多制式共存時的鐵塔最優天饋設計

吳振浙，胡磊，呂曙亮

（中國移動通信集團設計院有限公司浙江分公司，浙江 杭州 310012）

1 引言

中國鐵塔公司自成立以來，完成了組織構建、能力構建和機制構建等方面的工作，已經基本具備建設、運營和服務的能力，設施新建、存量鐵塔及相關資產清查工作正在有序地推進。

鐵塔公司的成立有利于減少電信行業內鐵塔以及相關基礎設施的重復建設， 提高行業投資效率，進一步提高電信基礎設施共建共享水平，緩解企業選址難的問題。這增強了企業集約型發展的內生動力，從機制上對資源進行節約，對環境進行保護。

三大運營商共址建設以及天面資源的緊張，勢必會造成系統之間干擾的加劇。鐵塔公司在設計塔形以及分配天線位置時，需要著重考慮系統間的干擾問題，盡量減小由于干擾造成的系統吞吐量損失。

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，下發的標準圖集里鐵塔平臺間距均為5m，使得第一平臺和第三平臺的間距達到10m，這樣既耗費了投資，又不能滿足運營商對于最佳掛高的需求。

2 天線隔離度

（1）鐵塔公司下發的隔離度

鐵塔公司在其下發的《通信鐵塔技術要求V1.0》中，明確了各系統間的隔離度要求，具體如表1所示。

垂直隔離距離可按公式（1）進行計算：

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

由鐵塔公司下發的隔離度計算的垂直隔離距離如表2所示。

表1 鐵塔公司下發的隔離度/dB

表2 根據鐵塔公司下發的隔離度計算的垂直隔離距離/m

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

（2）根據現網設備實際指標計算的隔離度

鐵塔集團下發的隔離度是采用通信行業行標或工信部研究院研究課題的結果，而由于通信技術的發展，現網設備實際指標有較大的提高。所以有必要收集主流設備商在某省的所有系統設備的隔離度指標，重新計算隔離度。

本文選取某省華為、中興、諾基亞、貝爾4個設備商的設備作為調研對象，涉及GSM等17個系統，涵蓋了某省三家運營商、所有無線系統的設備。同時，為了保證隔離度的普遍適用性，對于同一個無線系統，選取不同廠家設備中最大雜散指標、最大發射功率、最小抗阻塞干擾指標以及最小靈敏度來計算。

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中某些制式同時被兩家或三家運營商使用。例如對于GSM900，移動和聯通都在使用，但是移動G900與其他系統之間的隔離度和聯通G900與其他系統之間的隔離度基本一致，所以上表將移動G900和聯通G900合并為GSM900。GSM1800、LTE FDD1.8G、TD-LTE（D頻）同理。

表3中聯通LTE FDD1.8G和電信LTE FDD1.8G之間的隔離度為27dB。移動G900和聯通G900之間通過基帶處理將干擾濾除，移動G1800和聯通G1800同理。三家運營商的TD-LTE（D頻）之間通過時隙錯開來避免干擾。

3 天線布放原則

同平臺上的水平隔離，應根據平臺大小及天線抱桿位置計算天線間距，判斷是否滿足系統間水平隔離要求。由鐵塔集團下發的標準圖集里的平臺直徑以及天線支臂和平臺的距離（600mm），可以計算得到相鄰天線間的距離，具體如表4所示。

如果兩系統的水平隔離距離（m）大于同平臺相鄰天線間距，則這兩個系統不能共平臺。任意兩系統的水平隔離距離（m）可由表3計算得到。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共平臺。

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

（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。

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

（5）GSM1800不能和LTE FDD1.8G共平臺。

表3 根據設備實際值計算的隔離度/dB

表4 同平臺相鄰天線間距表

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的問題。

根據以上結論，除了移動GSM1800和移動TDSCDMA/TD-LTE（F頻）天線不能同平臺放置外，建議各運營商單獨占用一個平臺。

4 最優化平臺設計

（1）最優平臺間距

由表3的隔離度（dB）可以計算系統間垂直隔離距離（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，所以相鄰平臺間距為3.5m即可滿足隔離度要求。

（2）平臺間距5m和平臺間距3.5m對比

鐵塔公司下發的集團塔圖平臺間距為5m，如果按照3.5m的平臺間距做設計，在不降低最底層平臺高度的條件之下，可以降低塔高。按照這個原則，50m、45m、40m這3種高度的單管塔都能夠將塔高降低5m，并且保證最底層平臺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。本文對風壓0.45kPa和0.65kPa的單管塔做了計算，當平臺間距由5m縮小為3.5m時，塔身投資平均降低15%～25%，塔基投資平均降低7%～15%。

（3）平臺間距縮小后的投資

本文以浙江某站點的50m單管塔為例，分析平臺間距縮小后鐵塔建設成本的變化。該站點風壓0.45kPa，無地下水，場地承載力較好，埋深3.0m。若按照集團標準圖紙設計，50m單管塔最底層平臺高33m。在不降低最底層平臺高度的條件之下，如果按照3.5m的平臺間距做設計，可以將塔身高度降為45m。如果將最底層平臺高度降低1.5m，按照4m的平臺間距做設計，也可以將塔身高度降為45m。3種塔形的平臺高度和塔高如圖2所示。

本文計算并統計了上述3種塔形的塔身和塔基的工程用量，具體如圖3所示。

可見，將平臺間距降為3.5m后，塔身和塔基的投資相對平臺間距5m分別降低16.2%和7.2%。當平臺間距為4m時，塔身和塔基的投資相比平臺間距3.5m的投資有小幅度降低，這是因為最底層平臺的高度降低了1.5m。所以綜合考慮投資和掛高因素，平臺間距3.5m更為合理。

圖1 5m平臺間距和3.5m平臺間距的單管塔對比

圖2 平臺間距和5m、4m、3.5m的塔形對比

圖3 平臺間距5m、4m、3.5m時的工程用量對比

（4）平臺間距縮小后的優勢

1）降低投資：根據上一小節的結論，縮小平臺間距將能有效地減小投資。

2）提高運營商滿意度：平臺間距改為3.5m以后，第一平臺與第三平臺的間距由10m下降為7m，各平臺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，提升了運營商網絡規劃的效果。運營商對天線掛在最底層和最高層平臺的抵觸降的低，由此降低了協調的難度。

5 結束語

本文根據主流設備商提供的設備實際隔離度指標，計算了國內各無線系統間的隔離距離。進一步由隔離距離得到天線布放原則，除了移動GSM1800和移動TD-SCDMA/TD-LTE（F頻）天線不能同平臺放置外，建議各運營商單獨占用一個平臺。同時根據垂直隔離度給出了建議的平臺間距，驗證了平臺間距縮小帶來的投資節省。最后總結了平臺間距縮小的優勢。

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