多制式共存時(shí)的鐵塔最優(yōu)天饋設(shè)計(jì)

吳振浙，胡磊，呂曙亮

（中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)設(shè)計(jì)院有限公司浙江分公司，浙江 杭州 310012）

1 引言

中國(guó)鐵塔公司自成立以來，完成了組織構(gòu)建、能力構(gòu)建和機(jī)制構(gòu)建等方面的工作，已經(jīng)基本具備建設(shè)、運(yùn)營(yíng)和服務(wù)的能力，設(shè)施新建、存量鐵塔及相關(guān)資產(chǎn)清查工作正在有序地推進(jìn)。

鐵塔公司的成立有利于減少電信行業(yè)內(nèi)鐵塔以及相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的重復(fù)建設(shè)， 提高行業(yè)投資效率，進(jìn)一步提高電信基礎(chǔ)設(shè)施共建共享水平，緩解企業(yè)選址難的問題。這增強(qiáng)了企業(yè)集約型發(fā)展的內(nèi)生動(dòng)力，從機(jī)制上對(duì)資源進(jìn)行節(jié)約，對(duì)環(huán)境進(jìn)行保護(hù)。

三大運(yùn)營(yíng)商共址建設(shè)以及天面資源的緊張，勢(shì)必會(huì)造成系統(tǒng)之間干擾的加劇。鐵塔公司在設(shè)計(jì)塔形以及分配天線位置時(shí)，需要著重考慮系統(tǒng)間的干擾問題，盡量減小由于干擾造成的系統(tǒng)吞吐量損失。

但是鐵塔公司在天線隔離度上采用的是較為老舊的通信行標(biāo)，下發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)圖集里鐵塔平臺(tái)間距均為5m，使得第一平臺(tái)和第三平臺(tái)的間距達(dá)到10m，這樣既耗費(fèi)了投資，又不能滿足運(yùn)營(yíng)商對(duì)于最佳掛高的需求。

2 天線隔離度

（1）鐵塔公司下發(fā)的隔離度

鐵塔公司在其下發(fā)的《通信鐵塔技術(shù)要求V1.0》中，明確了各系統(tǒng)間的隔離度要求，具體如表1所示。

垂直隔離距離可按公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式（1）中，IV為發(fā)射天線和接收天線之間的隔離度，單位為dB；λ對(duì)于雜散干擾是接收頻段范圍內(nèi)的無線電波長(zhǎng)，對(duì)于阻塞干擾是發(fā)射頻段范圍內(nèi)的無線電波長(zhǎng)，單位為m。

由鐵塔公司下發(fā)的隔離度計(jì)算的垂直隔離距離如表2所示。

表1 鐵塔公司下發(fā)的隔離度/dB

表2 根據(jù)鐵塔公司下發(fā)的隔離度計(jì)算的垂直隔離距離/m

由表2可知，CDMA 1X和GSM900的垂直隔離距離要達(dá)到9.7m，再考慮到天線尺寸一般小于2m，可得兩平臺(tái)的距離要大于11.7m才能滿足隔離要求。即使是將兩個(gè)系統(tǒng)間隔一個(gè)平臺(tái)放置，即分別放在第一和第三平臺(tái)，也會(huì)產(chǎn)生干擾，所以不能共址部署，這大大降低了鐵塔的共建共享能力。

（2）根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備實(shí)際指標(biāo)計(jì)算的隔離度

鐵塔集團(tuán)下發(fā)的隔離度是采用通信行業(yè)行標(biāo)或工信部研究院研究課題的結(jié)果，而由于通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備實(shí)際指標(biāo)有較大的提高。所以有必要收集主流設(shè)備商在某省的所有系統(tǒng)設(shè)備的隔離度指標(biāo)，重新計(jì)算隔離度。

本文選取某省華為、中興、諾基亞、貝爾4個(gè)設(shè)備商的設(shè)備作為調(diào)研對(duì)象，涉及GSM等17個(gè)系統(tǒng)，涵蓋了某省三家運(yùn)營(yíng)商、所有無線系統(tǒng)的設(shè)備。同時(shí)，為了保證隔離度的普遍適用性，對(duì)于同一個(gè)無線系統(tǒng)，選取不同廠家設(shè)備中最大雜散指標(biāo)、最大發(fā)射功率、最小抗阻塞干擾指標(biāo)以及最小靈敏度來計(jì)算。

表3綜合考慮了雜散干擾和阻塞干擾，取兩者中的大值。

表3中某些制式同時(shí)被兩家或三家運(yùn)營(yíng)商使用。例如對(duì)于GSM900，移動(dòng)和聯(lián)通都在使用，但是移動(dòng)G900與其他系統(tǒng)之間的隔離度和聯(lián)通G900與其他系統(tǒng)之間的隔離度基本一致，所以上表將移動(dòng)G900和聯(lián)通G900合并為GSM900。GSM1800、LTE FDD1.8G、TD-LTE（D頻）同理。

表3中聯(lián)通LTE FDD1.8G和電信LTE FDD1.8G之間的隔離度為27dB。移動(dòng)G900和聯(lián)通G900之間通過基帶處理將干擾濾除，移動(dòng)G1800和聯(lián)通G1800同理。三家運(yùn)營(yíng)商的TD-LTE（D頻）之間通過時(shí)隙錯(cuò)開來避免干擾。

3 天線布放原則

同平臺(tái)上的水平隔離，應(yīng)根據(jù)平臺(tái)大小及天線抱桿位置計(jì)算天線間距，判斷是否滿足系統(tǒng)間水平隔離要求。由鐵塔集團(tuán)下發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)圖集里的平臺(tái)直徑以及天線支臂和平臺(tái)的距離（600mm），可以計(jì)算得到相鄰天線間的距離，具體如表4所示。

如果兩系統(tǒng)的水平隔離距離（m）大于同平臺(tái)相鄰天線間距，則這兩個(gè)系統(tǒng)不能共平臺(tái)。任意兩系統(tǒng)的水平隔離距離（m）可由表3計(jì)算得到。另外，由表4可知，單管塔的相鄰天線距離最小，為1 850mm，綜合可得：

（1）CDMA 1X不能與其他任何系統(tǒng)共平臺(tái)。

（2）WCDMA不能與TD-SCDMA（A頻）、TDSCDMA、TD-LTE（F頻）共平臺(tái)。

（3）T D-S C D M A/T D-L T E（F頻）不能與GSM1800、LTE FDD1.8G共平臺(tái)。

（4）LTE FDD2.1G不能與TD-SCDMA（A頻）、TD-SCDMA/TD-LTE（F頻）共平臺(tái)。

（5）GSM1800不能和LTE FDD1.8G共平臺(tái)。

表3 根據(jù)設(shè)備實(shí)際值計(jì)算的隔離度/dB

表4 同平臺(tái)相鄰天線間距表

電信通過將CDMA 1X天線和LTE FDD1.8G天線合路來提高隔離度，由此解決不能共平臺(tái)的問題。

根據(jù)以上結(jié)論，除了移動(dòng)GSM1800和移動(dòng)TDSCDMA/TD-LTE（F頻）天線不能同平臺(tái)放置外，建議各運(yùn)營(yíng)商單獨(dú)占用一個(gè)平臺(tái)。

4 最優(yōu)化平臺(tái)設(shè)計(jì)

（1）最優(yōu)平臺(tái)間距

由表3的隔離度（dB）可以計(jì)算系統(tǒng)間垂直隔離距離（m），其中最大垂直隔離距離為1.4m。再考慮到主流天線尺寸均小于2m，所以相鄰平臺(tái)間距為3.5m即可滿足隔離度要求。

（2）平臺(tái)間距5m和平臺(tái)間距3.5m對(duì)比

鐵塔公司下發(fā)的集團(tuán)塔圖平臺(tái)間距為5m，如果按照3.5m的平臺(tái)間距做設(shè)計(jì)，在不降低最底層平臺(tái)高度的條件之下，可以降低塔高。按照這個(gè)原則，50m、45m、40m這3種高度的單管塔都能夠?qū)⑺呓档?m，并且保證最底層平臺(tái)的高度不變或小幅度降低，具體如圖1所示。

由于降低了塔高，所以鐵塔投資可以降低。本文對(duì)風(fēng)壓0.45kPa和0.65kPa的單管塔做了計(jì)算，當(dāng)平臺(tái)間距由5m縮小為3.5m時(shí)，塔身投資平均降低15%～25%，塔基投資平均降低7%～15%。

（3）平臺(tái)間距縮小后的投資

本文以浙江某站點(diǎn)的50m單管塔為例，分析平臺(tái)間距縮小后鐵塔建設(shè)成本的變化。該站點(diǎn)風(fēng)壓0.45kPa，無地下水，場(chǎng)地承載力較好，埋深3.0m。若按照集團(tuán)標(biāo)準(zhǔn)圖紙?jiān)O(shè)計(jì)，50m單管塔最底層平臺(tái)高33m。在不降低最底層平臺(tái)高度的條件之下，如果按照3.5m的平臺(tái)間距做設(shè)計(jì)，可以將塔身高度降為45m。如果將最底層平臺(tái)高度降低1.5m，按照4m的平臺(tái)間距做設(shè)計(jì)，也可以將塔身高度降為45m。3種塔形的平臺(tái)高度和塔高如圖2所示。

本文計(jì)算并統(tǒng)計(jì)了上述3種塔形的塔身和塔基的工程用量，具體如圖3所示。

可見，將平臺(tái)間距降為3.5m后，塔身和塔基的投資相對(duì)平臺(tái)間距5m分別降低16.2%和7.2%。當(dāng)平臺(tái)間距為4m時(shí)，塔身和塔基的投資相比平臺(tái)間距3.5m的投資有小幅度降低，這是因?yàn)樽畹讓悠脚_(tái)的高度降低了1.5m。所以綜合考慮投資和掛高因素，平臺(tái)間距3.5m更為合理。

圖1 5m平臺(tái)間距和3.5m平臺(tái)間距的單管塔對(duì)比

圖2 平臺(tái)間距和5m、4m、3.5m的塔形對(duì)比

圖3 平臺(tái)間距5m、4m、3.5m時(shí)的工程用量對(duì)比

（4）平臺(tái)間距縮小后的優(yōu)勢(shì)

1）降低投資：根據(jù)上一小節(jié)的結(jié)論，縮小平臺(tái)間距將能有效地減小投資。

2）提高運(yùn)營(yíng)商滿意度：平臺(tái)間距改為3.5m以后，第一平臺(tái)與第三平臺(tái)的間距由10m下降為7m，各平臺(tái)的天線高度差大幅縮小，使得天線可以集中布置在最佳高度，提升了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的效果。運(yùn)營(yíng)商對(duì)天線掛在最底層和最高層平臺(tái)的抵觸降的低，由此降低了協(xié)調(diào)的難度。

5 結(jié)束語

本文根據(jù)主流設(shè)備商提供的設(shè)備實(shí)際隔離度指標(biāo)，計(jì)算了國(guó)內(nèi)各無線系統(tǒng)間的隔離距離。進(jìn)一步由隔離距離得到天線布放原則，除了移動(dòng)GSM1800和移動(dòng)TD-SCDMA/TD-LTE（F頻）天線不能同平臺(tái)放置外，建議各運(yùn)營(yíng)商單獨(dú)占用一個(gè)平臺(tái)。同時(shí)根據(jù)垂直隔離度給出了建議的平臺(tái)間距，驗(yàn)證了平臺(tái)間距縮小帶來的投資節(jié)省。最后總結(jié)了平臺(tái)間距縮小的優(yōu)勢(shì)。

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