5G建設過程中通信鐵塔的承載能力分析

靳宏圓

【摘要】? ? 隨著第五代通信技術（5G）的發展，無線網絡建設對于通信鐵塔的需求量與日俱增，5G建設給存量鐵塔的承載能力帶來了極大考驗。本文主要分析了現有鐵塔基站的塔形，以及運營商為滿足不斷增加的無線通信網絡覆蓋需要對鐵塔基站提出的要求，并基于此對移動通信鐵塔的承載能力進行了分析，為提高移動通信鐵塔的承載能力提出了一些建議和參考。

【關鍵字】? ? 基站鐵塔? ? 無線網絡通信? ? 鐵塔設計

移動通信鐵塔是無線網絡通信的基礎設施，是滿足用戶網絡通信需要和建設“網絡強國”的重要基礎。隨著5G時代的到來，大數據、物聯網、人工智能等大規模發展，用戶對于無線網絡的“質”和“量”有了更高的要求，現有的鐵塔基站資源已經很難滿足，考慮到在城市新建鐵塔的難度和造價等原因，需要對現有鐵塔資源進行進一步開發和優化設計，提出可靠的塔桅和天線改造方案，提高鐵塔承載能力。

一、鐵塔建設現狀

通信鐵塔的建設應考慮區域規劃及周圍建筑環境，并滿足信號覆蓋的高度要求和范圍要求。上海郊區通信鐵塔高度主要集中在20m至42m之間，根據覆蓋區域內規劃要求和建筑物類型，可選擇不同類型和高度的鐵塔。通信鐵塔常見的塔形有單管塔、美化塔、角鋼塔等[1]，表1為常見鐵塔類型及其適用場景。

現有存量通信鐵塔主要集中解決運營商2G、3G和4G信號的覆蓋，建設初期未考慮5G建設需求，除去2G、3G和4G信號已經使用的平臺，預留平臺不能滿足不同運營商的5G建設需求。圖1為單管塔平臺分布示意圖，對于高度為42m，五層平臺的單管塔，可以解決運營商現網的建設需求，但運營商如需在同一座鐵塔上新增6付及以上5G天線，則無法滿足此建設需求。

與現網天線相比，5G天線的集成化程度高，具有尺寸小、迎風面積小、重量大的特點，表2列出了目前部分廠商5G天線的規格參數。 4G時代的到來，隨著現網的不斷擴容，RRU的數量也較2G和3G時代明顯增加，并且所有RRU均需上塔，對于鐵塔的負載也有了更高的要求，因此，在進行5G建設時，需要根據鐵塔承載能力綜合考慮多方面的因素。

二、鐵塔承載能力分析

針對目前移動通信鐵塔的現狀，本文立足運營商和鐵塔建設方兩個角度，對提高鐵塔的承載能力進行了分析。

2.1運營商

（1）減少天線數量，使用多頻天線;對于一家運營商而言，其現網2G，3G和4G多采用單頻天線簡單疊加的方式，針對某一區域的信號覆蓋，要同時滿足多種信號的收發，則需要至少9付天線。隨著通信技術的發展，目前已有多種多頻天線投入使用，目前使用的“4488”四頻天線支持885-960MHz/1710-1830MHz/1885-2025MHz/2575-2635MH頻段[2]，并且其網絡性能與單頻天線相當，通過天饋的合路，天線數量明顯減少，鐵塔有限的天面空間可以充分利用，極大的提高了鐵塔承載能力。

（2）降低天線掛高;鐵塔設計過程中，塔底直徑大于塔頂，且塔底壁厚也大于塔頂。在鐵塔承載能力復核時，主要考慮鐵塔迎風面積，且天線越高，鐵塔頂部迎風面積越大，風荷載對鐵塔的影響越大。當風荷載集中在鐵塔頂部時，塔頂位移明顯增大，對于鐵塔承載能力不利。在滿足周邊信號覆蓋的前提下，采用降低天線掛高的方式，把天線最大迎風面轉移到鐵塔中部，從而降低鐵塔頂部在風荷載作用下的水平位移，提高鐵塔承載能力。

2.2 鐵塔建設方

（1）一體化塔房加固

上海郊區存在大量一體化塔房，由于一體化塔房的塔身直徑和壁厚較小，無法設計多層平臺，一般設計平臺為2-3層。5G時代的到來，此類塔，如果不進行改造，基本不能滿足5G建設的需求。通過增加斜撐和配重的方式，對一體化塔房進行加固，其承載能力將得到顯著提升，平臺可增加至3-4層，基本能滿足一家的5G建設需求。圖2為一體化塔房改造改造前，圖3為一體化塔房增加斜撐和配重改造后。

（2）單管塔主材替換與輔材拆除

單管塔的塔身直徑和壁厚較大，具有較高強度，其受力薄弱點主要為塔身和塔腳法蘭連接處。實際工程中發現，部分早期設計的單管塔，塔腳和塔身法蘭采用的螺栓規格為8.8級30-M24，通過改造，將原有螺栓更換為強度更高的10.9級30-M24螺栓，塔身和塔腳受力薄弱點得到加強，鐵塔整體抵抗風荷載的能力提高。圖4為原有法蘭螺栓，圖5為替換后法蘭螺栓。

在鐵塔建設初期，為解決基站附近投訴問題及與周邊環境的協調問題，部分單管塔采用了美化的形式，在塔頂加裝了美化外罩，由于美化外罩迎風面積要遠大于天線迎風面積，此類塔一般在設計初期就擁有較高的強度和抵抗風荷載能力。隨著通信網絡的發展和基站輻射科普宣傳的推進，現在居民對于鐵塔基站的投訴顯著減少，故在協調良好的前提下，可以通過拆除美化外罩的方式，提升鐵塔承載能力。由于美化外罩的拆除，鐵塔頂部迎風面積顯著減小，滿足在原有美化罩下方新增天線抱桿的需求。

（3）天線抱桿延長

早期鐵塔設計的抱桿長度一般為2米，目前使用的雙頻和四頻天線高度一般為1.5-2.0米，考慮RRU的安裝位置，一根抱桿只能安裝1副天線。

由于5G天線具有高度集成化，且其高度一般小于1米，將原有2米抱桿替換為2.5米抱桿后，一根抱桿可以安裝2臺5G AAU，極大的提升了鐵塔平臺的利用率。但在替換長抱桿時應當注意，5G設備的重量遠大于以前的天線，故應對替換后的長抱桿和抱箍做加固處理。

三、結論

通過本文給出的改造建議，現有的通信鐵塔在通過加固、主材替換、輔材拆除、延長抱桿等改造后，承載能力將顯著提高，改造后新增的天面空間可以滿足現有的5G建設需求。

隨著通信技術的發展，今后5G網絡大規模商用，未來通信網絡對于鐵塔的需求量將更大，鐵塔承載能力分析和塔桅改造必將迎來新的挑戰，因此在現有改造方法的基礎上尋找新的改造技術、改造工藝十分必要。

參? 考? 文? 獻

[1] 紀英波. 無線網絡建設中通信塔桅的選型[J].山西建筑，2012，38（7）：1-2

[2] 龔戈勇，劉洋.“后4G”時期基站天饋系統整合方案探討[J].電信技術，2019，5：44-46