基于5G网络的塔桅天面改造研究
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作者:田哲源 司鼎 崔素峰
【摘要】 5G时代，由于基站密度增加、AAU设备尺寸及重量增加、现网天面资源紧张等问题，现有基站塔桅配套需同步改造。本文从5G站址选址、塔桅改造、天面整合及美化等方面提出改造方案，为实现5G基站快速规模部署提供参考。
【关键词】 5G 塔桅改造 天面整合
Abstract：In the era of 5G， due to the increase of base station density， the increase of AAU equipment size and weight， and the shortage of existing tower surface resources， the existing tower and mast needs to be reformed simultaneously. In this paper， the transformation scheme is proposed from the aspects of 5G site selection， tower mast transformation， integration of the antenna， to provide reference for the rapid scale deployment of 5G base station.
Key words：5G;Tower reconstruction;Integration of the antenna
引 言
5G時代，移动通信将从“人与人的连接”升级为“人与物、物与物的连接”，最终实现“万物互联”。由于5G网络采用超密集组网、Massive MIMO等关键技术，5G时代基站数量将翻倍增加、5G网络设备功耗和重量大幅提升，这对基站配套设施提出了更高要求。
一、5G基站对塔桅配套需求及影响
由于5G网络“宏微结合，立体分层”的网络架构，5G基站密度大幅提升，站址需求大幅增多。此外，5G AAU集成阵列天线且无法与传统2G/3G/4G天线进行合路，5G设备尺寸相较于4G设备有大幅变化。根据5G主流设备厂家的设备指标以及现网4G设备运行情况，5G设备和4G设备参数对比如下：
由上表可知，标准5G基站的天面挂载重量为40Kg左右，天面挡风面积0.4m2左右。现网标准4G基站的天面挂载重量为30Kg左右，天面挡风面积0.5m2左右。5G设备与4G设备相比，天面挂载重量上升约30%，天面挡风面积约下降20%。综上分析，5G时代塔桅配套需求及影响如下：
二、5G基站选址建议
5G基站选址应采用集中式、共享式的建设方式，以降低对现网配套设施的影响。在5G基站规模建设时，选址建议如下：
2.1充分利旧存量站址。
5G网络建站初期，将首先选择现网LTE站址共站建设应充分挖掘存量站址资源，快速规模化建站。
2.2严格控制规划站址偏移。
城区场景下，5G站间距约为200至300米，实际偏离控制应缩小至50米左右。
2.3拓展站址资源，满足微站建设。
积极拓展站址资源，主要建设方式有利用社会杆塔资源、利用社会建筑物资源、利用自有站址资源、新建综合杆塔。利用社会杆塔资源，主要是积极利用市政设施中的路灯杆、电力杆、水泥杆、监控杆、交通信号杆以及公共广告牌等;利用社会建筑物资源，主要分为建筑物楼面、外立面两种;利用自有站址资源，结合微站体积小、重量轻的特点，选择复核合格的杆塔，直接进行微站建设;新建综合杆塔，综合考虑道路已有路灯杆和监控杆，统筹建设。
三、5G基站塔桅天面改造方案
由于通信铁塔属于高耸结构，对风荷载较为敏感，风荷载对铁塔产生的影响超过90%，天线、设备尺寸的变化影响相较于重量的变化影响更为重要。5G设备与4G设备相比，天面挂载重量上升约30%，天面挡风面积约下降20%。5G AAU对铁塔承载能力的要求相比传统基站有所降低，对楼面抱杆的强度和变形能力的要求也有所降低。但现网塔桅承载负荷往往已经较高，新增5G AAU后，仍需对现有塔桅进行加固改造。
3.1改造原则
最大限度利用现有天面资源，未挂满的铁塔可直接加挂5G AAU，已挂满的铁塔可通过改造加固、增加挂载抱杆、天线整合、新建塔桅等方式加挂5G AAU，加固及改造方案前必须对存量塔桅进行专业安全评估，之后再进行改造加固。
3.2塔桅升级改造方案
（1）杆塔升级。
一是新建多功能杆塔。积极促成城市规划部门及市政设施部门推进“多杆合一”政策，依托分布最广的路灯杆设施，将路牌、交通指示灯和标志、公安监控等多种功能载体与微基站尽可能合而为一设置，进一步提高基础设施共建共享水平。目前，江浙沪等发达地区正在逐步推广城市“多杆合一”模式。二是制定融合化、标准化、结构化的新建独立通信杆方案，方便微站快速规模化建设。
（2）塔桅降负荷。
通过多种手段和措施减少塔桅现有负荷，增加存量铁塔的承载能力。在条件允许的情况下，对存量铁塔可拆除灯罩、美化外罩、塔身标识或拆平台换抱杆;此外，还可采用降低天线和RRU挂高或者RRU下塔的方法降荷载。
（3）塔桅加固。
部分存量拉线塔，若塔身满足设计要求，但拉线或锚固点出现松动等安全隐患，需要更换拉线后才可增加挂载;若安全评估后，塔身和拉线均不满足设计要求，可采取增加一层拉线的措施进行加固;根据安全评估，可对原有塔体新增斜撑;根据安全评估，替换或者增加构件。 3.3天面整合方案
5G时代，5G AAU无法与现有2G/3G/4G天线合路，塔桅天面将出现2G＼3G＼4G＼5G系统天面“四世同堂”的情况。
联通天面现状为：GU900、GL1800、UL2100。移动天面现状为：G900、D1800、TD F/A/D频段。电信天面现状为：CL800、L1800、L2100。根据不同物理站址的基站配置，铁塔塔桅占用2-3个平台。
各家运营商在整合现有天面资源时，一是替换现有老旧设备，升级为SDR多模基站，节省RRU安装空间;二是腾退现网2G/3G/4G天线，整合为一副多端口天线，与5G AAU形成“1+1极简天面”。
具体措施为联通、电信将现有2G/3G/4G天线整合为多频八端口或十端口天线，腾退现有天线，并将腾退后的优势平台留给5G AAU使用;移动将现有2G/3G/4G天线整合为“4488”天线，腾退现有天线，并将腾退后的优势平台留给5G AAU使用。
3.4天面美化建议
网络建设初期，5G基站主要布放在密集城区和一般城区，站址天面美化需求较高。但5G AAU峰值功耗大于1000W，现用美化体采用玻璃钢外罩散热能力差，夏季易高温告警退服;现用美化天线材料不能满足高频段透波率要求，影响5G覆盖效果;由于5G AAU宽度变大，现用美化天线寬度不能满足5G AAU安装宽度要求。
依据5G AAU安装最大尺寸以及预留5G AAU安装和调整空间，建议美化空调尺寸大于1000mm*900mm*750mm;建议美化方柱尺寸大于1000mm*800mm*800mm;建议美化水桶内置3根抱杆，尺寸取φ1800mm*2000mm;建议落地塔美化外罩直径不小于2000-2200mm。
对于5G AAU散热问题，一是改造为自冷型美化外罩，采用开放式的美化外罩，上下两面敞开以便于通风散热;二是改造为风冷型美化外罩，通过美化外罩顶部的不锈钢无动力风帽进行散热;三是改造为机冷型美化外罩，增加风扇进行散热。
对于美化罩材料透波性问题，需要美化天线厂家研究改进材料、优化材质。
四、结 论
本文详细比对了5G基站设备与4G基站设备的差别，针对5G基站对塔桅配套的需求及影响，提出了站址选取建议、塔桅升级改造方案、天面整合方案、天面美化方案，以保证5G基站规模部署。随着5G技术发展和5G AAU的高度集成化，未来5G设备重量和尺寸都将进一步降低，5G网络全面部署进程将愈发加快。
参 考 文 献：
[1] 龚戈勇.5G基站天馈系统解决建设方案的研究[J].信息技术与信息化，2019，（1）：141-143.
[2] 王盛军.基于5G网络的配套改造方案[J].电信快报，2019，（1）：34-37.
[3] 张晓江.面向5G的中国铁塔配套改造分析[J].电信技术，2019，（2）：72-74.
田哲源（1987-），男，河南郑州人，本科，中级工程师，主要研究方向为无线通信的规划设计与网络优化。
司鼎（1989-），男，河南夏邑人，本科，中级工程师，主要研究方向为无线通信的规划设计与网络优化。
崔素峰（1983-），男，河南郑州人，本科，中级工程师，主要研究方向为光通信及有线接入技术。
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