鐵塔公司5G基站建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)與分析

李廣平 吳一凡

摘要：5G基站具有高密度、低空間、微小化的特點(diǎn)，隨著5G建設(shè)需求大規(guī)模增加，鐵塔公司在運(yùn)營商需求承接、基站建設(shè)交付、后期維護(hù)運(yùn)營等方面都將遇到極大挑戰(zhàn)。因此，如何為5G建設(shè)發(fā)展提供充足的站址資源，與各運(yùn)營商建立積極有效的需求溝通對接機(jī)制，構(gòu)建低成本、高效率、優(yōu)服務(wù)的競爭優(yōu)勢將是鐵塔公司后期5G建設(shè)過程中需要考慮的內(nèi)容之一。本文分別從塔桅承載能力、電源配套容量、外市電容量等5G基站建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行分析，提出了一些建設(shè)性解決方案。

關(guān)鍵詞：5G基站建設(shè);蓄電池容量;開關(guān)電源容量;外市電容量;精細(xì)化設(shè)計(jì);產(chǎn)品創(chuàng)新

一、背景

國際電信聯(lián)盟（ITU）計(jì)劃于2020 年完成第五代移動(dòng)通信（5G）全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的制定并逐步投入商用，5G 已經(jīng)成為全球業(yè)界研發(fā)的焦點(diǎn)和各通信大國競爭的主戰(zhàn)場。5G 移動(dòng)通信技術(shù)的總體愿景是“信息隨心至，萬物觸手及”，通過高接入速率、低使用時(shí)延、海量連接能力、超高流量密度，實(shí)現(xiàn)人與物的智能互聯(lián)、信息的高速傳輸，從而滲透到未來社會各個(gè)領(lǐng)域，構(gòu)建以用戶為中心的全方位信息生態(tài)系統(tǒng)。

5G 基站具有高密度、低空間、微小化的特點(diǎn)，依托現(xiàn)有基站的天面、電源、機(jī)房、傳輸?shù)扰涮踪Y源，已無法滿足5G 建設(shè)要求。新、擴(kuò)建基站數(shù)量多、分布廣，基站選址、機(jī)房租賃、電力引接、傳輸引入、施工協(xié)調(diào)等困難將日益突出。因此，鐵塔公司應(yīng)不斷提升創(chuàng)新建設(shè)能力，與各運(yùn)營商建立積極的需求溝通對接機(jī)制，多措并舉深化共建共享，為5G 發(fā)展提供充足的站址資源，通過強(qiáng)化技術(shù)統(tǒng)籌、資源統(tǒng)籌、需求統(tǒng)籌、業(yè)務(wù)統(tǒng)籌，有效提升資源使用效率，實(shí)現(xiàn)5G 高效低成本建設(shè)，落實(shí)各運(yùn)營商5G 設(shè)施建設(shè)需求。

二、建設(shè)難點(diǎn)分析

5G 頻譜較高的頻率傳播特性決定了5G 基站覆蓋半徑縮小，將呈現(xiàn)宏站與微站協(xié)同、室內(nèi)與室外協(xié)同、高站與低站搭配的異構(gòu)網(wǎng)形態(tài)。目前，5G 組網(wǎng)有兩種方式，即SA 及NSA 兩種，NSA 組網(wǎng)方式中現(xiàn)有4G 基站可作為5G 覆蓋層，5G NR 作為容量層，其中NSA 組網(wǎng)場景5G 系統(tǒng)控制面錨在原4G LTE 基站上;SA 組網(wǎng)場景只需要新增一套5G 系統(tǒng)，同時(shí)能夠支持更多功能，如短時(shí)延、網(wǎng)絡(luò)切片等。

5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)發(fā)展如下圖所示：

考慮到光纖資源和機(jī)房條件、運(yùn)維難度、應(yīng)用場景等因素，未來5G 基站建設(shè)初期主要以CU/DU 合設(shè)、分布式部署方案為主。目前，各運(yùn)營商5G 建設(shè)需求集中爆發(fā)，建設(shè)規(guī)模大、站址建設(shè)重合度低、基站改造內(nèi)容呈現(xiàn)多樣性和綜合性、各家覆蓋策略呈現(xiàn)不一致等因素，導(dǎo)致5G 基站建設(shè)改造過程中存在塔桅承載力不足、電源配套容量不足、外電容量不足、機(jī)房空間不足等諸多困難，嚴(yán)重影響了鐵塔公司對運(yùn)營商5G 基站需求的交付進(jìn)度。

（一）塔桅承載能力

目前5G AAU 天線迎風(fēng)面積約為0.45 ㎡/個(gè)，重量約為40Kg/個(gè)，新增5G 天線后，對現(xiàn)有塔桅的塔身最大應(yīng)力、塔頂位移、支臂承重和風(fēng)荷載均有較大影響。根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)鐵塔掛載能力初步統(tǒng)計(jì)分析，密集市區(qū)、一般市區(qū)、縣城等5G 熱點(diǎn)場景主要應(yīng)用塔型為景觀塔、樓面抱桿和樓面增高架等，這些站址類型塔桅均已掛載多套天線，掛載能力相對較弱，新增5G 需求時(shí)主要遇到以下問題：

景觀塔等地面桿塔塔高基本為20～3 5m，掛載多層天線后，新增5G 天線時(shí)掛高不滿足覆蓋需求;

景觀塔、樓面增高架等塔型承載能力達(dá)到極限，不能有效滿足5G 天線掛載承載要求;

樓面抱桿等樓頂站場景，原有樓頂已安裝多付抱桿，目前樓面站6m 附墻抱桿要求固定安裝應(yīng)為不低于240mm 厚的實(shí)心磚墻;6m 配重抱桿安裝整體重量約950Kg，占地面積約2 ㎡。因此樓面站新增5G 設(shè)備時(shí)，對樓頂女兒墻、樓面承載能力和樓面新增抱桿空間都提出了較高要求;

（二） 電源配套容量

根據(jù)5G 加載測試結(jié)果分析，5G 單站功耗是4G 單站的2.5～3.5 倍，在S111 配置下，5G 單站的滿載功率約為4500W、新建傳輸約為500W。因此5G 建設(shè)改造對存量基站的蓄電池組容量、開關(guān)電源容量以及空調(diào)制冷量等方面都提出了較高要求。

（1）蓄電池組容量

目前鐵塔公司采用梯次電池組滿足基站備電需求，由上可知，5G 系統(tǒng)滿載時(shí)負(fù)載功耗為4.5KW，根據(jù)梯次電池容量計(jì)算公式可知，在滿足運(yùn)營商3h 備電時(shí)長需求下，梯次電池容量應(yīng)不低于330AH。因此，新增5G 設(shè)備對存量基站蓄電池備電能力提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。同時(shí)，電池容量的增加對機(jī)房（柜）空間和樓面站機(jī)房的承重都提出了新的要求。

梯次電池容量計(jì)算公式：

*a *（ QK P1*T1 P2*T2（P1+P2）*T3） 51.2 式中：

Q—電池容量（Ah）;

K—安全系數(shù)，取1.25;

P1—一次下電側(cè)通信設(shè)備工作實(shí)際功率（W）;

P2—二次下電側(cè)通信設(shè)備工作實(shí)際功率（W）;

T1—一次下電側(cè)設(shè)備備電總時(shí)長（h），T1 不應(yīng)小于等于1

小時(shí);

T2—二次下電側(cè)設(shè)備備電總時(shí)長（h）;

T3：充分發(fā)揮設(shè)計(jì)人員技術(shù)創(chuàng)新能力時(shí)長（ h）谷時(shí)（0：00-8：00）、峰時(shí)（8：00-12：00;18：00-22：00）

a—溫度調(diào)整系數(shù)，寒冷、寒溫I、寒溫II 地區(qū)取1.25;

其余地區(qū)取1.0;

（2）開關(guān)電源容量

現(xiàn)有基站采用的開關(guān)電源容量一般為200A、300A 和600A，根據(jù)開關(guān)電源容量計(jì)算公式可知，開關(guān)電源容量配置除了與基站設(shè)備功耗相關(guān)外，與蓄電池容量配置也息息相關(guān)，尤其是新增5G 設(shè)備后，蓄電池容量配置增加，其充電功率P 充和新增5G設(shè)備對原有開關(guān)電源容量也提出了擴(kuò)容需求。

開關(guān)電源容量計(jì)算公式：

R

式中：

R—開關(guān)電源容量（A）;

P—通信設(shè)備工作實(shí)際功率（w）;

Q—蓄電池組總?cè)萘浚ˋh）;

η—容量系數(shù)，取0.95。

（3）空調(diào)制冷量

機(jī)房（柜）內(nèi)產(chǎn)生熱量設(shè)備主要包括機(jī)房（柜）內(nèi)的無線設(shè)備、傳輸設(shè)備、照明系統(tǒng)、開關(guān)電源模塊、電力電纜等，其中最主要熱量來源為機(jī)房（柜）內(nèi)的無線設(shè)備及傳輸設(shè)備，其工作時(shí)的功耗基本全部轉(zhuǎn)換為熱量。因此，新增5G 設(shè)備時(shí)，其設(shè)備功耗的增加和開關(guān)電源模塊配置的增加對空調(diào)制冷量也提出了一定要求。

空調(diào)制冷量計(jì)算公式為：

Q12=K*（Q1*1.06+Q2-Q3） 式中：

Q12 -基站空調(diào)總熱負(fù)荷;

K -分區(qū)域制冷系數(shù)，河南屬于B 區(qū)，取K=1;

Q1 -通信設(shè)備熱負(fù)荷， Q1=直流設(shè)備功率×0.8;

Q2 -建筑結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷，Q2= 150W/m? *房間面積

1.06-指開關(guān)電源工作熱效率補(bǔ)償系數(shù);

Q3 –室外RRU 及AAU 直流設(shè)備功率×0.8;

（三）外市電容量

目前基站外市電大部分采用220V 轉(zhuǎn)供電，5G 單站功耗較4G 大幅度增加，按傳統(tǒng)配置方式，新增1 套5G 系統(tǒng)將增加7～10kVA 外市電需求，現(xiàn)有外電容量不能有效滿足5G 基站外市電需求，原來220V 轉(zhuǎn)供電需要進(jìn)行380V 直供電改造才能滿足建設(shè)需求。但是針對城區(qū)站址外市電改造時(shí)涉及新增搭火點(diǎn)、新建敷設(shè)路由、協(xié)調(diào)供電部門、協(xié)調(diào)市政單位、溝通業(yè)主等多項(xiàng)內(nèi)容，改造難度大。根據(jù)部分省份5G 站址外電改造分析可知，平均單站改造成本約為2～3 萬元，因此，如何低成本、高效率滿足5G 基站外市電容量需求也是后期5G 建設(shè)重點(diǎn)研究內(nèi)容之一。

三、建設(shè)解決方案

（一） 加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃深挖資源共享

（1）加快編制通信基站規(guī)劃

結(jié)合目前5G 頻譜覆蓋特性、組網(wǎng)方式以及各廠家5G 設(shè)備性能，重點(diǎn)對各運(yùn)營商歷年需求、頻率使用情況以及規(guī)劃期內(nèi)各運(yùn)營商業(yè)務(wù)發(fā)展策略、網(wǎng)絡(luò)發(fā)展目標(biāo)進(jìn)行分析，對存量站址規(guī)模、分布現(xiàn)狀、存量站址資源共享能力等信息深入摸查。綜合編制包含5G 基站站址、機(jī)房、管線、電力等內(nèi)容的5G 基站建設(shè)發(fā)展規(guī)劃，統(tǒng)籌基礎(chǔ)電信運(yùn)營商5G 設(shè)施建設(shè)需求，落實(shí)電信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享要求，充分發(fā)揮鐵塔公司引領(lǐng)作用，加強(qiáng)規(guī)劃統(tǒng)籌，共建鐵塔、機(jī)房、管線、電力等基站配套設(shè)施以及公共交通、重點(diǎn)場所建筑樓宇室內(nèi)分布系統(tǒng)。

（2）尋求政策支持，獲取社會資源

積極對接政府各部門，探索車站、展館、旅游景點(diǎn)、公園、綠地、垃圾站等公共資源利舊使用，充分利用建（構(gòu)）筑物樓面、墻面、路燈桿、監(jiān)控桿、電力塔等社會資源，滿足5G 掛載需求，加大5G 覆蓋重點(diǎn)區(qū)域內(nèi)的社會資源儲備力度，做好社會桿塔承載能力評估，從而有效緩解目前5G 建設(shè)中塔桅承載力不足問題。

有效推動(dòng)各地政府公共建筑物、弱電井管道、桿塔、綠地等資源向通信基站建設(shè)開放，爭取政府在規(guī)劃落地、基站設(shè)置、傳輸和管道工程建設(shè)、電力引接等方面予以支持，積極將5G通信基站規(guī)劃納入城市通信基礎(chǔ)設(shè)施專項(xiàng)規(guī)劃和發(fā)展控制性詳細(xì)規(guī)劃，將5G 基站站址、機(jī)房、管線、電力等配套設(shè)施納入市政基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)劃，通過政府層面形成政策支持，有效保障5G通信建設(shè)順利開展。

（二）聚焦技術(shù)攻關(guān)促進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng)新

（1）突破傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)

針對塔桅承載能力受限問題，鐵塔公司應(yīng)及時(shí)做好存量基站詳細(xì)資源摸查，對現(xiàn)有桿塔安裝空間和承載能力進(jìn)行評估。當(dāng)鐵塔平臺或抱桿沒有空余安裝空間時(shí)，通過檢測單位出具檢測報(bào)告、設(shè)計(jì)人員核準(zhǔn)掛載天線重量及面積、調(diào)整單管塔水平位移限值及格構(gòu)塔阻尼比等精細(xì)化設(shè)計(jì)方式，或者通過多樣化結(jié)構(gòu)加固改造方式提高鐵塔掛載能力，滿足5G 建設(shè)需求。

針對蓄電池容量、開關(guān)電源容量、外市電容量不能有效滿足5G 基站建設(shè)需求問題，鐵塔公司應(yīng)通過收集分析存量基站蓄電池備電能力、存量基站開關(guān)電源容量及端子使用情況、存量基站外市電質(zhì)量（停電時(shí)長、停電次數(shù)等）等數(shù)據(jù)建立存量基站數(shù)據(jù)庫信息，然后針對存量滿足能力及基站建設(shè)場景采用不同改造策略。同時(shí)，應(yīng)充分發(fā)揮設(shè)計(jì)人員技術(shù)創(chuàng)新能力，積極采用削峰填谷、微電網(wǎng)供電、光電互補(bǔ)以及直流遠(yuǎn)供等技術(shù)滿足5G 建設(shè)需求。

（2）聯(lián)合廠家測試，促進(jìn)產(chǎn)品創(chuàng)新

根據(jù)目前5G 基站建設(shè)遇到的蓄電池容量、開關(guān)電源容量、空調(diào)制冷量以及外市電容量不足等問題，鐵塔公司應(yīng)積極聯(lián)合廠家，進(jìn)行現(xiàn)場勘察設(shè)計(jì)，針對難點(diǎn)問題重點(diǎn)攻克，研發(fā)測試滿足建設(shè)需求的產(chǎn)品，例如靜音發(fā)電車、移動(dòng)充電站、智能開關(guān)電源柜及智能通風(fēng)系統(tǒng)等創(chuàng)新產(chǎn)品，可采用試點(diǎn)區(qū)域測試應(yīng)用，然后再大規(guī)模推廣應(yīng)用的方式，促進(jìn)建設(shè)配套產(chǎn)品更新?lián)Q代，滿足5G 建設(shè)需求。

（三） 發(fā)揮資源優(yōu)勢推動(dòng)兩翼齊飛

鐵塔公司可利用自身資源優(yōu)勢，緊抓5G 發(fā)展機(jī)遇，實(shí)現(xiàn)從傳統(tǒng)站址共享向塔、機(jī)房、傳輸、電力、社會資源等綜合共享轉(zhuǎn)變，從行業(yè)內(nèi)共享向社會各行業(yè)、各領(lǐng)域的共享合作轉(zhuǎn)變。同時(shí)，整合自身資源優(yōu)勢和能統(tǒng)籌的社會資源，拓展跨行業(yè)共享發(fā)展新藍(lán)海，組建專門力量，有所為、有所不為，突出價(jià)值導(dǎo)向，積極探索發(fā)展備電綜合解決方案、應(yīng)急發(fā)（充）電、儲能服務(wù)等各種動(dòng)力電池應(yīng)用，在滿足5G 建設(shè)需求的同時(shí)，加強(qiáng)對外市場拓展，推動(dòng)兩翼齊飛，打造最具潛力的“兩型企業(yè)”。

四、小結(jié)

隨著5G 建設(shè)需求大規(guī)模增加，鐵塔公司在運(yùn)營商需求承接、基站建設(shè)交付、后期維護(hù)運(yùn)營等方面都將遇到極大挑戰(zhàn)。如何為5G 建設(shè)發(fā)展提供充足的站址資源，有效提升資源使用率，滿足各運(yùn)營商5G 業(yè)務(wù)需求，構(gòu)建低成本、高效率、優(yōu)服務(wù)的競爭優(yōu)勢將是鐵塔公司后期5G 建設(shè)過程中需要考慮的內(nèi)容之一。因此，鐵塔公司可通過積極聚焦技術(shù)攻堅(jiān)、大力研發(fā)創(chuàng)新產(chǎn)品、優(yōu)化資源管理機(jī)制等多方式、多舉措迎戰(zhàn)5G 建設(shè)難題，把握機(jī)遇，進(jìn)一步提高鐵塔公司品牌影響力。

作者簡介：

李廣平（1990-），男，河南省駐馬店人，碩士研究生，現(xiàn)工作于中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司第四分公司，工程師，主要研究方向?yàn)閷拵o線通信、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)及鐵塔電源配套等;

吳一凡（1993-），女，河南省鄭州人，本科，現(xiàn)工作于河南省信息咨詢設(shè)計(jì)研究有限公司，工程師，主要研究方向?yàn)閷拵o線通信、網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃設(shè)計(jì)及鐵塔電源配套等;