5G無線通信基站共享電力桿塔的運用

方照華

（安徽電信規劃設計有限責任公司移動院，安徽 合肥 230031）

0 引 言

4G通信技術的應用為人們的生產和生活提供了方便，提高了人們生活的質量。而5G通信技術的開發和應用使人們的生產和生活方式發生重大的改變。相較于4G通信技術，5G通信技術的傳輸速率快，信息處理更加高效準確，應用的前景更加廣闊。與此同時，5G的網絡制式對于傳輸性能和通信容量的要求也更高。基站作為網絡架構中的核心，在安裝過程中面臨著諸多的挑戰，例如工程安裝難度高、站點站址的選擇和確立困難等。因此，利用電力系統的電力桿塔安裝5G無線通信基站，借助電力桿塔覆蓋范圍廣的特點推動5G通信基站建設。據預測，為滿足覆蓋需求5G基站數量將達到現有4G基站梳理的1.5倍，通信基站覆蓋范圍受頻率影響的關系如表1所示。

表1 站點覆蓋范圍與通信頻率關系

1 5G無線通信基站共享電力桿塔的必要性

5G無線通信網絡的主網頻率更高，需要的基站建設更加密集。相鄰小區之間干擾性極小，高頻信號衰弱較快，密集的組網具有實現可能。為了使5G網絡實現深度的覆蓋，運營商必須建立大批的基站。但是在實踐中存在著以下問題：一是城市中基站的密度越來越高且越來越集中，很難進行合理的規劃和選址；二是在偏遠地區施工的難度較高，僅僅依靠運營商建設需要投入極大的成本，工程的工期也很難得到保障，不利于5G的推廣應用。

目前電力系統的輸電線路在我國已趨于完善，覆蓋范圍極廣，大量的電力桿塔資源經過合理整合可以為5G基站建設帶來極其便利的條件。基于此，根據5G基站架構的技術特點，整合電力桿塔的資源，綜合考慮環境和架設方式實現電力桿塔的資源共享，促進5G基站的建設，推動5G技術的開發和應用。

2 5G基站的架構以及站點形態

5G技術具有信息傳輸速率快、傳輸延遲小以及系統容量大等優勢，在物聯網、自動駕駛以及智慧城市等領域均實現了廣泛應用。與此同時，應用的多樣化對于基站的架構、設備的形態和工作模式也都有了更高的要求。5G基站的架構正朝著Cloud RAN方向發展。居民的接入網將由4G/LTE網絡的基帶單元和射頻單元兩級結構升級為集中單元、分部單元以及有源天線處理單元的3級結構。對基帶處理單元（Building Base band Unite，BBU）的非實時部分進行分割，并對集中單元（Central Unit，CU）重新定義，負責處理非實時協議和服務。剩余的BBU將重新被定義為分布單元（Distributed Unit，DU），負責對物理層協議和實時服務進行處理。將物理層的部分處理功能與遙控射頻單元（Remote Radio Unit，RRU）相結合，生成新的有源天線處理單元（Active Antenna Unit，AAU）。此外，基站還要有Cloud AIR的能力，實現5G與LTE的并發。

隨著基站架構的升級，其設備形態也發生了一定轉變，熱點需要大規模天線部署，3.5 GHz頻段的高頻釋放熱點流量，1.8 GHz頻段的低頻進行無差別覆蓋。宏站的高流量卸載由高頻覆蓋的微站負責，低頻覆蓋則為宏站提供數據的管理和控制功能。其站點的形態如圖1所示。

圖1 站點形態

3 5G無線通信基站共享電力桿塔相關問題分析及措施

5G無線通信基站共享電力桿塔建設要從多方面進行論證，需要綜合考慮桿塔的高度、架設的方式以及周圍的環境等因素。5G AAU 是一種有源設備，需要電源作為動力。5G基站在共享電力桿塔時，應當充分考慮有源設備上塔的新難題[1]。同時，5G基站的架設對于高度具有較高的要求，需要充分對掛載高度進行考慮。此外，也需要考慮5G無線通信基站共享電力桿塔是否對設備產生干擾。

根據以上分析，110 kV以上的電力桿塔可以掛載5G基站共享電力桿塔資源。110 kV的電力桿塔高度基本上符合5G設備的掛載需求，在安裝時其高度可以由供電公司、運營商以及鐵塔公司3方面進行協商，由運營商對掛載的高度進行要求，由鐵塔公司負責對接，并由供電公司進行桿塔的檢測和荷載的復核，對桿塔的承載能力做出準確的評估，在滿足安全條件的基礎上進行安裝。如果不符合桿塔的安全要求，則需要進行技術調整和處理，直至滿足。對于5G有源設備上塔，需要對設備進行絕緣處理，并采用絕緣鎧裝電纜。同時，要保證有源設備與高壓線的安全距離，從根本上避免高壓電力對5G設備產生影響，保證5G設備的安全運行。

通過技術理論的研究和對通信設備的參數測試發現，高壓電力線路的電磁場對基站天線的信號發射影響是比較微弱的，只要針對不同電壓級別的高壓線合理進行安全距離的規范以及技術上的處理即可。從電池兼容性的角度考慮，高壓輸電線路的工作頻率為50 Hz，其電磁影響為工頻電磁場。而5G無線通信基站的工作頻率在30 MHz以上，電磁環境影響幾乎不存在。另外，高壓輸電線路的高頻諧波干擾為1～30 MHz，而5G設備的頻率為800 MHz、900 MHz或1800 MHz，其干擾幾乎可以忽略不計。除此之外，我國的110 kV輸電桿塔或220 kV輸電桿塔主要為直立式，從結構類型上劃分為角鋼塔、鋼管塔以及鋼管桿3種形式。根據電力設計院分析實踐結果得知，在桿塔的桿件上掛載5G通信設備引起的應力比變化在1%～2%，受力影響較小，不會對桿塔造成影響。

綜上所述，5G無線通信基站共享電力桿塔是可行的，可以極大地促進5G通信技術的應用和推廣。在實踐過程中，需要電力企業、通信運營商以及鐵塔公司等多方通力合作，積極溝通協商并合理選擇基站的建設方案，對現場的實際情況進行詳細勘察，結合使用設備的相關參數多方面進行論證及篩選，優化施工方案，從而保證5G無線網絡基站的順利建設。

4 5G無線通信基站共享電力桿塔的有效策略

4.1 電力供電的解決措施

5G基站的集成度較高，高頻密集的組網對電力供電、桿塔以及站址的選擇都有較高的要求。且相較于4G基站設備，5G設備的系統功耗大大增高，具體參數如表2所示。通過集中遠供的方式進行電力供應會造成線纜的損耗過大，如果選用的桿塔是在配電網的供電范圍之內，則可以直接引入市電為基站進行電力供應。將低壓饋電線路從公用低壓網絡中將電能耦合進來，電力桿塔下的饋電機柜與直埋的電纜相互連接，也可以采用架空電纜的方式進行連接。如果電力公司有特殊的要求，應當根據防護要求采用合理的方式進行電纜連接。如果選用的共享鐵塔位置比較偏遠，無法在公共電網中直接引入相應電路，可以將中壓電路網引入基站為設備供電，中間采用中壓變壓器或低壓變壓器作為隔離。此外，單相變壓器的功率較大，可以通過與光伏電池、蓄電池相結合的方式為5G基站提供安全穩定的電力供應[2]。

表2 5G和4G主設備功耗參數

4.2 有效的安全防護措施

為了確保5G基站設備的安全穩定運行，要做好安全防護措施，規范地進行接地設置，并采取合理的防雷措施。首先，饋電機柜、設備機柜、桿塔、電源線以及天線等設備設施要根據實際情況進行規范的接地設置。如果機柜和桿塔之間的距離較小，應當與深埋地下的接地電極進行單獨連接。對于基站設備機架和天線相連接的同軸電纜，其外層的屏蔽層要保證與電力桿塔進行連接并共同進行接地[3]。在規范地做好接地布置的同時，還應當注重采取合理的防雷措施。5G基站天線側的設備已經簡化，RRU、天線饋線不需要過多的進行防雷布置，只需將5G的AAU在導地線的下方進行安裝即可。掛載的通信設備在遭遇雷擊時會受到電力桿塔避雷針的保護，不會產生過流或過壓的現象。在進行掛載時，對于定位天線的饋線要做好絕緣處理，其避雷器可以設置在機柜的頂部或側面[4,5]。

5 結 論

5G通信技術具有高頻率、大帶寬、傳輸速率快、傳輸延遲小、系統容量大以及用戶吞吐量大的優勢，但同時對于信號的覆蓋范圍和質量也提出了更高的要求，而電力桿塔共享的運用則有效解決了這個問題。在實踐中，相關人員應當不斷進行分析和論證，采取合理的措施解決實際中遇到的問題，確保電力桿塔資源得到充分利用，推動5G無線通信基站的建設和發展。