共享電力鐵塔5G通信天線搭載方案解析

段皓 趙超

摘要：架空輸電線路鐵塔存在著一定的特殊性，不僅鐵塔的空間分布相對較廣，數(shù)量也較多，并且搭載較為簡單，具有與鐵塔共建共享的優(yōu)勢。因此，設計者將5G通信應用到共享電力鐵塔中，并制定完善的天線搭載方案，以確保共享電力鐵塔的使用性能。本文基于此，展開了分析和闡述，以供參考。

關(guān)鍵詞：共享電力鐵塔；5G通信天線；天線搭載

一、引言

相較于4G信號，5G通信不僅信號波長相對較短，具有較好的穿透能力，障礙物對其的阻擋較小，因此信號傳輸損耗也較低。然而，隨著5G通信基站密度的增加，站址資源逐漸變得更加緊張。基于此，電力鐵塔作為國家電網(wǎng)中重要的資源具有明顯優(yōu)勢，因為其分布廣泛且數(shù)量眾多，與5G通信天線的搭載十分適合。然而，共享電力鐵塔搭載5G通信天線的難度較大，因此需要根據(jù)實際情況制定合理的搭載方案，并將其具體落實到工作中，以充分發(fā)揮其作用并提高搭載效果。

二、共享電力鐵塔概述

共享電力鐵塔主要是在電力鐵塔上設置天線等一些通信設備，并且其他通信附屬設施也是附著于電力鐵塔合適的位置，這樣電力鐵塔資源可以實現(xiàn)共享的作用，獲得再利用[1]。同時，共享電力鐵塔的優(yōu)勢較多。從社會角度來說，可以節(jié)約站址資源，并減少對土地資源的占用以及對周圍環(huán)境的影響。從通信的角度來說，可以很好地提升電信網(wǎng)絡的建設速度，且建設成本相對較低。另外，從電力行業(yè)的就角度來說，可以與通信行業(yè)進行融合，形成互利合作關(guān)系，獲得更多收益。

共享電力鐵塔作為新型事物，在構(gòu)建的時候，所面臨的問題相對較多。例如鐵塔選取、搭載位置的確定、搭載高度等方面，這時就需要結(jié)合情況提出一套系統(tǒng)性的5G通信天線搭載方案，以確保良好的使用性能。

三、5G通信分析

通過對5G通信的了解，可以更好地構(gòu)建天線搭載方案，確保方案的可靠性[2]。下面從基本概述、架構(gòu)演變和理論依據(jù)等方面展開分析和闡述。

（一）基本概述

5G通信是無線網(wǎng)絡信息技術(shù)的產(chǎn)物，建立在2G、 3G、 4G等通信網(wǎng)絡基礎上，并且具有先進性和開拓性。不僅在通信網(wǎng)絡運行速度方面具有先進性，而且在發(fā)展過程中不斷與其他技術(shù)體系相互結(jié)合，有效提升無線網(wǎng)絡系統(tǒng)技術(shù)的安全性和穩(wěn)定性。同時，5G通信也繼承了2G、3G、4G等通信技術(shù)的優(yōu)勢，不僅可以提升網(wǎng)絡運行速度，還可以保護運行中的數(shù)據(jù)和信息，避免丟失現(xiàn)象的發(fā)生。

5G通信不僅在功能方面具有優(yōu)勢，而且在能量消耗方面也有明顯的優(yōu)勢。它不僅具有較低的能量損耗能力，而且傳輸通暢性良好，有效提升了無線網(wǎng)絡的通行能力和質(zhì)量。此外，5G通信的出現(xiàn)給人們的日常生活帶來了很多變化，不僅方便人們的工作，還增加了娛樂的趣味性。同時，共享電力鐵塔通過5G通信天線的搭載，可以充分利用共享電力鐵塔的資源，發(fā)揮其最大價值，滿足無線通信網(wǎng)絡基站的發(fā)展需求[3]。

（二）架構(gòu)演變

隨著5G通信的發(fā)展，網(wǎng)絡逐漸面向多樣化的業(yè)務形態(tài)，并且對各個方面的要求也相對較高，尤其是超高流量的密度、超高連接密度和移動性等方面。為了滿足這些要求，需要構(gòu)建5G通信基站，其結(jié)構(gòu)主要表現(xiàn)在以下幾個方面。

①5G通信基站架構(gòu)逐漸向CloudRAN進行演變。5G通信的接入網(wǎng)主要從 4G /LTE 網(wǎng)絡的基帶單元、射頻單元等結(jié)構(gòu)進行演變，并集中到單元、分布單元以及有源天線處理單位。同時，根據(jù)實際情況，對BUU的實施部分進行分割，并重新定義為CU。

②引入CloudAIR技術(shù)在下頻段中，可以實現(xiàn) LTE 和 5G的并發(fā)作用，以確保無線網(wǎng)絡通信的質(zhì)量。

（三）理論依據(jù)

綜合考慮架設方式、桿塔高度以及周邊環(huán)境等因素，并且可以將輸電桿塔作為5G通信基站的共享資源。

從高壓輸電線與無線通信基站的角度來看，需要綜合考慮電磁兼容性，并且如果輸電工作頻率為50Hz，則所產(chǎn)生的電磁環(huán)境會對工頻電磁場產(chǎn)生影響。然而，如果無線通信基站的工作頻率在30MHz以上，則所產(chǎn)生的電磁環(huán)境會對射頻電磁場帶來一定影響。另外，根據(jù)實際測試情況，應集中處理高頻諧波干擾，以有效降低其影響因素的產(chǎn)生[4]。

5G通信的輸電桿塔為直立式桿塔，其結(jié)構(gòu)類型主要包括角鋼塔、鋼管塔和鋼管桿等。同時，根據(jù)相關(guān)標準，為了降低對桿塔結(jié)構(gòu)桿件的影響力，設置通信設備需要保持應力變化控制在1%～2%之間。

四、天線搭載方案

共享電力鐵塔5G通信天線的搭載具有一定的復雜性，所以為了保證天線搭載方案的可靠性，必須掌握各項要點，對其方案不斷進行完善和優(yōu)化，以滿足共享電力鐵塔5G通信天線的使用性能。在共享電力鐵塔5G通信天線搭載的時候，大致可以表現(xiàn)為以下幾點。

（一）共享鐵塔的選取

共享鐵塔的選取作為共享電力鐵塔5G通信天線搭載的基礎，需要確保其選取的合理性，從而保證天線搭載方案的可靠性。在共享鐵塔選取的時候，一般以輸電線路桿塔為主， 這樣其適應性相對較強。但是，在共享鐵塔選取的時候，需要對以下幾種情況，做好排除工作，第一，在共享鐵塔選取的時候，需要對接近或者超過設計施工年限的輸電鐵塔進行綜合考慮，主要是因為如果增加額外的負荷，輸電鐵塔就會存在著安全隱患；第二，在天氣環(huán)境轉(zhuǎn)暖以后，覆冰脫落以后，很容易給通信基站造成一定的影響。同時，需要對周圍環(huán)境進行綜合考慮，如果位于強風地區(qū)、鐵塔基礎，以及地質(zhì)條件等條件較差的區(qū)域，這樣就會影響輸電桿塔設置的質(zhì)量。總的來說，在共享鐵塔選取的時候，需要結(jié)合實際情況，對5G通信天線進行篩選，以此滿足通信需求[5]。

（二）天線搭載位置

在共享鐵塔選取完成后，需要確定天線的搭載位置。在確定天線的搭載位置時，需要考慮安裝空間、電氣安全距離、通信信號需求和運行維護等因素。以下是在確定天線搭載位置時需要注意的幾點：

1.從同一塔形的角度來說，其搭載位置的天線影響處于最高的位置， 并且信號覆蓋范圍也是相對較廣

但是，存在的缺點也是較為明顯的，主要是天線的防雷不能夠依托輸電鐵塔的防雷措施，需要根據(jù)實際情況，進行單獨的接地設置。另外，在基站運維的時候，需要穿越地點區(qū)域，并且需要設置合理的安全防范措施，避免出現(xiàn)電能損耗，增加其投入成本。

2.針對塔頭段身部搭載的時候，需要位于下導線掛點以上，并且應當根據(jù)線路的方向進行布置

但是，搭載位置對天線有著相對較高的要求，面臨著較強的導線磁場，后期基站的運維的難度相對較大。對此，就需要根據(jù)實際情況，投入更多的安全防范措施，避免產(chǎn)生較大的安全隱患。

3.從身部搭載的角度來說， 主要是位于導線掛點以下，通常情況下塔身面均可以布置

但是，由于搭載位置的天線相對較低，其覆蓋面積與前兩者相比，也會有所減少，對于電力線路基本上不會造成較大的影響[6]。同時，在運維的時候，不僅安全性較高，也相對較為便捷，非常適合共享鐵塔天線搭載。

（三）天線布置以及安裝

天線布置以及安裝屬于共享電力鐵塔5G通信天線搭載的核心內(nèi)容。首先，需要根據(jù)實際情況，在一層平臺上布置2個系統(tǒng)，并設置6副天線。每個系統(tǒng)至少應設置3個副天線。同時，在進行平臺布置時，需要根據(jù)鐵塔的高度進行適當調(diào)整。如果情況允許，可以設置2個平臺，但需要注重平臺間隔，應當控制在3m左右。當多個運營商需要共享搭載時，各個運營商的天線需要根據(jù)實際情況進行合理放置。此外，每個平臺都需要隨時安裝相應的天線，以確保共享電力鐵塔5G通信天線的可靠性。

（四）安全防護

為了確保共享電力鐵塔5G通信天線搭載的可靠性，提升各項基站設備運行的安全穩(wěn)定性，必須做好安全防護。根據(jù)相關(guān)規(guī)定進行接地設置，以此做好安全防護，減少安全故障的發(fā)生[7]。在進行安全防護時，應著重考慮以下幾項內(nèi)容：

1.需要在設備機柜、桿塔、電源線等方面進行規(guī)范性的接地設置

當機柜與桿塔之間的距離相對較小時，應將其深埋到地下，并單獨進行連接，以確保良好的防護效果。同樣，若機柜與桿塔之間的距離較小，也需要與深埋地下的接地電極進行單獨連接。

2.在接地布置時，還需要綜合考慮防雷方面

需要將5G通信與AAU安裝在導線下方，并對定位天線進行絕緣處理，以避免桿塔受到雷電的影響，減少安全隱患的產(chǎn)生。

五、輸電線路的取電措施

在共享電力鐵塔5G通信天線搭載的時候，輸電線路的取電也是一項重點考慮的內(nèi)容。主要是利用交流電線路進行直接取電。然而，由于取電的方式相對較為多樣化，因此需要根據(jù)基礎性原理選擇合理、有效的取電方式，以提升共享電力鐵塔5G通信天線搭載方案的可靠性。在輸電線路取電的過程中，主要涉及靜電感應取電、電流互感器取電、地線渦旋電場取電以及芯式電力變壓器取電等方面的內(nèi)容，其詳細的內(nèi)容如下。

（一）靜電感應取電

電力導線周圍通常存在著電場，并且根據(jù)電場方向，其強度存在著很大的不同，并且如果可以利用負載與電場不同電位進行連接，這樣負載兩端就會產(chǎn)生電勢差[8]。基于此，可以利用靜電感應取電其效果較好，需要結(jié)合實際情況，對輸電線路進行架空處理，一般情況下包含兩條架空的底線，其中一條為塔接地的光纖復合架空地線， 另一條分段絕緣的普通地線，并且還需要做好絕緣處理，這樣不僅保證具有良好的安全性，可以承載較高的電壓。

（二）電流互感器取電

由于電力導線周圍存在工頻磁場，根據(jù)相應的感應定律，工頻磁場可以穿過閉合線圈。在線圈產(chǎn)生電動勢的同時，當線路兩端與負載相互連接時，可以實現(xiàn)輸電線路的取電。然而，電流互感器取電也存在一定的弊端。它經(jīng)常受到絕緣條件的限制，并且在地電位的設備供電方面有較大的困難。另外，如果電壓等級相對較高，需要考慮采用分裂導線，并且在安裝電流互感器時，取電效率也會受到影響。因此，需要根據(jù)實際情況合理布置，以確保良好的取電效果。

（三）地線渦旋電場取電

地線渦旋電場取電在輸電線路取電中常見一種方式。它主要利用交流輸電線路導線周圍的磁場，不僅可以穿越外接線圈進行取電，還可以根據(jù)地線的情況進行取電。這樣形成的回路會產(chǎn)生感應生成電勢[9]。同時，在地線渦旋電場取電時，可以利用電力鐵塔以及附屬設備進行連接，形成兩條回路：鐵塔-OPGW-鐵塔、地線-OPGW。工頻磁場可以穿越這兩個回路，從而產(chǎn)生感應電動勢，實現(xiàn)外界負載的取電。從鐵塔-OPGW-鐵塔環(huán)路的角度來看，需要將負載與之串聯(lián)，以提升取電效果。然而，由于OPGW是一種具有線連續(xù)性的導線，不應因外接負載而剪斷。通常情況下，負載會與光纜進行連接，以減少異常情況的發(fā)生。

相比之下，地線-OPGW的取電方式相對較為簡單。可以通過將底線絕緣子與負載進行并聯(lián)串聯(lián)，從而實現(xiàn)輸電線路的取電。

（四）芯式電力變壓器取電

芯式電力變壓器取電的主要原理是通過與高壓線路連接，并通過變壓將輸出的電壓降低到適合5G通信設備的電壓水平，以滿足其正常運行所需的電能。芯式電力變壓器和電壓傳感器的結(jié)構(gòu)基本一致，但是功率相對較大，并且在變電站中可以根據(jù)實際情況向額外設備進行供電。可以通過連接到高壓線路的方式彌補發(fā)電機負載供電不足。此外，為了確保供電的可靠性，需要依托電力鐵塔，這樣可以為共享鐵塔上安裝的大功率設備提供電能，同時滿足其他設備的供電需求[10]。相較于其他輸電線路取電方式，芯式電力變壓器取電方式適用于不同功率的設備，能夠保證共享電力鐵塔5G通信天線搭載方案的可靠性。

六、結(jié)束語

綜上所述，由于5G通信技術(shù)具有較高的頻率，并且傳輸速率較高，延遲性較低，系統(tǒng)容量也較大。但在實際應用中，對信號的覆蓋范圍和質(zhì)量有著較高的要求。為了有效解決這一問題，實現(xiàn)共享電力鐵塔5G通信天線搭載。但是，在編制共享電力鐵塔5G通信天線搭載方案時，需要綜合考慮各個方面，并掌握方案編制的要點，明確輸電線路獲取電能的方式，以確保有效利用共享電力鐵塔資源。這樣一來，不僅能提高共享電力鐵塔5G通信天線搭載方案的可靠性和合理性，還能促進無線通信網(wǎng)絡基礎設施的穩(wěn)定發(fā)展。

作者單位：段皓 趙超 山東省郵電規(guī)劃設計院有限公司

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