基于5G 網(wǎng)絡(luò)的通信基站建設(shè)與維護概述

廣東省電信規(guī)劃設(shè)計院有限公司 張明明

當前的5G 基礎(chǔ)設(shè)施尚處于建設(shè)階段，基站是其中最為關(guān)鍵的組成部分，也是5G 組網(wǎng)的必要條件。本文首先分析5G 網(wǎng)絡(luò)通信基站規(guī)劃的要點，然后總結(jié)了5G 基站安裝的內(nèi)容及方法，最后探討了5G 網(wǎng)絡(luò)的維護方法。

5G 網(wǎng)絡(luò)通信基站由電源、配電單元、BBU、AAU、光纖、衛(wèi)星天線等組成，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復雜，在建設(shè)5G 網(wǎng)絡(luò)基站時要以地區(qū)總體資源為參考依據(jù)，進行全面的布局，選擇適宜的5G 基站站址、評估通信鐵塔的承載能力、評估電源的承載能力，必要時開發(fā)新的5G 站址。掌握5G 通信網(wǎng)絡(luò)基站的規(guī)劃設(shè)計方法、施工要點以及5G 網(wǎng)絡(luò)的維護方法具有重要的工程應(yīng)用價值。

1 5G 網(wǎng)絡(luò)通信基站的特點

國內(nèi)5G 通信的頻段為2.6GHz、3.5GHz 以及4.9GHz,分發(fā)給不同的5G 運營商，而4G 通信網(wǎng)絡(luò)的頻段為1880～1900MHz、2320～2370MHz、2575～2635MHz。對比可知，5G 網(wǎng)絡(luò)的通信頻段均為高頻，并且遠高于4G 通信的頻段。按照波長和頻率之間的關(guān)系，單個5G基站的通信覆蓋范圍小于4G 基站，因此，如果5G 通信網(wǎng)絡(luò)要實現(xiàn)與4G 相同的覆蓋率，其基站的數(shù)量要多于4G 基站，據(jù)估計，5G 基站的數(shù)量比4G 基站多出1.5 倍到2 倍。如表1 所示列舉了5G 基站的配套設(shè)施。

表1 5G 基站的配套設(shè)施Tab.1 Supporting facilities of 5G base station

2 5G 網(wǎng)絡(luò)通信基站整體規(guī)劃的要點

2.1 調(diào)查可用站址資源

5G 網(wǎng)絡(luò)要實現(xiàn)足夠的覆蓋率，就要建設(shè)數(shù)量充足的通信基站，再加上5G 基站的數(shù)量高于4G 基站的數(shù)量，導致其站址資源相對緊張，在建設(shè)規(guī)劃5G 網(wǎng)絡(luò)之前需全面調(diào)查城市中可用的站址資源。為了降低建造成本，在5G 基站建設(shè)中應(yīng)秉持“能共享不新建，能共建不獨建”，國內(nèi)在建設(shè)5G 基站時考慮將5G 和4G 基站的設(shè)施共享。在建設(shè)5G 網(wǎng)絡(luò)時要調(diào)查可用通信基站的站址數(shù)量以及分布情況，必要時開辟新的站址[1]。

2.2 分析站址的承載能力

（1）通信鐵塔承載力分析。在共享共建的基本原則下，現(xiàn)有的2G、3G、4G 通信鐵塔上可搭載5G 通信的設(shè)備，主要是5G 通信的AAU，其中占用空間資源較大的是AAU 中的天線組件（合并了射頻拉遠單元RRU）。與3G 和4G 的天線相比較，5G 通信基站的天線尺寸更小，主要表現(xiàn)在長度上，整體擋風面積也更小，通常不高于0.5m2。在重量方面，5G 的AAU 比4G 的同類設(shè)備有所增加，漲幅在25%上下?？梢姡?G 的AAU 對通信鐵塔造成了一定的負擔[2]。

（2）電源承載力分析。除了通信鐵塔，電源也是非常重要的5G 通信配套資源。5G 基站的基本形態(tài)為AAU+DU(分布單元)+CU（中央單元），基站本身的功耗水平大幅增加。根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前一個5G 室外基站單租戶平均功耗在3.8kW 左右，這一數(shù)值是4G 基站的3 倍左右，再加上5G 基站的密度高于4G 基站，因而其對電力消耗顯著增加。因此，5G 的電源配套設(shè)施也要提前做好規(guī)劃工作，為保證其可靠性，需同時設(shè)計交流電源和蓄電池電源。隨著技術(shù)的進步，未來5G 基站的功耗水平有望下降，屆時對電源的要求也會有所下降。

（3）室內(nèi)覆蓋需求分析。5G 基站分為宏基站和微小基站兩種類型，其使用場景不同，宏基站部署在室外，因而發(fā)生功率更大，其覆蓋半徑通常在200m 以上。由于室內(nèi)環(huán)境不同于室外環(huán)境，室內(nèi)空間更加復雜，信號容易受到建筑物的遮擋，因而要實現(xiàn)良好的通信效果，就要增加微基站的數(shù)量，按照宏基站和微基站的數(shù)量對比，通常可達到3:7 的比例。5G 樓宇分布系統(tǒng)建設(shè)在工程實踐中存在較大的難度[3]。

2.3 總體規(guī)劃

5G 基站建設(shè)時的總體規(guī)劃應(yīng)涵蓋多方面的內(nèi)容，具體為電源供電線路、通信鐵塔的位置、機房的位置、AAU 的安裝高度以及方位角等。在整體性規(guī)劃中通常是針對某一個區(qū)域設(shè)計出5G 基站站點的分布位置，充分利用現(xiàn)有的站址，同時開辟新的站址。進入實際的工程建設(shè)階段之后，發(fā)現(xiàn)部分5G 基站的站址受到地質(zhì)條件、地形因素的影響，不利于施工，此時可在規(guī)劃站址附近選擇合適的位置，通常新選取的站址要位于規(guī)劃站址半徑的25%范圍內(nèi)，偏差不可過大。另外，在選擇5G 基站的建設(shè)地點時要避免其他信號對其造成干擾。尤其要規(guī)避城市中的衛(wèi)星站，此時可借助周邊的高層建筑物，阻隔衛(wèi)星站和5G 基站之間的信號[4]。

3 5G 網(wǎng)絡(luò)通信基站施工安裝要點

3.1 5G 網(wǎng)絡(luò)通信基站的結(jié)構(gòu)

如圖1 所示，5G 基站分為室內(nèi)和室外兩個部分，涵蓋了供電部分、配電單元、BBU、AAU、光纖信號回路、GPS接收器以及接地等幾個核心組成部分。其中安裝工程的重點是BBU、AAU 與電源和光纖線路之間的連接和調(diào)試。

圖1 5G 基站結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure diagram of 5G base station

3.2 BBU 安裝

3.2.1 檢查安裝空間

BBU 設(shè)備多采用19 英寸機架或者接柜，其工作時需散熱，因此安裝空間需保證BBU 的左右風道不受干擾，BBU 長期工作時其入風溫度需控制在-20℃～55℃之間。BBU 面板上具有大量的接線需求，因而要確保其前方空間，至少達到80mm[5]。

3.2.2 BBU 安裝

在支架上選擇合適的高度，將BBU 與安裝孔位對齊，然后沿著滑道將BBU 推入到機柜中，將固定的螺絲擰緊。由于BBU 設(shè)備帶電，為了防止其出現(xiàn)漏電，還需為其設(shè)置接地。BBU 上設(shè)計有專門的接地端子，將保護接地與之相連即可。

3.2.3 安裝BBU 電源線和警告線

BBU 電源線在供電設(shè)備一側(cè)使用連接器實現(xiàn)連接，因此，要制作出BBU 的連接器。另一端則要連接到DCDU上。BBU 出現(xiàn)故障時會自動發(fā)出告警信息，要將告警模塊的線路同步安裝到位，告警線一端為連接器，BBU 的UPEU 單板上具有對應(yīng)接口。告警線的另一端與外部告警設(shè)備相連接[6]。

3.3 AAU 安裝

3.3.1 確定AAU 的安裝位置

AAU 安裝位置主要取決于安裝空間，AAU 的頂部不得高于抱桿頂部，而避雷針的高度至少要高出AAU頂部30cm，并且AAU 的安裝范圍必須處于避雷針45°保護范圍之內(nèi)。安裝空間需滿足其吊裝點、底部出現(xiàn)以及水平安裝間距等要求，不同型號的AAU 在空間要求上存在一定的差異性。

3.3.2 組裝AAU 的組件

AAU 上存在數(shù)量較多的各類組件，安裝時要先將其組裝好，具體包括下傾支臂、下主扣件、光模塊等，將這些組件全部安全完成之后，再去進行AAU 主體結(jié)構(gòu)安裝。例如，AUU 的下主扣件安裝方式為將下主扣件放置于AUU 的下把手上，對其二者之間的槽位，然后使用螺栓將其緊固到位，螺栓采用扭力扳手緊固。

3.3.3 安裝AUU 主體結(jié)構(gòu)

AUU 上把手設(shè)計有安裝轉(zhuǎn)接件，在吊裝繩上打一個環(huán)扣，并且環(huán)扣要繞過上把手。將牽引繩的一端綁扎到下把手上。兩名作業(yè)人員同時拉吊裝繩，另一名作業(yè)人員拉控制繩，當AUU 主體結(jié)構(gòu)靠近定滑輪時，由一名安裝人員登高將AUU 扶正，并且將上把手掛進上主扣件的卡槽內(nèi)[7]。然后使用螺栓將上主扣件頂部緊固到位，為了提高緊固的精度，可使用扭力扳手。下主扣件以及輔扣件卡至抱桿上，同樣使用扭力扳手擰緊其固定螺栓。安裝固定到位之后需調(diào)整下傾支臂。

3.3.4 安裝AUU 的保護接地線

根據(jù)AUU 的安裝高度和接地網(wǎng)端子之間的距離確定接地線的長度，然后截取對應(yīng)長度的接地線纜，在其兩個線頭上壓接線鼻子，一端連接在接地網(wǎng)的接地端子上，另一端連接在AAU 保護接地的端子上。需注意一點，室外地排接地點上必須涂刷防銹漆。

3.3.5 安裝AAU 光纖

光纖上標簽為1A 和1B 的一端連接到AAU 的光模塊上，注意對應(yīng)關(guān)系，布設(shè)光纖時要做到規(guī)范，可使用扎帶將光纖固定起來，光纖上粘貼標簽，做好區(qū)分工作。

3.3.6 安裝AAU 的電源線

在電源線連接器的下端綁扎3 根線扣，然后使用吊裝繩將電源線吊裝上塔。AAU 的電源接口與電源線的室外快鎖電源連接器相連。電源線的另一端連接到供電設(shè)備的接口上。

3.4 安裝北斗或者GPS

5G 通信技術(shù)在移動應(yīng)用方面具有非常廣闊的前景，典型的如自動駕駛?，F(xiàn)在的智能手機和汽車等產(chǎn)品上內(nèi)置了衛(wèi)星定位功能，智能手機上可進行導航，原因在于衛(wèi)星系統(tǒng)可識別和監(jiān)控這些設(shè)備的實時位置，但問題在于衛(wèi)星定位系統(tǒng)的精度還難以完全滿足人們的需求，于是在5G 基站上安裝北斗或者GPS 的接收天線，借此來實現(xiàn)載波定相位分差定位，精度可達到厘米級別。我國已經(jīng)大規(guī)模推廣北斗+5G 的通信組合。以北斗天線安裝為例，技術(shù)上要關(guān)注以下幾點。北斗衛(wèi)星天線的安裝位置要處于避雷針45°角保護范圍之內(nèi)。線頭處做好防水措施，將安裝好N 型接頭的饋線穿過不銹鋼抱桿，然后將其緊固到北斗天線上。N 型接頭的防水措施具有嚴格的要求，具體為內(nèi)層設(shè)置一層絕緣膠帶，然后在絕緣膠帶外側(cè)設(shè)置一層防水膠帶，最外層是一層防紫外線膠帶[8]。北斗天線可安裝在抱桿上或者墻體上，根據(jù)便捷性確定安裝方式，在不銹鋼抱桿下部管口與饋線連接處容易出現(xiàn)進水的問題，在安裝時需最好這一部位的防水處理。

4 5G 網(wǎng)絡(luò)的運行維護

4.1 精確的故障定位

隨著5G 在商業(yè)化中的不斷接入與應(yīng)用，其建設(shè)規(guī)模和應(yīng)用場景不斷擴大，當前處于5G 建設(shè)的快速發(fā)展期，在實際應(yīng)用過程中難免會出現(xiàn)各種類型的故障。結(jié)合實際情況，5G 通信網(wǎng)絡(luò)中當前存在的主要問題是網(wǎng)速速率異常、設(shè)備接入異常等。精確的故障定位是快速故障排查的基礎(chǔ)條件，具體的故障排查方式與4G 網(wǎng)絡(luò)類似，重點檢查內(nèi)容是5G 設(shè)備狀態(tài)核查、接口核查以及參數(shù)核查，進一步又可細分為NR-LTE 站點故障排查、NR-LTE 接口排查、NR 側(cè)接入和速率參數(shù)核查、LTE 側(cè)錨點鄰區(qū)內(nèi)參數(shù)核查等。當前在5G 系統(tǒng)的管理后臺已經(jīng)實現(xiàn)了異常信息提示功能，對于系統(tǒng)中出現(xiàn)的故障以錯誤碼及文字的方式提示出來。

4.2 加強5G 基站日常維護工作

5G 基站中設(shè)備類型多樣，日常管理中要加強對基站內(nèi)各類設(shè)備的維護保養(yǎng)，良好的維護工作可提高基站的穩(wěn)定性，降低故障的發(fā)生概率，維護與故障修復完全不同，維護是預防設(shè)備故障。5G 基站及配套設(shè)備的供應(yīng)商提供了完善的基站維護手冊。5G 基站運營單位首先組織基層員工充分學習和掌握5G 基站的基本構(gòu)成，學習5G基站的運維管理手冊，掌握故障維修的技術(shù)，組件專業(yè)的維修管理團隊。其次是建立信息化的維護管理后臺，通過信息技術(shù)以及軟硬件設(shè)備搭建后臺，管理人員可在管理后臺直接讀取設(shè)備故障信息。

5 結(jié)語

5G 通信網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)需制定整體的規(guī)劃方案，選擇出合理的站址，實現(xiàn)較高密度的覆蓋率，5G 網(wǎng)絡(luò)的核心建設(shè)內(nèi)容包括宏基站、微基站、電源以及光線回路等。單個基站的重點建設(shè)內(nèi)容為AAU、BBU、配電單元等。在5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中要進行系統(tǒng)性的站址規(guī)劃，實現(xiàn)足夠的覆蓋率和密度，網(wǎng)絡(luò)維護中掌握高基站維護手冊，建立專業(yè)的技術(shù)團隊。

引用

[1] 張劍.5G通信電源建設(shè)方案探討[J].電信技術(shù),2019(S1):106-108.

[2] 楊傲.5G移動通信基站建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)研究[J].科學技術(shù)創(chuàng)新,2018(15):83-84.

[3] 劉殿鋒,劉超,張軍.新時代下的5G通信及其發(fā)展[J].電子技術(shù)與軟件工程,2020(09):27-29.

[4] 馮振鵬.基于移動通信基站網(wǎng)絡(luò)建設(shè)項目管理研究[J].信息系統(tǒng)工程,2018(4):48.

[5] 趙奕.基于5G的通信基站專項規(guī)劃研究及對現(xiàn)網(wǎng)配套影響[J].信息通信,2018(11):258-259.

[6] 陳文.5G移動通信基站專項規(guī)劃[J].電子技術(shù)與軟件工程,2021 (20):14-16.

[7] 康立虎.蘭州市中心城區(qū)5G通信基站規(guī)劃與城鄉(xiāng)規(guī)劃的結(jié)合[J].智能城市,2021,7(13):112-113.

[8] 雍培,張寧,慈松,康重慶.5G通信基站參與需求響應(yīng):關(guān)鍵技術(shù)與前景展望[J].中國電機工程學報,2021,41(16):5540-5552.