)使用高強(qiáng)度的螺栓進(jìn)行替換，主要使用10.9級(jí)的30-M24螺栓，并特別關(guān)注通信鐵塔的基部，增強(qiáng)其整體抗風(fēng)荷載能力，以提高其承載能力。此外，有些單管塔的建設(shè)目的是協(xié)調(diào)周邊環(huán)境，并解決周圍的一些投訴問題。在建設(shè)初期，以美化形式為主要目的，即按照相關(guān)要求合理安裝美化外罩在單管塔的塔頂。雖然這可以防止問題的進(jìn)一步發(fā)展，但美化罩會(huì)進(jìn)一步地?cái)U(kuò)大通信鐵塔迎風(fēng)面。因此，在塔設(shè)計(jì)初期，工作人員應(yīng)該意識(shí)到這種情況[3]，并合理地對(duì)美化外罩單管塔進(jìn)行加裝，以提升其抵抗風(fēng)荷載能力和強(qiáng)度。在當(dāng)前時(shí)代背景下，推進(jìn)科普宣傳工作至關(guān)重要，能夠幫助公眾正確了解通信鐵塔，并糾正過去的誤解，從而減少居民的投訴。在此基礎(chǔ)上，可以增加拆除和改造的力度，例如優(yōu)化單管塔的外觀，減少鐵塔頂部的風(fēng)阻，從而提高其承載能力，并滿足新增天線支撐的需求。

3.延長(zhǎng)通信鐵塔的天線抱桿

在初期的通信鐵塔設(shè)計(jì)中，支撐桿的長(zhǎng)度約為2米。然而，現(xiàn)在的雙頻天線高度范圍是1.5米至2米，加上RUU的安裝位置限制，一個(gè)支撐桿只能安裝一組天線。而5G天線具有高度集成的特點(diǎn)，其高度通常低于1米，這就需要延長(zhǎng)支撐桿的長(zhǎng)度，以提供更多的安裝容量。具體而言，可以將通信鐵塔原本的2米抱桿延長(zhǎng)至2.5米，以安裝5G 網(wǎng)絡(luò)相關(guān)設(shè)備，從而合理利用通信鐵塔平臺(tái)，提高其利用率[4]。但需要注意的是，高集成化使得5G設(shè)備具有較大的重量，因此，在延長(zhǎng)抱桿的過程中，應(yīng)增強(qiáng)加固處理力度，以提高通信鐵塔的承載能力，從而滿足5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求。

4. 做好存量鐵塔詳細(xì)資源查摸

為了解決好通信鐵塔的塔桅承載能力問題，鐵塔負(fù)責(zé)方應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的模擬和分析，以了解現(xiàn)有桿塔的空間和載荷能力。如果沒有額外的安裝余地，應(yīng)該聯(lián)系檢測(cè)單位加大檢測(cè)力度，并出具相應(yīng)的報(bào)告。同時(shí)，進(jìn)一步調(diào)整單管塔的水平位移限值，核準(zhǔn)掛載天線面積，對(duì)格構(gòu)塔進(jìn)行阻尼比的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而真正增強(qiáng)通信鐵塔的掛載性能，為5G建設(shè)的有效推進(jìn)提供支撐。

總的來(lái)說(shuō)，5G建設(shè)對(duì)通信鐵塔的要求在多個(gè)方面都非常明確，特別是在支臂載重和風(fēng)荷載方面。而在市區(qū)的5G相關(guān)場(chǎng)景中，如景觀塔等，通信鐵塔中具有一定的應(yīng)用價(jià)值。這種鐵塔可以掛載多組天線，但整體載荷水平并不明顯增加[5]?；诖耍瑸榱嗽鰪?qiáng)其承載能力，并根據(jù)5G建設(shè)對(duì)通信塔承載能力的要求進(jìn)行調(diào)整，以更好地滿足需求。

（二）從運(yùn)營(yíng)商方面提高鐵塔承載能力

中國(guó)移動(dòng)通信運(yùn)營(yíng)商主要采用租賃的方式獲取鐵塔資源，這種方式確保了履約和續(xù)約的穩(wěn)定性，再加上中國(guó)人口眾多，使得運(yùn)營(yíng)商有很大的租用需求[6]。因此，為了強(qiáng)化通信鐵塔的承載能力，在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，運(yùn)營(yíng)商應(yīng)加大對(duì)現(xiàn)有鐵塔資源的改造和建設(shè)力度，可利用以下方法：

1.減少天線數(shù)量，盡可能使用多頻天線

現(xiàn)在，無(wú)論是2G、3G還是4G網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)運(yùn)營(yíng)商提供支持時(shí)，主要采取的是簡(jiǎn)單的疊加策略。為了全方位覆蓋信號(hào)區(qū)域并滿足多種信號(hào)的傳輸需求，理論上需要疊加9個(gè)天線。但隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在已經(jīng)合理利用了多頻天線。例如，“4488”四頻天線，該天線能夠支持885-960MHz 1710-1830MHz等信號(hào)的收發(fā)功能[7]。與單頻天線不同的是，這種天線具有較高的網(wǎng)絡(luò)性能，在天饋合路的幫助下，可以逐步減少天線的數(shù)量，進(jìn)而合理利用通信鐵塔的天面空間，進(jìn)一步的提升鐵塔承載能力。

2.合理調(diào)節(jié)天線掛高

在一般情況下，通信鐵塔的塔底直徑比塔頂要大，且塔底的壁厚也比塔頂更厚。此外，還需考慮鐵塔的迎風(fēng)面積，并進(jìn)一步復(fù)核鐵塔承載能力。如果天線高度高，鐵塔頂部迎風(fēng)面積大，鐵塔會(huì)承受風(fēng)載力[8]。如果天線掛高，風(fēng)荷載主要集中在通信鐵塔的頂部，長(zhǎng)時(shí)間的影響會(huì)導(dǎo)致塔頂位移增大，從而直接影響鐵塔的承載能力，同時(shí)也與5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求有關(guān)。為了更好地滿足信號(hào)收發(fā)和區(qū)域覆蓋的需求，運(yùn)營(yíng)商可以降低通信鐵塔的掛高，減少鐵塔頂部受到強(qiáng)風(fēng)荷載的可能性，避免塔頂水平位移，增強(qiáng)通信鐵塔的承載能力，為5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)提供更好的支持[9]。

六、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在5G網(wǎng)絡(luò)不斷建設(shè)的背景下，必須采取有效措施，進(jìn)一步地提高通信鐵塔承載能力。除此之外，在不斷改造的過程中，增加通信鐵塔的天面空間可以更好地滿足5G建設(shè)的需求。隨著5G網(wǎng)絡(luò)的商用化，通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展將增加對(duì)鐵塔的需求量。基于此，不斷地研究鐵塔承載能力，并探索新的改造工藝和技術(shù)，以提高通信鐵塔的承載能力。

作者單位：房志剛 孫巖 山東省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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