基于传感技术的新型基站设计

2021-06-07蓝家禄毛新宇王志辉

通信电源技术 2021年4期

蓝家禄，毛新宇，王志辉

（浙江八方电信有限公司，浙江杭州 311123）

0 引言

针对5G超密集组网的特点，研究各种建站资源和方式，设计了基于传感技术的新型基站，利用城市道路（绿化带等）来实现网络的前期部署。该项目是基于传感技术的新型基站解决方案，具有系统集成度高、小型化以及通信塔、机柜与天线融合设计的特点。同时开发的基站远程在线监测监控系统基于GIS平台和分布式数据库管理系统，结合Internet技术建立一个3层C/S和B/S混合结构的监测预警系统，实现智能监控基站重要参数的目的[1-10]。

1 基于传感技术的新型基站集成设计

为了提升4G/5G服务质量，解决道路场景的基站建设，将基站塔体融入到现场环境中。为客户解决基站建设中遇到的问题，运用工业美学设计，开发设计了基于传感技术的新型基站，达到与环境的和谐统一，同时产品外观造型可以根据客户需求及现场进行设计制作，因地制宜，与环境和建筑物融为一体。

该新型基站的美化机柜、塔桅以及天线等为适应绿色通信的需要而设计，整体上更加绿色环保。同时将机房设计成小型机柜，将通信塔设计为开孔同径式路灯或者监控杆，并将天线集成美化，通过轻量化设计和功能融合有效做到节能减排，相比传统基站进行了大幅创新，效果如图1所示。

图1 基于传感技术的新型基站效果图

该新型基站集成温湿度等各类传感器、采集模块及分析模块，设计安放在合适位置，实现对基站主要参数的实时不间断采集。对采集到的数据进行预处理和精简计算，形成统一格式后加密上传到监控中心，由智能监控系统进行实时管理。基于传感技术的新型基站具有系统集成度高、通信塔、机柜与天线融合设计以及快速建站等特点，可为运营商提供大规模4G/5G基站建设，改善网络覆盖质量，实现大规模移动通信网络覆盖。

2 通信塔桅整体受力分析与融合设计

2.1 通信塔桅整体受力分析

本设计引入SAP2000力学模型，通过有限元技术对基站进行整体受力分析，对自重、风、雪及地震等荷载进行工程设计和验算，使基站满足抗8级大风的要求，确保安全。有限元模型为塔体架设在美化配重基础上就相当于一根细长的悬臂梁，塔体顶部安装集束天线，导致顶部承受的风荷载最大，且风荷载的大小和方向不断变化。基于传感技术的新型基站模型及受力分析如图2所示。

图2 塔桅整体受力分析模型图

2.2 通信塔桅创新性融合设计

塔体经过数控折弯机折弯成型后，使用合缝一体机进行多边形锥管的自动合缝焊接，该工艺采用工件移动焊枪固定的方式进行焊接，不但能够满足低速大扭矩和高速恒功率的要求，而且具有调速精准的特点，可以保证塔体焊接的质量。传统型连接如图3所示，创新型内置隐蔽式连接图4所示。塔体两端采用法兰外置连接方式，此种连接方式法兰突出造成视觉美观度下降，破坏城市道路景观环境，与周围环境极不和谐。一种创新型内置隐蔽式连接方式，对塔体表面图案进行造型设计和美化喷涂，设计出的塔体具有传统灯杆塔无法比拟的整体性、美观度以及与环境的融合性，同时结构上的创新带来了防盗和防水性能的极大提高。

图3 传统型连接

图4 创新型内置隐蔽式连接

集束天线和塔桅结构融合设计，使通信塔和市政灯杆相似，有很好的伪装和美化效果。再根据现场情况的需求，兼顾照明美化、事故检测以及交通指示等功能，力求外观美观，做到与环境和谐统一。

3 联动一体式防水广告机柜设计

现有道路绿化带的基站塔桅和机柜是分离式，存在占地面积大和整体性差等不足。塔桅和机柜一体式设计是行业发展的趋势，但是塔桅受力摆动时会对机柜造成破坏性的挤压导致漏水，甚至破坏机柜里的通信设备，给相关人员带来一定困难。为此采用联动一体式防水设计，开创性地将机柜框架与塔桅整体式焊接，塔桅从美化机柜顶部中间位置穿过时，塔体和机柜成了整体性受力系统，在外力作用下塔体和机柜同步摆动，从根本上杜绝了两者的挤压，解决了上述挤压、漏水乃至设备破坏的行业难题。

美化机柜采用广告集成舱式景观设计，优选为正多边形广告面，机柜外表面进行美化处理，面板采用广告专用的亚克力板，与LED结合可产生变色效果，且光线柔和均匀，广告色彩还原真实。内部装有可拆卸式广告灯片，灯片四周采用LED照明方案，可定期更换广告灯片内容，使其与周边环境更加和谐美观。

机柜产品采用“三明治”结构设计，内外层柜体采用具有良好防腐性能的优质铝合金或不绣钢板材，采用3点锁定结构，加强机柜的安全性构件中镶嵌的特殊绝热材料，可以有效阻挡户外紫外线等传导热向柜内的渗透。同时选择专业的户外空调系统，确保机柜内部环境满足通信设备的正常运转条件。内部由标准19英寸机架、温度管理控制系统、电源系统、门禁、环境控制系统以及配线单元模块等组成。机柜达到IP65防护等级要求，且机柜外部做广告板设计包封，将机柜隐藏，减小民众投诉。机柜内部如图5所示。

图5 机柜内部图

4 智能充电桩设计

智能电动汽车充电桩负责为车载充电机提供安全可靠的交流电源，其基本构成包括桩体和电气模块。桩体包括外壳和人机交互界面，电气模块包括充电插座、主控板、电缆转接端子排以及安全防护装置等。将智能网络嵌入到充电桩内部，与控制系统结合，就可以为中小型充电桩提供快速简单的网络接入以及数据透传。整个智慧充电桩系统由充电桩、后端网管平台、数据管理中心以及基于互联网的各种App应用构成，充电桩运营企业除了可以远程实时监控和维护外，还可以提供丰富的在线应用。

5 基站智能在线监测系统

如此多数量的基站，由于长期受到天气环境和人为施工等的影响，容易发生变形。当变形达到一定程度时，或者由于变形造成铁塔应力变化时，均有可能使铁塔发生倒塌等情况。

目前采用的人工测量方法不但效率低，而且无法保障检测数据的准确性和及时性，无法早期预测满足铁塔安装事故并及时排除安全隐患，保证铁塔正常运行的要求。因此，有必要设置一套自动化在线监测系统，实时检测铁塔状态，同时将现场的检测信号传送到监测中心，并将数据发布于内部网络上，方便有关人员实时监测、统计与分析。

基站智能在线监测系统利用无损传感器技术，通过分析包括结构响应在内的结构系统特性达到监测结构安全的目的。其基本内涵是通过监控与评估结构状况，在特殊气候或结构运营状况异常严重时发出预警信号，为结构维护和管理决策提供依据与指导。

基站智能在线监测系统不仅是为了结构状态监控和评估，其信息反馈于结构设计的更深远的意义在于结构设计方法与相应的规范标准等可能得到改进。此外，基站智能在线监测系统为结构工程中的未知问题研究提供了新的契机，由运营中的结构与其环境所获得的信息不仅是理论研究和实验室调查的补充，还可以提供有关结构行为和环境规律的最真实是信息。基站智能在线监测系统不只是传统结构检测加结构评估新技术，而且被赋予了结构监控与评估、设计验证和研究与发展3方面的意义。

基站智能在线监测系统基于GIS平台和分布式数据库管理系统，结合Internet技术，建立一个3层C/S和B/S混合结构的监测预警系统，将网络作为信息传输平台，将现场外场监测组合子系统和监控中心子系统有机地连接为一个分布式的整体，同时远程用户可以通过Internet连接到现场监测组合设备，并通过网络对系统进行控制。

远程客户端可以直接从采集服务器处获取数据，不需要经过数据存储过程，可以获得铁塔的实时状态数据。整个系统不仅利用GIS实现空间信息和非空间信息的集成，而且在同一GIS平台下实现自动监测信息发布、数据共享与交流协作等，真正满足整个系统数字化、高资源利用效率及可持续发展的要求。