铁塔公司5G基站建设面临的挑战与分析

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　　摘 要：5G基站具有高密度、低空间、微小化的特点，随着5G建设需求大规模增加，铁塔公司在运营商需求承接、基站建设交付、后期维护运营等方面都将遇到极大挑战。因此，如何为5G建设发展提供充足的站址资源，与各运营商建立积极有效的需求沟通对接机制，构建低成本、高效率、优服务的竞争优势将是铁塔公司后期5G建设过程中需要考虑的内容之一。本文分别从塔桅承载能力、电源配套容量、外市电容量等5G基站建设面临的挑战进行分析，提出了一些建设性解决方案。
　　关键词：5G基站建设;蓄电池容量;开关电源容量;外市电容量;精细化设计;产品创新
　　一、背景
　　国际电信联盟（ITU）计划于2020 年完成第五代移动通信（5G）全球统一标准的制定并逐步投入商用，5G 已经成为全球业界研发的焦点和各通信大国竞争的主战场。5G 移动通信技术的总体愿景是“信息随心至，万物触手及”，通过高接入速率、低使用时延、海量连接能力、超高流量密度，实现人与物的智能互联、信息的高速传输，从而渗透到未来社会各个领域，构建以用户为中心的全方位信息生态系统。
　　5G 基站具有高密度、低空间、微小化的特点，依托现有基站的天面、电源、机房、传输等配套资源，已无法满足5G 建设要求。新、扩建基站数量多、分布广，基站选址、机房租赁、电力引接、传输引入、施工协调等困难将日益突出。因此，铁塔公司应不断提升创新建设能力，与各运营商建立积极的需求沟通对接机制，多措并举深化共建共享，为5G 发展提供充足的站址资源，通过强化技术统筹、资源统筹、需求统筹、业务统筹，有效提升资源使用效率，实现5G 高效低成本建设，落实各运营商5G 设施建设需求。
　　二、建设难点分析
　　5G 频谱较高的频率传播特性决定了5G 基站覆盖半径缩小，将呈现宏站与微站协同、室内与室外协同、高站与低站搭配的异构网形态。目前，5G 组网有两种方式，即SA 及NSA 两种，NSA 组网方式中现有4G 基站可作为5G 覆盖层，5G NR 作为容量层，其中NSA 组网场景5G 系统控制面锚在原4G LTE 基站上;SA 组网场景只需要新增一套5G 系统，同时能够支持更多功能，如短时延、网络切片等。
　　5G 网络架构发展如下图所示：
　　考虑到光纤资源和机房条件、运维难度、应用场景等因素，未来5G 基站建设初期主要以CU/DU 合设、分布式部署方案为主。目前，各运营商5G 建设需求集中爆发，建设规模大、站址建设重合度低、基站改造内容呈现多样性和综合性、各家覆盖策略呈现不一致等因素，导致5G 基站建设改造过程中存在塔桅承载力不足、电源配套容量不足、外电容量不足、机房空间不足等诸多困难，严重影响了铁塔公司对运营商5G 基站需求的交付进度。
　　（一）塔桅承载能力
　　目前5G AAU 天线迎风面积约为0.45 ㎡/个，重量约为40Kg/个，新增5G 天线后，对现有塔桅的塔身最大应力、塔顶位移、支臂承重和风荷载均有较大影响。根据现网铁塔挂载能力初步统计分析，密集市区、一般市区、县城等5G 热点场景主要应用塔型为景观塔、楼面抱杆和楼面增高架等，这些站址类型塔桅均已挂载多套天线，挂载能力相对较弱，新增5G 需求时主要遇到以下问题：
　　 景观塔等地面杆塔塔高基本为20～3 5m，挂载多层天线后，新增5G 天线时挂高不满足覆盖需求;
　　 景观塔、楼面增高架等塔型承载能力达到极限，不能有效满足5G 天线挂载承载要求;
　　 楼面抱杆等楼顶站场景，原有楼顶已安装多付抱杆，目前楼面站6m 附墙抱杆要求固定安装应为不低于240mm 厚的实心砖墙;6m 配重抱杆安装整体重量约950Kg，占地面积约2 ㎡。因此楼面站新增5G 设备时，对楼顶女儿墙、楼面承载能力和楼面新增抱杆空间都提出了较高要求;
　　（二） 电源配套容量
　　根据5G 加载测试结果分析，5G 单站功耗是4G 单站的2.5～3.5 倍，在S111 配置下，5G 单站的满载功率约为4500W、新建传输约为500W。因此5G 建设改造对存量基站的蓄电池组容量、开关电源容量以及空调制冷量等方面都提出了较高要求。
　　（1）蓄电池组容量
　　目前铁塔公司采用梯次电池组满足基站备电需求，由上可知，5G 系统满载时负载功耗为4.5KW，根据梯次电池容量计算公式可知，在满足运营商3h 备电时长需求下，梯次电池容量应不低于330AH。因此，新增5G 设备对存量基站蓄电池备电能力提出了严峻挑战。同时，电池容量的增加对机房（柜）空间和楼面站机房的承重都提出了新的要求。
　　梯次电池容量计算公式：
　　*a *（ Q K P1*T1 P2*T2 （P1+P2）*T3） 51.2 式中：
　　Q—电池容量（Ah）;
　　K—安全系数，取1.25;
　　P1—一次下电侧通信设备工作实际功率（W）;
　　P2—二次下电侧通信设备工作实际功率（W）;
　　T1—一次下电侧设备备电总时长（h），T1 不应小于等于1
　　小时;
　　T2—二次下电侧设备备电总时长（h）;
　　T3：充分发挥设计人员技术创新能力时长（ h）谷时（0：00-8：00）、峰時（8：00-12：00;18：00-22：00）
　　a—温度调整系数，寒冷、寒温I、寒温II 地区取1.25;
　　其余地区取1.0;
　　（2）开关电源容量
　　现有基站采用的开关电源容量一般为200A、300A 和600A，根据开关电源容量计算公式可知，开关电源容量配置除了与基站设备功耗相关外，与蓄电池容量配置也息息相关，尤其是新增5G 设备后，蓄电池容量配置增加，其充电功率P 充和新增5G设备对原有开关电源容量也提出了扩容需求。 　　开关电源容量计算公式：
　　R
　　式中：
　　R—开关电源容量（A）;
　　P—通信设备工作实际功率（w）;
　　Q—蓄电池组总容量（Ah）;
　　η—容量系数，取0.95。
　　（3）空调制冷量
　　机房（柜）内产生热量设备主要包括机房（柜）内的无线设备、传输设备、照明系统、开关电源模块、电力电缆等，其中最主要热量来源为机房（柜）内的无线设备及传输设备，其工作时的功耗基本全部转换为热量。因此，新增5G 设备时，其设备功耗的增加和开关电源模块配置的增加对空调制冷量也提出了一定要求。
　　空调制冷量计算公式为：
　　Q12=K*（Q1*1.06+Q2-Q3） 式中：
　　Q12 -基站空调总热负荷;
　　K -分区域制冷系数，河南属于B 区，取K=1;
　　Q1 -通信设备热负荷， Q1=直流设备功率×0.8;
　　Q2 -建筑结构热负荷，Q2= 150W/m? *房间面积
　　1.06-指开关电源工作热效率补偿系数;
　　Q3 –室外RRU 及AAU 直流设备功率×0.8;
　　（三）外市电容量
　　目前基站外市电大部分采用220V 转供电，5G 单站功耗较4G 大幅度增加，按传统配置方式，新增1 套5G 系统将增加7～10kVA 外市电需求，现有外电容量不能有效满足5G 基站外市电需求，原来220V 转供电需要进行380V 直供电改造才能满足建设需求。但是针对城区站址外市电改造时涉及新增搭火点、新建敷设路由、协调供电部门、协调市政单位、沟通业主等多项内容，改造难度大。根据部分省份5G 站址外电改造分析可知，平均单站改造成本约为2～3 万元，因此，如何低成本、高效率满足5G 基站外市电容量需求也是后期5G 建设重点研究内容之一。
　　三、建设解决方案
　　（一） 加强统筹规划深挖资源共享
　　（1）加快编制通信基站规划
　　结合目前5G 频谱覆盖特性、组网方式以及各厂家5G 设备性能，重点对各运营商历年需求、频率使用情况以及规划期内各运营商业务发展策略、网络发展目标进行分析，对存量站址规模、分布现状、存量站址资源共享能力等信息深入摸查。综合编制包含5G 基站站址、机房、管线、电力等内容的5G 基站建设发展规划，统筹基础电信运营商5G 设施建设需求，落实电信基础设施共建共享要求，充分发挥铁塔公司引领作用，加强规划统筹，共建铁塔、机房、管线、电力等基站配套设施以及公共交通、重点场所建筑楼宇室内分布系统。
　　（2）寻求政策支持，获取社会资源
　　积极对接政府各部门，探索车站、展馆、旅游景点、公园、绿地、垃圾站等公共资源利旧使用，充分利用建（构）筑物楼面、墙面、路灯杆、监控杆、电力塔等社会资源，满足5G 挂载需求，加大5G 覆盖重点区域内的社会资源储备力度，做好社会杆塔承载能力评估，从而有效缓解目前5G 建设中塔桅承载力不足问题。
　　有效推动各地政府公共建筑物、弱电井管道、杆塔、绿地等资源向通信基站建设开放，争取政府在规划落地、基站设置、传输和管道工程建设、电力引接等方面予以支持，积极将5G通信基站规划纳入城市通信基础设施专项规划和发展控制性详细规划，将5G 基站站址、机房、管线、电力等配套设施纳入市政基础设施规划，通过政府层面形成政策支持，有效保障5G通信建设顺利开展。
　　（二）聚焦技术攻关促进产品创新
　　（1）突破传统设计，加强技术攻关
　　针对塔桅承载能力受限问题，铁塔公司应及时做好存量基站详细资源摸查，对现有杆塔安装空间和承载能力进行评估。当铁塔平台或抱杆没有空余安装空间时，通过检测单位出具检测报告、设计人员核准挂载天线重量及面积、调整单管塔水平位移限值及格构塔阻尼比等精细化设计方式，或者通过多样化结构加固改造方式提高铁塔挂载能力，满足5G 建设需求。
　　针对蓄电池容量、开关电源容量、外市电容量不能有效满足5G 基站建设需求问题，铁塔公司应通过收集分析存量基站蓄电池备电能力、存量基站开关电源容量及端子使用情况、存量基站外市电质量（停电时长、停电次数等）等数据建立存量基站数据库信息，然后针对存量满足能力及基站建设场景采用不同改造策略。同时，应充分发挥设计人员技术创新能力，积极采用削峰填谷、微电网供电、光电互补以及直流远供等技术满足5G 建设需求。
　　（2）联合厂家测试，促进产品创新
　　根据目前5G 基站建设遇到的蓄电池容量、开关电源容量、空调制冷量以及外市电容量不足等问题，铁塔公司应积极联合厂家，进行现场勘察设计，针对难点问题重点攻克，研发测试满足建设需求的产品，例如静音发电车、移动充电站、智能开关电源柜及智能通风系统等创新产品，可采用试点区域测试应用，然后再大规模推广应用的方式，促进建设配套产品更新换代，满足5G 建设需求。
　　（三） 发挥资源优势推动两翼齐飞
　　铁塔公司可利用自身资源优势，紧抓5G 发展机遇，实现从传统站址共享向塔、机房、传输、电力、社会资源等综合共享转变，从行业内共享向社会各行业、各领域的共享合作转变。同时，整合自身资源优势和能统筹的社会资源，拓展跨行业共享发展新蓝海，组建专门力量，有所为、有所不为，突出价值导向，积极探索发展备电综合解决方案、应急发（充）电、储能服务等各种动力电池应用，在满足5G 建设需求的同时，加强对外市场拓展，推动两翼齐飞，打造最具潜力的“两型企业”。
　　四、小结
　　随着5G 建设需求大规模增加，铁塔公司在运营商需求承接、基站建设交付、后期维护运营等方面都将遇到极大挑战。如何为5G 建设发展提供充足的站址资源，有效提升资源使用率，满足各运营商5G 业务需求，构建低成本、高效率、优服务的竞争优势将是铁塔公司后期5G 建設过程中需要考虑的内容之一。因此，铁塔公司可通过积极聚焦技术攻坚、大力研发创新产品、优化资源管理机制等多方式、多举措迎战5G 建设难题，把握机遇，进一步提高铁塔公司品牌影响力。
　　作者简介：
　　李广平（1990-），男，河南省驻马店人，硕士研究生，现工作于中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，工程师，主要研究方向为宽带无线通信、网络规划设计及铁塔电源配套等;
　　吴一凡（1993-），女，河南省郑州人，本科，现工作于河南省信息咨询设计研究有限公司，工程师，主要研究方向为宽带无线通信、网络规划设计及铁塔电源配套等;
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