5G配套建设精细化设计研究

5G配套建设精细化设计研究

陈国勤

中国铁塔股份有限公司苏州市分公司,苏州 215100

摘　要：5G网络建设首先以共享为根本，应始终坚持“能共享不新建，能共建不独建”的原则，一方面要对存量站点进行详尽的可用性评估，立足于内部挖潜整合，梳理可用存量站址资源；另一方面要充分发挥铁塔共建共享职责，统筹电信企业需求开展通信基础设施的大共建共享。

关键词：5G；精细化；低成本

0 引言

5G是政府信息化建设、智慧城市建设的基础，是运营商网络升级的关键技术，承载着大众对信息时代和美好生活的向往，更是支撑网络强国的重要手段。如何低成本部署5G基站是摆在通信建设者面前的一大难题，也需要所有通信工作者去思考：（1）“能共享不新建，能共建不独建”的原则提出，如何能在满足现有规范的承重下，尽可能的提升原有杆塔的挂载能力；（2）目前5G宏站单系统整体功耗大概为3～5kW，存量2/3/4G站点整体功耗约3kW，叠加5G单系统后峰值站点功耗达8kW，根据工勘数据，70%的站点电源不满足要求应进行改造，如何能够用最小的改造投资，完成基本的建设需求。

1 塔桅精细化优化设计

在利旧现有杆塔资源的前提下，尽可能利用现有铁塔的天面资源，应该优先从塔体结构考虑，针对于未挂满的铁塔可直接加挂5G天线设备，已经满载的铁塔可通过加固改造、新建铁塔等方式加挂5G天线设备，需要对存量铁塔进行专业的安全评估后，方可制定专业的加固及改造方案。

(1)天线、平台荷载折减精细化

原设计规范《移动通信工程钢塔桅结构设计规范》（YD/T 5131-2005）中没有考虑到平台、天线和铁塔之间的相互遮挡，中国铁塔集团《提升存量铁塔挂载能力技术指导意见》对挡风面积折减系数取值作了详细描述。

a）平台类折减系数：3 副及以上天线均匀安装于铁塔的同一外挑平台时，天线总的挡风面积可按天线数量乘天线正面面积，并乘以折减系数K1。

b）支架类折减系数：3副及以上天线同时均匀的安装于同一高度的单管塔塔身，并且该位置处铁塔塔身直径与天线宽度的比值不小于1.1 时，天线总的挡风面积可按天线总的数量乘天线正面积，并且乘以下表中的折减系数K2。

(2)单管塔位移限值精细化

在对通信铁塔进行安全性复核时，可根据《移动通信工程钢塔桅结构设计标准（报批稿）》水平位移限值取值：

针对江苏实际情况，比如江苏移动2008年、江苏电信2010年以后的单管塔侧移限值在应力比小于1的情况下已经按照频遇荷载下1/50（（钢结构协会规程CECS236：2008：《钢结构单管通信塔技术规程》，相当于标准组合1/20）控制，用《钢结构协会规程CECS236：2008，》规范标准，位移可以放松，这样使有些基站不用加固就可使用。

(3)格构式铁塔阻尼比优化

在通信铁塔参数计算及铁塔设计时，根据新标准进行了相应调整，格构式钢塔架（角钢塔、三/四管塔等）阻尼比由原来的0.01调整为0.02，阻尼比的变大会引起风振系数的变小，从而引起风荷载的变小，从而使承载能力提高。当计算主要结构受力时，计算公式如下：

ωk＝βzμsμzω0   (8.1.1-1)

式中 ωk----风荷载标准值,kN/m2；βz----z高度处的风振系数；μs----风荷载体型系数；μz----风压高度变化系数；ω0----基本风压值,kN/m2.

(4)设计使用年限精细化

通常情况下，基本风压一律按50年重现期考虑，但针对于建于既有建筑物或构筑物上的通信塔，其设计使用年限应该与现有结构的后续实际的设计使用年限相匹配，且确保不低于25年。根据已经调整的设计使用年限，确定风压重现期，并按照荷载规范附录E.3.4计算风压代表值。本精细化取值方法仅适用于楼面塔桅和临时及应急场景的塔房一体化，对于新建落地大型铁塔不适用。

(5)基本风压精细化

部分存量铁塔因缺少气象资料和设计不规范等历史原因，基本风压设计取值与实际有差异。通常情况，我们设计的标准化塔型基本风压只包含0.35、0.45、0.55、0.65kN/m2。对于基本风压为0.4、0.5、0.6kN/m2的地区，在新建铁塔设计和选型中，只能选用0.45、0.55、0.65kN/m2的标准化塔型（比实际高0.05kN/m2），导致所选塔型的基本风压与实际也有一定差异。铁塔精细化设计复核时，风荷载标准值的计算应以当地实际基本风压为准，不能简单套用原图纸中规定的基本风压值。在铁塔安全性复核中，当重现期为50年时，风压代表值为基本风压为ω0，其取值不得小于0.35 kN/m2。

(6)天线迎风面积精细化

天线迎风面积的大小直接影响了水平风荷载的大小，是塔桅复核的关键因素，根据实际挂载情况进行取值，根据检测单位或者原有天线数据库，对每层平台的天线进行精确的划分，确定每个天线的准确尺寸，算出相应的挡风面积，使得计算更加准确。

2 电源配套改造原则

5G基站设备功耗较2G/3G/4G基站设备有大幅上升。随着2019年基础电信企业正式开启5G建设工程，存量基站成为快速部署网络的基础。如按照传统建设和设计方法，将会使基站动力配套大幅度扩容和改造。

(1)市电引入精细化设计

基站市电引入的容量实际上是根据基站远期规划容量进行合理配置，一般情况下基站在通信负载最大功率工作时同时需要满足蓄电池充电及温控系统的最大负荷需求。如果增加1套5G基站设备，那么在原有基站设备用电负荷的基础之上，大概需要增加10kVA外市电容量，此时就需要重点关注共享站点的市电容量。

通过在基站内增加锂电池，在用电高峰时段由新增锂电池放电补充用电需求，在用电低谷时段对新增锂电池充电。这样可以减少对外市电容量的增量需求，同时减少存量基站外市电改造工作量，从而降低5G网络建设成本。

(2)开关电源精细化设计

结合本地区5G设备功耗情况，确定本期5G基站的开关电源容量需求，机框空间配置需按长远的可扩展性来考虑，充分考虑到后期的使用和扩容。其中传统计算模式：开关电源功耗=现网设备典型功耗+5G典型功耗+蓄电池充电功耗；精细化计算模式：开关电源功耗=现网设备实际功耗+5G典型功耗+蓄电池充电功耗，

存量设备实际功耗为存量设备往年6、7、8、9月份最高功耗或者是现网实际功耗1.1倍计算。最高功耗计算公式为：方法一，存量设备最高功耗=负载最高电流*54（数据取自维护监控平台6、7、8、9月份最高负载电流）；方法二，存量设备最高功耗=现网实际电流值*54*1.1

(3)蓄电池精细化设计

蓄电池的建设，需要根据现网设备功耗、新增5G网络设备功耗情况和电信企业提出的后备时长等因素综合决策建设方案。

传统计算模式：蓄电池容量（AH）=（现网设备典型功耗*3+5G典型功耗*3）/51.2；精细化计算模式：蓄电池容量（AH）=（现网设备实际功耗*3+5G典型功耗*X）/51.2

1）存量设备实际功耗为存量设备往年6、7、8、9月份最高功耗或者是现网实际功耗1.1倍计算。计算方法同开关电源。

2）梯次电池容量在普通蓄电池容量的基础上乘以1.25的系数。

3）5G备电时长根据运营商需求差异化调整。 

(4)空调配套精细化设计

传统计算模式：空调制冷量（kW）=现网设备典型功耗+5G典型功耗+建筑负荷；精细化计算模式：空调制冷量（kW）=机房内（存量设备功耗+5G设备功耗）+建筑负荷；①机房内存量设备功耗：如2G系统的设备功耗为1.5kW，机房内仅安装250W BBU，存量设备功耗为250W。②机房内5G设备功耗：同机房内存量设备计算原则。③机房建筑负荷（kw） = 机房面积（m2） x 单平方散热量（0.1kw/m2）。④1匹空调制冷量按照2.4kw核算。⑤单平方散热量按照0.1kw核算。

3 结语

由于5G网络设备的特性，在充分考虑满足网络覆盖的前提下，天面、配套、外电等成为重点改造内容，为确保投资有效性，在设计之初应做好需求的主动预判，综合考虑配套改造的方案，通过细化一站一案做好配套设施，尽可能采用精细化优化方案降低成本。

参考文献：

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[2]王盛军. 基于5G网络的配套改造方案[J]. 电信快报.2019(01)

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[5]钟春华. 5G基站电源解决方案探讨[J]. 电信技术.2019(S1)

[6]肖鹏,孙亚.单管塔自振周期的数值解法[J]. 江苏建筑.2017(01)