移動基站共址高壓輸電鐵塔的應用研究

賴建軍　黃有為　孫敏　張帆　池玉寶

摘要：為了探索在電力鐵塔上共址建設移動通信基站的可行性，針對廣深高鐵實際情況，結合國家電力設施相關要求，研究了移動基站架設在某區段電力鐵塔上的工藝要求，并進行了荷載和電磁干擾評估。基站建成后，經過實際測試，新建共址基站滿足覆蓋要求且運行良好，驗證了在電力鐵塔上共址移動通信基站建設思路的可行性。

關鍵詞：高壓輸電鐵塔 移動基站 共址建設

1 引言

隨著移動互聯網在中國的飛速發展，移動數據流量呈現爆炸式的增長[1]，三大運營商紛紛加大了對移動寬帶網絡建設的投入，并逐漸把經營模式從傳統的語音經營轉換到流量經營。而TD-LTE作為中國移動主推的4G技術[2-4]，擁有高峰值數據速率、高小區邊緣速率、高頻譜利用率等特點，是中國移動四網協同發展的重要組成部分。因此，大力推進TD-LTE技術的發展，是中國移動面向未來實現可持續發展的重要戰略舉措。

與此同時，站址資源逐漸成為移動基站建設的首要難題，選址問題越發突出，主要體現在以下幾個方面：選址費用較高，業主通常會以自身為優先考慮，選址難度較大；存在業主同意，但周邊居民反對的情況，建站阻力較大，協調難度極大；由于城市發展速度較快，規劃站點位置往往已有其他城市規劃，選址周期加長；部分政府機關、軍區、學校用地流程審批繁瑣，耗時較長，選址周期加長等[5]。各種各樣的選址困難不僅嚴重拖慢了移動基站建設的進度，而且造成了建設方建站成本的大幅上升，選址問題成為移動基站建設的瓶頸。因此，新的宏站建設模式成為運營商重點關注的方向。

在某些特定場景下，移動基站具備與電力鐵塔共址建設的條件。在輸電線路鐵塔上安裝通信基站是一種新的宏站建設思路。本文以廣深港高鐵南沙區欖核鎮甘崗村段的覆蓋解決方案為例，探索移動基站共址電力鐵塔的建設模式，并對建設模式、建設工藝等進行分析。

2 研究背景

廣深港高鐵是一條連接廣州和深圳的高速鐵路，起點為廣州南站，終點為深圳北站（香港段暫未開通），全程橋隧，列車最高運行速度為350 km/h，其中甘崗村路段的橋面高達40 m，列車區段時速在300 km/h以上。為保證該路段的高鐵覆蓋，天線掛高必須高于橋面，且基站距離鐵軌的垂直距離不得超過200 m。經現場勘查，該路段周邊均為農田，缺乏現成的建筑物可用，如果自行建設桿塔將不可避免地面臨村民反對、征地補償高、外電引入和沖積土質下樁基施工難度大的問題，事實上，也正是因為周邊村民對建設基站的反對，對該站點的選址長期處于停滯狀態。

廣深港高鐵甘崗村段有兩座高壓輸電鐵塔，分別為魚都線46、47號鐵塔，且為跨線塔，兩座鐵塔直線距離470 m，鐵塔連線與廣深港高鐵軌道呈35°夾角，目測高壓線最低點高度約為60 m。經模擬測試評估，如果能在高壓輸電鐵塔的45 m高處安裝天線，輸電鐵塔的位置可滿足廣深港高鐵的建站需求。高壓輸電鐵塔及鐵塔平視圖如圖1、圖2所示。

由于在高壓輸電鐵塔上安裝天線和無線設備國內并無先例，且國內外相關研究成果和實施材料極為缺乏，因此需與電力設計院聯合對高壓輸電鐵塔上安裝基站設備的方案進行全面的可行性評估。

3 相關國家規定

（1）《電力設施保護條例》實施細則

第五條：架空電力線路保護區，是為了保證已建架空電力線路的安全運行和保障人民生活的正常供電而必須設置的安全區域。在廠礦、城鎮、集鎮、村莊等人口密集地區，架空電力線路保護區為導線邊線在最大計算風偏后的水平距離和風偏后距建筑物的水平安全距離之和所形成的兩平行線內的區域。各級電壓導線邊線在計算導線最大風偏情況下，距建筑物的水平安全距離如表1所示[6]。

第十六條：架空電力線路建設項目和公用工程、城市綠化及其他工程之間發生妨礙時，按下述原則處理：架空電力線路導線在最大弧垂或最大風偏后與樹木之間的安全距離如表2所示。

（2）2007年信息產業部綜合規劃司編制的《工程建設標準強制性條文（信息工程部分）宣貫輔導材料》中第31頁：3.5.2《國內衛星通信地球站工程設計規范》YD5050—2005 6.1.9規定：高壓輸電線不應穿越衛星地球站場地，距35 kV及以上的高壓電力線應大于100 m[7]。

經咨詢廣州供電局，魚都線46、47號鐵塔為220 kV高壓輸電塔，基本呼高（桿塔最下層導線絕緣子串懸掛點到地面的垂直距離）為60 m。經測算，在鐵塔上45 m高處安裝天線可滿足國家規定的安全要求。

4 移動基站設計及工藝要求

針對一般的場景，在移動基站的共址建設模式下，基站需安裝的設備有移動基站天線、饋線和光纜、一體化機柜（或機房）、移動RRU（射頻拉遠單元）和BBU（基帶處理單元）。

針對共址電力鐵塔建設的場景，考慮到整體組網，基站采用拉遠模式建站，BBU安裝在近端中心機房。鐵塔一側必須安裝的設備為電線、RRU、饋線和光纜。經移動和電力雙方溝通，確定設備安裝原則如下：

（1）盡可能減少塔上設備的數量和重量，降低塔上負荷和上塔工作量；

（2）強電設備不上塔，塔上不得布設電源線；

（3）塔上一切設備和線纜都應采用可靠的固定方式，保證在嶺南地區的日照風化條件下，三年內無需更換固定件。

在上述原則的指導下，輸電鐵塔方案初次設計按照如下方案：

（1）為滿足高鐵覆蓋的2G/4G需求，基站采用GSM900、LTE-F和LTE-D三系統方案。

（2）每個高壓電塔基站使用1臺華為的3936 GSM900M射頻單元（RRU）和2臺中興ZTE8984 F/D射頻單元，使用2副通宇880～2690 M全頻段天線，其中天線安裝在塔上，RRU安裝在塔下，RRU和天線使用饋線連接（2G信號需在RRU側功分，4G F/D信號需在RRU側合路），為保護RRU，在塔下位置安裝一套1800 mm×900 mm×2100 mm的落地機柜。

（3）每座鐵塔上安裝的兩副天線連線與鐵路方向平行，每副天線通過4根饋線與塔下的RRU連接，每根饋線長度約55 m。考慮到RRU與天線之間的饋線距離較長，在載荷允許的情況下，優先使用7/8饋線。

（4）天線安裝在鐵塔支架上，高度要求要安裝在距地面45 m的位置上，魚都線47號和魚都線46號使用的桿塔都為GD02，安裝的位置大概為變坡位置附近。安裝的位置選擇在魚都線46號的III、IV腿之間的側面上及47號的I、II腿之間的側面上，選擇這樣的安裝位置主要是考慮可以更好地面對鐵路方向發揮好的信號輻射作用。

初步確定通信基站安裝位置方案如圖3所示：

（5）天線支架設計：考慮到日后擴容，每個支架設計了兩個天線安裝抱桿，兩個抱桿之間的間距為1200 mm，抱桿距離桿體500 mm，安裝方式如圖4所示。

兩組角鋼分別位于桿塔的橫隔面上并與橫隔面的主材有效連接，初步選定L100×8H角鋼，間距1200 mm。固定天線鋼管采用5000 mm長Φ70的鋼管。

（6）饋線卡子安裝在電力鐵塔塔身以內，方便饋線安裝。室外走線須靠近機柜的一側，兩端應分別單獨接地。走線架需設計牢固，并有足夠的支撐。饋線下地后，需使用PVC管埋地的方式保護進入機柜。

（7）防雷保護要求：利用原電力鐵塔接地網與機柜地網焊接連接，電力鐵塔地網與機柜地網之間至少有3處相互連。防雷保護范圍包含基站機柜、天饋系統。在饋線進入機柜處應設置室外接地排，用于饋線的最后一點接地；天線應在避雷針保護范圍內，避雷線（針）對天線有小于45°的保護。

基站共址電力鐵塔建設示意圖如圖5所示（單側）：

5 載荷評估

經查閱相關設計資料和設備說明書[10]，在鐵塔上安裝通信基站的荷載分析如下：

（1）基站電力鐵塔的負荷要求：電力鐵塔上安裝2副全頻雙極化天線，天線尺寸為1400 mm×300 mm× 146 mm（長×寬×厚），重量為26 kg，外殼主要采用玻璃鋼材質。每副天線自重26 kg，受風面積為0.6 m2。

（2）移動通信7/8饋線單位重量為1.21 kg/m，每條饋線長度應與天線固定桿距地高度等同，每電力鐵塔按8根饋線計算。

（3）天線支撐臂負荷按照1副天線和一個工作人員的重量總量計算。

（4）天線安裝于支架上，饋線及光纜沿塔身固定至基站，則安裝所需材料估列如表3所示。

（5）其它的負荷（雨、雪、冰凌）根據實際情況進行考慮。

總體說來，通信基站增加的荷載不大，對鐵塔的影響較小。

6 輸電線路下方的電磁環境影響

220 kV魚都線42號～49號塔段導線為2×LGJ-630/45鋼芯鋁絞線，地線為兩根36芯OPGW光纜。220 kV富魚線與220 kV魚都線三相導線垂直布置，相序為同相序布置，從上至下為B、C、A。根據以上條件進行建模，計算結果如下[8-9]：

（1）電場強度計算

電場強度計算及電場強度分布模擬計算結果如表4及圖6所示：

（2）磁場強度計算

磁場強度計算及磁場強度分布模擬計算結果如表5、圖7所示：

（3）無線電干擾計算

無線電干擾計算及無線電干擾強度分布模擬計算結果如表6、圖8所示：

從理論計算來說，輸電線路對通信基站的影響較小，且從移動公司現網運行基站情況來看，移動基站在天線與220 kV高壓線直線距離為15 m的情況下可正常運行，各項指標均無異常。

7 建設效果

46號、47號電力鐵塔上均安裝兩通道高增益合路天線，采用D、F頻段合路建站方式進行區域覆蓋。46號鐵塔上安裝的天線覆蓋方向為140°/290°，如圖9紅色箭頭所示；47號鐵塔上安裝的天線覆蓋方向為80°/350°，如圖9黃色箭頭所示：

46號電力鐵塔整體RSRP測試結果和SINR測試結果如圖10、圖11所示，測試指標統計圖標7所示。

46號共址基站整體RSRP和SINR測試結果表明，基站共址電力鐵塔建設后，可以較好地解決該區域的信號覆蓋及信號質量問題[11]。

8 結束語

隨著移動互聯網的飛速發展，人們對移動通信的需求越來越大，體現在了對移動通信信號覆蓋范圍和質量的要求上。與此同時，選址問題越發突出，使移動基站建設越發受限，建設進展緩慢。本文通過分析移動基站共址電力鐵塔建設方式及建設工藝，探索移動基站共址電力鐵塔建設的可能性。同時通過廣深港鐵路南沙區欖核鎮甘崗村段的實際案例，提出了移動基站共址電力鐵塔建設的具體方案及注意事項。

參考文獻：

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[11] 李秋香，徐曉東，周伯慧. TD-LTE覆蓋規劃指標及子幀配置[J]. 電信科學， 2013，29（5）： 77-83. ★