基于5G网络的通信基站建设与维护概述_张明明.pdf

2023 年1 月Jan2023DigitalTechnology&Application第 41 卷第 1 期Vol.41No.1数字技术与应用104中图分类号:TN929.5文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2023)01-0104-03DOI:10.19695/12-1369.2023.01.32基于 5G 网络的通信基站建设与维护概述广东省电信规划设计院有限公司张明明当前的 5G 基础设施尚处于建设阶段，基站是其中最为关键的组成部分，也是 5G 组网的必要条件。本文首先分析 5G 网络通信基站规划的要点，然后总结了 5G 基站安装的内容及方法，最后探讨了 5G 网络的维护方法。5G 网络通信基站由电源、配电单元、BBU、AAU、光纤、卫星天线等组成，其系统结构较为复杂，在建设5G 网络基站时要以地区总体资源为参考依据，进行全面的布局，选择适宜的 5G 基站站址、评估通信铁塔的承载能力、评估电源的承载能力，必要时开发新的 5G 站址。掌握 5G 通信网络基站的规划设计方法、施工要点以及5G 网络的维护方法具有重要的工程应用价值。1 5G 网络通信基站的特点国内 5G通信的频段为 2.6GHz、3.5GHz 以及4.9GHz,分发给不同的 5G运营商，而 4G通信网络的频段为1880 1900MHz、2320 2370MHz、2575 2635MHz。对比可知，5G 网络的通信频段均为高频，并且远高于4G 通信的频段。按照波长和频率之间的关系，单个 5G基站的通信覆盖范围小于 4G 基站，因此，如果 5G 通信网络要实现与 4G 相同的覆盖率，其基站的数量要多于4G 基站，据估计，5G 基站的数量比 4G 基站多出 1.5 倍到 2 倍。如表 1 所示列举了 5G 基站的配套设施。2 5G 网络通信基站整体规划的要点2.1 调查可用站址资源5G 网络要实现足够的覆盖率，就要建设数量充足的通信基站，再加上 5G 基站的数量高于 4G 基站的数量，导致其站址资源相对紧张，在建设规划 5G 网络之前需全面调查城市中可用的站址资源。为了降低建造成本，在5G 基站建设中应秉持“能共享不新建，能共建不独建”，国内在建设 5G 基站时考虑将 5G 和 4G 基站的设施共享。在建设 5G 网络时要调查可用通信基站的站址数量以及分布情况，必要时开辟新的站址1。2.2 分析站址的承载能力（1）通信铁塔承载力分析。在共享共建的基本原则下，现有的2G、3G、4G通信铁塔上可搭载5G通信的设备，主要是5G通信的AAU，其中占用空间资源较大的是AAU中的天线组件（合并了射频拉远单元RRU）。与3G和4G的天线相比较，5G通信基站的天线尺寸更小，主要表现在长度上，整体挡风面积也更小，通常不高于0.5m2。在重量方面，5G的 AAU 比 4G的同类设备有所增加，涨幅在 25%上下。可见，5G的 AAU 对通信铁塔造成了一定的负担2。（2）电源承载力分析。除了通信铁塔，电源也是非常重要的 5G 通信配套资源。5G 基站的基本形态为AAU+DU(分布单元)+CU（中央单元），基站本身的功耗水平大幅增加。根据统计数据，目前一个 5G 室外基站单租户平均功耗在 3.8kW 左右，这一数值是 4G 基站的3 倍左右，再加上 5G 基站的密度高于 4G 基站，因而其对电力消耗显著增加。因此，5G 的电源配套设施也要提前做好规划工作，为保证其可靠性，需同时设计交流电源和蓄电池电源。随着技术的进步，未来 5G 基站的功耗水平有望下降，届时对电源的要求也会有所下降。（3）室内覆盖需求分析。5G 基站分为宏基站和微小收稿日期：2022-09-15作者简介：张明明（1987），男，河北沧州人，本科，工程师，研究方向：通信。表 1 5G 基站的配套设施Tab.1 Supporting facilities of 5G base station配套设施机房环境设备安装空间制冷空调电源配套交流外电输入整流模块容量空开大小蓄电池容量天面空间天面抱杆美化罩BBU 前传光纤资源2023 年第 1 期105张明明：基于 5G 网络的通信基站建设与维护概述基站两种类型，其使用场景不同，宏基站部署在室外，因而发生功率更大，其覆盖半径通常在 200m 以上。由于室内环境不同于室外环境，室内空间更加复杂，信号容易受到建筑物的遮挡，因而要实现良好的通信效果，就要增加微基站的数量，按照宏基站和微基站的数量对比，通常可达到 3:7 的比例。5G 楼宇分布系统建设在工程实践中存在较大的难度3。2.3 总体规划5G 基站建设时的总体规划应涵盖多方面的内容，具体为电源供电线路、通信铁塔的位置、机房的位置、AAU 的安装高度以及方位角等。在整体性规划中通常是针对某一个区域设计出 5G 基站站点的分布位置，充分利用现有的站址，同时开辟新的站址。进入实际的工程建设阶段之后，发现部分 5G 基站的站址受到地质条件、地形因素的影响，不利于施工，此时可在规划站址附近选择合适的位置，通常新选取的站址要位于规划站址半径的 25%范围内，偏差不可过大。另外，在选择 5G 基站的建设地点时要避免其他信号对其造成干扰。尤其要规避城市中的卫星站，此时可借助周边的高层建筑物，阻隔卫星站和 5G 基站之间的信号4。3 5G 网络通信基站施工安装要点3.1 5G 网络通信基站的结构如图1所示，5G基站分为室内和室外两个部分，涵盖了供电部分、配电单元、BBU、AAU、光纤信号回路、GPS接收器以及接地等几个核心组成部分。其中安装工程的重点是BBU、AAU与电源和光纤线路之间的连接和调试。3.2 BBU 安装3.2.1检查安装空间BBU 设备多采用 19 英寸机架或者接柜，其工作时需散热，因此安装空间需保证 BBU 的左右风道不受干扰，BBU 长期工作时其入风温度需控制在-20 55之间。BBU 面板上具有大量的接线需求，因而要确保其前方空间，至少达到 80mm5。3.2.2BBU 安装在支架上选择合适的高度，将 BBU 与安装孔位对齐，然后沿着滑道将 BBU 推入到机柜中，将固定的螺丝拧紧。由于 BBU 设备带电，为了防止其出现漏电，还需为其设置接地。BBU 上设计有专门的接地端子，将保护接地与之相连即可。3.2.3安装 BBU 电源线和警告线BBU 电源线在供电设备一侧使用连接器实现连接，因此，要制作出 BBU 的连接器。另一端则要连接到 DCDU上。BBU 出现故障时会自动发出告警信息，要将告警模块的线路同步安装到位，告警线一端为连接器，BBU 的UPEU 单板上具有对应接口。告警线的另一端与外部告警设备相连接6。3.3 AAU 安装3.3.1确定 AAU 的安装位置AAU 安装位置主要取决于安装空间，AAU 的顶部不得高于抱杆顶部，而避雷针的高度至少要高出 AAU顶部 30cm，并且 AAU 的安装范围必须处于避雷针 45保护范围之内。安装空间需满足其吊装点、底部出现以及水平安装间距等要求，不同型号的 AAU 在空间要求上存在一定的差异性。3.3.2组装 AAU 的组件AAU 上存在数量较多的各类组件，安装时要先将其组装好，具体包括下倾支臂、下主扣件、光模块等，将这些组件全部安全完成之后，再去进行 AAU 主体结构安装。例如，AUU 的下主扣件安装方式为将下主扣件放置于 AUU 的下把手上，对其二者之间的槽位，然后使用螺栓将其紧固到位，螺栓采用扭力扳手紧固。3.3.3安装 AUU 主体结构AUU 上把手设计有安装转接件，在吊装绳上打一个环扣，并且环扣要绕过上把手。将牵引绳的一端绑扎到下把手上。两名作业人员同时拉吊装绳，另一名作业人员拉控制绳，当 AUU 主体结构靠近定滑轮时，由一名安装人员登高将 AUU 扶正，并且将上把手挂进上主扣件的卡槽内7。然后使用螺栓将上主扣件顶部紧固到位，为了提高紧固的精度，可使用扭力扳手。下主扣件以及辅扣件卡至抱杆上，同样使用扭力扳手拧紧其固定螺栓。安装固定到位之后需调整下倾支臂。图 1 5G 基站结构示意图Fig.1 Structure diagram of 5G base station交流配电传输设备开关电源+电池组5G基站连线图AAUAAUAAUGPS天线室外室内设备供电线配电单元BBUGPS数字转接线GPS接收器GPS馈线前传光纤回传光纤接地数字技术与应用 第 41 卷1063.3.4安装 AUU 的保护接地线根据 AUU 的安装高度和接地网端子之间的距离确定接地线的长度，然后截取对应长度的接地线缆，在其两个线头上压接线鼻子，一端连接在接地网的接地端子上，另一端连接在 AAU 保护接地的端子上。需注意一点，室外地排接地点上必须涂刷防锈漆。3.3.5安装 AAU 光纤光纤上标签为 1A 和 1B 的一端连接到 AAU 的光模块上，注意对应关系，布设光纤时要做到规范，可使用扎带将光纤固定起来，光纤上粘贴标签，做好区分工作。3.3.6安装 AAU 的电源线在电源线连接器的下端绑扎 3 根线扣，然后使用吊装绳将电源线吊装上塔。AAU 的电源接口与电源线的室外快锁电源连接器相连。电源线的另一端连接到供电设备的接口上。3.4 安装北斗或者 GPS5G 通信技术在移动应用方面具有非常广阔的前景，典型的如自动驾驶。现在的智能手机和汽车等产品上内置了卫星定位功能，智能手机上可进行导航，原因在于卫星系统可识别和监控这些设备的实时位置，但问题在于卫星定位系统的精度还难以完全满足人们的需求，于是在 5G 基站上安装北斗或者 GPS 的接收天线，借此来实现载波定相位分差定位，精度可达到厘米级别。我国已经大规模推广北斗+5G 的通信组合。以北斗天线安装为例，技术上要关注以下几点。北斗卫星天线的安装位置要处于避雷针 45角保护范围之内。线头处做好防水措施，将安装好 N 型接头的馈线穿过不锈钢抱杆，然后将其紧固到北斗天线上。N 型接头的防水措施具有严格的要求，具体为内层设置一层绝缘胶带，然后在绝缘胶带外侧设置一层防水胶带，最外层是一层防紫外线胶带8。北斗天线可安装在抱杆上或者墙体上，根据便捷性确定安装方式，在不锈钢抱杆下部管口与馈线连接处容易出现进水的问题，在安装时需最好这一部位的防水处理。4 5G 网络的运行维护4.1 精确的故障定位随着 5G 在商业化中的不断接入与应用，其建设规模和应用场景不断扩大，当前处于 5G 建设的快速发展期，在实际应用过程中难免会出现各种类型的故障。结合实际情况，5G 通信网络中当前存在的主要问题是网速速率异常、设备接入异常等。精确的故障定位是快速故障排查的基础条件，具体的故障排查方式与 4G 网络类似，重点检查内容是 5G 设备状态核查、接口核查以及参数核查，进一步又可细分为 NR-LTE 站点故障排查、NR-LTE 接口排查、NR 侧接入和速率参数核查、LTE 侧锚点邻区内参数核查等。当前在 5G 系统的管理后台已经实现了异常信息提示功能，对于系统中出现的故障以错误码及文字的方式提示出来。4.2 加强 5G 基站日常维护工作5G 基站中设备类型多样，日常管理中要加强对基站内各类设备的维护保养，良好的维护工作可提高基站的稳定性，降低故障的发生概率，维护与故障修复完全不同，维护是预防设备故障。5G 基站及配套设备的供应商提供了完善的基站维护手册。5G 基站运营单位首先组织基层员工充分学习和掌握 5G 基站的基本构成，学习 5G基站的运维管理手册，掌握故障维修的技术，组件专业的维修管理团队。其次是建立信息化的维护管理后台，通过信息技术以及软硬件设备搭建后台，管理人员可在管理后台直接读取设备故障信息。5 结语5G 通信网络基站建设需制定整体的规划方案，选择出合理的站址，实现较高密度的覆盖率，5G 网络的核心建设内容包括宏基站、微基站、电源以及光线回路等。单个基站的重点建设内容为 AAU、BBU、配电单元等。在 5G 网络建设中要进行系统性的站址规划，实现足够的覆盖率和密度，网络维护中掌握高基站维护手册，建立专业的技术团队。引用1张剑.5G通信电源建设方案探讨J.电信技术,2