5G天面整合和改造方案研究

王 玨

（中國鐵塔股份有限公司 合肥市分公司，安徽 合肥 230000）

0 引 言

隨著5G 商用牌照的正式發放，5G 建設速度逐漸加快。5G 宏覆蓋組網采用多通道有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）形式的產品架構，射頻和天線合一，無法利舊現有的天饋器件，需要獨立新建[1,2]。5G AAU 為全有源架構，尺寸大、重量沉，只能與現網2G、3G 以及4G 無源天線獨立部署，天面空間更加緊張。

在各大運營商降本增效的建設環境下，利用現網天饋資源改造是最有效的方法。由于5G 設備與4G 設備在重量上由原來的20 kg 左右增至40 kg 左右，對天饋資源改造提出了更高的要求[3]。

5G 建設中，對于現網天面資源無法獨立安裝5G 天線的場景，需考慮現有新增及存量現狀，將原有天線進行整合或進行天饋改造，以滿足5G 建設需求。根據現網天面建設具體情況，研究其他通信系統天線距離5G 天線較近時產生的干擾情況及干擾隔離問題。

1 5G 天線安裝空間隔離度及隔離距離要求

在各大運營商共建共享的背景下，各運營商之間的天線出現多頻段，多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple Output，MIMO）多流和多載波的情況也不斷增加。不同信號系統之間距離較近會產生互相干擾，主要包括雜散干擾、阻塞干擾、互調干擾[4,5]。不同系統基站對5G 基站的雜散干擾隔離度要求如表1所示。

表1 系統基站對5G 基站的雜散干擾隔離要求

天線垂直隔離距離為

天線水平隔離距離為

式中：c為光速；Iv為垂直隔離度；Ih為水平隔離度；f為被干擾系統中心頻率對應的波長；GTx為發射天線增益；GRx為接收天線增益。

經過計算，5G 基站與在運營的其他無線系統共站布置，只需要達到35 dB 的天線隔離度，對應空間水平隔離距離大于1 m 或者垂直隔離距離大于0即可。

2 天面整合和改造方案

某市50 個存量站改造情況如圖1 所示。樓頂站共有物理站點30 個，其中新增樓面抱桿20 個，新增樓面方柱6 個，利舊抱桿4 個。地面站共有物理站點20 個，其中利舊抱桿2 個，新增塔類抱桿15 個。該市50 個站點中，3 個站點進行了天線合路。

圖1 某市50 個站點改造情況

2.1 地面塔改造方案

根據現網情況，地面塔改造方案主要分為天面整合和天面改造。

2.1.1 天面整合

（1）多頻合路。采用多頻率的合路抱桿天線時，可以集成多個天面管理資源，空出一個抱桿供5G 多個設備同時使用[6]。

（2）共模改造。針對同時具備C 網（CDMA 網）和長期演進（Long Time Evolution，LTE）800 MHz 站點的基站，根據實際情況完成CL 共模改造，拆除C網設備，空出抱桿。

以某市近期改造的某學校站點為例，將單LTE 800 MHz 站點替換為CL 共模站點后，網優現場測試發現由于L網功率降低，參考信號接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）和信號與干擾加噪聲比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）均有不同程度的下降，測試結果如表2 和表3 所示。

表2 替換前后現場測試指標對比

表3 替換前后網管指標對比

測試結果表明，LTE 800 MHz 站點變更為CL 共模站點后，信道質量指標（Channel Quality Indication，CQI）占比及用戶體驗速率有較大下降。單L 800 MHz 替換為CL 共模站后，單射頻拉遠單元（Remote Radio Unit，RRU）滿配功率會分配1/3 給C網，進而影響用戶感知，因此建議市區站點慎重使用此方式，替換后要做好優化復測。

2.1.2 天面改造方式

（1）直接新增支臂或平臺。依據承重復核報告結果，可以直接新增天線支臂或平臺完成改造，如圖2、圖3 所示。

圖2 新增支臂

圖3 新增平臺

（2）降低RRU、天線掛高。在不影響網絡覆蓋的前提下，通過下調天線和RRU掛高，減小風阻系數，提高鐵塔新增5G 設備承載能力，如圖4、5 所示。

圖4 降低RRU 掛高

圖5 降低天線掛高

（3）拆除平臺、美化外罩，更換為抱桿。傳統平臺或美化天線外罩的體型系數、風阻系數都較大，必要時可采取拆除手段提高鐵塔承載能力，如圖6所示。

圖6 拆除傳統平臺

美化單管塔美化外罩截面尺寸比較大，其承受的風荷載遠大于天饋系統承擔的風荷載，因此拆除美化外罩能有效減少風荷載，提高共享能力。拆除侯的效果如圖7 所示。

圖7 拆除美化燈飾及外罩

2.1.3 5G 天線掛高要求

在3.5 GHz 頻段、上行邊緣速率為5 Mb/s、下行邊緣速率為50 Mb/s 的情況下，對于不同AAU 掛高的5G 站址，利用3GPP TR 38.901 中定義的Uma NLOS 傳播模型預測滿足覆蓋要求情況的站間距。以密集城區為例，假設其街道寬度為20 m，平均建筑物高度為20 m，終端高度為1.5 m，則5G 鏈路預算預測結果如表4 所示。

表4 預測結果

以某市現網情況為例，其密集市區有170 個LTE 1.8 GHz 站點，平均站間距為375 m。在現網LTE 站點平均站間距為375 m 的基礎上，根據鏈路預算計算結果，如果想達到與4G 網絡同等的覆蓋效果，需要滿足5G 天線最低掛高達到30 m。

某市火車站廣場南站點，現網LTE 800 MHz 掛高22 m，LTE 1.8 GHz 掛高27 m，鐵塔平臺緊張無法新增抱桿。LTE 800 MHz 雙模與LTE 1.8 GHz 合路后，掛高27 m，空出抱桿安裝5G AAU 掛高22 m，根據鏈路預算不能滿足站間距覆蓋，后期需要新增站點解決。當前5G 主要與存量1.8 GHz 站點1 ∶1 建設，因此建議5G 掛高需根據不同地市的4G 站間距差異化確定。

2.2 樓頂塔改造方案

樓頂塔改造方案有新增或改造樓頂方柱、樓頂抱桿等。

2.2.1 樓頂方柱新增或改造

（1）方柱新增。樓頂滿足新增抱桿條件，但建筑物對美化要求較高，可選擇新增方柱。

（2）方柱利舊改造。原方柱不滿足5G 站點建設需求，同時樓頂不具備新增方柱的場景，需通過改造原先方柱解決。

2.2.2 樓頂抱桿新增或改造

（1）抱桿新增。如果樓頂滿足新增抱桿要求，根據實際需求新增3 m、6 m 抱桿，尺寸等參數應滿足示范站規范要求。

（1）抱桿利舊改造。如果樓頂不具備新增抱桿條件，需利舊原先抱桿位置進行改造，替換后的抱桿不低于6 m，滿足2 層平臺要求。

3 結 論

通過對目前5G 天面整合與改造過程中存在的部分問題進行分析總結，5G 天饋系統的改造整合需要滿足容量需求、覆蓋需求，同時根據現場情況綜合確定解決方案，以此為5G 基站建設工作提供參考。