基于城鄉(xiāng)規(guī)劃的5G移動(dòng)通信基站站址布局研究

（廣東省城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司，廣東廣州 510290）

1 移動(dòng)通信基站現(xiàn)狀概況與分析

1.1 移動(dòng)通信發(fā)展歷程

近年，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展和全球通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，使得無(wú)線應(yīng)用空間增加，促使無(wú)線通信技術(shù)融入人們的基本日常生產(chǎn)生活，固有的生產(chǎn)方式發(fā)生變化。在我國(guó)的現(xiàn)代化社會(huì)的發(fā)展中，移動(dòng)通信技術(shù)是必然的發(fā)展趨勢(shì)，代表著人們的生活逐漸擁有更多的高端技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)化和生活云端化[1]。隨著光纖技術(shù)、芯片技術(shù)、多媒體技術(shù)的快速發(fā)展和進(jìn)步，移動(dòng)通信經(jīng)歷了四個(gè)時(shí)代，信號(hào)制式包括GSM、TD-SCDMA、WCDMA、CDMA2000、TD-LTE、LTE FDD等，正向5G時(shí)代邁進(jìn)，以更好地支撐智能旅游、在線學(xué)習(xí)、電子商務(wù)、移動(dòng)社交、手機(jī)游戲等新型信息化產(chǎn)品的普及和應(yīng)用。

1.2 移動(dòng)通信基站的類型與特點(diǎn)

基站是移動(dòng)通信中組成蜂窩小區(qū)的基本單元，主要完成移動(dòng)通信網(wǎng)和移動(dòng)通信用戶之間的通信和管理功能，從狹義上可以把基站理解為一種無(wú)線電收發(fā)信電臺(tái)。基站按無(wú)線電信號(hào)覆蓋區(qū)域主要分為室外基站和室內(nèi)分布系統(tǒng)2種，按覆蓋功能可分為宏基站、微基站、室內(nèi)分布系統(tǒng)3種，室外基站按建設(shè)形式可分為獨(dú)立式基站、附建式基站。

1.3 5G技術(shù)發(fā)展概況

1.3.1 5G應(yīng)用場(chǎng)景及關(guān)鍵指標(biāo)

即將到來(lái)的5G網(wǎng)絡(luò)不僅追求速率提升，而且追求性能全面提升。如用戶體驗(yàn)速率可達(dá)到100 Mbps，連接數(shù)密度可達(dá)到106/km2，時(shí)延將降為4G的1/5，滿足三大應(yīng)用場(chǎng)景，即增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB）、海量機(jī)器通信（mMTC）、超高可靠和超低時(shí)延通信（uRLLC）的需求。

1.3.2 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)對(duì)站址資源提出的挑戰(zhàn)

（1）超密集組網(wǎng)對(duì)站址資源獲取的挑戰(zhàn)；（2）高頻段對(duì)站址天面空間資源的挑戰(zhàn)；（3）高功耗對(duì)站址供電條件的挑戰(zhàn)；（4）大帶寬對(duì)站址傳輸資源的挑戰(zhàn)；（5）高頻段、多天線對(duì)室內(nèi)覆蓋的挑戰(zhàn)。

2 5G移動(dòng)通信基站站址布局策略

工信部2018年底正式為三家電信企業(yè)劃分確定了5G頻率，主要包括2.6、3.5、4.9 GHz頻段。由于5G采用了比4G更高的頻段進(jìn)行組網(wǎng)，傳輸損耗越大、穿透能力越弱，為實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋，5G基站密度將會(huì)大幅度增加，5G網(wǎng)絡(luò)將呈現(xiàn)點(diǎn)多站密、宏微協(xié)同、高低搭配、室內(nèi)外結(jié)合的異構(gòu)立體組網(wǎng)。在規(guī)模部署初期，將以宏基站廣覆蓋快速搭建網(wǎng)絡(luò)骨架，中后期通過(guò)微站和室分完善深度覆蓋、吸納容量。

（1）2.6、3.5 GHz宏基站將用于室外廣域連續(xù)覆蓋、并吸收部分熱點(diǎn)流量。4.9 GHz宏站作為廣域覆蓋的容量補(bǔ)充。

（2）微基站及室內(nèi)分布系統(tǒng)主要吸收熱點(diǎn)流量，并完善對(duì)局部盲區(qū)的覆蓋，按照現(xiàn)網(wǎng)微站布局和業(yè)務(wù)發(fā)展的需求布局。

3 基于城鄉(xiāng)規(guī)劃的5G移動(dòng)通信基站站址布局規(guī)劃

基于城鄉(xiāng)規(guī)劃的5G移動(dòng)通信基站站址布局的主要包括：（1）通過(guò)站間距和站址密度預(yù)測(cè)基站規(guī)模；（2）站址布局規(guī)劃。

3.1 基站規(guī)模預(yù)測(cè)

通過(guò)覆蓋估算預(yù)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的基站規(guī)模時(shí)，先按無(wú)線信號(hào)傳播環(huán)境及移動(dòng)通信業(yè)務(wù)分布情況劃分覆蓋區(qū)域類型，通過(guò)設(shè)置各種區(qū)域類型的鏈路預(yù)算參數(shù)計(jì)算出無(wú)線信號(hào)最大路徑損耗允許值，通過(guò)合適的傳播模型計(jì)算出基站覆蓋半徑和單站覆蓋面積，具體過(guò)程如圖1所示。

圖1 規(guī)模預(yù)測(cè)規(guī)劃模型

3.2 基于城鄉(xiāng)規(guī)劃體系的基站密度分區(qū)劃分

確定不同類型區(qū)域的小區(qū)覆蓋半徑，首先要按照一定的規(guī)則對(duì)有效覆蓋區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃場(chǎng)景類型劃分。結(jié)合規(guī)劃地區(qū)的地形地貌、主要建筑物特點(diǎn)構(gòu)成的無(wú)線傳播環(huán)境及移動(dòng)通信業(yè)務(wù)分布情況，依據(jù)國(guó)土空間規(guī)劃、各類專項(xiàng)規(guī)劃及統(tǒng)計(jì)年鑒等要素，同時(shí)對(duì)接移動(dòng)通信基站管理與建設(shè)部門的要求，劃分為5個(gè)密度分區(qū)、13類規(guī)劃場(chǎng)景，以此作為基本的規(guī)劃單元[2]。

（1）超高密集區(qū)。周圍建筑物以高層建筑為主，有少量超高層建筑，建筑物極為密集，平均樓距約10～20 m，周邊道路相對(duì)較窄，人口密度極高。（2）高密集區(qū)。周圍建筑物以小高層建筑為主，建筑物較密集，平均樓距約10～20 m，周邊道路不寬，人口密度較高。（3）密集區(qū)。周圍建筑物以5～9層的多層建筑為主，也有少量9層以上的小高層建筑，建筑物密集程度一般，分布較為均勻，周邊道路較為寬敞，人口密度高但較為集中。（4）低密集區(qū)。以5層以下的低層建筑為主，平均樓距較寬，環(huán)境較為開(kāi)闊，人口密度不高。（5）邊緣區(qū)。只有少量建筑物分布，環(huán)境開(kāi)闊，人口稀少，以旅游休閑人口為主。

3.3 室外宏基站規(guī)劃站間距

（1）5G鏈路預(yù)算及結(jié)果。鏈路預(yù)算是評(píng)估無(wú)線網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)覆蓋的一種主要方法，利用鏈路預(yù)算，可以計(jì)算出各種環(huán)境中保持一定的通信質(zhì)量允許的最大路徑損耗，根據(jù)鏈路預(yù)算結(jié)果結(jié)合傳播模型可以估算出滿足覆蓋需求的基站個(gè)數(shù)[3]。受終端發(fā)射功率、終端天線通道數(shù)的限制，5G覆蓋能力和4G一樣均為上行受限。考慮到基站高度應(yīng)有合理范圍，基站高度低值和高值分別根據(jù)以下站高計(jì)算：超高密集區(qū)、高密集區(qū)：25、30 m；密集區(qū)：20、25 m；低密集區(qū)、邊緣區(qū)：25、35 m。

（2）規(guī)劃站間距的確定。基站的站間距與系統(tǒng)所在頻段高低、覆蓋指標(biāo)要求密切相關(guān)，高頻段系統(tǒng)的站址布局密度一般可以滿足低頻段系統(tǒng)的站址資源要求，為了保證能夠滿足各種系統(tǒng)的站址資源需求并充分考慮站址共建共享，本文密度分區(qū)中的站間距參照主流頻段3.5G系統(tǒng)的站間距要求，具體如表1所示。

表1 各密度分區(qū)的站間距和站址密度預(yù)測(cè)范圍

3.4 室外宏基站需求預(yù)測(cè)

根據(jù)站間距及站址密度的取定值范圍，結(jié)合規(guī)劃覆蓋面積及現(xiàn)網(wǎng)規(guī)模，估算規(guī)劃基站總量。同時(shí)，可按不同的密度分區(qū)統(tǒng)計(jì)每類密度分區(qū)內(nèi)的規(guī)劃基站總量。站間距及基站規(guī)模確定后，便可基于城鄉(xiāng)規(guī)劃用地布局進(jìn)行站址布局。

3.5 多原則規(guī)定，確定選址布局

3.5.1 布局原則

（1）符合城市總體規(guī)劃。基站規(guī)劃應(yīng)符合城市國(guó)土空間規(guī)劃，以科學(xué)的規(guī)劃方法和手段合理布局5G站址，滿足未來(lái)4/5G無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的覆蓋要求。（2）宏微結(jié)合、室內(nèi)外協(xié)同。5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)覆蓋的精準(zhǔn)性和三維立體組網(wǎng)提出的要求更高，5G網(wǎng)絡(luò)深度覆蓋的總體思路將是通過(guò)宏微結(jié)合、高低搭配、室內(nèi)外協(xié)同來(lái)實(shí)現(xiàn)三層異構(gòu)組網(wǎng)。（3）堅(jiān)持資源開(kāi)放、共建共享。按照“能共享不新建、能替代不新建”原則，深入推進(jìn)“通信塔”與“社會(huì)塔”雙向共享，優(yōu)先考慮通過(guò)升級(jí)改造存量站址的機(jī)房、桿塔、電源等配套資源提升共享能力，其次對(duì)有條件的社會(huì)公共資源進(jìn)行統(tǒng)籌利用，由鐵塔統(tǒng)籌建設(shè)需求，實(shí)現(xiàn)低成本、高質(zhì)量快速建網(wǎng)。（4）整合存量站址，優(yōu)化空間布局。在保障網(wǎng)絡(luò)正常運(yùn)行的前提下，依據(jù)共享原則優(yōu)化調(diào)整站址布局，盤活存量資源，對(duì)站距過(guò)近的存量站址進(jìn)行整合，優(yōu)化空間布局，提升共享水平，節(jié)約空間資源，提升基礎(chǔ)設(shè)施利用率及運(yùn)營(yíng)維護(hù)效率。（5）規(guī)劃后備站址，滿足建設(shè)需求。由于5G系統(tǒng)具有高頻段、高功耗、大帶寬的特點(diǎn)，現(xiàn)有站點(diǎn)70%以上無(wú)法滿足多家運(yùn)營(yíng)商的建設(shè)需求，需在既有網(wǎng)站址附近規(guī)劃后備站址。

3.5.2 選址布局

在明確密度分區(qū)和站間距的基礎(chǔ)上，制定選址原則，并將選址原則轉(zhuǎn)化為GIS機(jī)器語(yǔ)言進(jìn)行智能化選址[4]。充分銜接城鄉(xiāng)總體規(guī)劃、各專項(xiàng)“十三五”發(fā)展規(guī)劃及其他相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃，構(gòu)建基于城市規(guī)劃和通信跨專業(yè)領(lǐng)域的多維規(guī)劃模型。基于ArcGIS10.3開(kāi)展選址，利用Model Builder在ArcGIS中搭建智能選址模型，結(jié)合密度分區(qū)、站間距和站址密度，充分考慮不同用地的優(yōu)先級(jí)順序、環(huán)境安全距離等因素，初步劃定選址方案。同時(shí)結(jié)合人工校核、現(xiàn)場(chǎng)踏勘等方式，優(yōu)化站址布局，得到最終的布局規(guī)劃圖。

3.6 基于城鄉(xiāng)規(guī)劃體系的基站風(fēng)貌管控

基站建設(shè)需要加強(qiáng)風(fēng)貌管控，與周邊環(huán)境和建設(shè)融為一體，減少視覺(jué)的不利影響。銜接國(guó)土空間規(guī)劃及相關(guān)專項(xiàng)規(guī)劃，可劃分核心管控區(qū)、重點(diǎn)管控區(qū)和一般管控區(qū)共3類風(fēng)貌管控區(qū)。核心控制區(qū)對(duì)景觀要求最高，優(yōu)先選擇樓面塔，次之選擇地面塔；重點(diǎn)控制區(qū)對(duì)景觀要求一般，可選擇樓面或地面塔；一般控制區(qū)對(duì)景觀要求一般，優(yōu)先選擇地面塔，次之選擇樓面塔。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)正在推進(jìn)國(guó)土空間規(guī)劃編制工作，國(guó)土空間規(guī)劃是后續(xù)各類規(guī)劃的引領(lǐng)性規(guī)劃。本文梳理了移動(dòng)通信基站建設(shè)、規(guī)劃、管理存在的問(wèn)題以及5G基站的發(fā)展概況，結(jié)合國(guó)土空間規(guī)劃編制工作，根據(jù)規(guī)劃確定的信息基礎(chǔ)設(shè)施布局原則編制5G基站專項(xiàng)規(guī)劃，將5G基站專項(xiàng)規(guī)劃納入國(guó)土空間規(guī)劃，對(duì)接相關(guān)城鄉(xiāng)規(guī)劃及各類專項(xiàng)規(guī)劃，預(yù)留5G基站規(guī)劃建設(shè)指標(biāo)，保障5G通信基站的順利落地建設(shè)。