移動通信工程中的微波傳輸基站勘察選址技術要點

中國普天信息產業(yè)北京通信規(guī)劃設計院 高 峰 邱 杰 劉 凡

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移動通信工程中的微波傳輸基站勘察選址技術要點

中國普天信息產業(yè)北京通信規(guī)劃設計院 高 峰 邱 杰 劉 凡

【摘要】本文闡述了移動通信工程中的微波傳輸基站勘察選址的重要性，并著重介紹了微波傳輸基站勘察選址的技術要點：勘察前的準備工作、現場勘察及編制勘察報告三個方面的內容。

【關鍵詞】移動通信工程；微波傳輸；基站；勘察選址

0 前言

移動通信網絡中基站中繼傳輸方式通常采用微波和光傳輸二種方式。本文僅討論微波傳輸基站勘察選址的一般要則，不涉及光傳輸基站勘察選址問題。微波傳輸基站的設置需要統(tǒng)籌考慮，在滿足基站覆蓋的基礎上，又要兼顧微波中繼傳輸，節(jié)省投資。這是擺在每個移動通信網絡運營商面前的難題。本文將針對這個問題提出一些具體的選址技術要點。本文有關微波站勘察選址的論述亦適用于通常的微波接力通信工程。

1 微波傳輸基站勘察選址技術要點

移動通信工程微波傳輸基站勘察選址技術要點包含勘察前的準備工作、現場勘察及編制勘察報告三個方面的內容。

2 勘察前的準備

2.1 圖上選址作業(yè)

在前往現場實地勘察選址前，需要在五萬分之一或其他較精確的測繪地圖上進行基站預選址工作，必要時借助Google Earth參考進行?；驹O置需要全網統(tǒng)籌考慮，根據當前網上用戶密度分布的統(tǒng)計分析對基站的布局進行調整，使基站的分布更符合用戶話務密度的分布，合理增加基站密度以解決高話務密度區(qū)的增容問題，新、老基站的分布應盡可能遵循蜂窩結構。并初步了解站址、站距、阻擋等基本情況。

在考慮基站設置的同時，需要考慮基站的中繼傳輸方式。對于沒有現有光纜線路資源可利用的且光纜引入線路較長、建設投資高或光纜引入難度大、建設周期長的基站，宜采用具有投資少、效益高、建設周期短等特點的微波傳輸方式。初步確定采用微波傳輸的基站，在室內圖上作業(yè)后應提出兩個或兩個以上的接入方案以供現場查勘時篩選。對于不能直接接入的微波傳輸基站，可以在規(guī)則蜂窩結構允許的偏離范圍內重新選取站址。實在不能直接接入的基站，可以單獨設置微波無源中繼站以滿足傳輸的需要。為減少投資，傳輸路由方案中盡量不考慮單獨設置微波有源中繼站。

2.2 需要準備的文件及地圖

(1) 批準的可行性研究報告或工程設計委托書。

可行性研究報告或工程設計委托書是基站選址最重要的依據，必須熟悉了解，深刻領悟。

(2) 各基站站址、路由方案沿線的五萬分之一或十萬分之一測繪地圖。

五萬分之一或十萬分之一測繪地圖可以滿足站址精度的要求，同時又便于攜帶在野外作業(yè)，是基站選址主要推薦使用的地圖。城市路由微波中繼段沿線上的建筑障礙物情況可借助Google Earth大致了解。

(3) 室內選線工作完成的每個接力段的斷面圖。

(4) 有關省、市近期出版的交通圖。

(5) 空白斷面圖圖紙。

2.3 需要準備的儀表和工具

羅盤、GPS、測距儀、測高儀、望遠鏡、皮尺、數碼相機、繪圖夾、紙、鉛筆、橡皮及必要的醫(yī)藥用品。在出發(fā)前，應檢驗儀表工作是否正常，其配件是否齊全。

2.4 其他需要注意的問題

(1) 勘察前須制定勘察計劃，與建設單位協(xié)商勘察時間、內容，明確提出對建設單位的配合要求。

(2) 勘察前須對本期建設方要求、建設方案等做到心中有數。

3 現場勘察的工作內容

勘察的內容包括向有關單位調查搜集資料和現場測量兩大部分。

3.1 調查和搜集資料

3.1.1 站址資料

向相關省(市)、縣城市規(guī)劃部門了解所選站址及其周圍數百米內是否有或者規(guī)劃中的：

(1)大功率無線電發(fā)射臺、大功率電視發(fā)射臺。

(2)大功率雷達站。

(3)具有電焊設備、X光設備或生產強脈沖干擾的熱合機、高頻爐的企業(yè)。

(4)高于微波及基站天線的高大建筑。

(5)易燃易爆的倉庫和材料堆積場。

(6)在生產過程中容易發(fā)生火災和爆炸危險的工業(yè)、企業(yè)。

(7)軍用設施等。微波傳輸基站通常要遠離這些單位和設施。

為防止電磁輻射污染、保護環(huán)境、保障公眾健康，擬選站址發(fā)射天線主射方向50米范圍內、非主射方向30米范圍內，如有高于天線的醫(yī)院、幼兒園、學校、住宅等建筑物，則不宜設置為微波傳輸基站。微波傳輸基站電磁輻射功率密度應滿足國標GB8702－2014《電磁環(huán)境控制限值》和HJ/ T10.3-1996《輻射環(huán)境保護管理導則電磁輻射環(huán)境影響評價方法及標準》中的公眾照射標準要求，即在一天24小時內，環(huán)境電磁輻射的場強參數在任意連續(xù)6分鐘內的平均值，對于30~3000MHz頻段應滿足功率密度S＜0.4(W/m2)；對于3000～15000MHz頻段應滿足功率密度S＜ f/7500(W/m2)，式中f為頻率，單位為MHz。

功率密度S計算公式為：

S(W/m2)=(P×G)/(4×π×R2)

式中：

P：發(fā)信機平均功率，W。

G：對應于被測點方向的天線增益，dB。

R：天線與被測點距離，m。

如所選站址附近有機場，須向當地民航部門調查機場的禁區(qū)范圍、限高要求及航運流量、通信需求。

向當地土地管理單位了解征用該地的可能性。

3.1.2 地質資料

向地質部門了解站址本身及其附近是否有礦藏，何種礦，是否有開采的可能。微波傳輸基站嚴禁建設在礦山開采區(qū)和規(guī)劃中的礦山開采區(qū)內。另外，還需了解站址的地質及水文條件是否適于工程建設，了解站址附近是否有斷層、滑坡和泥石流等可能。此外，還需了解當地的地震資料，包括地震史、震級和該地區(qū)的設防烈度。

3.1.3 供電情況

基站的交流電源主要依靠當地的市電。為了保證可靠供電，需從變(配)電站到基站架設一路專用高壓送電線。勘察時必須對以下內容作詳細調查。

(1) 變(配)電站的電源屬何電網，屬于哪一類供電質量，可靠程度和故障歷史。

(2) 變(配)電站的位置，二次輸出電壓等級。

(3) 基站架設專用送電線的可能性，大致的路由，架設線路的長度。

(4) 承擔送電線路勘測設計和施工的單位名稱。

(5) 送電線路的造價。

對于個別離變(配)電站太遠的不宜架設專用送電線的基站，應考慮依靠站內的自備柴油發(fā)電機組或太陽能、風力供電系統(tǒng)等其他方式。

對擬配置固定油機的站點，其油機房的環(huán)境噪聲應根據油機房設置區(qū)域，采取相應措施以滿足中華人民共和國GB3096-2008《聲環(huán)境質量標準》中的規(guī)定。

3.1.4 交通情況

由于交通線的覆蓋率是移動通信網的一項極為重要的指標，同時基站的施工和維護都與交通條件有關，另外部分基站需自建簡易路，因此在勘察中必須了解：

(1) 在建和規(guī)劃中的交通干線(鐵路、高速公路等)計劃、通車時間、路由。

(2) 交通流量及通信需求。

(3) 站址離現有公路、鐵路、車站的距離，確定自建簡易路的長度和大體路由。

(4) 當地簡易路造價。

3.1.5 氣象資料

氣象資料是天線、鐵塔、房屋等建筑的主要設計依據之一。尤其對工作于10GHz以上的微波傳輸電路，還需充分考慮雨衰的影響。向氣象部門調查的內容主要有：

(1) 有關房屋建筑設計中，采暖、空調專業(yè)所需要的當地溫度、濕度的氣象數據。

(2) 當地的最大降雨量、降雨強度、積雪厚度及雪荷載、凍土深度、雷暴日數及冰凌災害情況。

(3) 站址位置是否處于當地雷擊區(qū)域內。

(4) 當地的最大風速、風向資料。

3.1.6 鐵塔建筑資料

對需建鐵塔的站，應進一步了解下述有關資料：

(1) 當地航空部門對鐵塔建筑的規(guī)定，并征得同意。

(2) 鐵塔設計、加工和施工單位的名稱。

(3) 一般微波鐵塔的造價。

3.1.7 其他調查內容

基站還應調查的其他內容包括：

(1) 站址所屬行政管轄區(qū)名稱。

(2) 附近居民點的位置、距離、人口、經濟狀況及交通條件。

(3) 附近居民點的通信現狀及發(fā)展規(guī)劃、計算機普及情況及互連網的使用情況。

(4) 如果站址及其附近的土地是林場、農場、農村使用的土地，應經土地管理部門協(xié)商同意，以便今后辦理征地手續(xù)。

3.2 現場測量

3.2.1 站址位置、標高的現場測定

室內圖上作業(yè)選取的站址必須通過現場查勘加以核實，現場選定的站址也必須在地圖上加以核實。在通常情況下，可按照地圖上標志的地形、地貌、周圍的村莊或建筑物，以及其他明顯的目標與所選點的相對位置來粗略確定站址，然后用GPS表和測高儀測出站址的經緯度和高度，進行核實，上述現場實際情況與在五萬分之一地圖上作業(yè)的結果相吻合，一般情況下即可確定該站的位置，打樁做標記。

3.2.2 關于GPS的使用

全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)GPS是由美國國防部耗資一百二十億美元于1993年建成的軍事系統(tǒng)，主要用于軍事目的。鑒于GPS系統(tǒng)有可能用于幫助走私分子、恐怖分子以及敵對武裝，美國國防部在最初同意將GPS系統(tǒng)用于商業(yè)領域的同時，制定了一個被稱為有效選擇性的使用政策，即GPS系統(tǒng)中播出的最精確的信號將嚴格保留給軍方和其他有權使用的用戶。GPS衛(wèi)星發(fā)射兩種信號：民用信號的精度達到30米以內，第二種信號只有軍方才能解碼，其精度在5米以內。美國國防部還保留了隨時對民用信號加載誤差從而使信號精度降低到100米范圍內的權利。而由于衛(wèi)星位置分布的原因，海拔高度的誤差一般為水平誤差的2～3倍。顯然，上述GPS的測試精度不能滿足微波傳輸基站站址的定位精度要求。

1996年3月30日美國總統(tǒng)克林頓宣布，為促進GPS民用的發(fā)展，今后有效選擇性政策將在十年內逐步取消，GPS的單機定位精度將恢復到30米。

目前性能較好的GPS12，是并行12通道接收機可同時跟蹤12顆衛(wèi)星，定位速度快，定位精度為15米，同時，GPS12具有數據通信接口，通過這個數據接口，可以接收RTCM-SC104差分信息，實現差分校正，達到1—5米的高精度。因此，采取GPS12型進行定位，完全可滿足基站站地位置的現場確定。

在極個別情況下，為更準確地確定站址位置，還要用經緯儀通過各種測量來進一步檢驗。對站址標高的精度要求較高的站，尚需測量站址基準點與附近某一個三角測量點之間的相對高差，來確定站址的標高。

3.2.3 站址的地形測量

(1) 新建機房的基站

新建機房的基站的站址地形圖是鐵塔設計和建筑設計的基礎資料，也是進行方案比較所需要的資料。

地形測量的范圍需根據具體微波傳輸基站的鐵塔根開、機房建筑面積決定。由于一般基站大多為無人值守站，測量范圍以滿足鐵塔機房建設要求即可。但在確定用地范圍時應注意，鐵塔一定要與附近建筑留出安全距離。

(2) 利舊(或租用)機房的基站

需要利用原有建筑作為機房時，必須丈量建筑物的面積，了解建筑物的荷重能力，抗震和耐燃等級，擴建及加固的可能性等。

利舊機房是在原有的通信機房內設置基站，樓面荷載大都能滿足要求，應重點解決好饋線引入問題；租用機房情況比較復雜，所租房屋大小不同、層高不一、結構也千差萬別；一般民用建筑的樓面荷載不能滿足基站設備的要求，通常要采取加固措施。

利舊(或租用)機房一般采用屋頂抱桿、屋頂鐵架或屋頂塔安裝天線，如建筑物高度不夠則需新建地面塔。對于租用民用建筑作為機房的基站，如建筑樓面承載力不足，還要對原房屋進行加固。

3.2.4 天線近場區(qū)的測量

在對微波傳輸基站現場勘察時，除調查基站天線近場區(qū)阻擋情況外，還需測量微波電路的視通情況。微波天線高度應能如下圖所示天線近區(qū)的凈空要求。

圖中D為天線直徑，λ為工作波長。

線路垂直角的測量是檢驗線路視通情況的一種方法，h1端的路經垂直角可用下列公式計算求得：

θ1=57.3[(h2-h1)/d-d/(2Ka)] (°)

式中：

h1，h2：分別為兩端天線海拔高度，m。

d：接力段站距，m。

K：等效地球半徑系數。

a：地球半徑，a =6370×103(m)。

θ1：路徑h1端的垂直角，°。

因為路徑測量通常采用光學儀器，所以此時的K值應按大氣對光的折射來考慮，一般取K=1.15。

只要兩站的位置和標高核定無誤后，就可以利用垂直角的計算值來判斷路徑的視通情況，其測試步驟如下：

(1) 在站址的天線位置上架設經緯儀并調好，用經緯儀按計算得出的相對通信方向角(利用站址附近的水準三角測量點作參考點，用水準三角測量點和兩端站的坐標值計算)對準通信方向。

(2) 在通信方向±1～2°范圍內測量障礙物的垂直角，并作好記錄。

(3) 把測量值與按上式計算的結果進行比較，如果測量值小于等于計算值，則路徑是視通的。

需要指出的是，通過路徑視通情況測量，如果發(fā)現障礙物有可能或接近阻擋時，必須對障礙的位置、高度、地貌進行仔細測量核對。

在路徑中間(尤其平原路徑)有新建高大建筑物時，必須準確判斷出該建筑物是否落在電波射束通過的路徑上。如果是在電波射束通過的路徑上，應測量建筑物的高度。

另外，在遇到路徑雖然視通，但路徑中間有形成強反射的地域時，勘測人員必須前往現場，對有效反射區(qū)范圍內的地貌作詳細了解。以便對地面反射系統(tǒng)做出較準確的估計。

3.2.5 填寫勘察調查表及繪制圖紙

(1) 填寫基站站址勘察調查表，每一基站的每個候選站址都需填一份勘察調查表，作為基站方案比較的基礎資料。

微波傳輸基站站址勘察調查表應包含如下內容：基站站號、站名，所屬行政管轄區(qū)名、站址單位名稱，站址所在地圖圖號、磁偏角、站址坐標，基站站型、天線輻射方向、天線掛高，微波天線口徑、通信方位、天線掛高，近場障礙物高度及方位，供電情況等等。

如屬利舊(或租用)機房的基站，則還需包括已有機房大致情況，已建通信鐵塔（抱桿）的高度，已有微波設備使用頻率情況、已掛天線方位、高度，已建通信電源使用情況等內容。

(2) 根據每一站址和斷面的現場勘測，確定站址可用度，可利用資源情況(機位、電源、電池、空調、走線架、鐵塔、桅桿等)；重新整理和修正每一接力段的斷面圖，并判斷該斷面圖是否符合電波傳播的要求。

(3) 確定各站的設備配置、排列方式，近期和遠期工程設備安裝位置。

(4) 確定室外微波及基站天線的安裝位置、輻射方向及射頻饋線的路由走向。

(5) 繪制可用于指導安裝施工的圖紙，種類如下：

A. 總平面布置圖

(表明機房、鐵塔、變壓器終端桿、油罐、站內道路、圍墻、大門等的平面布置及相對位置。平面圖還應反映出該站的地形，畫出地形測量等高線，并標明磁記、建北方位及夾角度數)

B. 機房設備平面布置圖

(表明機房內微波設備、基站設備和其他有關設備的排列與安裝位置，各部分尺寸、門窗、孔洞位置)

C. 機房走線架平面布置圖

(反映出機房內走線架總體布局及其安裝位置)

D. 天線平面布置和鐵塔與機房相對位置示意圖

(表明微波及基站天線在鐵塔上安裝的平面位置及磁北通信方位、輻射方向，對于設在通信大樓內的基站，要表明天線在樓平臺上或樓頂塔上的安裝平面位置。表示鐵塔與機房、設備及饋線孔洞之間的相對位置和距離。另外，圖上應標有磁北、建北方位和相互之間的夾角)

E. 饋線走向圖

(繪出從天線至機架間整個饋線系統(tǒng)在鐵塔上，塔身上、室外過橋、機房饋線孔洞上、室內走線架上等的具體走向，包括饋線的安裝位置，標明本站使用的饋線數量、長度)

4 編制勘察報告

勘察工作結束后，必須對每一基站及微波接入方案的勘察資料作全面整理。在充分聽取建設方意見和對設計方案進行充分論證后，編制勘察報告?？辈靾蟾鎽缦聝热荩?/p>

(1) 確定每一基站的最佳候選站址，最佳候選基站的最佳傳輸路由。

(2) 各基站的設備配置表；

(3) 各中繼段的微波路由參數計算表及地形剖面圖；

(4) 各站的總平面布置圖；

(5) 各站的機房設備平面布置圖；

(6) 各站的機房走線架平面布置圖；

(7) 各站的饋線走向圖；

(8) 其他勘察中發(fā)現的問題，諸如個別基站微波不能視通，個別基站建站條件十分困難，原方案所選站址已被其他單位占用等等情況。

5 結論

移動通信工程微波傳輸基站勘察選址是一項細致復雜的工作，需要事先作好充分準備，實地勘察時又需要有隨機應變的能力。本文闡述的移動通信工程微波傳輸基站勘察選址技術要點，主要來源于筆者在實際勘察設計中的工作經驗及總結，已在各大運營商移動通信網建設工程中得到充分應用，并被證明是有效可行的，在滿足工程建設需求的情況下，為建設單位節(jié)省了投資，有效地避免了重復、盲目建設現象，直接或間接地為建設單位帶來了一定的經濟效益。另外，勘察選址為設備供貨商提供了強有力的技術支持，對于合同的最終簽訂具有指導意義。