移动通信工程中的微波传输基站勘察选址技术要点

中国普天信息产业北京通信规划设计院 高 峰 邱 杰 刘 凡



移动通信工程中的微波传输基站勘察选址技术要点

中国普天信息产业北京通信规划设计院 高 峰 邱 杰 刘 凡

【摘要】本文阐述了移动通信工程中的微波传输基站勘察选址的重要性，并着重介绍了微波传输基站勘察选址的技术要点：勘察前的准备工作、现场勘察及编制勘察报告三个方面的内容。

【关键词】移动通信工程；微波传输；基站；勘察选址

0 前言

移动通信网络中基站中继传输方式通常采用微波和光传输二种方式。本文仅讨论微波传输基站勘察选址的一般要则，不涉及光传输基站勘察选址问题。微波传输基站的设置需要统筹考虑，在满足基站覆盖的基础上，又要兼顾微波中继传输，节省投资。这是摆在每个移动通信网络运营商面前的难题。本文将针对这个问题提出一些具体的选址技术要点。本文有关微波站勘察选址的论述亦适用于通常的微波接力通信工程。

1 微波传输基站勘察选址技术要点

移动通信工程微波传输基站勘察选址技术要点包含勘察前的准备工作、现场勘察及编制勘察报告三个方面的内容。

2 勘察前的准备

2.1 图上选址作业

在前往现场实地勘察选址前，需要在五万分之一或其他较精确的测绘地图上进行基站预选址工作，必要时借助Google Earth参考进行。基站设置需要全网统筹考虑，根据当前网上用户密度分布的统计分析对基站的布局进行调整，使基站的分布更符合用户话务密度的分布，合理增加基站密度以解决高话务密度区的增容问题，新、老基站的分布应尽可能遵循蜂窝结构。并初步了解站址、站距、阻挡等基本情况。

在考虑基站设置的同时，需要考虑基站的中继传输方式。对于没有现有光缆线路资源可利用的且光缆引入线路较长、建设投资高或光缆引入难度大、建设周期长的基站，宜采用具有投资少、效益高、建设周期短等特点的微波传输方式。初步确定采用微波传输的基站，在室内图上作业后应提出两个或两个以上的接入方案以供现场查勘时筛选。对于不能直接接入的微波传输基站，可以在规则蜂窝结构允许的偏离范围内重新选取站址。实在不能直接接入的基站，可以单独设置微波无源中继站以满足传输的需要。为减少投资，传输路由方案中尽量不考虑单独设置微波有源中继站。

2.2 需要准备的文件及地图

(1) 批准的可行性研究报告或工程设计委托书。

可行性研究报告或工程设计委托书是基站选址最重要的依据，必须熟悉了解，深刻领悟。

(2) 各基站站址、路由方案沿线的五万分之一或十万分之一测绘地图。

五万分之一或十万分之一测绘地图可以满足站址精度的要求，同时又便于携带在野外作业，是基站选址主要推荐使用的地图。城市路由微波中继段沿线上的建筑障碍物情况可借助Google Earth大致了解。

(3) 室内选线工作完成的每个接力段的断面图。

(4) 有关省、市近期出版的交通图。

(5) 空白断面图图纸。

2.3 需要准备的仪表和工具

罗盘、GPS、测距仪、测高仪、望远镜、皮尺、数码相机、绘图夹、纸、铅笔、橡皮及必要的医药用品。在出发前，应检验仪表工作是否正常，其配件是否齐全。

2.4 其他需要注意的问题

(1) 勘察前须制定勘察计划，与建设单位协商勘察时间、内容，明确提出对建设单位的配合要求。

(2) 勘察前须对本期建设方要求、建设方案等做到心中有数。

3 现场勘察的工作内容

勘察的内容包括向有关单位调查搜集资料和现场测量两大部分。

3.1 调查和搜集资料

3.1.1 站址资料

向相关省(市)、县城市规划部门了解所选站址及其周围数百米内是否有或者规划中的：

(1)大功率无线电发射台、大功率电视发射台。

(2)大功率雷达站。

(3)具有电焊设备、X光设备或生产强脉冲干扰的热合机、高频炉的企业。

(4)高于微波及基站天线的高大建筑。

(5)易燃易爆的仓库和材料堆积场。

(6)在生产过程中容易发生火灾和爆炸危险的工业、企业。

(7)军用设施等。微波传输基站通常要远离这些单位和设施。

为防止电磁辐射污染、保护环境、保障公众健康，拟选站址发射天线主射方向50米范围内、非主射方向30米范围内，如有高于天线的医院、幼儿园、学校、住宅等建筑物，则不宜设置为微波传输基站。微波传输基站电磁辐射功率密度应满足国标GB8702－2014《电磁环境控制限值》和HJ/ T10.3-1996《辐射环境保护管理导则电磁辐射环境影响评价方法及标准》中的公众照射标准要求，即在一天24小时内，环境电磁辐射的场强参数在任意连续6分钟内的平均值，对于30~3000MHz频段应满足功率密度S＜0.4(W/m2)；对于3000～15000MHz频段应满足功率密度S＜ f/7500(W/m2)，式中f为频率，单位为MHz。

功率密度S计算公式为：

S(W/m2)=(P×G)/(4×π×R2)

式中：

P：发信机平均功率，W。

G：对应于被测点方向的天线增益，dB。

R：天线与被测点距离，m。

如所选站址附近有机场，须向当地民航部门调查机场的禁区范围、限高要求及航运流量、通信需求。

向当地土地管理单位了解征用该地的可能性。

3.1.2 地质资料

向地质部门了解站址本身及其附近是否有矿藏，何种矿，是否有开采的可能。微波传输基站严禁建设在矿山开采区和规划中的矿山开采区内。另外，还需了解站址的地质及水文条件是否适于工程建设，了解站址附近是否有断层、滑坡和泥石流等可能。此外，还需了解当地的地震资料，包括地震史、震级和该地区的设防烈度。

3.1.3 供电情况

基站的交流电源主要依靠当地的市电。为了保证可靠供电，需从变(配)电站到基站架设一路专用高压送电线。勘察时必须对以下内容作详细调查。

(1) 变(配)电站的电源属何电网，属于哪一类供电质量，可靠程度和故障历史。

(2) 变(配)电站的位置，二次输出电压等级。

(3) 基站架设专用送电线的可能性，大致的路由，架设线路的长度。

(4) 承担送电线路勘测设计和施工的单位名称。

(5) 送电线路的造价。

对于个别离变(配)电站太远的不宜架设专用送电线的基站，应考虑依靠站内的自备柴油发电机组或太阳能、风力供电系统等其他方式。

对拟配置固定油机的站点，其油机房的环境噪声应根据油机房设置区域，采取相应措施以满足中华人民共和国GB3096-2008《声环境质量标准》中的规定。

3.1.4 交通情况

由于交通线的覆盖率是移动通信网的一项极为重要的指标，同时基站的施工和维护都与交通条件有关，另外部分基站需自建简易路，因此在勘察中必须了解：

(1) 在建和规划中的交通干线(铁路、高速公路等)计划、通车时间、路由。

(2) 交通流量及通信需求。

(3) 站址离现有公路、铁路、车站的距离，确定自建简易路的长度和大体路由。

(4) 当地简易路造价。

3.1.5 气象资料

气象资料是天线、铁塔、房屋等建筑的主要设计依据之一。尤其对工作于10GHz以上的微波传输电路，还需充分考虑雨衰的影响。向气象部门调查的内容主要有：

(1) 有关房屋建筑设计中，采暖、空调专业所需要的当地温度、湿度的气象数据。

(2) 当地的最大降雨量、降雨强度、积雪厚度及雪荷载、冻土深度、雷暴日数及冰凌灾害情况。

(3) 站址位置是否处于当地雷击区域内。

(4) 当地的最大风速、风向资料。

3.1.6 铁塔建筑资料

对需建铁塔的站，应进一步了解下述有关资料：

(1) 当地航空部门对铁塔建筑的规定，并征得同意。

(2) 铁塔设计、加工和施工单位的名称。

(3) 一般微波铁塔的造价。

3.1.7 其他调查内容

基站还应调查的其他内容包括：

(1) 站址所属行政管辖区名称。

(2) 附近居民点的位置、距离、人口、经济状况及交通条件。

(3) 附近居民点的通信现状及发展规划、计算机普及情况及互连网的使用情况。

(4) 如果站址及其附近的土地是林场、农场、农村使用的土地，应经土地管理部门协商同意，以便今后办理征地手续。

3.2 现场测量

3.2.1 站址位置、标高的现场测定

室内图上作业选取的站址必须通过现场查勘加以核实，现场选定的站址也必须在地图上加以核实。在通常情况下，可按照地图上标志的地形、地貌、周围的村庄或建筑物，以及其他明显的目标与所选点的相对位置来粗略确定站址，然后用GPS表和测高仪测出站址的经纬度和高度，进行核实，上述现场实际情况与在五万分之一地图上作业的结果相吻合，一般情况下即可确定该站的位置，打桩做标记。

3.2.2 关于GPS的使用

全球卫星定位系统GPS是由美国国防部耗资一百二十亿美元于1993年建成的军事系统，主要用于军事目的。鉴于GPS系统有可能用于帮助走私分子、恐怖分子以及敌对武装，美国国防部在最初同意将GPS系统用于商业领域的同时，制定了一个被称为有效选择性的使用政策，即GPS系统中播出的最精确的信号将严格保留给军方和其他有权使用的用户。GPS卫星发射两种信号：民用信号的精度达到30米以内，第二种信号只有军方才能解码，其精度在5米以内。美国国防部还保留了随时对民用信号加载误差从而使信号精度降低到100米范围内的权利。而由于卫星位置分布的原因，海拔高度的误差一般为水平误差的2～3倍。显然，上述GPS的测试精度不能满足微波传输基站站址的定位精度要求。

1996年3月30日美国总统克林顿宣布，为促进GPS民用的发展，今后有效选择性政策将在十年内逐步取消，GPS的单机定位精度将恢复到30米。

目前性能较好的GPS12，是并行12通道接收机可同时跟踪12颗卫星，定位速度快，定位精度为15米，同时，GPS12具有数据通信接口，通过这个数据接口，可以接收RTCM-SC104差分信息，实现差分校正，达到1—5米的高精度。因此，采取GPS12型进行定位，完全可满足基站站地位置的现场确定。

在极个别情况下，为更准确地确定站址位置，还要用经纬仪通过各种测量来进一步检验。对站址标高的精度要求较高的站，尚需测量站址基准点与附近某一个三角测量点之间的相对高差，来确定站址的标高。

3.2.3 站址的地形测量

(1) 新建机房的基站

新建机房的基站的站址地形图是铁塔设计和建筑设计的基础资料，也是进行方案比较所需要的资料。

地形测量的范围需根据具体微波传输基站的铁塔根开、机房建筑面积决定。由于一般基站大多为无人值守站，测量范围以满足铁塔机房建设要求即可。但在确定用地范围时应注意，铁塔一定要与附近建筑留出安全距离。

(2) 利旧(或租用)机房的基站

需要利用原有建筑作为机房时，必须丈量建筑物的面积，了解建筑物的荷重能力，抗震和耐燃等级，扩建及加固的可能性等。

利旧机房是在原有的通信机房内设置基站，楼面荷载大都能满足要求，应重点解决好馈线引入问题；租用机房情况比较复杂，所租房屋大小不同、层高不一、结构也千差万别；一般民用建筑的楼面荷载不能满足基站设备的要求，通常要采取加固措施。

利旧(或租用)机房一般采用屋顶抱杆、屋顶铁架或屋顶塔安装天线，如建筑物高度不够则需新建地面塔。对于租用民用建筑作为机房的基站，如建筑楼面承载力不足，还要对原房屋进行加固。

3.2.4 天线近场区的测量

在对微波传输基站现场勘察时，除调查基站天线近场区阻挡情况外，还需测量微波电路的视通情况。微波天线高度应能如下图所示天线近区的净空要求。

图中D为天线直径，λ为工作波长。

线路垂直角的测量是检验线路视通情况的一种方法，h1端的路经垂直角可用下列公式计算求得：

θ1=57.3[(h2-h1)/d-d/(2Ka)] (°)

式中：

h1，h2：分别为两端天线海拔高度，m。

d：接力段站距，m。

K：等效地球半径系数。

a：地球半径，a =6370×103(m)。

θ1：路径h1端的垂直角，°。

因为路径测量通常采用光学仪器，所以此时的K值应按大气对光的折射来考虑，一般取K=1.15。

只要两站的位置和标高核定无误后，就可以利用垂直角的计算值来判断路径的视通情况，其测试步骤如下：

(1) 在站址的天线位置上架设经纬仪并调好，用经纬仪按计算得出的相对通信方向角(利用站址附近的水准三角测量点作参考点，用水准三角测量点和两端站的坐标值计算)对准通信方向。

(2) 在通信方向±1～2°范围内测量障碍物的垂直角，并作好记录。

(3) 把测量值与按上式计算的结果进行比较，如果测量值小于等于计算值，则路径是视通的。

需要指出的是，通过路径视通情况测量，如果发现障碍物有可能或接近阻挡时，必须对障碍的位置、高度、地貌进行仔细测量核对。

在路径中间(尤其平原路径)有新建高大建筑物时，必须准确判断出该建筑物是否落在电波射束通过的路径上。如果是在电波射束通过的路径上，应测量建筑物的高度。

另外，在遇到路径虽然视通，但路径中间有形成强反射的地域时，勘测人员必须前往现场，对有效反射区范围内的地貌作详细了解。以便对地面反射系统做出较准确的估计。

3.2.5 填写勘察调查表及绘制图纸

(1) 填写基站站址勘察调查表，每一基站的每个候选站址都需填一份勘察调查表，作为基站方案比较的基础资料。

微波传输基站站址勘察调查表应包含如下内容：基站站号、站名，所属行政管辖区名、站址单位名称，站址所在地图图号、磁偏角、站址坐标，基站站型、天线辐射方向、天线挂高，微波天线口径、通信方位、天线挂高，近场障碍物高度及方位，供电情况等等。

如属利旧(或租用)机房的基站，则还需包括已有机房大致情况，已建通信铁塔（抱杆）的高度，已有微波设备使用频率情况、已挂天线方位、高度，已建通信电源使用情况等内容。

(2) 根据每一站址和断面的现场勘测，确定站址可用度，可利用资源情况(机位、电源、电池、空调、走线架、铁塔、桅杆等)；重新整理和修正每一接力段的断面图，并判断该断面图是否符合电波传播的要求。

(3) 确定各站的设备配置、排列方式，近期和远期工程设备安装位置。

(4) 确定室外微波及基站天线的安装位置、辐射方向及射频馈线的路由走向。

(5) 绘制可用于指导安装施工的图纸，种类如下：

A. 总平面布置图

(表明机房、铁塔、变压器终端杆、油罐、站内道路、围墙、大门等的平面布置及相对位置。平面图还应反映出该站的地形，画出地形测量等高线，并标明磁记、建北方位及夹角度数)

B. 机房设备平面布置图

(表明机房内微波设备、基站设备和其他有关设备的排列与安装位置，各部分尺寸、门窗、孔洞位置)

C. 机房走线架平面布置图

(反映出机房内走线架总体布局及其安装位置)

D. 天线平面布置和铁塔与机房相对位置示意图

(表明微波及基站天线在铁塔上安装的平面位置及磁北通信方位、辐射方向，对于设在通信大楼内的基站，要表明天线在楼平台上或楼顶塔上的安装平面位置。表示铁塔与机房、设备及馈线孔洞之间的相对位置和距离。另外，图上应标有磁北、建北方位和相互之间的夹角)

E. 馈线走向图

(绘出从天线至机架间整个馈线系统在铁塔上，塔身上、室外过桥、机房馈线孔洞上、室内走线架上等的具体走向，包括馈线的安装位置，标明本站使用的馈线数量、长度)

4 编制勘察报告

勘察工作结束后，必须对每一基站及微波接入方案的勘察资料作全面整理。在充分听取建设方意见和对设计方案进行充分论证后，编制勘察报告。勘察报告应包含如下内容：

(1) 确定每一基站的最佳候选站址，最佳候选基站的最佳传输路由。

(2) 各基站的设备配置表；

(3) 各中继段的微波路由参数计算表及地形剖面图；

(4) 各站的总平面布置图；

(5) 各站的机房设备平面布置图；

(6) 各站的机房走线架平面布置图；

(7) 各站的馈线走向图；

(8) 其他勘察中发现的问题，诸如个别基站微波不能视通，个别基站建站条件十分困难，原方案所选站址已被其他单位占用等等情况。

5 结论

移动通信工程微波传输基站勘察选址是一项细致复杂的工作，需要事先作好充分准备，实地勘察时又需要有随机应变的能力。本文阐述的移动通信工程微波传输基站勘察选址技术要点，主要来源于笔者在实际勘察设计中的工作经验及总结，已在各大运营商移动通信网建设工程中得到充分应用，并被证明是有效可行的，在满足工程建设需求的情况下，为建设单位节省了投资，有效地避免了重复、盲目建设现象，直接或间接地为建设单位带来了一定的经济效益。另外，勘察选址为设备供货商提供了强有力的技术支持，对于合同的最终签订具有指导意义。