移動通信基站共建共享的工程應(yīng)用分析

韋澤訓,馬康波,文 英

（四川郵電職業(yè)技術(shù)學院,成都 610067）

移動通信基站共建共享的工程應(yīng)用分析

韋澤訓,馬康波,文 英

（四川郵電職業(yè)技術(shù)學院,成都 610067）

針對基站建設(shè)密度增大、選址日益困難的問題,提出了共建共享基站的模式,介紹了共建共享防雷接地系統(tǒng)、站點空間、AC/DC電源、溫控系統(tǒng)、走線架、饋管、傳輸和塔桅的基本方法,著重分析了基站共建共享的工程實踐應(yīng)用,并提供了范例。理論分析和工程應(yīng)用表明,提出的共建共享具體應(yīng)用方法具有可行性和有效性。

移動通信;基站;共建共享;工程應(yīng)用

1 引 言

隨著我國電信重組完成,3G牌照頒發(fā),運營商向全業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)型,移動通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與升級換代進入了一個大發(fā)展時期。自2009年3G牌照發(fā)放以來,我國3G基站建設(shè)總量是2G網(wǎng)絡(luò)十幾年來所累積規(guī)模的一半,開創(chuàng)了全球規(guī)模最大、速度最快的建設(shè)記錄。到2011年3G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)總投資預(yù)算4 000億元,3G基站將超過40萬個。如此大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)建設(shè),將使基站數(shù)量日益增多;同時,多運營商格局的形成和運營商本身的多制式系統(tǒng),使站址資源受限;普通群眾對天線電磁輻射的恐懼,使站址選點更困難。為解決這些問題,基于基站共建共享的模式,提出了除基站主設(shè)備以外的物理設(shè)施,實現(xiàn)共建共享的基本方法和工程應(yīng)用。

2 共建共享工程應(yīng)用分析

2.1 防雷接地系統(tǒng)共享

移動通信多系統(tǒng)共享站址,需要著重考慮建筑物或塔架防雷接地設(shè)施的共享性。對于原有站址,基站設(shè)計時對室外桿塔、建筑物防雷帶、室內(nèi)聯(lián)合接地排的設(shè)計,一般能滿足移動通信基站接地電阻參數(shù)小于5 Ψ的要求（YD5098-2005規(guī)范在土壤電阻率小于700 Ψ·m時R≤10 Ψ）;對于新建站點,只需按共享標準要求設(shè)計?；静煌O(shè)施對接地電阻的要求稍有差異,在共享基站時可按以下參數(shù)進行測試或設(shè)計:基站基座R≤4 Ψ,天饋線金屬屏蔽層R≤4 Ψ,信號避雷器R≤10 Ψ,電源避雷器R≤4 Ψ,安全保護地R≤4 Ψ,通信機房R≤1 Ψ。

移動基站防雷接地系統(tǒng)由大地、接地電極、接地引入線、地線匯流排、接地配線五部分組成。對于桿塔接地:塔架為樓頂塔時,在屋頂防雷引下線或在相同作用的建筑物主鋼筋上分別就近焊接,焊點做防護處理且保證連接點的數(shù)量和分散性;鐵塔為落地塔時,鐵塔應(yīng)建地網(wǎng)。對于機房接地:基站機房單獨建設(shè)時,機房屋頂應(yīng)設(shè)避雷網(wǎng),形成“準法拉第籠”,其網(wǎng)格尺寸不大于3 m×3 m,并與屋頂避雷針（帶）按3 m間距一一焊接連通,機房屋頂四角設(shè)避雷電流引下線,該引下線可用40 mm×4 mm鍍鋅扁鋼,其上端與避雷帶、下端與地網(wǎng)焊接連通[1]?；緳C房為租用民房時,應(yīng)找到房屋本身的接地引下線或建筑物中起防雷作用的主鋼筋,用鍍鋅扁鋼焊接引入機房周圍形成一圈密閉接地環(huán)。

基站室內(nèi)接地系統(tǒng)可按圖1所示進行設(shè)置,基站室外接地系統(tǒng)可按圖2所示進行設(shè)置。共享接地系統(tǒng)時,如室內(nèi)室外接地排接線端子已滿,可在相應(yīng)匯流銅排上鉆孔,將接地線接到新鉆孔洞。新裝天線位置應(yīng)確保在避雷針保護區(qū)內(nèi),保護設(shè)計角取30°。

圖1 基站室內(nèi)接地系統(tǒng)Fig.1 Indoor grounding system of based station

圖2 基站室外接地系統(tǒng)Fig.2 Outdoor grounding system of base station

2.2 機房空間共享

雖然各廠家設(shè)備和機架配置要求不同,但基站主設(shè)備和傳輸設(shè)備機架占地一般為600 mm×300 mm或600 mm×600 mm;電源設(shè)備機架占地一般為600 mm×400 mm;蓄電池 4組（-48 V,800 A·h）占地一般為1000 mm×500 mm;3P或5P空調(diào)1個,占地面積約為900 mm×400 mm。機架列架前后走道間距一般大于0.8 m;列架左右兩側(cè)間距一般不小于0.8 m?；竟蚕戆慈哂嗫紤],按單系統(tǒng)三扇區(qū)主設(shè)備3架、傳輸設(shè)備1架、電源2架、蓄電池 4組和空調(diào)2個設(shè)計機房空間。因此2G單系統(tǒng)機房按矩形如圖3所示進行冗余預(yù)算,占地面積約15 m2,實際原有建站一般都不小于20 m2。

圖3 單系統(tǒng)機房簡圖Fig.3 One system engine-room diagram

如按移動公司（GSM 900/DCS1800/TD-SCDMA）、電信公司（CDMA2000）和聯(lián)通公司（GSM 900/WCDMA）的多系統(tǒng)共享機房配置,共享傳輸架、電源架和蓄電池組,僅增加電源和蓄電池組容量,則機房只增加機柜2～3列,機房寬度增加3.2～4.8 m,所需機房總面積達到34.22～43.66 m2。3G基站由于采用射頻拉遠技術(shù)一般只占2個機架位置,實際工程中可以更有效節(jié)省空間,所以機房一般在35 m2就可以滿足三家企業(yè)共享空間。

在機房空間滿足的情況下,需要考慮機房承重因素。對于落地機房可不予考慮,但對于非落地機房則需要在每平米承重滿足的情況下,才能實現(xiàn)共享[2]。一般移動通信基站機房地板承重應(yīng)大于600 kg/m2,電源蓄電池機房要求800 kg/m2。對于已建基站可以采取查詢建筑物圖紙確定載荷;對于較久遠的建筑物,則需要采用常見的承重評估方法進行測算,比較簡單易行的是“現(xiàn)場設(shè)備檢測法”。

2.3 直流（DC）共享

各運營商直流電源系統(tǒng)配置設(shè)備型號差異較大,考慮最大限度共建共享,電源最佳共享方式是第三方提供包括交流引入、蓄電池、開關(guān)電源在內(nèi)的全套系統(tǒng)供運營商使用。基站配電系統(tǒng)如圖4所示。

圖4 基站配電系統(tǒng)Fig.4 Base station power distribution system

直流系統(tǒng)包括基站主設(shè)備、傳輸設(shè)備、DC架和電池組充電等。雖然不同廠家不同系統(tǒng)設(shè)備功耗不同,但懸殊不大,一般主設(shè)備功耗在2 kW左右;傳輸設(shè)備功耗在100 W,即使是機架滿配大約也僅300 W;直流開關(guān)電源功耗較小,一般在50 W以內(nèi);蓄電池組僅在充電過程中產(chǎn)生功耗。

對于蓄電池容量的選擇,可按下式估算:

式中,C為蓄電池組容量;K1為安全系數(shù),可取1.2;K2為放電容量系數(shù),可按表1取值,農(nóng)村站點可取四類市電;在基站中I1為主設(shè)備負載電流,I2為傳輸設(shè)備等負載電流。如基站主設(shè)備2 kW/-48 V基站負載約40 A,傳輸250 W/-48 V負載約5 A,可設(shè)停電時先供電5 h,然后斷主設(shè)備后對傳輸再維持10 h供電,電池欠壓保護,則C=1.2×6.02（40+5）+1.2×10×5=385.08 A·h,因此可配置400 A·h/2組的蓄電池組。

對于開關(guān)電源的容量與選擇,首先確定基站主設(shè)備和傳輸設(shè)備負載總電流Ifz;其次按公式計算開關(guān)電源總輸出電流IOUT=Ifz+組數(shù)×0.2C,C為蓄電池額定容量（Ah）;第三,計算整流模塊數(shù)量N≥IOUT/IZ,IZ為整流模塊的額定輸出電流;第四,N取整數(shù),N≤10時配置整流模塊數(shù)為N+1,N>10時每10個模塊加配1個。如基站主設(shè)備2 kW傳輸250 W,-48V直流供電負載Ifz約為45A,代入開關(guān)電源總輸出電流IOUT=45+2×0.2×200=125 A;選額定輸出電流IZ為50 A的整流模塊,則N=IOUT/IZ=2.5,取整按N+1原則配置整流模塊數(shù)量為4個。

表1 放電容量系數(shù)Table 1 Coefficient of discharge capacity

因此,選擇截面為35 mm2的銅芯電力電纜4根（每組電池組兩根）。同理,可測算直流配電屏到通信設(shè)備受電端的直流導(dǎo)線。

2.4 調(diào)溫系統(tǒng)共享

根據(jù)GF014-1995《通信機房環(huán)境條件》的規(guī)范要求,基站機房溫度應(yīng)保持在10℃～35℃之間,濕度應(yīng)保持在10%～90%之間,空氣潔凈度達到B級[3],并要求基站機房不能出現(xiàn)結(jié)露情況。但按照DXJS1006-2005要求更嚴格,實際基站共享過程中室內(nèi)溫度不高于28℃,濕度不高于75%為宜。機房內(nèi)顯熱量占全部發(fā)熱量的90%以上,包括設(shè)備運行發(fā)熱量、照明發(fā)熱量、人體顯熱發(fā)熱量,以及通過墻體結(jié)構(gòu)的傳熱量。通信機房設(shè)備發(fā)熱量一般按160～220 W/m2計算,對基站機房即使比較密集的共享也基本適宜,無論選擇柜式空調(diào)或其它節(jié)能恒溫系統(tǒng)均可據(jù)此估算,而且建議選用大風量、小焓差的機房專用空調(diào)。如共享基站面積為35m2,按220 W/m2估算所需的制冷量約為7.7 kW;墻體或門窗消耗一定制冷量,不同方向略有不同,可按150W/m2估算,設(shè)6 m×6 m×3 m按5面計算所需制冷量約為16.2 kW;照明熱可取 8 W/m2×35;新風熱可?。?5～20）W/m2×35;忽略人體熱。因此,可配置制冷量為24.88 kW,這比單純按移動基站單位面積所需制冷量（300～350）W/m2×35再冗余30%計算得到的15.925 kW大得多。如取22 kW,根據(jù)

設(shè)能效比取3,則空調(diào)輸入功率7.35 kW,按需配置普通柜式空調(diào)7.35÷0.735≈10匹,大約配置2臺5P空調(diào)已足夠密集共享。

現(xiàn)在,也有較簡便的基站空調(diào)容量計算公式:

式中,Px為機房所有設(shè)備發(fā)熱量（kW）,Sx為機房面積（m2）。

2.5 市電引入（AC）共享

共享基站交流引入容量,要滿足基站直流和交流系統(tǒng)功耗要求。直流系統(tǒng)包括基站主設(shè)備2 kW,傳輸設(shè)備300 W,開關(guān)電源功耗?。ㄒ话阍?0 W以內(nèi)）,蓄電池組僅在充電過程中產(chǎn)生功耗,而充電時間較長,充電電流小可不予考慮。交流系統(tǒng)包括空調(diào)、照明、監(jiān)控設(shè)施、應(yīng)急備用插座和室外拉遠設(shè)備等,2臺5P空調(diào)設(shè)備耗電功率為7.35 kW左右;監(jiān)控設(shè)施耗電量較小,冗余考慮50 W;照明設(shè)備按機房平均照度300～450 Lx,無眩光采用鑲?cè)胩旎ò迦展鉄粽彰?35 m2機房按4組8支25 W,共200W考慮;射頻拉遠功耗350 W以內(nèi);備用插座考慮兩組,各400 W左右。上述合計總功耗約為11.1 kW。

機房外引入機房內(nèi)配電箱交流電源線,可選擇三相四芯阻燃銅芯電力電纜,如以11.1 kW全部負荷為有功功率計算,則:絕緣導(dǎo)線的線芯標稱截面積系列為:1、1.5、2.5、4、6 、10 、16 、25 、35 、50 、70 、95 、120 、150 、185 、240 mm2等 。如果計算結(jié)果電源線所需線芯截面積在6 mm2以下,宜從機械強度考慮,選用線芯截面積為10 mm2,所以可選截面為6 mm2或10 mm2的三相四芯阻燃銅芯電力電纜。

機房內(nèi)配電箱到開關(guān)電源系統(tǒng)交流電源線,如上述基站主設(shè)備和傳輸設(shè)備2.3 kW,可按同樣方法計算選擇截面為 1、1.5、2.5、4或6 mm2的三相四芯阻燃銅芯電力電纜。同樣,也可以根據(jù)-48 V基站負載電流大小,計算所需要的開關(guān)電源系統(tǒng)和整流模塊個數(shù),從而計算開關(guān)電源系統(tǒng)輸入功率或電流,以此來計算交流電源線。

以上是對單系統(tǒng)基站進行的模擬計算,當實施基站共建共享時,就需要考慮多系統(tǒng)主設(shè)備增加的功耗,初步估算新建站所需要的線徑,以及原建站交流電源線是否滿足共享。如按移動公司（GSM 900/DCS1800/TD-SCDMA）、電信公司（CDMA2000）和聯(lián)通公司（GSM900/WCDMA）的多系統(tǒng)共享,考慮冗余配置,一般基站市電交流容量引入都不小于40～45 kW。

2.6 室內(nèi)外走線架共享

通常機房室內(nèi)走線架寬400 mm,距離屋頂300 mm,距離地板2 600 mm左右,安裝在機架上方。對于基站共建共享時,可考慮加寬走線架到500 mm或采取架設(shè)2～3層走線架的方式實現(xiàn)共享。走線架需保護接地,室內(nèi)走線架應(yīng)每隔5～10 m接地一次,走線架接地處應(yīng)除去防銹漆才裝接地線,接好后再涂上防銹漆。所有線纜在走線架上應(yīng)進行固定,并設(shè)置標簽,非屏蔽交直流電纜與通信線并行敷設(shè)時,應(yīng)預(yù)留100～150 mm間距。饋線在水平走線架每隔1.5～2 m要固定,在垂直方向每隔1 m要固定,無論水平走線架或爬墻走線架均要橫平豎直,增加固定點,確保牢固。

室外樓頂水平走線架距樓面不小于300 mm,共享時可考慮加寬走線架到500 mm或600 mm,在距離拐彎40 cm處設(shè)立橫檔以使饋線在彎曲后能有一個固定。

2.7 饋管（窗）共享

室外饋線一般是通過樓頂走線架爬梯上塔架,但也有部分是通過PVC管方式走線。對于預(yù)埋管道形式,主要考慮共享時饋線數(shù)量、型號,留有冗余。饋線拐彎應(yīng)圓滑均勻,彎曲半徑大于等于饋線外徑的15倍;軟饋線的彎曲半徑大于等于饋線外徑的10倍。饋線屏蔽層應(yīng)在塔頂、離開塔身的轉(zhuǎn)彎處、進入機房前等處妥善接地,實際施工中如果塔不是太高,塔頂一點可不予考慮;但如果饋線較長（如超過60 m）,則相應(yīng)增加接地點,實際工作分為兩個基本原則:一是在離兩種不同物質(zhì)接口或拐彎1.5～2 m處接地;二是直線長度超過45 m處接地,原則上不能直接利用塔梯作為接地點。饋線進入機房前要有滴水彎等防雨水措施;饋線接頭和饋管接地處要做防水處理,先裹半導(dǎo)電自溶膠（防水膠）,然后是密封膠（自溶膠）,最后再裹PVC絕緣膠,纏繞防水膠帶時,首先應(yīng)從下往上逐層纏繞,然后從上往下逐層纏繞,最后再從下往上逐層纏繞,上一層覆蓋下一層三分之一左右,這樣可防止雨水、濕氣滲漏,影響接地效果;避雷接地夾接地線引向應(yīng)由上往下,順勢引出,與饋管夾角以不大于15°為宜,不可成U型直彎形狀。

圖5 饋線密封窗Fig.5 Hermetic window of antenna-feeder

2.8 傳輸系統(tǒng)共享

傳輸系統(tǒng)共享,最典型的是基站到基站之間光纜（傳輸網(wǎng)環(huán)或鏈上網(wǎng)元之間）、基站室內(nèi)到室外拉遠光纜之間的共享,有條件的可實現(xiàn)傳輸設(shè)備共享。圖6所示為站點間光纜共享示意圖,室外與室內(nèi)間光纜共享同理。

圖6 共享站點間光纜共享Fig.6 Sharing cable diagram

2.9 共享室內(nèi)環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)

對于監(jiān)控系統(tǒng),如果是由第三方建站和維護管理,可以共享。站點或遠程安裝報警控制主機,用來收集防盜、防火、防振、水侵、潮濕、溫度等監(jiān)控信號,經(jīng)傳輸網(wǎng)絡(luò)把監(jiān)控信號上傳到監(jiān)控中心,實現(xiàn)環(huán)境監(jiān)控,一般包括門禁、煙感、溫濕度感應(yīng)、電源監(jiān)控等。

2.10 桿塔（塔桅）共享

2.10.1 桿塔安全負荷要求

新建塔桅共享,設(shè)計應(yīng)考慮塔桅安全負荷、風荷。原建塔桅共享,需對塔桅安全評估,要能滿足塔桅設(shè)計負荷要求;必要時需對基礎(chǔ)和塔身構(gòu)件加固改造;如因地質(zhì)原因無法加固改造或本身存在安全隱患的塔桅,不宜實施共享[4]。塔桅風荷載大小與受風面積有關(guān),主要與塔身構(gòu)件、平臺構(gòu)件和天線面板面積相關(guān),如果原塔桅加裝天線受風面積太大,可考慮平臺改支架方式減小風阻,如圖7所示。

圖7 鐵塔平臺與支架Fig.7 Tower platform and tower brack et

桿塔安全負荷要求可參見“移動通信塔桅設(shè)計規(guī)范”。移動通信鋼塔桅結(jié)構(gòu)的設(shè)計基準期為50年,基本風壓不得小于0.35 kN/m2;在風荷載作用下,塔桅結(jié)構(gòu)任意點的水平位移不得大于該點離地高的1/75,桅桿結(jié)構(gòu)層間的相對水平位移不得大于層間高度的1/75;風荷載的計算應(yīng)考慮塔桅構(gòu)件、平臺、天線及其它附屬物的擋風面積,天線的擋風面積應(yīng)按實際方向角度計算,無法確定方向時可按天線正面面積的75%計算;正方形角鋼塔根開尺寸不小于塔高的1/8。

2.10.2 天線隔離度要求

相同系統(tǒng)的不同站之間和同站點不同扇區(qū)之間需要考慮同頻干擾,主要通過合理的頻率復(fù)用規(guī)劃、天線下傾等方式解決。而不同系統(tǒng)共享塔桅,系統(tǒng)間的干擾源是站點內(nèi)一個系統(tǒng)的Tx（下行）對另一系統(tǒng)的Rx（上行）干擾,主要有雜散干擾、阻塞干擾和互調(diào)干擾。

互調(diào)干擾因無線電管理委員會合理的頻譜劃分,較好地抑制了互調(diào)落入另一系統(tǒng)上行頻帶內(nèi)。雜散干擾與阻塞干擾是共塔桅需著重考慮的問題[4],其中雜散干擾是確定天線隔離度的主要因素,一般遵循雜散干擾寄生輻射信號強度應(yīng)比接收機噪聲基底低10 dB,雜散干擾得到抑制則其它干擾抑制一般都能滿足[5]。天線隔離有多種措施,其中空間隔離是共塔桅系統(tǒng)間最有效的方式,空間隔離一般常用水平隔離和垂直隔離。采用雙斜率傳播模型分析基站天線間傳播損耗,則水平和垂直空間隔離可分別用下式計算[6]:

式中,H為收發(fā)天線水平隔離度（dB）,V為收發(fā)天線垂直隔離度（dB）,Dh為收發(fā)天線水平距離（m）,Dv為收發(fā)天線垂直距離（m）,λ為接收天線波長（m）,G指天線在收發(fā)天線連線方向上的增益。

共站系統(tǒng)天線隔離度的理論推算和傳播損耗模型,包含有假設(shè)和留有冗余,計算相對保守,較高評估所需天線隔離度,一般隔離距離都超過了實際值。因此,共站工程主要通過實測的方法確定天線所需隔離距離。垂直隔離效果優(yōu)于水平隔離,建議盡可能多地采用垂直隔離。工程中限于塔桅條件達不到隔離要求的,可考慮在基站發(fā)射機輸出端增加帶通濾波器,減少雜散功率發(fā)射。

2.10.3 電磁輻射參量要求

按國家《電磁輻射防護規(guī)定》,共享型基站所產(chǎn)生的電磁輻射加環(huán)境電磁輻射后不能超過40 μ W/cm2;按輻射環(huán)境保護管理的相關(guān)規(guī)定,單個移動系統(tǒng)的項目輻射管理值為 8 μ W/cm2。因此,理論上共享型站點可建5個系統(tǒng),但加上環(huán)境電磁輻射,一般不高于4個[7]。增加載頻與容量一般不會明顯增加電磁輻射,天線與環(huán)境敏感點的高差距離越大,輻射越小。

3 結(jié)束語

基站共建共享可有效降低能耗與原材料消耗,符合環(huán)保和節(jié)能減排的需要,可有效節(jié)省投資、增大效益,避免重復(fù)建設(shè),提高基礎(chǔ)設(shè)施利用率,是通信企業(yè)踐行科學發(fā)展觀的重要行動,是實施節(jié)能減排的重要手段,是推動移動通信可持續(xù)發(fā)展,實現(xiàn)利國利民利企業(yè)的重要舉措。最好的共建共享模式仍然是第三方建站,運營商租借站點建網(wǎng)的方式。

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Engineering Application Analysis of Co-constructing and Sharing Mobile Base Station

WEI Ze-xun,MAKang-bo,WEN Ying
（Sichuan Post and Telecommunication College,Chengdu 610067,China）

In order to solve the problem that the density of base station（BS）has become even bigger and the BS location selection is more difficult,a model for mobile BS co-construction and share is proposed in this paper.The methods of BS co-constructing and sharing are introduced such as lightning protection and grounding systems sharing,BS site locations sharing,AC/DC power supply sharing,temperature control system sharing,wire shelves sharing,cable ducts sharing,transmission sharing,tower mast sharing.The engineering application of co-constructing and sharing the BS is emphasized and an example is provided for future practical engineering application.Theoretical analysis and engineering application show the feasibility and effectiveness of the method.

mobile communication;base station;co-construction and share;engineering application

TN929.53;TP308

A

10.3969/j.issn.1001-893x.2010.11.013

1001-893X（2010）11-0058-07

2010-07-27;

2010-08-30

韋澤訓（1969-）,男,重慶南川人,2000年獲碩士學位,現(xiàn)為副教授/高級工程師,教育部高職高專通信類專業(yè)教學指導(dǎo)委員會委員,四川省高校第四屆教學名師,四川郵電職業(yè)技術(shù)學院移動通信系主任,主要從事移動通信教學及研究工作;

WEI Ze-xunwas born in Nanchuan,Chongqing,in1969.He

the M.S.degree in 2000.He is now an associate professor and a senior engineer.His research concerns mobile communication teaching and study.

Email:weizexun@yahoo.com.cn

馬康波（1969-）,男,四川井研人,1993年獲學士學位,現(xiàn)為副教授/高級工程師,主要從事通信電源教學及研究工作;

MA Kang-bo was born in Jingyan,Sichuan Province,in 1969.He received the B.S.degree in 1993.He is now an associate professor and a senior engineer.His research concerns telecom power teaching and study.

文 英（1970-）,女,四川新津人,1992年獲學士學位,現(xiàn)為副教授,主要從事電路分析教學及研究工作。

WEN Ying was born in Xin jin,Sichuan Province,in 1970.He received the B.S.degree in 1992.He is now an associate professor.H is research concerns circuit analysis teaching and study.