鐵塔公司5G基站建設面臨的挑戰與分析

李廣平 吳一凡

摘要：5G基站具有高密度、低空間、微小化的特點，隨著5G建設需求大規模增加，鐵塔公司在運營商需求承接、基站建設交付、后期維護運營等方面都將遇到極大挑戰。因此，如何為5G建設發展提供充足的站址資源，與各運營商建立積極有效的需求溝通對接機制，構建低成本、高效率、優服務的競爭優勢將是鐵塔公司后期5G建設過程中需要考慮的內容之一。本文分別從塔桅承載能力、電源配套容量、外市電容量等5G基站建設面臨的挑戰進行分析，提出了一些建設性解決方案。

關鍵詞：5G基站建設;蓄電池容量;開關電源容量;外市電容量;精細化設計;產品創新

一、背景

國際電信聯盟（ITU）計劃于2020 年完成第五代移動通信（5G）全球統一標準的制定并逐步投入商用，5G 已經成為全球業界研發的焦點和各通信大國競爭的主戰場。5G 移動通信技術的總體愿景是“信息隨心至，萬物觸手及”，通過高接入速率、低使用時延、海量連接能力、超高流量密度，實現人與物的智能互聯、信息的高速傳輸，從而滲透到未來社會各個領域，構建以用戶為中心的全方位信息生態系統。

5G 基站具有高密度、低空間、微小化的特點，依托現有基站的天面、電源、機房、傳輸等配套資源，已無法滿足5G 建設要求。新、擴建基站數量多、分布廣，基站選址、機房租賃、電力引接、傳輸引入、施工協調等困難將日益突出。因此，鐵塔公司應不斷提升創新建設能力，與各運營商建立積極的需求溝通對接機制，多措并舉深化共建共享，為5G 發展提供充足的站址資源，通過強化技術統籌、資源統籌、需求統籌、業務統籌，有效提升資源使用效率，實現5G 高效低成本建設，落實各運營商5G 設施建設需求。

二、建設難點分析

5G 頻譜較高的頻率傳播特性決定了5G 基站覆蓋半徑縮小，將呈現宏站與微站協同、室內與室外協同、高站與低站搭配的異構網形態。目前，5G 組網有兩種方式，即SA 及NSA 兩種，NSA 組網方式中現有4G 基站可作為5G 覆蓋層，5G NR 作為容量層，其中NSA 組網場景5G 系統控制面錨在原4G LTE 基站上;SA 組網場景只需要新增一套5G 系統，同時能夠支持更多功能，如短時延、網絡切片等。

5G 網絡架構發展如下圖所示：

考慮到光纖資源和機房條件、運維難度、應用場景等因素，未來5G 基站建設初期主要以CU/DU 合設、分布式部署方案為主。目前，各運營商5G 建設需求集中爆發，建設規模大、站址建設重合度低、基站改造內容呈現多樣性和綜合性、各家覆蓋策略呈現不一致等因素，導致5G 基站建設改造過程中存在塔桅承載力不足、電源配套容量不足、外電容量不足、機房空間不足等諸多困難，嚴重影響了鐵塔公司對運營商5G 基站需求的交付進度。

（一）塔桅承載能力

目前5G AAU 天線迎風面積約為0.45 ㎡/個，重量約為40Kg/個，新增5G 天線后，對現有塔桅的塔身最大應力、塔頂位移、支臂承重和風荷載均有較大影響。根據現網鐵塔掛載能力初步統計分析，密集市區、一般市區、縣城等5G 熱點場景主要應用塔型為景觀塔、樓面抱桿和樓面增高架等，這些站址類型塔桅均已掛載多套天線，掛載能力相對較弱，新增5G 需求時主要遇到以下問題：

景觀塔等地面桿塔塔高基本為20～3 5m，掛載多層天線后，新增5G 天線時掛高不滿足覆蓋需求;

景觀塔、樓面增高架等塔型承載能力達到極限，不能有效滿足5G 天線掛載承載要求;

樓面抱桿等樓頂站場景，原有樓頂已安裝多付抱桿，目前樓面站6m 附墻抱桿要求固定安裝應為不低于240mm 厚的實心磚墻;6m 配重抱桿安裝整體重量約950Kg，占地面積約2 ㎡。因此樓面站新增5G 設備時，對樓頂女兒墻、樓面承載能力和樓面新增抱桿空間都提出了較高要求;

（二） 電源配套容量

根據5G 加載測試結果分析，5G 單站功耗是4G 單站的2.5～3.5 倍，在S111 配置下，5G 單站的滿載功率約為4500W、新建傳輸約為500W。因此5G 建設改造對存量基站的蓄電池組容量、開關電源容量以及空調制冷量等方面都提出了較高要求。

（1）蓄電池組容量

目前鐵塔公司采用梯次電池組滿足基站備電需求，由上可知，5G 系統滿載時負載功耗為4.5KW，根據梯次電池容量計算公式可知，在滿足運營商3h 備電時長需求下，梯次電池容量應不低于330AH。因此，新增5G 設備對存量基站蓄電池備電能力提出了嚴峻挑戰。同時，電池容量的增加對機房（柜）空間和樓面站機房的承重都提出了新的要求。

梯次電池容量計算公式：

*a *（ QK P1*T1 P2*T2（P1+P2）*T3） 51.2 式中：

Q—電池容量（Ah）;

K—安全系數，取1.25;

P1—一次下電側通信設備工作實際功率（W）;

P2—二次下電側通信設備工作實際功率（W）;

T1—一次下電側設備備電總時長（h），T1 不應小于等于1

小時;

T2—二次下電側設備備電總時長（h）;

T3：充分發揮設計人員技術創新能力時長（ h）谷時（0：00-8：00）、峰時（8：00-12：00;18：00-22：00）

a—溫度調整系數，寒冷、寒溫I、寒溫II 地區取1.25;

其余地區取1.0;

（2）開關電源容量

現有基站采用的開關電源容量一般為200A、300A 和600A，根據開關電源容量計算公式可知，開關電源容量配置除了與基站設備功耗相關外，與蓄電池容量配置也息息相關，尤其是新增5G 設備后，蓄電池容量配置增加，其充電功率P 充和新增5G設備對原有開關電源容量也提出了擴容需求。

開關電源容量計算公式：

R

式中：

R—開關電源容量（A）;

P—通信設備工作實際功率（w）;

Q—蓄電池組總容量（Ah）;

η—容量系數，取0.95。

（3）空調制冷量

機房（柜）內產生熱量設備主要包括機房（柜）內的無線設備、傳輸設備、照明系統、開關電源模塊、電力電纜等，其中最主要熱量來源為機房（柜）內的無線設備及傳輸設備，其工作時的功耗基本全部轉換為熱量。因此，新增5G 設備時，其設備功耗的增加和開關電源模塊配置的增加對空調制冷量也提出了一定要求。

空調制冷量計算公式為：

Q12=K*（Q1*1.06+Q2-Q3） 式中：

Q12 -基站空調總熱負荷;

K -分區域制冷系數，河南屬于B 區，取K=1;

Q1 -通信設備熱負荷， Q1=直流設備功率×0.8;

Q2 -建筑結構熱負荷，Q2= 150W/m? *房間面積

1.06-指開關電源工作熱效率補償系數;

Q3 –室外RRU 及AAU 直流設備功率×0.8;

（三）外市電容量

目前基站外市電大部分采用220V 轉供電，5G 單站功耗較4G 大幅度增加，按傳統配置方式，新增1 套5G 系統將增加7～10kVA 外市電需求，現有外電容量不能有效滿足5G 基站外市電需求，原來220V 轉供電需要進行380V 直供電改造才能滿足建設需求。但是針對城區站址外市電改造時涉及新增搭火點、新建敷設路由、協調供電部門、協調市政單位、溝通業主等多項內容，改造難度大。根據部分省份5G 站址外電改造分析可知，平均單站改造成本約為2～3 萬元，因此，如何低成本、高效率滿足5G 基站外市電容量需求也是后期5G 建設重點研究內容之一。

三、建設解決方案

（一） 加強統籌規劃深挖資源共享

（1）加快編制通信基站規劃

結合目前5G 頻譜覆蓋特性、組網方式以及各廠家5G 設備性能，重點對各運營商歷年需求、頻率使用情況以及規劃期內各運營商業務發展策略、網絡發展目標進行分析，對存量站址規模、分布現狀、存量站址資源共享能力等信息深入摸查。綜合編制包含5G 基站站址、機房、管線、電力等內容的5G 基站建設發展規劃，統籌基礎電信運營商5G 設施建設需求，落實電信基礎設施共建共享要求，充分發揮鐵塔公司引領作用，加強規劃統籌，共建鐵塔、機房、管線、電力等基站配套設施以及公共交通、重點場所建筑樓宇室內分布系統。

（2）尋求政策支持，獲取社會資源

積極對接政府各部門，探索車站、展館、旅游景點、公園、綠地、垃圾站等公共資源利舊使用，充分利用建（構）筑物樓面、墻面、路燈桿、監控桿、電力塔等社會資源，滿足5G 掛載需求，加大5G 覆蓋重點區域內的社會資源儲備力度，做好社會桿塔承載能力評估，從而有效緩解目前5G 建設中塔桅承載力不足問題。

有效推動各地政府公共建筑物、弱電井管道、桿塔、綠地等資源向通信基站建設開放，爭取政府在規劃落地、基站設置、傳輸和管道工程建設、電力引接等方面予以支持，積極將5G通信基站規劃納入城市通信基礎設施專項規劃和發展控制性詳細規劃，將5G 基站站址、機房、管線、電力等配套設施納入市政基礎設施規劃，通過政府層面形成政策支持，有效保障5G通信建設順利開展。

（二）聚焦技術攻關促進產品創新

（1）突破傳統設計，加強技術攻關

針對塔桅承載能力受限問題，鐵塔公司應及時做好存量基站詳細資源摸查，對現有桿塔安裝空間和承載能力進行評估。當鐵塔平臺或抱桿沒有空余安裝空間時，通過檢測單位出具檢測報告、設計人員核準掛載天線重量及面積、調整單管塔水平位移限值及格構塔阻尼比等精細化設計方式，或者通過多樣化結構加固改造方式提高鐵塔掛載能力，滿足5G 建設需求。

針對蓄電池容量、開關電源容量、外市電容量不能有效滿足5G 基站建設需求問題，鐵塔公司應通過收集分析存量基站蓄電池備電能力、存量基站開關電源容量及端子使用情況、存量基站外市電質量（停電時長、停電次數等）等數據建立存量基站數據庫信息，然后針對存量滿足能力及基站建設場景采用不同改造策略。同時，應充分發揮設計人員技術創新能力，積極采用削峰填谷、微電網供電、光電互補以及直流遠供等技術滿足5G 建設需求。

（2）聯合廠家測試，促進產品創新

根據目前5G 基站建設遇到的蓄電池容量、開關電源容量、空調制冷量以及外市電容量不足等問題，鐵塔公司應積極聯合廠家，進行現場勘察設計，針對難點問題重點攻克，研發測試滿足建設需求的產品，例如靜音發電車、移動充電站、智能開關電源柜及智能通風系統等創新產品，可采用試點區域測試應用，然后再大規模推廣應用的方式，促進建設配套產品更新換代，滿足5G 建設需求。

（三） 發揮資源優勢推動兩翼齊飛

鐵塔公司可利用自身資源優勢，緊抓5G 發展機遇，實現從傳統站址共享向塔、機房、傳輸、電力、社會資源等綜合共享轉變，從行業內共享向社會各行業、各領域的共享合作轉變。同時，整合自身資源優勢和能統籌的社會資源，拓展跨行業共享發展新藍海，組建專門力量，有所為、有所不為，突出價值導向，積極探索發展備電綜合解決方案、應急發（充）電、儲能服務等各種動力電池應用，在滿足5G 建設需求的同時，加強對外市場拓展，推動兩翼齊飛，打造最具潛力的“兩型企業”。

四、小結

隨著5G 建設需求大規模增加，鐵塔公司在運營商需求承接、基站建設交付、后期維護運營等方面都將遇到極大挑戰。如何為5G 建設發展提供充足的站址資源，有效提升資源使用率，滿足各運營商5G 業務需求，構建低成本、高效率、優服務的競爭優勢將是鐵塔公司后期5G 建設過程中需要考慮的內容之一。因此，鐵塔公司可通過積極聚焦技術攻堅、大力研發創新產品、優化資源管理機制等多方式、多舉措迎戰5G 建設難題，把握機遇，進一步提高鐵塔公司品牌影響力。

作者簡介：

李廣平（1990-），男，河南省駐馬店人，碩士研究生，現工作于中國通信建設集團設計院有限公司第四分公司，工程師，主要研究方向為寬帶無線通信、網絡規劃設計及鐵塔電源配套等;

吳一凡（1993-），女，河南省鄭州人，本科，現工作于河南省信息咨詢設計研究有限公司，工程師，主要研究方向為寬帶無線通信、網絡規劃設計及鐵塔電源配套等;