基于城乡规划的无线通信基站布点规划研究

2021-11-23韩冰，赵喆

通信电源技术 2021年11期

韩冰，赵喆

（中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，河南郑州 450052）

0 引言

无线通信在构建信息基础设施、推进信息现代化以及提高信息水平等方面具有重要的积极意义，有助于提高城市服务功能与城镇化发展水平。现阶段，无线通信基站等基础设施规划仍存在一定的问题，如在选址和建设等方面问题较为突出，因此应通过合理布局、共建共享等方式，与城乡改革规划相结合，树立创新意识，科学规划相关设施，进一步推动通信基础设备的可持续发展。

1 城乡规划与5G基建建设现状

城乡规划主要包含三级三类规划，其中三级是指国家、省级以及市县的规划，三类是指总体、区域以及专项规划。总体规划包含国家级的战略综合规划，如国民经济和社会发展等；区域规划是指特定区域的经济和社会发展；而城乡规划属于专项规划内容，其主要作用在于合理规划城乡管理、协调城乡布局，达到改善人居环境的目的。以高度集约化与合理化的利用城乡土地等资源，实现城乡经济的协调发展。城乡规划的总体规划重点在于实现城市的综合管理与部署，一般期限为20年，其重点在于确定总体的城市发展目标，制定城市发展方向，对城市用地等进行合理规划，做好功能区域的划分。此外，对街道和交通运输等进行分类管理，实现城区的改造与工程项目的管理[1]。

5G基站的建设与选址有助于实现信号的全面覆盖，截至2020年初，我国投入使用的5G基站数量已超过160 000。5G频率谱的有效应用，能够更好地满足超密集的业务应用，具有较大容量的应用环境范围，可以为用户提供更加全面和系统的使用体验。因此，国家及政府对5G行业的发展予以大力支持，各地的政府部门纷纷出台相应的政策法规，用以推动5G行业的快速发展。主要内容包括基础设施建设的选址、5G站址的资源共建与共享以及5G通信基站的电力保障工作。一系列政策拥有推动范围广、力度大以及节奏紧的特点。中国联通与中国电信分别进行不同区域的5G网络建设，现阶段两家运营商在南方建设5G网络面积比为4∶6[2]。

2 无线通信基站布点的城乡规划流程

2.1 整体规划流程

对于城乡无线通信的规划来说，有正向与反向两种思维。其中，正向思维是做好通信专业的规划，再进行城乡规划的转变，有效校验通信的规划数据。正向思维规划流程具有准确性高的优势，弊端在于当通信规划完成后进行城乡规划的转入时，需要依据城市的不同阶段进行逐一变更。而反向思维则是先进行城乡专业的规划，再将其转出到通信的规划中，有效校验城乡的规划数据。该方式具有将城市阶段性规划与通信基站间距进行同时布点的优势，弊端在于工作人员对城乡规划图纸进行操作时极为不便，导致效率低下。从上述的方案中能够得出，正向思维规划方式优势更为明显，因而应用也较为广泛[3]。

通信基站的总体布局原则上以现阶段网络制式和频段进行合理分配。通常来说，5G基站的密度为4G基站密度的2.4倍左右，在密集的城区，站间距控制在300～400 m，普通县城区域内站间距为350～450 m。5G网络天线之间的距离需要大于20 m，使用NSA网络时，4G和5G的天线垂直距离在2.5～5.2 m即可。而对于普通的抱杆来说，AUU的底部应预留600 mm的布线空间，为保证后期的维护与保养工作顺利实施，需要保持底部与地面距离大于1 200 mm，另外顶部需要预留300 mm的空间，左侧与右侧预留250 mm的空间，以进行后期的布线。

2.2 通信规划流程

目标网的规划包含场景网格规划、推算目标网规模、通信规划、按需规划以及链路预算等5个部分。其中，场景网格规划中的网格主要分为逻辑网格和物理网格两种不同类型。物理网格可分为4级，第1级为地市级网格，第2级为区县网格，第3级为场景网格，第4级为子网格。该规划模式通常以3级物理网格为主。逻辑网格应用于高速、高铁以及城际铁路等方面。应注意的是，网格在进行划分的过程中应以支撑规划为主，再依据无线传播环境进行市区、乡镇以及农村的划分，并精准计算网格面积和网站点数。

按需规划有常规数据和可选数据调研两种，其中常规数据由电信企业、铁塔公司以及广电存量为主，对规划数据信息进行有效整合与分析，从中选出合适的存量和新建站点进行共享。可选数据由网优数据等组成，不仅能够有效分析容量的空洞，达到补缺漏洞的目的，而且能与点线面的纬度进行结合，收集与规划高铁、旅游景区以及老城改造等方面的相关数据。对于链路预算来说，无线通信基站的覆盖半径与站间距离、电波传播模型以及链路预算关系紧密，因此可以通过对网络类型和覆盖区域类型等进行科学合理的链路预算分析，精确计算出单站的覆盖半径和面积，其中三大运营商在不同系统制式的覆盖半径有所不同，具体如表1所示。依据网格的面积和单站的覆盖半径，能够有效计算出网格应增补的基站数量，进行网格点数统计后，其两者的差值就是需要增补的站点数[4]。

表1 三大运营商在不同系统制式及地区的覆盖半径

对于密集城区和普通城区来说，站址无线覆盖需要依据当地经营行业的相关规定进行合理规范。站址的偏移位置应尽量满足六角蜂窝结构，使得偏差范围不会对网络覆盖造成影响。现阶段的建设过程中，站点偏移所产生的容差为相应区域内站与站之间的间距和所覆盖的目标，新站点需求应尽量处于偏差的容差范围内。科学合理地考量不同用户建设站点的社会效应以及施工难度，不得在200 m以内的范围建立多个基站，但不包含小型基站，防止后期需求变化进行调整，浪费资源。若电信公司无法有效整合需求，则可以通过与政府和交通等行业进行协调合作，达到资源的有效调整，防止资金浪费[5]。

2.3 城乡通信规划流程

在城乡进行通信规划的过程中，有效确认经纬度站址后，将其导入到城乡规划的计算机辅助设计（Computer Aided Design，CAD）中，在图层完成站点和城乡规划的有机结合，达到匹配或纠偏的目的，最终能够完成城乡规划的无线通信基站布点规划工作。站址在导入CAD的过程中，首先应将其经纬度修改为城市的坐标，使其生成文件名称后进行有效保存，做好点样式的修改工作。城乡坐标系的重点在于实现经纬度和坐标系的转换，生成相应的转换公式。当基点的准确性较低且偏离量不准确时，极易造成站点出现错误，从而使整个规划缺乏准确性。不同城市的基准坐标都为保密值，因此通信规划人员无法获取，需要依据大数据和人工智能等方式进行基准点与偏移量的计算。从建成的CAD中选出部分能够判别的点位，进行坐标的记录，同时记录完整的经纬度，利用大数据的方式进行反推，得出基准点和偏移量。

以选择多片区的方式进行基准点和偏移量的多次计算，有助于提高计算的准确程度。在CAD图层中，站点和城乡规划的融合可以用来统计地块的功能属性。原计划中，商业住宅区域内的站点进行有效偏移，占地面积的有效分析主要以基站和机房等占地面积为主。做好塔型塔高的规划与限制，在进行城乡规划时，需要对地市的各部门进行有效对接，如水利、交通、卫生以及住建等[6]。

通常情况下，现场应与树林和高压线保持一定的距离，若只能在高压线附近进行施工，则需要使建筑远离高压线距离超过100 m。除此之外，在建设铁塔时，塔高在城区受到网络覆盖等因素的影响，其高度在25～40 m为宜，而在郊区或农村，则可以选择高度为30～55 m。在建设铁塔的过程中，若是一家建设，景观塔多为2～3个平台，选择9副天线。若两家进行共同建设的情况下，则需要搭建3～4个平台，选择12副天线。

3 基于城乡规划无线通信基站布点实例分析

3.1 实例概况

以某西部城市为例，通过对该市的前期调研发现，该市生产总值同比上升3.6%，第一产业的增加值同比增长4.3%，第二产业的增加值同比增长4.1%，第三产业的增加值同比增长3.5%，贡献率为5.6%、59.1%以及32.6%。现阶段，该市提高了对交通信息网络建设工作的重视程度，其基础设施逐步完善，推动了旅游业与交通运输业的发展[7]。

3.2 通信网络类型与电信企业资源现状

目前，该市3家运营商的基站总数为980，其中移动公司拥有520个，联通拥有256个，电信拥有204个。3家电信企业的铁塔需求为290个，新建基站为138个，总投资4 235.66×104元，单站的平均投资在25.6×104元，存量改造75个，投资121.3×104元，单站的平均投资为1.6×104元。当下，单一运营商公司使用的站点有582个，两家运营商公司共享的有245个，3家运营商公司共享的有153个。现存铁塔的站址中，机房类型主要有专用机房、自建砖混机房以及一体化机房等，其中自建砖混机房的比例高达52%[8]。

3.3 运营商需求整合

在本次规划中，铁塔的总需求量为262个。通过分析与调研得出，3家电信企业在市区、乡镇、县城以及农村的需求量具体数据如表2所示。为有效整合运营商需求，选择新建站址的方式，以距离近和目标一致作为整合的主要依据，最大限度地使两家或两家以上的电信企业实现共享，进而有效提高新站址的共享率。对于站址的需求整合，应重视站址的偏移容限问题，综合考量网络的建站效果以及所产生的综合社会效益，选择最佳的位置进行新站址的建设，防止发生重复建站的情况。在室分场景中，站址需求较高的位置主要集中在党政机关和商务楼宇[9]。

表2 3家电信企业铁塔需求量

3.4 目标规划设计成果

在本次规划中，计划新增宏站站址136处。有效改善了运营商的网络现状，实现了科学规划5G基站的目的，并有助于提高基站的共享能力，在提升网络质量和加快5G基础设施建设等方面都具有积极的意义。与此同时，能够助力运营商有效利用最低的成本达到网络覆盖最优的效果。通过合理改造、新增站址的方式，达到降低成本和改善基站建设效果的目的[10]。