路燈桿在通信基站快速規模建設中的研究與實踐

戴海兵 陳愛勇

【摘要】 針對基站選址建設協調困難這一困擾通信運營商的普遍問題，本文探討了將基站建設與城市內遍布的路燈桿進行結合的具體方案。文中對路燈桿與基站建設融合的關鍵技術進行了深入研究，對效益進行了全面分析，在實際場景中進行了運用并取得良好的預期效果。

【關鍵詞】 路燈桿 基站 建設 室外機柜 組網 4G

一、引言

隨著4G牌照的發放，各通信運營商均在大力推進4G基站建設。但伴隨著經濟社會的發展進步，百姓越發關注自身健康，大眾對通信輻射存在普遍誤解，造成基站建設垃圾箱效應凸顯。人們越發依賴于通過移動通信基站與外界溝通交流，卻極希望自己所生活的社區房舍遠離移動通信基站。與此同時，隨著經濟建設的快速推進，土地資源已非常稀缺，往往通信運營商規劃站址，土地征用卻極其困難；即使站點與業主談妥允許建設，但周圍居民在基站建設過程中百般阻攔，也會給基站建設增添變數。

建站難，難建站，已是近年來各通信運營商共同的難題。同時，由于4G網絡頻段較高，對障礙物的繞射和穿透能力弱，兩個基站之間的距離不能超過400米。換句話說，每隔400米即需布置一個4G基站。如此高的密度，在僻靜的局部地區尚有可能，然而在熱點區域，周圍居民集中，征地及建站必然遭到強烈干擾和抵制，如何將大量的基站建設下去，是擺在通信運營商面前的共同難題。

二、可行性分析

為了提升網絡覆蓋質量，解決道路場景的基站建設，同時將基站塔體融入到現場環境中，并達到與環境的和詣統一，各大通信運營商對道路覆蓋基站解決方案存在迫切的需求。

路燈，在城市的每條大街上每隔35米左右即裝有一個。這可以作為非常寶貴的基站站址資源，運營商可結合現網的基站分布選擇合適的路燈桿位置，將原有的路燈桿替換成滿足通信需求的路燈桿體，采用分布式基站建設模式建設通信基站，既保持原有的城市景觀照明，又解決通信基站落地的難題。

通信基站與路燈桿結合的前提條件是當前基站無線主設備主要為BBU+RRU的分布式基站設備，與傳統無線主設備相比，可以無需機房；其次是目前可以代替傳統機房的室外一體化機柜，該項要求也已具備大規模使用的可行性。

三、關鍵技術方案

通信基站與路燈桿相結合是一種全新的模式，需要基于現有的資源，充分分析路燈基站的特殊性，在現有的設備選型、組網方案等基礎上進行創新。

3.1 路燈基站原理

路燈基站包含三大要素：路燈桿體+室外機柜+集束天線，如圖1所示。

3.1.1 路燈桿體

將移動通信桿體功能需求和路燈桿體功能需求相結合，制定通信路燈桿體綜合需求：（1）桿體預留法蘭孔。a、距桿體頂端1米處預留尺寸為50mm*70mm的后期網絡擴容走線法蘭孔；b、燈頭支臂下方0.5米桿體處預留尺寸為50mm*70mm的路燈監控走線法蘭孔；c、距桿體下端2.5米處預留尺寸為100mm*120mm的電表箱走線法蘭孔；d、燈頭支臂上方0.5米桿體處預留尺寸為50mm*70mm的GPS走線法蘭孔，同時預留GPS天線固定抱箍；e、距桿體下端0.6米處預留尺寸為130mm*350mm的路燈操作維護法蘭孔；f、所有預留法蘭孔均需封閉、可拆卸；（2）塔腳錨栓螺母強度性能為8.8級，雙螺母。地腳螺栓標準：15米路燈桿法蘭盤700mm，6根直徑42mm，長1500mm；20米路燈桿法蘭盤700mm，6根直徑48mm，長1500mm。（3）桿體基礎朝機柜側預留2根內徑60mmPVC管+1根內徑40mmPVC管。（4）塔型設計時考慮設計基本風壓為0.45kN/m2；頂部集束天線不大于φ300X2000；集束天線底部法蘭尺寸為：φ100/φ200（3φ150.6±0.3長圓孔）；集束天線重量不大于40Kg。

3.1.2 室外一體化機柜

結合路燈基站實際設備情況，對普通室外一體化機柜進行改造，形成適合路燈基站使用的“胖路燈機柜”和“瘦路燈機柜”。

（1）胖路燈機柜：920*920*1700mm，適用于路燈桿邊上有較大面積綠化帶或隱蔽空地，如圖2所示。

（2）瘦路燈機柜：700*650*1750mm，適用于路燈桿邊上無綠化帶空地或有較小面積綠化帶空地，如圖3所示。

通過對普通室外一體化機柜的改造，形成尺寸較小、滿足RRU安裝的路燈機柜，更加適合路燈基站建設的場景需求。

3.1.3 集束天線

考慮路燈桿特殊桿體結構及使用場景，傳統的板狀天線無法使用，故考慮使用多小區集成度高的集束天線。

根據網絡實際需求，集束天線按照扇區數量分為三扇區和二扇區；按照頻段分為2G/TD雙頻集束天線和LTE集束天線。

路燈桿基站集束天線安裝在路燈桿頂端，集束天線外觀及顏色與周邊路燈桿保持一致，避免天線直接裸露安裝，隱蔽性好。此外集束天線的天線增益可達到15dbi左右，與傳統基站天線增益相仿，可以很好的解決路燈桿基站周邊道路的覆蓋。

三扇區與二扇區集束天線外形見圖4：

3.2 組網方案

3.2.1 組網策略

采用集束天線，分兩扇區、或三扇區分別向兩個或三個方向進行覆蓋，同一位置上的兩面天線合并成一個小區，進行補盲覆蓋及吸收熱點地區的話務量。在十字路口或路中間，在相對或者對角的路口分別一根路燈桿，分別用來做DCS&TD、LTE系統的覆蓋，主要的覆蓋需求分為孤點覆蓋、線狀覆蓋和面狀覆蓋，如表1所示：

路燈基站采用集束天線，天線通過饋線連接到RRU與RRH合路后的功分器，采用燈桿安裝方式，一個單通道RRU可以通過功分器連接集束天線的兩面天線，這樣，一個燈桿處需要一個RRU、兩面天線。為了減少市民關注度，RRU與RRH選擇放在燈桿的下面或燈桿旁邊，用室外機柜來偽裝RRU。各RRU之間可采用星形方式組網，獨立站點完成覆蓋。

BBU一般采取光纖拉遠方式，可放置在附近宏站或室內覆蓋的機房內，通過光纖連接到最近的RRU。

3.2.2 單站建設組網方案

因路燈基站同時存在2G/TD/LTE需求，優先把2G的SUMX下沉安裝到2G/TD的室路燈機柜中，TD的BBU和LTE的BBU拉遠；路燈基站外市電和傳輸只到其中的2G/TD路燈機柜，LTE路燈機柜的電和傳輸通過光電復合光纜從2G/TD路燈機柜引接；如果該路燈基站只有LTE需求，那么LTE的BBU下沉安裝到路燈機柜中，外市電和傳輸正常接入LTE路燈機柜。這樣既可以利用機柜的干接點監控，又能減少路燈基站的設備功耗，降低市電引入難度。

3.3 路燈美化

路燈是城市環境的重要組成部分，不僅僅是照明工具，更是一種藝術形式，與周圍環境友好協調、有機融合是建站避免民擾的關鍵因素。設計、建造優美和諧，將通信設備或機柜融入或隱藏其中，既美化環境，又兼具照明和通信功能的路燈是路燈基站的目標任務。隨著技術進步，基站設備越來越小，將其隱藏至優美的偽裝機房、路燈桿體是完全可行的，再加上燈桿的美化設計，居民是會完全接受這樣的城市藝術景觀的，民擾就可以順勢化解，如圖5和圖6所示。

3.4 建站模式

傳統建站模式，是網絡運營商自己或代理在規劃建站區域直接業主協調建站征地事宜，全面協調建站事務。這種模式，需要運營商全面把控，牽扯太多精力不說，隨著時代變化，越發顯示其有諸多弊端，首先業主漫天要價，再者周圍民擾不厭其煩，規劃站址長期得不到落實，而且還經常遭到該區域周邊居民通信信號差的投訴。隨著現代服務業的蓬勃發展，專業的談點公司或第三方建站公司都應運而生，通過第三方建站公司或通信業務供貨商全面協調建站事宜，全面完成后向通信運營商交鑰匙的建站模式。術業有專攻，專業公司有其專業性，有其解決問題的特有資源和有效手段，難建站點采用如此模式必然大幅度減少。

四、效益分析

路燈基站與綠化帶基站，建設模式相近，均為室外機柜+景觀塔/路燈桿，適用場景相似，但是與綠化帶基站對比，路燈基站建設成本降低60個百分點，建設周期減少3天，具有較大優勢。

4.1 建設模式對比，如表2所示

4.2 建設成本對比，如表3所示

4.3 建設周期對比，如表4所示

五、實施效果

南京移動率先對路燈基站的建設進行試點，目前已完成首批站點的安裝開通工作，解決了江南明珠小區、紫園小區等10處長期信號弱覆蓋點，實現了環陵路等8處重要道路TD連續覆蓋，同時解決了6路、37路、59路等13條公交沿線LTE疑難站點建設。根據南京網絡現狀，針對多年未選址成功的弱覆蓋區域，規劃了100個路燈基站用以解決移動用戶長期投訴熱點區域。建設完成后預計將有效解決軍區司令部大院、奧體中心居民區、西康路省委家屬樓等176處長期弱覆蓋點，同時為后期LTE建設預留資源，以便于后期LTE建設工作快速部署。

實際建成的路燈基站如圖7，8所示：

六、結束語

隨著2G&TD網絡運營發展及LTE大規模建設，傳統基站建設模式已經不能滿足移動通信網絡發展需求，路燈基站建設模式在一定程度上降低加快網絡建設難度，解決網絡深度覆蓋問題：（1）移動2G&TD用戶爆發式增長，網絡底噪抬升，弱覆蓋區域不斷增多，使用路燈基站可以解決網絡弱覆蓋，加強網絡的深度覆蓋；（2）LTE大規模建設即將到來，城區基站選址難度日益加大，采用路燈基站建設模式可以有效解決基站選址問題，推進LTE網絡建設步伐；（3）路燈基站成規模建設后，可以為后期城市室外WIFI覆蓋做好前期配套資源儲備，降低后期“無線城市”的建設難度。