移動(dòng)通信5G 基站配套建設(shè)淺析

［安雪峰］

1 引言

我國(guó)5G 商用牌照于2019 年6 月發(fā)放，11 月面向用戶開放。網(wǎng)絡(luò)覆蓋也從城區(qū)逐步延伸至郊區(qū)、農(nóng)村地區(qū)。與以往的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)和組網(wǎng)需求不同，5G 網(wǎng)絡(luò)具有自身的特性和要求。經(jīng)過(guò)多年建設(shè)，一個(gè)基站往往承載了多個(gè)網(wǎng)絡(luò)、多個(gè)不同營(yíng)商，再新增5G 設(shè)備，對(duì)于多數(shù)基站的桿塔、電源、機(jī)房等的改造都是難點(diǎn)。因此，在快速建設(shè)和組網(wǎng)布局的同時(shí)，需要進(jìn)行合理規(guī)劃，以降低整改投資并減少對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響。

2 發(fā)展現(xiàn)狀

目前國(guó)內(nèi)5G 建設(shè)采用獨(dú)立組網(wǎng) (SA)方式，完全獨(dú)立建設(shè)一張新網(wǎng)絡(luò)，全新的無(wú)線接入網(wǎng)和核心網(wǎng)，以實(shí)現(xiàn)更高的網(wǎng)絡(luò)速率、更低的網(wǎng)絡(luò)延遲和更好的網(wǎng)絡(luò)可靠性。在無(wú)線接入層，分為D-RAN、C-RAN、CU 云化三種架構(gòu)，目前主要是C-RAN、D-RAN 兩種方式，隨著網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，后期將向CU 云化發(fā)展，這將進(jìn)一步降低基站的機(jī)房空間、電能需求。

頻段使用上，目前使用的有 4.9 G、3.5 G、2.6 G、2.1 G、900 M、700 M。根據(jù)覆蓋場(chǎng)景使用不同的頻段，如圖1 所示。頻率越高，路徑損耗越大，但頻率資源較為豐富，能提供更多的高業(yè)務(wù)量數(shù)據(jù)，低頻一般用于業(yè)務(wù)量較低的郊區(qū)、農(nóng)村等廣覆蓋。

圖1 頻段使用示意圖

5G 網(wǎng)絡(luò)新增了4.9G/3.5G 高頻頻段，同時(shí)5G 作為國(guó)家基礎(chǔ)性戰(zhàn)略，對(duì)推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，促進(jìn)數(shù)字經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量發(fā)展起到重要作用，是智慧城市、無(wú)人駕駛等新場(chǎng)景的應(yīng)用的關(guān)鍵，為達(dá)到理想的覆蓋效果，必然需要部署更多的基站，而大規(guī)模MIMO 天線的應(yīng)用，設(shè)備的高功耗，進(jìn)一步加劇了建設(shè)的困難。

經(jīng)多年的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，現(xiàn)有的3G/4G 基站布局已較為完善，新增5G 基站大部分是對(duì)現(xiàn)有基站的升級(jí)改造，主要涉及到天饋、機(jī)房、電源等。在快速布署5G 基站的同時(shí)還需考慮施工的難度、成本以及降低對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)的影響等。改造的方式應(yīng)結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)情況、場(chǎng)景，網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)，了解新產(chǎn)品、新設(shè)備、新技術(shù)發(fā)展，選擇合理、經(jīng)濟(jì)的方案。

3 天饋系統(tǒng)

在高業(yè)務(wù)區(qū)域，由于需要更高的容量和速度支持，一般采用64TRx 或32TRx 及MIMO 天線，并與AAU 集成。這些設(shè)備無(wú)法與以前的天線共用，因此需要獨(dú)立空間安裝。如果空間不足，則應(yīng)優(yōu)先考慮整合現(xiàn)有天線?，F(xiàn)有的多頻段天線可以實(shí)現(xiàn)700 M～2.6 G 頻段的整合。電信和聯(lián)通合作共建5G 網(wǎng)絡(luò)，而移動(dòng)和廣電則是合作共建700 M 5G網(wǎng)絡(luò)。必要時(shí)可以協(xié)商跨不同運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行天線整合，以實(shí)現(xiàn)快速、低成本開通5G，但需協(xié)調(diào)資產(chǎn)歸屬等問題，并確保系統(tǒng)間能夠兼容及穩(wěn)定運(yùn)行。

在一般業(yè)務(wù)區(qū)域中，為了減少RRU/AAU 架設(shè)并降低成本，在8TRx 或4TRx 情況下通過(guò)替換新設(shè)備或升級(jí)設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)4G/5G 共享射頻單元、天饋系統(tǒng)。但由于使用了共享天饋系統(tǒng)，各個(gè)網(wǎng)絡(luò)無(wú)法獨(dú)立調(diào)整其參數(shù)，因此可能會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化效果，運(yùn)營(yíng)商需要在成本和網(wǎng)絡(luò)性能之間做出權(quán)衡，并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選擇。

4 桿塔改造

5G 網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)優(yōu)先考慮通過(guò)升級(jí)改造存量站址的機(jī)房、桿塔、電源等配套資源提升共享能力。新增站址優(yōu)先對(duì)社會(huì)公共資源進(jìn)行統(tǒng)籌利用，降低談點(diǎn)難度，實(shí)現(xiàn)低成本、高質(zhì)量快速建網(wǎng)。如城市街道、工業(yè)園區(qū)、景區(qū)等場(chǎng)景利用現(xiàn)有市政公共基礎(chǔ)設(shè)施，如利用路燈桿、監(jiān)控桿、路牌桿等現(xiàn)有桿體掛載。

升級(jí)改造中，對(duì)桿塔承載力、空間不足的，可通過(guò)對(duì)桿塔進(jìn)行多種方式的改造，增加承載力或空間。

（1）樓面抱桿，增加支撐、增加連架等。對(duì)于樓面新增抱桿困難的情況下，通過(guò)改造現(xiàn)有桿體，滿足5G 設(shè)備的架設(shè)要求。如更換加粗角鋼、增加支撐，采用雙向拉線等，也可將相鄰的抱桿通過(guò)角鋼連接起來(lái)，增加安裝空間，如圖2 所示。

圖2 抱桿改造示意圖

因抱桿及樓面塔涉及樓面樓板施工，施工前，施工單位或桿塔廠家需與業(yè)主明確樓面情況和要求，嚴(yán)格把控施工工藝和質(zhì)量，按要求做好防護(hù)，以免破壞樓面。

（2）通過(guò)去美化，增加承載力和空間。對(duì)于民眾及景觀要求不敏感的站點(diǎn)，通過(guò)去除美化外罩，以減少風(fēng)阻，提升桿塔承載能力，如圖3 所示。

圖3 去美化示意圖

（3）拆除鐵塔大平臺(tái)、裝飾等。去除平臺(tái)或不改要的裝飾，減少荷載及風(fēng)阻，提升桿塔承載能力，如圖4、圖5 所示。

圖4 拆除大平臺(tái)示意圖

圖5 拆除裝飾示意圖

（4）通過(guò)加固技術(shù)，提升承載力。通過(guò)在塔體外周增加剛性索，改變?cè)瓎喂芩芰w系，提高其承載能力和穩(wěn)定性，如索力加固、“火箭平臺(tái)”，可增加承載力30～50%，減少位移30～80%，適用于插接式、法蘭式單管塔，缺點(diǎn)是加固成本較高，投資回報(bào)周期較長(zhǎng)，如圖6 所示。

圖6 桿塔加固示意圖

現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境種種差異以及造改方式多樣性，在確定方案時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮降低費(fèi)用和最小化的環(huán)境影響，選用合適的方式，以下列出了各種改造方式的比較以供參考，如表1、表2 所示。

表1 抱桿改造方式對(duì)比

表2 地面塔改造方式對(duì)比

5 電源改造

一套標(biāo)準(zhǔn)5G 宏站設(shè)備（3 小區(qū)，64TRx）的典型功率約為3.5 kW，是4G 宏站設(shè)備功耗的2 倍左右，對(duì)現(xiàn)有電源設(shè)備需求較高，大部分電源均需要改造。對(duì)于整流模塊容量、電源端子不足的情況，可進(jìn)行整流模塊擴(kuò)容，替換合適空開、新增配電單元等簡(jiǎn)單改造。對(duì)于后備電池容量不足的情況，一般建議協(xié)商不預(yù)留5G AAU 后備供電時(shí)間。對(duì)于重點(diǎn)區(qū)域、重點(diǎn)場(chǎng)景，必需增加后備電池時(shí)，可使電池合路器或新增智能鋰電池，解決鉛酸電池與鋰電池、新舊電池、不同廠家、不同型號(hào)規(guī)格電池不能混用問題，直接與原電源并連，提升容量。

6 新技術(shù)應(yīng)用

極簡(jiǎn)建站是未來(lái)建站的趨勢(shì)之一，隨著技術(shù)發(fā)展，更高的集成度、體積更小設(shè)備不斷開發(fā)，如刀片電源，高度集成化，并采用自然散熱，支持模塊化擴(kuò)容，可實(shí)現(xiàn)設(shè)備掛墻、抱桿、塔裝。這種設(shè)計(jì)不僅能夠減少天面空間的需求，還可以降低基站建設(shè)的成本，提高建設(shè)效率，如圖7 所示。

圖7 極簡(jiǎn)建站示意圖

此外，新材料桿塔的應(yīng)用也為移動(dòng)通信基站的建設(shè)帶來(lái)了新的思路。聚氨酯復(fù)合材料桿塔是一種新型的復(fù)合材料桿塔，具有優(yōu)異的力學(xué)性能和防水性能，重量輕，方便搬運(yùn)，可以更好地滿足基站建設(shè)的需求。目前已展開規(guī)模應(yīng)用，受限于材料，塔高一般不高于30 m。

對(duì)于承載力不足，傳統(tǒng)桿塔加固方式，如索力塔加固、增加支撐等，造價(jià)高，占地面積大，對(duì)城市景觀有較大影響，無(wú)法很好的滿足改造建設(shè)需求。而新型復(fù)合材料桿塔加固的應(yīng)用，則可以更好地提高桿塔的穩(wěn)定性和抗風(fēng)能力，確?；镜陌踩€(wěn)定運(yùn)行。新型纖維增強(qiáng)復(fù)合材料加固方式，采用粘結(jié)方式加固修復(fù)，具有耐久性好、施工方便、維護(hù)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，既不破壞城市景觀協(xié)調(diào)性，不占地、不占道，可以很好的解決傳統(tǒng)加固方式的不足，如圖8 所示。

圖8 新型加固效果圖

7 結(jié)語(yǔ)

在移動(dòng)通信領(lǐng)域，目前處于第五代通信系統(tǒng)，從1991年第一代開始，平均每十年就出現(xiàn)新一代技術(shù)迭代。國(guó)內(nèi)從2G開始大規(guī)模建設(shè)基站，為滿足不同用戶、終端的需求，目前還有較多的站址是“4 代”共存的情況，基站建設(shè)難度的不斷增加。移動(dòng)通信建設(shè)者應(yīng)時(shí)刻關(guān)注網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)和設(shè)備技術(shù)的更新，不斷探索新的建設(shè)方案，以實(shí)現(xiàn)更加高效、便捷的基站建設(shè)，為移動(dòng)通信的持續(xù)發(fā)展提供了有力支持。