基于傳感技術的新型基站設計

藍家祿，毛新宇，王志輝

（浙江八方電信有限公司，浙江 杭州 311123）

0 引 言

針對5G超密集組網的特點，研究各種建站資源和方式，設計了基于傳感技術的新型基站，利用城市道路（綠化帶等）來實現網絡的前期部署。該項目是基于傳感技術的新型基站解決方案，具有系統集成度高、小型化以及通信塔、機柜與天線融合設計的特點。同時開發的基站遠程在線監測監控系統基于GIS平臺和分布式數據庫管理系統，結合Internet技術建立一個3層C/S和B/S混合結構的監測預警系統，實現智能監控基站重要參數的目的[1-10]。

1 基于傳感技術的新型基站集成設計

為了提升4G/5G服務質量，解決道路場景的基站建設，將基站塔體融入到現場環境中。為客戶解決基站建設中遇到的問題，運用工業美學設計，開發設計了基于傳感技術的新型基站，達到與環境的和諧統一，同時產品外觀造型可以根據客戶需求及現場進行設計制作，因地制宜，與環境和建筑物融為一體。

該新型基站的美化機柜、塔桅以及天線等為適應綠色通信的需要而設計，整體上更加綠色環保。同時將機房設計成小型機柜，將通信塔設計為開孔同徑式路燈或者監控桿，并將天線集成美化，通過輕量化設計和功能融合有效做到節能減排，相比傳統基站進行了大幅創新，效果如圖1所示。

圖1 基于傳感技術的新型基站效果圖

該新型基站集成溫濕度等各類傳感器、采集模塊及分析模塊，設計安放在合適位置，實現對基站主要參數的實時不間斷采集。對采集到的數據進行預處理和精簡計算，形成統一格式后加密上傳到監控中心，由智能監控系統進行實時管理。基于傳感技術的新型基站具有系統集成度高、通信塔、機柜與天線融合設計以及快速建站等特點，可為運營商提供大規模4G/5G基站建設，改善網絡覆蓋質量，實現大規模移動通信網絡覆蓋。

2 通信塔桅整體受力分析與融合設計

2.1 通信塔桅整體受力分析

本設計引入SAP2000力學模型，通過有限元技術對基站進行整體受力分析，對自重、風、雪及地震等荷載進行工程設計和驗算，使基站滿足抗8級大風的要求，確保安全。有限元模型為塔體架設在美化配重基礎上就相當于一根細長的懸臂梁，塔體頂部安裝集束天線，導致頂部承受的風荷載最大，且風荷載的大小和方向不斷變化。基于傳感技術的新型基站模型及受力分析如圖2所示。

圖2 塔桅整體受力分析模型圖

2.2 通信塔桅創新性融合設計

塔體經過數控折彎機折彎成型后，使用合縫一體機進行多邊形錐管的自動合縫焊接，該工藝采用工件移動焊槍固定的方式進行焊接，不但能夠滿足低速大扭矩和高速恒功率的要求，而且具有調速精準的特點，可以保證塔體焊接的質量。傳統型連接如圖3所示，創新型內置隱蔽式連接圖4所示。塔體兩端采用法蘭外置連接方式，此種連接方式法蘭突出造成視覺美觀度下降，破壞城市道路景觀環境，與周圍環境極不和諧。一種創新型內置隱蔽式連接方式，對塔體表面圖案進行造型設計和美化噴涂，設計出的塔體具有傳統燈桿塔無法比擬的整體性、美觀度以及與環境的融合性，同時結構上的創新帶來了防盜和防水性能的極大提高。

圖3 傳統型連接

圖4 創新型內置隱蔽式連接

集束天線和塔桅結構融合設計，使通信塔和市政燈桿相似，有很好的偽裝和美化效果。再根據現場情況的需求，兼顧照明美化、事故檢測以及交通指示等功能，力求外觀美觀，做到與環境和諧統一。

3 聯動一體式防水廣告機柜設計

現有道路綠化帶的基站塔桅和機柜是分離式，存在占地面積大和整體性差等不足。塔桅和機柜一體式設計是行業發展的趨勢，但是塔桅受力擺動時會對機柜造成破壞性的擠壓導致漏水，甚至破壞機柜里的通信設備，給相關人員帶來一定困難。為此采用聯動一體式防水設計，開創性地將機柜框架與塔桅整體式焊接，塔桅從美化機柜頂部中間位置穿過時，塔體和機柜成了整體性受力系統，在外力作用下塔體和機柜同步擺動，從根本上杜絕了兩者的擠壓，解決了上述擠壓、漏水乃至設備破壞的行業難題。

美化機柜采用廣告集成艙式景觀設計，優選為正多邊形廣告面，機柜外表面進行美化處理，面板采用廣告專用的亞克力板，與LED結合可產生變色效果，且光線柔和均勻，廣告色彩還原真實。內部裝有可拆卸式廣告燈片，燈片四周采用LED照明方案，可定期更換廣告燈片內容，使其與周邊環境更加和諧美觀。

機柜產品采用“三明治”結構設計，內外層柜體采用具有良好防腐性能的優質鋁合金或不繡鋼板材，采用3點鎖定結構，加強機柜的安全性構件中鑲嵌的特殊絕熱材料，可以有效阻擋戶外紫外線等傳導熱向柜內的滲透。同時選擇專業的戶外空調系統，確保機柜內部環境滿足通信設備的正常運轉條件。內部由標準19英寸機架、溫度管理控制系統、電源系統、門禁、環境控制系統以及配線單元模塊等組成。機柜達到IP65防護等級要求，且機柜外部做廣告板設計包封，將機柜隱藏，減小民眾投訴。機柜內部如圖5所示。

圖5 機柜內部圖

4 智能充電樁設計

智能電動汽車充電樁負責為車載充電機提供安全可靠的交流電源，其基本構成包括樁體和電氣模塊。樁體包括外殼和人機交互界面，電氣模塊包括充電插座、主控板、電纜轉接端子排以及安全防護裝置等。將智能網絡嵌入到充電樁內部，與控制系統結合，就可以為中小型充電樁提供快速簡單的網絡接入以及數據透傳。整個智慧充電樁系統由充電樁、后端網管平臺、數據管理中心以及基于互聯網的各種App應用構成，充電樁運營企業除了可以遠程實時監控和維護外，還可以提供豐富的在線應用。

5 基站智能在線監測系統

如此多數量的基站，由于長期受到天氣環境和人為施工等的影響，容易發生變形。當變形達到一定程度時，或者由于變形造成鐵塔應力變化時，均有可能使鐵塔發生倒塌等情況。

目前采用的人工測量方法不但效率低，而且無法保障檢測數據的準確性和及時性，無法早期預測滿足鐵塔安裝事故并及時排除安全隱患，保證鐵塔正常運行的要求。因此，有必要設置一套自動化在線監測系統，實時檢測鐵塔狀態，同時將現場的檢測信號傳送到監測中心，并將數據發布于內部網絡上，方便有關人員實時監測、統計與分析。

基站智能在線監測系統利用無損傳感器技術，通過分析包括結構響應在內的結構系統特性達到監測結構安全的目的。其基本內涵是通過監控與評估結構狀況，在特殊氣候或結構運營狀況異常嚴重時發出預警信號，為結構維護和管理決策提供依據與指導。

基站智能在線監測系統不僅是為了結構狀態監控和評估，其信息反饋于結構設計的更深遠的意義在于結構設計方法與相應的規范標準等可能得到改進。此外，基站智能在線監測系統為結構工程中的未知問題研究提供了新的契機，由運營中的結構與其環境所獲得的信息不僅是理論研究和實驗室調查的補充，還可以提供有關結構行為和環境規律的最真實是信息。基站智能在線監測系統不只是傳統結構檢測加結構評估新技術，而且被賦予了結構監控與評估、設計驗證和研究與發展3方面的意義。

基站智能在線監測系統基于GIS平臺和分布式數據庫管理系統，結合Internet技術，建立一個3層C/S和B/S混合結構的監測預警系統，將網絡作為信息傳輸平臺，將現場外場監測組合子系統和監控中心子系統有機地連接為一個分布式的整體，同時遠程用戶可以通過Internet連接到現場監測組合設備，并通過網絡對系統進行控制。

遠程客戶端可以直接從采集服務器處獲取數據，不需要經過數據存儲過程，可以獲得鐵塔的實時狀態數據。整個系統不僅利用GIS實現空間信息和非空間信息的集成，而且在同一GIS平臺下實現自動監測信息發布、數據共享與交流協作等，真正滿足整個系統數字化、高資源利用效率及可持續發展的要求。

6 結 論

基于傳感技術的新型基站占地面積小、建設周期短、布點方便且調配靈活，實現及時網絡優化，減少運營商選擇站址難度，實現快速建站和5G通信網絡的深度覆蓋，滿足人們對通話質量和移動網絡數據業務使用的要求。