5G天面整合和改造方案研究

2023-08-04王珏

通信电源技术 2023年8期

王珏

（中国铁塔股份有限公司合肥市分公司，安徽合肥 230000）

0 引言

随着5G 商用牌照的正式发放，5G 建设速度逐渐加快。5G 宏覆盖组网采用多通道有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）形式的产品架构，射频和天线合一，无法利旧现有的天馈器件，需要独立新建[1,2]。5G AAU 为全有源架构，尺寸大、重量沉，只能与现网2G、3G 以及4G 无源天线独立部署，天面空间更加紧张。

在各大运营商降本增效的建设环境下，利用现网天馈资源改造是最有效的方法。由于5G 设备与4G 设备在重量上由原来的20 kg 左右增至40 kg 左右，对天馈资源改造提出了更高的要求[3]。

5G 建设中，对于现网天面资源无法独立安装5G 天线的场景，需考虑现有新增及存量现状，将原有天线进行整合或进行天馈改造，以满足5G 建设需求。根据现网天面建设具体情况，研究其他通信系统天线距离5G 天线较近时产生的干扰情况及干扰隔离问题。

1 5G 天线安装空间隔离度及隔离距离要求

在各大运营商共建共享的背景下，各运营商之间的天线出现多频段，多输入多输出（Multiple-Input Multiple Output，MIMO）多流和多载波的情况也不断增加。不同信号系统之间距离较近会产生互相干扰，主要包括杂散干扰、阻塞干扰、互调干扰[4,5]。不同系统基站对5G 基站的杂散干扰隔离度要求如表1所示。

表1 系统基站对5G 基站的杂散干扰隔离要求

天线垂直隔离距离为

天线水平隔离距离为

式中：c为光速；Iv为垂直隔离度；Ih为水平隔离度；f为被干扰系统中心频率对应的波长；GTx为发射天线增益；GRx为接收天线增益。

经过计算，5G 基站与在运营的其他无线系统共站布置，只需要达到35 dB 的天线隔离度，对应空间水平隔离距离大于1 m 或者垂直隔离距离大于0即可。

2 天面整合和改造方案

某市50 个存量站改造情况如图1 所示。楼顶站共有物理站点30 个，其中新增楼面抱杆20 个，新增楼面方柱6 个，利旧抱杆4 个。地面站共有物理站点20 个，其中利旧抱杆2 个，新增塔类抱杆15 个。该市50 个站点中，3 个站点进行了天线合路。

图1 某市50 个站点改造情况

2.1 地面塔改造方案

根据现网情况，地面塔改造方案主要分为天面整合和天面改造。

2.1.1 天面整合

（1）多频合路。采用多频率的合路抱杆天线时，可以集成多个天面管理资源，空出一个抱杆供5G 多个设备同时使用[6]。

（2）共模改造。针对同时具备C 网（CDMA 网）和长期演进（Long Time Evolution，LTE）800 MHz 站点的基站，根据实际情况完成CL 共模改造，拆除C网设备，空出抱杆。

以某市近期改造的某学校站点为例，将单LTE 800 MHz 站点替换为CL 共模站点后，网优现场测试发现由于L网功率降低，参考信号接收功率（Reference Signal Receiving Power，RSRP）和信号与干扰加噪声比（Signal to Interference plus Noise Ratio，SINR）均有不同程度的下降，测试结果如表2 和表3 所示。

表2 替换前后现场测试指标对比

表3 替换前后网管指标对比

测试结果表明，LTE 800 MHz 站点变更为CL 共模站点后，信道质量指标（Channel Quality Indication，CQI）占比及用户体验速率有较大下降。单L 800 MHz 替换为CL 共模站后，单射频拉远单元（Remote Radio Unit，RRU）满配功率会分配1/3 给C网，进而影响用户感知，因此建议市区站点慎重使用此方式，替换后要做好优化复测。

2.1.2 天面改造方式

（1）直接新增支臂或平台。依据承重复核报告结果，可以直接新增天线支臂或平台完成改造，如图2、图3 所示。

图2 新增支臂

图3 新增平台

（2）降低RRU、天线挂高。在不影响网络覆盖的前提下，通过下调天线和RRU挂高，减小风阻系数，提高铁塔新增5G 设备承载能力，如图4、5 所示。

图4 降低RRU 挂高

图5 降低天线挂高

（3）拆除平台、美化外罩，更换为抱杆。传统平台或美化天线外罩的体型系数、风阻系数都较大，必要时可采取拆除手段提高铁塔承载能力，如图6所示。

图6 拆除传统平台

美化单管塔美化外罩截面尺寸比较大，其承受的风荷载远大于天馈系统承担的风荷载，因此拆除美化外罩能有效减少风荷载，提高共享能力。拆除侯的效果如图7 所示。

图7 拆除美化灯饰及外罩

2.1.3 5G 天线挂高要求

在3.5 GHz 频段、上行边缘速率为5 Mb/s、下行边缘速率为50 Mb/s 的情况下，对于不同AAU 挂高的5G 站址，利用3GPP TR 38.901 中定义的Uma NLOS 传播模型预测满足覆盖要求情况的站间距。以密集城区为例，假设其街道宽度为20 m，平均建筑物高度为20 m，终端高度为1.5 m，则5G 链路预算预测结果如表4 所示。

表4 预测结果

以某市现网情况为例，其密集市区有170 个LTE 1.8 GHz 站点，平均站间距为375 m。在现网LTE 站点平均站间距为375 m 的基础上，根据链路预算计算结果，如果想达到与4G 网络同等的覆盖效果，需要满足5G 天线最低挂高达到30 m。

某市火车站广场南站点，现网LTE 800 MHz 挂高22 m，LTE 1.8 GHz 挂高27 m，铁塔平台紧张无法新增抱杆。LTE 800 MHz 双模与LTE 1.8 GHz 合路后，挂高27 m，空出抱杆安装5G AAU 挂高22 m，根据链路预算不能满足站间距覆盖，后期需要新增站点解决。当前5G 主要与存量1.8 GHz 站点1 ∶1 建设，因此建议5G 挂高需根据不同地市的4G 站间距差异化确定。