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摘要:將5g無線通信基站安裝在電力線桿塔上，可以通過電力線路桿塔共享促進5G網絡建設，實現電力企業和通信公司的互利共贏。重點討論了5G基站的新架構，分析了把基站應用到電力桿塔上應考慮的供電、接地、安裝等問題，并給出了相應的解決方案。

關鍵詞:5G通信;基站;電力桿塔;共享

隨著從4G到5G的網絡制式演進，移動通信網絡對通信容量及傳輸性能的要求也越來越高。基站作為網絡架構中的核心設備之一，其硬件架構、設備形態、工作模式等也在不斷演進。未來5G將面向4K/8K規頻、AR/VR、物聯網、自動駕駛等多應用場景，對信息傳輸速率、傳輸延遲、用戶吞吐量和系統容量等都有較高的要求，必將進一步推動基站架構的演進［1-2］。目前5G的市場推廣應用中面臨著工程安裝難度大、站點獲取困難、頻譜碎片化等3大痛點。隨著站點加密，城市中站址獲取會越來越困難，農村又缺少高層建筑用于安裝天線，所以將無線基站天線建在電力線桿塔上將會成為一種趨勢。這種桿塔共享方式可以充分利用電網輸電線路覆蓋面廣的特點，既能夠共享資源、節約建設成本，又解決了站點獲取問題，在保障雙方設備既融合又并行獨立的基礎上，積極帶動5G網絡建設，為電力行業帶來新的經濟增長點。

15G基站的新架構

1．1架構演變

未來5G網絡要面向多樣化的業務場景，要滿足超高流量密度、超高連接數密度和超高移動性等需求。這些多樣化的需求驅動著面向5G的基站結構進一步重構。首先，基站架構將向CloudRAN演進。5G的居民接入網(ResidentialAccessNetwork，RAN)網絡將從4G/LTE網絡的基帶單元(BasebandUnit，BBU)、射頻單元(RemoteRadioUnit，RRU)兩級結構演進到集中單元(CentralizedUnit，CU)、分布單元(DistributeUnit，DU)和有源天線處理單元(ActiveAntennaUnit，AAU)3級結構。BBU的非實時部分將分割出來，重新定義為CU，負責處理非實時協議和服務;BBU的剩余功能重新定義為DU，負責處理物理層協議和實時服務;BBU的部分物理層處理功能將與原RRU合并為AAU［3］。其次，基站要具備CloudAIR演進能力，在3G以下頻段引入CloudAIR實現并發LTE和5G。

1．2站點形態

隨著基站架構的演變，基站設備形態也面向5G演進［4］。熱點部署大規模天線，3．5GHz頻段的高頻釋放熱點流量，1．8GHz頻段的低頻提供無處不在的覆蓋。高頻覆蓋的微站為宏站提供高流量卸載;低頻覆蓋的宏站負責控制和管理數據，保持連接、覆蓋、移動性及容量。典型的5G站點形態如圖1所示。

25G基站的應用背景及理論依據

2．1應用背景

5G利用更高的頻率組網，理論上需要更密的基站覆蓋。因為高頻信號衰落快，相鄰小區之間的干擾會大大降低，適合超密集組網。截至2018年上半年，3大運營商合計建設4G宏站417萬個，在完成目前4G覆蓋效果的目標下，保守估計，5G基站數量將會是現有4G基站數量的1．2～1．5倍。通信頻率與基站覆蓋范圍的對應關系如表1所示。為了解決5G的深度覆蓋問題，運營商需要建設大批的微站。在城市，由于5G通信基站密度越來越高，站址密、選址難，需要鐵塔公司進一步合理規劃站址，降低選址難度;在農村及偏遠地區，施工難、成本高，需要進一步縮短建設工期，有效控制成本;而電網輸電線路在全國廣泛分布，縱橫交錯，大量的電力桿塔資源為行業間的資源整合提供了可實施的方案。

2．2理論依據

綜合考慮架設方式、桿塔高度和周邊環境等因素，110kV以上的輸電桿塔可作為5G基站宏站的共享資源。首先，從高壓輸電線路與無線通信基站的電磁兼容性角度考慮，輸電線路工作頻率為50Hz，產生的電磁環境影響為工頻電磁場，而無線通信基站的工作頻率在30MHz以上，產生的電磁環境影響為射頻電磁場，顯然這2個系統的工作頻段不會發生交叉。另外，根據實際測試，高壓輸電線路的高頻諧波干擾主要集中在1～30MHz，對頻率為800MHz和1800MHz的無線電干擾處于可忽略的數量級［5］。其次，電壓等級為110kV和220kV的輸電桿塔主要為直立式桿塔，按照結構類型可分為角鋼塔、鋼管塔和鋼管桿。根據電力設計院《電力鐵塔加掛基站天線試點實施專題報告》，加掛通信設備對桿塔桿件受力影響較小，引起的應力比變化大概在1%～2%之間［6］。

35G基站的實際應用

3．1電力供電

5G高頻超密組網對站址、桿塔、電源配套等資源配置提出了較高的要求，其中首先要求外電容量高。如隨著5G基站集成度提高，5G設備系統功耗相當于4G設備系統功耗的3～4倍。獨家5G外市電需求為6kW，移動、電信、聯通3家5G需求共18kW，如果采用集中遠供方式進行配電則線纜損耗大。5G和4G主設備功耗分析如表2所示。移動通信基站需要380V三相交流電或220V單相交流電為其供電，當共享鐵塔位于配電網供電范圍之內時，可直接引入市電為基站供電，即電力桿塔基站設備可以直接通過低壓電力網絡供電。低壓饋電線路從公用低壓網絡將電能耦合進來，然后通過直埋電纜與電力線鐵塔下的饋電機柜連接，也可以采用架空電纜的方式，或者遵從電力公司的防護要求，選用其他合適的連接電纜。典型的連接距離為30～60m，中間通過絕緣變壓器使桿塔附近地電位升高區域與周圍隔離開來。若共享鐵塔處于較偏遠地區，無法直接從公共電網引入一路380V/220V交流電路，基站設備可以從中壓電力網絡供電，通常為10～20kV。10kV及以上等級的中壓電纜需要定制不帶金屬屏蔽層的電纜，因為其芯線本身能夠提供更高等級的對地絕緣。如果是220kV及以上等級的高壓電纜進行電力供電，因其屬于典型的3個單芯電纜，可以滿足絕緣要求。中壓電纜連接典型長度距離電力線鐵塔至少50m以上，中間通常需要使用中/低壓變壓器作為隔離變壓器。大功率單相變壓器可以從中壓輸電線路取電后直接供給基站，也可以與蓄電池、光伏電池等組合在一起，共同為基站提供穩定用電。

3．2接地布置與防雷措施

對于安裝在電力鐵塔上的無線通信基站，要因地制宜做好接地布置，以保障設備的安全和正常運行［7］。饋電機柜和設備機柜、天線側設備和電源線、電力桿塔及避雷針等都要做好規范接地。饋電機柜不論是在設備機柜附近還是內部，都應共用同一個接地系統;這個接地系統再通過橫截面積35mm2以上的銅線與電力桿塔地相連。如果機柜距離桿塔較近，還需單獨與深埋地下的接地電極相連。用來連接基站設備機架和天線的同軸電纜，其外層屏蔽層除了要與天線金屬部件和設備機架連接，還要與電力線鐵塔連接，并一起接地。基站接地網與電力桿塔接地網間必須每隔3～5m相互連接一次，至少有2處相互連接，以便形成統一的接地網。目前電力鐵塔上除了導地線以外，還要做好防雷措施。5G基站天線側設備簡化后，不必再考慮RRU與天線間饋線的防雷措施，只要將5GAAU安裝在導線下方，新增的通信設備和天線在遭受雷擊時，處于電力鐵塔避雷針保護范圍內，不會對通信設備造成過電流或過電壓的現象。避雷針要直接接到大地地網上，防止雷擊時基站地電位反擊影響基站室內設備安全。如果基站天線包含GPS衛星天饋系統，可用來接收來自GPS的衛星接收信號，作為時鐘同步。施工方案是GPS天線不上塔或上塔不超過10m，GPS饋線全程絕緣，不用接地，只在BBU側的GPS避雷器處接地，GPS避雷器可放在機柜頂部或扎綁帶放在機柜側面。如果GPS天線上塔超過10m，則避雷器需用接地線接地或用饋線接地夾在離避雷器1m范圍內接地。

4結語

為了大幅提升用戶吞吐量和系統容量，5G通信技術探求在更高頻率上獲得更大帶寬。超密集組網解決了信號覆蓋范圍和質量的要求，但與此同時也帶來了站點密集、選址困難的問題。本文通過分析5G移動基站的新架構以及運行可行性，提出5G無線基站共享電力桿塔資源的建設方式。對施工過程中涉及的饋電、接地和防雷措施等給出了具體的解決方案及注意事項。

參考文獻:

［3］曾毅．5G承載網的挑戰和關鍵技術探討［J］．郵電設計技術，2018(11):52-56．

［4］張曉江．5GNR基站部署規劃研究［J］．郵電設計技術，2019(3):12-15．

［5］曾挺健．110kV戶內變電所對環境電磁和無線電干擾影響的評析［J］．華東電力，2002(2):9-10．

［6］吳新，何興國，周峰．電力鐵塔上安裝移動天線的工藝設計［J］．電信工程技術與標準化，2007(2):39-42．

［7］申毅，柏世剛，袁偉．移動通訊基站防雷接地技術探析［J］．通信電源技術，2018(3):230-231．

作者：孟逢逢 劉洪利 單位：上海電力大學