5G建設過程中通信鐵塔的承載能力分析

靳宏圓

【摘要】? ? 隨著第五代通信技術（5G）的發(fā)展，無線網(wǎng)絡建設對于通信鐵塔的需求量與日俱增，5G建設給存量鐵塔的承載能力帶來了極大考驗。本文主要分析了現(xiàn)有鐵塔基站的塔形，以及運營商為滿足不斷增加的無線通信網(wǎng)絡覆蓋需要對鐵塔基站提出的要求，并基于此對移動通信鐵塔的承載能力進行了分析，為提高移動通信鐵塔的承載能力提出了一些建議和參考。

【關鍵字】? ? 基站鐵塔? ? 無線網(wǎng)絡通信? ? 鐵塔設計

移動通信鐵塔是無線網(wǎng)絡通信的基礎設施，是滿足用戶網(wǎng)絡通信需要和建設“網(wǎng)絡強國”的重要基礎。隨著5G時代的到來，大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等大規(guī)模發(fā)展，用戶對于無線網(wǎng)絡的“質(zhì)”和“量”有了更高的要求，現(xiàn)有的鐵塔基站資源已經(jīng)很難滿足，考慮到在城市新建鐵塔的難度和造價等原因，需要對現(xiàn)有鐵塔資源進行進一步開發(fā)和優(yōu)化設計，提出可靠的塔桅和天線改造方案，提高鐵塔承載能力。

一、鐵塔建設現(xiàn)狀

通信鐵塔的建設應考慮區(qū)域規(guī)劃及周圍建筑環(huán)境，并滿足信號覆蓋的高度要求和范圍要求。上海郊區(qū)通信鐵塔高度主要集中在20m至42m之間，根據(jù)覆蓋區(qū)域內(nèi)規(guī)劃要求和建筑物類型，可選擇不同類型和高度的鐵塔。通信鐵塔常見的塔形有單管塔、美化塔、角鋼塔等[1]，表1為常見鐵塔類型及其適用場景。

現(xiàn)有存量通信鐵塔主要集中解決運營商2G、3G和4G信號的覆蓋，建設初期未考慮5G建設需求，除去2G、3G和4G信號已經(jīng)使用的平臺，預留平臺不能滿足不同運營商的5G建設需求。圖1為單管塔平臺分布示意圖，對于高度為42m，五層平臺的單管塔，可以解決運營商現(xiàn)網(wǎng)的建設需求，但運營商如需在同一座鐵塔上新增6付及以上5G天線，則無法滿足此建設需求。

與現(xiàn)網(wǎng)天線相比，5G天線的集成化程度高，具有尺寸小、迎風面積小、重量大的特點，表2列出了目前部分廠商5G天線的規(guī)格參數(shù)。 4G時代的到來，隨著現(xiàn)網(wǎng)的不斷擴容，RRU的數(shù)量也較2G和3G時代明顯增加，并且所有RRU均需上塔，對于鐵塔的負載也有了更高的要求，因此，在進行5G建設時，需要根據(jù)鐵塔承載能力綜合考慮多方面的因素。

二、鐵塔承載能力分析

針對目前移動通信鐵塔的現(xiàn)狀，本文立足運營商和鐵塔建設方兩個角度，對提高鐵塔的承載能力進行了分析。

2.1運營商

（1）減少天線數(shù)量，使用多頻天線;對于一家運營商而言，其現(xiàn)網(wǎng)2G，3G和4G多采用單頻天線簡單疊加的方式，針對某一區(qū)域的信號覆蓋，要同時滿足多種信號的收發(fā)，則需要至少9付天線。隨著通信技術的發(fā)展，目前已有多種多頻天線投入使用，目前使用的“4488”四頻天線支持885-960MHz/1710-1830MHz/1885-2025MHz/2575-2635MH頻段[2]，并且其網(wǎng)絡性能與單頻天線相當，通過天饋的合路，天線數(shù)量明顯減少，鐵塔有限的天面空間可以充分利用，極大的提高了鐵塔承載能力。

（2）降低天線掛高;鐵塔設計過程中，塔底直徑大于塔頂，且塔底壁厚也大于塔頂。在鐵塔承載能力復核時，主要考慮鐵塔迎風面積，且天線越高，鐵塔頂部迎風面積越大，風荷載對鐵塔的影響越大。當風荷載集中在鐵塔頂部時，塔頂位移明顯增大，對于鐵塔承載能力不利。在滿足周邊信號覆蓋的前提下，采用降低天線掛高的方式，把天線最大迎風面轉(zhuǎn)移到鐵塔中部，從而降低鐵塔頂部在風荷載作用下的水平位移，提高鐵塔承載能力。

2.2 鐵塔建設方

（1）一體化塔房加固

上海郊區(qū)存在大量一體化塔房，由于一體化塔房的塔身直徑和壁厚較小，無法設計多層平臺，一般設計平臺為2-3層。5G時代的到來，此類塔，如果不進行改造，基本不能滿足5G建設的需求。通過增加斜撐和配重的方式，對一體化塔房進行加固，其承載能力將得到顯著提升，平臺可增加至3-4層，基本能滿足一家的5G建設需求。圖2為一體化塔房改造改造前，圖3為一體化塔房增加斜撐和配重改造后。

（2）單管塔主材替換與輔材拆除

單管塔的塔身直徑和壁厚較大，具有較高強度，其受力薄弱點主要為塔身和塔腳法蘭連接處。實際工程中發(fā)現(xiàn)，部分早期設計的單管塔，塔腳和塔身法蘭采用的螺栓規(guī)格為8.8級30-M24，通過改造，將原有螺栓更換為強度更高的10.9級30-M24螺栓，塔身和塔腳受力薄弱點得到加強，鐵塔整體抵抗風荷載的能力提高。圖4為原有法蘭螺栓，圖5為替換后法蘭螺栓。

在鐵塔建設初期，為解決基站附近投訴問題及與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)問題，部分單管塔采用了美化的形式，在塔頂加裝了美化外罩，由于美化外罩迎風面積要遠大于天線迎風面積，此類塔一般在設計初期就擁有較高的強度和抵抗風荷載能力。隨著通信網(wǎng)絡的發(fā)展和基站輻射科普宣傳的推進，現(xiàn)在居民對于鐵塔基站的投訴顯著減少，故在協(xié)調(diào)良好的前提下，可以通過拆除美化外罩的方式，提升鐵塔承載能力。由于美化外罩的拆除，鐵塔頂部迎風面積顯著減小，滿足在原有美化罩下方新增天線抱桿的需求。

（3）天線抱桿延長

早期鐵塔設計的抱桿長度一般為2米，目前使用的雙頻和四頻天線高度一般為1.5-2.0米，考慮RRU的安裝位置，一根抱桿只能安裝1副天線。

由于5G天線具有高度集成化，且其高度一般小于1米，將原有2米抱桿替換為2.5米抱桿后，一根抱桿可以安裝2臺5G AAU，極大的提升了鐵塔平臺的利用率。但在替換長抱桿時應當注意，5G設備的重量遠大于以前的天線，故應對替換后的長抱桿和抱箍做加固處理。

三、結論

通過本文給出的改造建議，現(xiàn)有的通信鐵塔在通過加固、主材替換、輔材拆除、延長抱桿等改造后，承載能力將顯著提高，改造后新增的天面空間可以滿足現(xiàn)有的5G建設需求。

隨著通信技術的發(fā)展，今后5G網(wǎng)絡大規(guī)模商用，未來通信網(wǎng)絡對于鐵塔的需求量將更大，鐵塔承載能力分析和塔桅改造必將迎來新的挑戰(zhàn)，因此在現(xiàn)有改造方法的基礎上尋找新的改造技術、改造工藝十分必要。

參? 考? 文? 獻

[1] 紀英波. 無線網(wǎng)絡建設中通信塔桅的選型[J].山西建筑，2012，38（7）：1-2

[2] 龔戈勇，劉洋.“后4G”時期基站天饋系統(tǒng)整合方案探討[J].電信技術，2019，5：44-46