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[關鍵詞]:基站系統 引入途徑 防護措施 直擊雷 感應雷
1.引言
近年來,隨著移動通信技術飛速發展,通信設備可靠性日益提升,后臺的維護方法與保養技巧更加有效,移動通信基站的運行可靠性也得到大力提高,但是,由于各類通信設備電路集成度的大大提高,使得設備對雷電的敏感程度也同步增高,于是,雷害問題迅速凸顯出來,由雷擊導致設備損壞和信息傳輸中斷,甚至威脅到基站維護人員的生命安全,嚴重影響到社會生產和群眾生活。
2.雷電的類型
雷電是天空中帶電云層對地面物體產生的劇烈放電現象,通常伴有閃電和雷鳴,分直擊雷、電磁脈沖、球形雷、云閃四種。其中,電磁脈沖主要影響電子設備,云閃則對人類危害最小,直擊雷威力最大。當移動通信基站遭受雷擊時,將主要表現為直擊雷、感應雷、地電位反擊3種危害形式,直擊雷的產生概率最小,但危害情況最嚴重;感應雷是目前移動通信基站存在的主要危害形式。
3.雷電侵入移動通信基站的主要途徑
移動通信基站是一個綜合系統,分城區站、城郊站和高山站基站,雷電侵入移動通信基站的主要途徑表現為:
(1)從天饋系統進入移動通信基站
由于絕大部分的基站是位于高樓或是高山上,其海拔高度均要高于周邊的其他建筑物,尤其是暴露在外的天饋部分則自動成為了雷擊的選擇對象,通信鐵塔作為雷電對地放電的主要接閃通道,很容易導致其他基站設備遭受雷擊。當基站鐵塔遭受雷擊時,鐵塔上會出現很高的雷電過電壓,相應地會在天饋線上感應較高的雷電過電壓。若天饋線在進入基站前未接地處理或接地不當,天饋線上感應出的雷電過電壓就會沿天饋線竄入基站進而損壞設備。
(2)從信號傳輸線路進入移動通信基站
信息產業部YD5068-98中指出:“信號電纜應由地下進出移動通信基站,電纜內芯線在進站處應加裝相應的信號避雷器,避雷器和電纜內的空線均應做接地保護。站區內嚴禁布放架空纜線。”實際中常出現信號線架空進入基站引入雷電流。當有不帶電的線纜或其他金屬件從戶外引入基站內時,則一定要對這種金屬件做接地處理,否則雷電流將進入基站損壞設備。
(3)從光纜加強筋進入移動通信基站
現在,隨著3G站的建立,由于光纖傳輸容量大、系統質量輕、抗電磁干擾能力強等特點,光纜從室內走向室外,不僅在通信傳輸設備中有大量光纖接口,在天饋部分也開始引入光纜。當有雷擊發生時,露天架空敷設的傳輸光纜由于帶有金屬加強筋,很容易感應上雷電過電壓。若傳輸光纜進入基站前對其加強筋末端的處理不當,加強筋上感應出的雷電過電壓會沿著光纜進入基站,很容易造成加強筋在機柜內部對導體拉弧放電,進而損壞通信設備。
(4)從電源系統進入移動通信基站
信息產業部YD5068-98規范中指出:“進入移動通信基站的低壓電力電纜宜從地下引入機房,其長度不宜小于50m。電力電纜進入機房時在交流屏處應加裝避雷器,從屏內引出的零線(N線)不做重復接地。”盡管目前移動通信基站的交流電源引入大都采用架空電源線直接引入的方式,但由于電力電纜直接暴露在空中,當發生雷擊時,空間電磁場在電力電纜上感應出的雷電過電壓則沿著電力電纜進入基站,對機房的用電設備造成損壞。
(5)從機房內地網進入移動通信基站
目前的移動通信基站基本都建立了地網,當雷電流沿基站附近的避雷器對地泄放時,由于接地電阻的存在引起基站的地電位升高,進而對基站內部設備進行反擊,將從基站內設備接地端口引入雷電流,倘若此時基站內設備接地不當,則會在接地線上感應出較大的感應過電壓,進而損壞設備。同時,一級防雷箱的接地線過長,就會在接電線上產生較大的電壓,從而擊壞基站機房內通信設備,因此,這也成為雷災引入的又一途徑。
4.移動通信基站雷電防護的主要措施
隨著防雷工作不斷發展,根據國際上國際電工委員會頒布的IEC系列防雷標準、國內頒布的基于IEC標準的國標、行業標準以及中國移動通信集團關于通信基站雷電防護的相關要求,結合對雷電類型和雷害入侵基站的途徑分析,移動通信基站雷電防護的主要目的就是通過“引”或 “泄”等方法把雷電流排斥、阻擋在機房、設備之外,減小雷電對移動通信基站設備和相關人員的危害,降低經濟損失。移動通信基站雷電防護的主要措施表現為:
(1)對直擊雷的防護措施
通過接閃器、引下線和接地體進行防護。
1)有鐵塔的移動通信基站其鐵塔本身是最好的接閃器,要求鐵塔四周與屋頂避雷帶的電氣連接;如果移動通信基站附近無鐵塔的,則宜優先采甩避雷網作為建筑物的接閃器;如果屋面有天線等通信設施可在局部加裝避雷針保護,以減小通信站的雷擊概率。其中避雷網的網格尺寸應不大于10 m×10m,避雷針應與避雷網可靠連接。
2)通過引下線進行雷電防護的原理是利用至少兩根或多根良好接地并已經作好防腐處理的引下線,提高防雷裝置可靠性,大大降低沿線壓降,減少側擊危險,讓雷電流均勻入地,便于地網散流,均衡地電位,減小感應雷的危險,確保及時有效地將雷電流導入大地。
在布置引下線時要注意幾個方面:首先,相互之間的間距控制在18m以內,如果是在重要交換局和100m以上的通信樓,則其間距應控制在12m以內,沿建筑物四周均勻對稱布置;其次,如果要加長則需要采用l0 mm的圓鋼或相同面積的扁鋼,與各層均壓環焊接;最后,對于框架結構的建筑物,引下線可用建筑物內的鋼筋來完成;有鐵塔的移動通信基站,可用鐵塔本身作為引下線。
3)接地體,是指在土壤中埋下起散流作用的直徑大于50mm,壁厚大于3.5mm鋼管、尺寸不小于50mm×50mm×5mm的角鋼或尺寸不小于40mm×4mm的扁鋼作為導體將雷電流安全有效地導入大地,實際應用中多采用接地體應采用多根接地體連接成環型,以方便雷電流的散流和內部電位的均衡。
(2)對感應雷的防護措施
感應雷主要表現為靜電感應和電磁感應兩種方式,它可以通過電力電纜、通信電纜、光纖和天饋線侵入通信基站,也可以通過空間感應侵入通信站的內部線路。
由于電力電纜的距離長且對雷電波的傳輸損耗小,所以危害最為突出的是從電源侵入的感應雷,故電源部分的雷電防護時移動通信基站雷電防護的重點。此外,感應雷雖然經過建筑物和機殼的屏蔽衰減后其能量大為減小,但由于站內許多設備的抗過壓能力很弱,需要良好處理。
5.結束語
移動通信基站的雷電防護應作為一項綜合系統工程,應根據各地地理環境和氣象條件,結合現有移動通信基站雷電防護設備設施建設情況和引入雷災的主要途徑進行方案設計,選擇合適的防護方法和防護措施,確保移動通信基站設備的正常運行和維護人員的安全。
參考文獻:
【1】淺談移動通信基站防護雷電災害的有效措施.張宇楠[J].《中國科技博覽》,2011年30期.
【2】中華人民共和國通信行業標準,YD 5098-2005,通信局(站)防雷與接地工程設計規范.
關鍵詞:雷電電磁脈沖 屏蔽 等電位 接地 移動通信基站
1、引言
隨著微電子技術的應用滲透到生產和生活的各個領域,雷電災害的范圍變得越來越大,由閃電直擊和過電壓波沿金屬線傳輸擴大到雷電電磁脈沖(LEMP-lightning electromagnetic pulse[1])從三維空間入侵到任何角落,無孔不入地造成雷電災害。移動通信基站是由電源模塊、接收發射模塊、天饋線模塊、中繼傳輸模塊等構成的一個綜合系統。每到雷雨季節時,抗擾度水平低的移動通信基站MODEM、程控交換機、GSM設備、2M板等常常因雷擊而損壞,造成較大的直接和間接經濟損失,影響當地移動通信系統的正常運行。因此,在移動通信基站建設之初就應該對雷電電磁脈沖防護提出非常嚴格的要求,以確保通信設備和人員的安全,減少雷電或其它強電磁脈沖對移動通信系統的干擾,使相關設備免遭損壞,保證通信系統安全可靠地運行。
本文正是就移動通信基站的綜合雷電電磁脈沖防護提出的設計方案。
2、雷電能量耦合到移動通信基站的主要途徑
雷電電磁脈沖是一種強干擾源,它的傳輸途徑分為兩種:一種是空間傳輸的輻射干擾。閃電通道和引導閃電電流的外部防雷裝置都起著輻射天線的作用,它們向周圍空間輻射強電磁波;另一種途徑是沿金屬導線傳輸的傳導干擾。雷電電磁脈沖產生的過電壓沿電力線、信號線、地下或地上的電纜線、天饋線以及各種金屬管道等導體進行傳輸。
就室外的移動通信基站而言,雷電電磁脈沖能量的耦合途徑主要有:1、雷電直接擊中金屬導線,如電力線、通訊線等,雷擊過電壓傳導到室內,將終端設備擊壞;2、雷電擊中金屬鐵塔,雷電流在下泄過程中形成的高壓與鄰近的信號系統之間發生反擊;3、雷擊形成的電磁脈沖以波的形式傳輸到機房內部,在內部信號網絡上感應出過電壓或者過電流,從而損壞系統設備。
3、雷電電磁脈沖的綜合防護技術
移動通信基站是由電源模塊、接收發射模塊、天饋線模塊、中繼傳輸模塊等構成的一個綜合系統,防雷的目的是保證整個系統能正常工作,不受雷電的干擾和破壞。IEC的導則指出,防雷最終是通過等電位連接實現的,等電位連接的位置選擇在不同防雷區的交界處,而雷擊的能量通過接地系統引入大地。根據IEC-61312防雷分區[2]的概念可以知道,不同防雷保護區之間的電磁強度不同,除LPZ0區外,內部防雷保護區因電磁衰減而與外部防雷保護區的雷電電磁強度不一樣。因此,做好屏蔽措施,在一定程度上可以有效防止雷電電磁脈沖的侵入。除了線路入侵和電磁感應之外,雷電電磁脈沖進入內部防雷保護區的途徑還有接地系統。當雷擊點在地網附近,雷電流通過接地體入地,地網瞬間的高電位可能通過接地線反擊到設備,造成設備損壞。可見,要實現雷電電磁脈沖的綜合防護,應同步采取外部防雷措施和內部防雷措施。IEC/TC-81將綜合防雷總結為[2]:D-B-S-E技術,即分流(Dividing)、均壓(Bonding)、屏蔽(Shielding)、接地(Earthing )四項技術的綜合。只要綜合采取四項措施,嚴格按照相關技術規范進行設計施工,就能起到理想的防護效果。
4、廣東省云浮市某移動通信基站雷電電磁脈沖的防護設計
4.1 防雷對象實際勘測
4.1.1 勘測對象
勘測對象為廣東省云浮市某移動通信基站。
4.1.2 地理、氣象條件
該移動通信基站設在廣東省云浮市郊外某小山頭,海拔高度為150米。山頂土壤淺薄,表層15厘米以下為香灰土,土壤電阻率大。廣東省云浮市的年平均雷電日數為87.6天,最高年份為124天,屬雷擊高發區。
4.1.3 防雷類別的確定
按照建筑物的年預計雷擊次數計算公式[3,4]:N=(次/a)
N-建筑物年預計雷擊次數,單位:次/a;
K-校正系數,因基站設在山頂,K取2.0;
Ng-建筑物所處地區雷擊大地的年平均密度[次/(km 2?a)];
Ae-與建筑物截收相同雷擊次數的等效面積(km 2);
Ng===8.04[次/(km 2?a)];
式中L、W、H分別為建筑物的長、寬、高,其中L=7m,W=4m,H=20m。當H<100m時,擴展寬度D=;
Ae=
代入具體數值得到,
Ae== (km 2)
N=≈0.2(次/年)
根據計算,在不改變自然環境條件下,該移動通信基站的年預計雷擊次數為0.2次。同時由于機房旁邊有高聳的天線鐵塔,增加了直擊雷的發生概率。可見,該基站的雷擊環境比較惡劣,考慮其重要性,可將該基站的防雷類別確定為二類防雷設計標準。
4.2 設計依據
本方案主要依據以下管理法規、技術規范進行設計:
1、《中華人民共和國氣象法》;
2、中國氣象局令第3 號《防雷減災管理辦法》等雷電災害防御工作的有關法律、法規、規范性文件;
3、《移動通信基站防雷與接地設計規范》YD5068-98;
4、中華人民共和國國家標準GB50057-94《建筑物防雷設計規范》;
5、國際電工委員會標準《雷電電磁脈沖的防護》IEC-61312;
6、中華人民共和國《防雷器材指標要求》GB11032-89;
7、《微波站防雷與接地設計規范》YD2011-93;
8、《通訊局站接地設計暫行技術規定》YDJ26-89。
4.3 本方案設計的基本思路
本方案的總體設計示意圖如下圖1所示。
圖 1 移動通信基站總體設計示意圖
說明:該移動通信基站由變壓器、機房及天線鐵塔等三部分組成。三者采用共地系統。
4.3.1 直擊雷防護
接閃器、引下線、接地體三部分構成的外部防雷裝置起到對直擊雷的攔截、疏導分流、入地三大功能,只要設計規范,安裝合理,妥善維護,便能對直擊雷進行有效的防護。
根據前文分析,該移動通信基站的設計標準為二類。鐵塔作為獨立避雷針,根據滾球法計算出的保護范圍足以覆蓋到機房等相關設施。
4.3.2 接地
移動通信基站由變壓器、機房及天線鐵塔等三部分組成,三者采用共地系統,如圖1所示。共用接地網盡量使用機房基礎中的鋼筋【5】。接地電阻值小于1Ω。
4.3.3 屏蔽
機房五面墻體(四壁墻體加頂層)用鍍鋅扁鋼構成屏蔽網格,鍍鋅扁鋼規格為50mm×5mm,網格尺寸為800mm×800mm,扁鋼交叉處作可靠焊接。在機房防靜電地板下設置“M型”接地銅排,銅排規格為30mm×3mm,間隔小于2米。機房圈梁、立柱外側每隔800mm設置一個焊接預留端(在澆鑄混凝土前預設),供屏蔽網和等電位焊接使用。電源線應穿金屬管埋地進入室內,埋地長度不小于50m,埋地深度不小于0.5m。天饋線、信號線也需埋地入室,在纜線入室處對其金屬外層作就近接地處理。
4.3.4 避雷器的選擇
1、電源線路保護
電源設三級SPD保護,進行逐級箝壓。對航空障礙警示燈在電源輸出端加裝防逆向SPD保護。電源SPD的選用型號見表1。
2、信號線路保護
信號電路是電子系統的重要組成部分。信號電路中的電子設備絕緣強度低,對過電壓和過電流耐受能力差,很容易受到暫態過電壓的危害。因此對進入室內的信號線都需選擇安裝相應的信號SPD進行防護。信號SPD選用型號見表1。
表1 選用避雷器型號表
4.4 天饋系統的防雷防護
移動通信基站天線在接閃器的保護范圍內,基站饋線的外金屬護層,應在上部A點,下部B點和經走線架進機房入口C處作三點接地(如圖1所示)。在鐵塔上的兩處接地應就近接至鐵塔本身,在機房入口第三接地處應就近與地網引出的接地線妥善焊接連通,當鐵塔高度大于或等于60m時,同軸電纜饋線的金屬外層還應在塔體中部增加一處連接[6]。
同軸電纜饋線進入機房后與通信設備連接處安裝天饋SPD,以防來自天饋線引入的感應過電壓,天饋SPD接地線應就近連接到設備的金屬外殼上,選擇天饋SPD時應考慮阻抗、衰耗、工作頻段等指標與通信設備相適應[7]。
5、 結論
通過以上移動通信基站防雷工程設計,我們得到如下經驗:
1、防雷工程現場勘測非常重要。每個需要防雷的對象所處的雷電環境都是不一樣的。因此要十分重視從工程現場采集數據,量身定做地進行防雷方案的設計。
2、對電子信息系統必須綜合采取防雷措施才能得到最佳的防雷保護效果。在設計中應綜合采用分流、均壓、屏蔽、合理布線、安裝SPD等措施,全方位地對系統進行防雷保護。
參考文獻
[1]IEC6034-5-548.Earthing arrangements and equipotential banding for information technology installations[S]: IEC,1996.
[2]IEC61312. Protection against lightning electromagnetic pulse[S]:IEC/TC 81,1995.
[3]IEC62305-2. Protection Against Lightning Part 2: Risk management[S]:IEC/TC 81,2005.
[4]GB50057-94(2000版).建筑物防雷設計規范[S]: 中華人民共和國機械工業部,1994.
[5]周志敏,周濟海,紀愛華.電子信息系統防雷接地技術[M].人民郵電出版社.2004.132.
一、指導思想
為全面貫徹黨的和三中、四中全會精神,牢固樹立新發展理念,圍繞建設網絡強區目標,堅持信息基礎設施的戰略性公共基礎設施地位,合理統籌利用公共資源,加快免費開放力度,做深做透“社會塔”“通信塔”互轉的共享大文章,用5G技術進一步推動行業和社會的發展,全面助力區“5G產業體系”定位落地。
二、總體目標
為實現2020年5G網絡全面商用的目標,按照《市通信基礎設施專項規劃(2017-2030)》和5G網絡全覆蓋的要求,分三階段完成下列任務:到2020年底,完成100座基站建設,實現城區及一體化示范區5G網絡基本覆蓋;到2021年底,完成200座基站建設,5G網絡向農村延伸,鎮及行政村基本覆蓋。到2022年底,再完成200座基站建設,全區5G基站達500個,5G網絡區域范圍全面覆蓋。同步完成通信機房(核心機房、匯聚機房、基帶機房、基站站房)、通信管道及光纜線路、光纜交接箱等配套基礎設施建設。
三、保障措施
(一)統一5G站址建設
1、政府全額投資建設的公共設施、公共機構辦公場所的經營管理人有義務協助公司依法在該場所從事5G基礎設施建設,并為接入提供便利條件。
2、規范項目征地簽約、收費主體。項目土地征地協議統一與區土地和房屋征管中心簽約。公司應積極主動和當地政府溝通,配合當地政府做好相關保障工作;通信設施建設項目單位應規范施工,所在地政府負責協調解決項目建設中遇到的糾紛阻礙,保障項目的正常施工及交付。
3、在市政府統一規劃要求的前提下,實現“一塔(桿)多用、綜合復用”的應用效益。區公安、市政、城管、電力、交通運輸等部門向市公司開放所屬的市政路燈桿、交警監控桿、公園燈桿、電力塔、管道等塔(桿)資源,讓“社會塔”成為“通信塔”。市公司統籌負責塔(桿)資源的技術改造,在確保安全的情況下,完成5G多功能桿塔應用部署。
(二)實現5G“四個同步”
行政區域、商業樓宇、住宅小區等新改擴建項目要將移動通信基礎設施建設(及相關的站房、管線、引電等)納入配套基礎設施同設計、同規劃、同施工、同驗收。將5G等移動通信基礎設施建設有關規劃設計和預留安裝條件作為審查的重要內容,納入工程建設項目系統,實施統一規范管理。確保建設項目充分預留移動通信設備機房、天線位置以及建設項目用地紅線內的通信管道、設備間和建筑內配線管網。
(三)加強5G設施保護
任何單位或者個人不得擅自改動或者遷移通信基礎設施。因公路、鐵路、城市道路、農田水利工程建設等原因,確需改動或者遷移的,原則上應當與移動通信設施所有人協商。改動或遷移的,應當堅持先建設后拆除的原則,確保通信服務持續暢通。加大科普宣傳力度,消除公眾對5G基站電磁輻射的片面認識。打擊盜竊、破壞公用電信設施的違法行為,切實保障5G網絡設施設備安全。
(四)推進5G廣泛應用
推進基于5G網絡的應用服務,加強在智能制造、工業互聯網、城市管理、應急指揮、智慧醫療、文化旅游、交通物流等重點領域的應用場景建設。公司要面向社會各行各業全量開放通信資源,提供塔桿、通信、電力保障能力,構建開放共享大平臺,讓“通信塔”成為“社會塔”。市政、城管、公安、森林防火、環保、氣象等單位,在監控監測等信息化項目建設上,可優先使用通信資源。要加強項目建設方案的審核,避免城市塔桿重復建設。
(五)簡化5G建設審批
進一步簡化優化5G建設中涉及的環境保護、國土資源、交通道路、城鄉建設(園林綠地)等行業審批流程,探索建立并行審批聯審聯批機制,壓縮審批時間,提升審批效率,充分發揮規劃指導作用,納入行業規劃的5G建設要減少審批要件,開通綠色審批通道,加強主動服務靠前服務意識。
(六)強化協調配合
成立區政府主要領導任組長,市公司、區有關部門及各鎮、高新區分管負責人為成員的區5G網絡基礎設施建設領導小組(名單附后),統籌推進全區5G網絡基礎設施建設工作。領導小組辦公室設在區科經局,具體負責統籌調度、綜合協調等推進工作。辦公室定期召開5G項目建設推進會,通報各區域5G建設進度,協調解決建設過程中存在的困難和問題。
區委宣傳部:負責加強輿論引導,加大科普宣傳力度,積極消除公眾對移動通信發射塔電磁輻射的片面認識,引導廣大群眾尊重科學,提高對社會不良信息的辨別能力。
區科經局:負責對移動通信基礎設施建設管理進行指導,牽頭協調解決建設管理過程中遇到的問題。
區發改委:負責將我區移動通信基礎設施建設納入重點項目計劃。負責協調區內供電部門保障移動通信基礎設施及其配套設施建設的用電需求,在電力引入方面給予有力支持。
市自然資源和規劃分局:負責統籌考慮移動通信基礎設施短期建設與長遠規劃的關系,將區域內通信網絡基礎設施建設納入城鄉建設總體規劃,與城市建設等相關規劃做好銜接。在具體基站規劃審批中,向公司開通綠色通道,加快審批。
區交運局:負責為現有道路、在建道路和規劃道路沿線規劃建設移動通信基礎設施提供支持。
區生態環境分局:負責協助辦理移動通信基礎設施建設相關審批手續,強化輻射日常監管。
區農業農村水利局:負責在滿足規范的前提下為移動基站建設提供站址資源。
區公安分局:負責加強移動通信基礎設施保護,嚴厲打擊盜竊、破壞移動通信基礎設施的違法行為,切實維護通信設施安全。
區城管局:負責依法維護行政執法區域內移動通信基礎設施單位的合法建設行為。
區住建局:負責加快開放住宅區商業樓字、公園以及路燈、綠地、道路指示牌等公共設施,用于支持移動通信基礎設施和室內分布系統的建設。
區機關事務管理中心:負責帶頭做好政府機關樓面的開放工作。
區土地和房屋征管中心:負責全區基站建設土地征用及協議簽訂指導工作。
關鍵詞通信基站;雷電;引入途徑;防護措施
隨著通信行業的迅速發展,微電子設備得到廣泛應用,通信設備的集成度越來越高,其耐壓水平也越來越低[1]。由于移動通信基站分布范圍廣,位置處于制高點,容易遭受雷擊災害[2]。雷電具有很強的破壞性,一旦通信基站遭受雷擊,容易造成通信設備損壞,通信信號中斷,給社會帶來較大的經濟影響,因此做好移動通信基站的防雷是一項重要的工作[3]。
1雷擊移動通信站的主要途徑
1.1雷電通過基站鐵塔和天饋線侵入
一般的基站鐵塔高度為40~60 m,有些高達70~90 m。當鐵塔的避雷針受到直接雷擊時,雷電流通過鐵塔,經其接地裝置散流入地,使地網地電位升高,導致基站地網與設備之間產生很高的電位差而形成地電位反擊,對通信設備造成損壞。如果天饋線為同軸電纜,在導體上感應出較強的感應電流,即為同軸電纜的感應電流。感應電流經同軸電纜從鐵塔天線進入基站機房,進入收發信機,燒壞移動通信設備。
1.2雷電通過架空管線侵入
移動通信系統基站的架空管線是引入雷害的重要途徑。WwW.133229.coM當雷云放電時,其空間形成強大的電場,在架空管線靠近終端時,主要成分是水平電場,出現在電場中的突出物體最易出現感應電荷的集中,使其周圍電場強度顯著增加,架空管線很容易發生尖端放電而被雷電擊中。當架空管線遇雷電侵襲時,將過電壓引入基站機房,很可能燒壞基站的通信設備。雷云對地放電也會在架空管線上感應過電壓,該過電壓也會對電源設備造成威脅。
1.3雷電電磁感應影響
接閃器在接閃過程中,雷電流強度大,放電時間短,在接閃器和引下線周圍將產生較大的瞬時電磁場。在強磁場作用下,處于磁場中的導體將產生高達幾千至幾萬伏的感應電壓,如此之高的感應電壓勢會造成通信設備的損壞。移動通信設備是集成化較高的設備,耐沖擊力相對較差,因此受雷電感應的影響較大。
1.4基站機房引入雷電
當移動基站機房建在山頂上,機房位置的海拔高度很高時,直擊雷可能繞過避雷針從橫向及斜面擊中被保護物,這種現象叫雷電繞擊。在這種情況下,孤立的避雷針往往已不能防御雷電對機房的直擊。因此,基站機房必須采取必要的防雷措施。
2通信基站的綜合防雷措施
2.1鐵塔的防雷
鐵塔頂部天線平臺處,塔身中部及塔基處應預留接地孔,或將附近塔身緊固螺栓改用加長緊固螺栓作接地點。因鐵塔較高,上述相鄰2個接地點之間距離超過60 m時,需在該網點之間增加1個接地點。一定要保證連接點的數量和分散性,以利于分散雷電流。鐵塔為落地塔時,其鐵塔地網與機房地網之間應每間隔3~5 m相互焊接連通1次,且至少有2處相互連通。鐵塔四腳與其他地網就近焊接連通。移動通信天線應有防直擊雷的保護措施。天線鐵塔設避雷針并與鐵塔焊接。天線安裝位置應在避雷針的防雷保護區內。避雷針與鐵塔焊接的目的就是確保避雷針有良好的接地線,以保證雷電流及時流入大地。
2.2架空管線的防雷
連至機房的電力線、光纜等架空管線不能直接進入,應分類穿入金屬管埋地后進入機房。若路程較長,則電力線、光纜兩端均應加裝保護裝置。金屬管兩端分別與地線焊接,焊點要作防腐處理,電力線與信號線不能混合走線。各系統的接地應按照安裝要求,分別接至各自的接地匯流排,再統一接至室內接地排。機房內直流電源接地線從室內地線排上引入,與保護地各自獨立,再接入接地匯流排上,且不共用引線。
2.3天饋線的防雷
饋線屏蔽層應在塔頂、饋線離開塔身至機房轉彎處上方0.5~1.0 m處、進入機房入口后的內側3點妥善接地。當長度超出60 m時,應在其中間增加接地點,使相鄰2個接地點間距離不超過60 m,室內走線架應每隔5~10 m接地1次。某些廠家要求饋線進入室內后加裝避雷器,避雷器的安裝位置應盡可能緊靠饋線進建筑物的入口處。
2.4通信機房的防雷
對于通信機房的防雷問題應包括機房的建筑物防雷接地、機房設備和供電系統的防雷接地。一是建筑物的防雷和接地。通信機房天面應按規范要求設置避雷網,機房四角應設引下線,機房屋頂上金屬設施應分別就近與避雷帶焊接連通。當通信站點天線鐵塔位于機房旁邊時,鐵塔地網與機房地網之間,應每間隔3~5 m相互焊接連通1次,且至少有2處相互連通。當通信站點天線鐵塔位于機房屋頂時,其四腳應在屋頂與雷電流引下線分別就近連通。建筑物金屬窗框、電纜屏蔽層、設備外殼等也應與主鋼筋作可靠連接,形成等電位體[4-5]。二是供電系統的防雷和接地。通信機房內等電位接地端子板之間應采用螺栓連接,其連接導線截面積應采用不小于16 mm2的多股銅芯導線,穿鋼管敷設。出入機房的電纜金屬護套在入站處應作保護接地,電纜內芯線在進站處應加裝避雷器,電纜內的空線對亦應作保護接地。機房內的走線架應每隔5 m接地1次,走線架、吊掛鐵件、機架(或機殼)、金屬通風管道、金屬門窗以及其他金屬管線均應良好接地并相互連通。通信機房的供電電力變壓器不宜與通信機房在同一建筑物內,若其安裝在通信機房內時,高壓電力電纜長度應不小于200 m,在與架空電力線的接頭處,電纜金屬外護層應就近接地,電纜內3根相線應分別對地加裝氧化鋅無間隙避雷器。
2.5等電位連接
移動通信基站地網應按均壓、等電位的原理,將工作地、保護地和防雷地組成一個聯合接地網,基站內各類接地線應從接地匯集線或接地網上分別引入。對于高土壤電阻率地區的高山基站地網,除了要降低其地阻值外,最重要的是進行等電位連接、屏蔽以及均壓處理,以達到各部分之間的電位分布均勻,使電位差為“零”,從而確保雷電流不會對各部分造成高壓反擊及減小電磁干擾。
2.6降低接地電阻值
國家標準要求移動基站地阻值應小于5 ω,在高土壤電阻率地區,降低接地電阻的常用方法有以下幾種:一是采用多支線外引接地裝置,外引長度應不大于有效長度;二是接地體埋于較深的低電阻率土壤中;三是采用降阻劑;四是換土。實踐證明,換土的方法是改良土壤從而降低接地電阻值的最好方法。其做法是:用電阻率較小的粉狀礦泥、塘泥、田泥、黑土、陶土等物質換掉地網內電阻率較高的土壤。
3參考文獻
關鍵詞移動通信;軟件定義網絡;D2D;虛擬化
隨之而來的是現代通信技術的快速發展,尤其是在電報、電話和電磁波領域有了重要突破。例如:1837年世界上第一臺電磁式電報機問世,1878年貝爾發明了世界上第一臺電話機,實現了遠距離語音通話技術,1906年又在語音通話的基礎上研發出了無線電廣播技術。人類的通信手段開始變得豐富多彩,不僅可以通過有線的方式進行通信還可以通過無線的方式進行信息溝通。由于我國現代化發展的特殊性,我國的通信產業尤其是移動通信的發展有著自己獨特的發展道路。第一代移動通信系統主要是引進西方國家的先進技術,大量采購海外通信設備。由于第一代移動通信系統的積累,我國的設備制造商開始參與第二代移動通信系統標準的制定工作,在市場中也占有一定份額。我國在第三代移動通信系統的研發中開始主導標準化的工作,并且提出了有自主知識產權的TD-SCDMA制式。第四代移動通信我國已經將TD-LTE-Advanced技術規范成功地申請為國際標準,正式確認為4G國際標準,今后的通信的發展中國將贏得更多的優勢。目前國際電信運營企業和制造企業均開始著手TD-LTE的發展研究了。伴隨著移動通信的發展,SDN(softwaredefinednetworking,軟件定義網絡)技術也在蓬勃發展。它被視為未來IT行業的發展方向與關鍵技術,谷歌、華為和中國移動等大型公司也在紛紛部署和實現自己的SDN網絡。SDN起源于斯坦福大學的CleanSlate項目組,屬于互聯網中的革命派。它主張打破現有網絡的體系結構,重新設計出一種數控分離的網絡架構。該架構由一個集中式的控制器來管理網絡中的數據流量與路由選擇,從而實現對整個網絡通信的集中有效管理。2008年,McKeown等人在論文中明確定義了SDN網絡架構中的南向接口,取名為OpenFlow協議。該協議將網絡設備的數據平面和控制平面相分離,利用OpenFlow協議來實現數據平面與控制平面的信息交流。這種方式為網絡帶來了極大的靈活性,有利于推動網絡創新和新興業務的產生。
1基于SDN的D2D技術
在未來5G網絡中,設備到設備通信(device-to-devicecommunication,D2D)可以實現短距離用戶間的快速通信,在提高了業務響應時間的同時,也會帶來網絡容量、功率消耗和頻譜效率的提升。D2D通信模式的控制平面仍然在基站側,但是會話的數據可以在終端之間直接傳輸,不需要基站的中轉,這樣能提高網絡的容量和響應時間。本文探究了在SDN網絡架構下利用D2D傳送模式的可能性。其控制平面由一個集中式的控制器構成,其數據平面由各個基站構成,數據平面與控制平面基于OpenFlow協議建立連接。控制器基于用戶上報的信息,可以匯總出一幅全網的網絡拓撲圖,基于網絡拓撲圖可以在合適的時機觸發D2D的通信模式。進而可以大大地提高網絡容量,減少業務響應時間。我們用一個圖書館無線網絡作為一個具體的應用場景進行方案設計。大量圖書館的用戶同時在發送和接收很多的信息,由于人數眾多,每一個基站的流量是巨大的,甚至會造成過載。如果相同的數據包被相鄰的用戶進行請求,可以考慮采用D2D的模式進行數據傳輸,進而緩解基站的壓力,同時可以提高網絡的容量,減少發送功率。不妨設想,A需要數據包a,幾分鐘后,B也同時需要數據包a,這時大可不必發送請求到基站要求基站尋找數據包再返回發送給B。B可以先向周圍的用戶發送hello包,得到周圍用戶的信息。再將得到的用戶信息和請求一起發送給基站,這時,如果中央處理器檢測到A在B的附近,而A在幾分鐘前已經接收過B所需要的數據包,就可以在A與B之間啟用D2D通信模式,讓A把數據包直接發送給B,這樣就有效的減弱了基站的壓力。而如果A不在B的附近,或者B的附近沒有已經接收過這個數據包的用戶,那么就還是依靠基站調取數據包來發送給B。
2基于SDN架構的移動通信網絡架構與負載均衡
除了圖書館無線管理系統,我們可以將應用場景放大到移動通信網絡架構的設計中去。在基于SDN的移動通信網絡架構中,數據平面由基站(BS)構成,移動通信的數據包經過基站存儲轉發。在一個自治域內,所有基站集中控制于控制器。控制器維持著網絡的控制平面。控制器可以查詢BS的資源使用、負載等信息,負責網絡資源的調配。在我們生活的城市移動網絡的覆蓋率已達到很高的水平,眾所周知,信號的接收和發送就是通過基站來完成的,數據流從用戶A轉發到用戶B需要經過以下步驟,我們考慮用戶A和用戶B在不同的基站信號的覆蓋范圍內,用戶A先將數據包發送給附著基站1,基站1查詢流表中是否有與數據包相匹配的轉發路徑。如果有,直接按流表進行操作;如果沒有,則上報給控制器進行尋址。控制器將尋址結果發送給基站1,基站1將數據包轉發給基站2,再由基站2發送給用戶B。基站1的流表項增加一項,如果再有用戶A到用戶B的數據包則直接按流表轉發,不經過控制器。在移動通信中,存在數據業務分布不均勻的現象。例如:在商務區里,此刻是節假日,商場里人十分密集,所有人的手機接入商場附近的基站A,通過基站A來接收發送信息。基站A的流量有限,面對如此多的數據業務顯然擁堵,商場附近的辦公樓有基站B,手機也處于B的信號覆蓋范圍內,只是路徑比較遠。那么與其和其他無數的手機一起擠在已經達到負荷基站A,不如通過路徑較遠的基站B,雖然每次接收發送信息較慢一些,也比起在基站A處等待分配信道快。那么這就需要基站時時統計業務負載信息,通過計數器針對每張表、每個流、每個端口、每個隊列來分別維護。實時監測基站內的信息流量,并上報給控制器,由控制器來分析數據,對數據流進行優化,優先選擇負載較輕的路徑,決策下發給基站執行。若周末商場人群密集程度較大,控制器就可將一些手機業務從A基站卸載到基站B,這樣就有效的減輕了基站A的壓力,同時提高了用戶的通信速度。相對的,在工作日顯然辦公樓的人群密集程度較大,此時控制器就再將交換機劃分給基站B。
3無線資源虛擬化
由于SDN數控分離的設計理念,我們可以將底層物理資源虛擬化,進而對網絡應用體現出合適的業務支撐能力。在將SDN引入移動通信的過程中,虛擬化的難點在于如何將變化莫測的無線空口資源虛擬化成無線資源來進行調度。首先,各個基站將所擁有的各種物理資源通過香農公式將所擁有的無線頻譜資源進行整合映射,將無線頻譜資源折合成與速率相關的矩陣。SDN控制器負責上層虛擬資源管理,此時各個基站將無線鏈路信息上報到控制器匯總并處理信息。SDN控制器再根據映射后的矩陣,按需動態地為上層統一分配虛擬資源,根據用戶的需求,將不同速率資源塊打包,構成滿足各個用戶所需的合適速率的虛擬資源塊。上層虛擬資源分配結果,通過控制器下發具體策略和資源映射信息給基站,最后各個基站根據分配結果對實際頻譜資源進行分配將用戶所需要的資源分配給各個用戶。此外,因為不同業務分配資源的優先級不同,SDN控制器需要先將高優先級的業務進行打包。例如:會話類、流類的業務對傳輸時延要求較高,而交互類和背景類傳輸時延就很寬松甚至無限制,為了保證通話類業務的實時性,可以優先滿足其對資源的需求。而交互類和背景類則需要低比特誤差率的無線資源。這些都可以通過SDN控制器進行實時的管理,有利于節約無線通信的資源,有效地規避資源浪費。
4結論
本文從移動通信的發展出發,探究未來移動通信的發展方向。軟件定義網絡作為未來網絡發展的方向,將其數控分離的設計理念與移動通信相結合可以極大地提高網絡的靈活性與有效性。本文將SDN與D2D通信模式相結合,提出了圖書館無線系統的實現方案,極大地提高了業務的響應速度和頻譜效率。除此之外,本文還參考OpenFlow協議提出了基于SDN移動通信網絡架構下的負載均衡方案,充分利用網絡資源;文章最后研究了SDN在無線資源虛擬化方面的應用,體現出SDN在無線資源虛擬化上的優勢。
參考文獻
[1]周炯槃,等.通信原理[M].3版.北京:北京郵電大學出版社,2008.
[2]畢軍.SDN體系結構與未來網絡體系結構創新環境[J].電信科學,2013,29(8):6-15.
關鍵詞:移動通信;基站;選址
中圖分類號:TN929.5 文獻標識碼:A 文章編號:1674-7712 (2012) 06-0090-01
隨著當今社會科技的發展,通信技術也日新月異,我們越來越重視通信的重要性。社會對通信與信息資源的需求日益擴大,帶動了移動通信市場需求量大幅度增加,隨之大批量通信基站的建設,筆者有機會參與部分設計。現就設計工程中的問題來進行探討、分析,首先大家需要明晰移動通信系統組成部分:
1.手機MS。終端設備就是移動客戶設備部分,它由兩部分組成:移動終端(MS)和客戶識別模塊(SIM)。移動終端在早期是以車載臺、便攜臺形式出現的,現在多為大眾化的手機所取代,車載臺仍有少量生產,主要用于通信部門和軍事上。
2.基站子系統BSS。基站是一個能夠接收和發送信號的固定電臺,負責與手機進行通信,基站(BSS)系統是在一定的無線覆蓋區中由MSC控制,與MS進行通信的系統設備,它主要負責完成無線發送接收和無線資源管理等功能。功能實體可以分為基站控制器(BSC)和基站收發信臺(BTS)。
(1)基站收發信臺BTS。BTS完全由BSC控制,主要負責無線傳輸,完成無線與有線的轉換、無線分集、無線信道加密、跳頻等功能。
(2)基站控制器BSC。基站控制器是基站的智能控制部分,負責本基站的收發信機的運行、呼叫管理、信道分配、呼叫接續等。一個基站控制器可以控制管理最多可達256個基站收發器。
3.交換網絡子系統NSS。交換網絡子系練(NSS)主要完成交換功能和客戶數據與移動性管理、安全性管理所需的數據庫功能。
4.操作維護子系統OMS。操作維護子系統又稱操作維護中心。其任務主要是對整個GSM網絡進行管理和監控。通過OMS實現對GSM網內各種部件功能的監控、狀態報告、故障診斷等功能。
移動基站的基礎設施是發展3G最可利用的資產,現在城市中高樓林立,選擇合適的基站站址十分困難。物業難以協調,基站租金直線上升等等一系列問題,更突出了基站的重要性。現在每一個運行基站的站址都是運營商的寶貴財富,對機房內的基本建設的投入(如承重、空調、傳輸等)必須看得長遠一些,基礎打得好一些,配套設施的富余度留大一些。下面我們簡要談一談基站的選址的周圍環境要求:
(1)基站站址宜選在交通便利的地方;(2)不宜在大功率無線發射臺、大功率電視發射臺、大功率雷達站以及有電焊設備、X光設備或產生強脈沖干擾的熱和機、高頻爐的企業或醫療單位附近設站;(3)站址不應選擇在易燃、易爆的倉庫和材料堆積場,以及在生產過程中容易發生火災和爆炸危險的工業、企業附近;(4)遠離加油站,至少保證:油量少于50立方時間距大于12m,油量為50~1000立方時間距大于15m,油量為1000-2000立方時間距大于20m;建議距離為:鐵塔與加油站的距離大于塔高+5米;(5)基站盡可能避免設在雷擊區;(6)嚴禁將基站設置在礦山開采區和易受洪水淹灌、易塌方的地方;(7)不同通信鐵塔間距離應保證50m以上,如果小于50m,必須要在不同地網間保證三點以上互連;(8)外電引入交流電纜的選擇:業主應該提供1路不小于三類的市電電源,80A(或以上)容量的分路開關。
此外,根據國家安全條例要求如下:
1.航空無線電導航臺站電磁環境要求GB6364-86。關于機場周邊及延長線上導航臺、定向臺干擾問題。以中波導航臺天線為中心,半徑500m以內不得有110kV及以上架空高壓輸電線;半徑150m以內不得有鐵路、電氣化鐵路、架空金屬線纜、金屬堆積物和電力排灌站;半徑120m以內不得有高于8m的建筑物;半徑50m以內不得有高于3m的建筑物(不合機房)、單棵大樹和成片樹林。
超短波定向臺以定向臺天線為中心,半徑700m以內不得有110kV及以上的高壓輸電線;500m以內不得有35kV及以上的高壓輸電線、電氣化鐵路和樹林;300m以內不得有架空金屬線纜、鐵路和公路;70m以內不得有建筑物(機房除外)和樹木;70m以外建筑物的高度不應超過以天線處地面為準的2.5度垂直張角。
2.鐵路運輸安全保護條例要求:保證鐵路線路安全保護區邊緣與鐵塔的間距不小于所建塔的塔高。城市市區,不少于8米。
(1)保護區距離在城市市區,不少于8米;(2)保護區距離在城市郊區居民居住區,不少于10米;(3)保護區距離在村鎮居民居住區,不少于12米;(4)保護區距離在其他地區,不少于15米。
3.中華人民共和國公路管理條例實施細則。公路與鐵塔間距要求,保證公路保護區邊緣距鐵塔距離不小于所建塔塔高。
建筑設施邊緣與公路邊溝(坡腳護坡道、坡頂截水溝)外緣的最小間距必須符合《條例》的以下規定:
國道不少于二十米、省道不少于十五米、縣道不少于十米、鄉道不少于五米。公路彎道內側及平交道口附近還須滿足公路長遠發展規劃標準的行車視距或改作立體交叉的要求。
以上討論的只不過是基站建設的很小的一部分。在實施過程中,出現的問題會更多、更復雜,我們一定要從全局觀念出發,不要放過任何一個可疑點,因為一些故障往往是由于很多不起眼,看似不相干的設備、參數引起的。
隨著移動通信的飛速發展,它在國民經濟、國家安全、社會進步和人民生活中起著舉足輕重的作用,而移動通信基站建設是移動通信事業的基石。為了保障移動通信事業進而保障整個社會、經濟健康有序的可持續發展,根據相關法律,結合實際情況,制定地方法規,規范移動通信基站建設,將其列為城市公用設施納入城市規劃,既是必要的,也是可行的,同時更是極為迫切的。
參考文獻:
[1]王新培.郵電建筑設計概論
關鍵詞:移動通信;快裝基站;應用
中圖分類號:E965 文獻標識碼:A 文章編號:
移動通信快裝基站是指采用鐵塔和機房一體化設計,結構緊湊,拆卸簡單,可以實現快速安裝、搬遷的通信基站。
一.移動通信快裝基站概況
移動通信快裝基站方案的提出是為了解決通信行業基站建設周期長、成本高、質量難以保證等實際建設困難,而由通信網絡設計單位提出的一種通信集成配套產品,其具有速度快、成本低、安全可靠,符合國家規范等優點。由于這種產品的特性是可拆裝、可搬運,無基礎設施,其優點可以讓移動通信快裝基站暫時作為臨時或半永久通信基站使用,而且基站在配套不同的通信設備條件下,可滿足的通信要求也不同。
通常情況下快裝基站的使用壽命要求達到30年,基站的結構安全等級屬于二級設計;在不考慮抗震設防烈度情況下,可以參照當地抗震設防烈度的要求進行施工。對于快裝基站采用的的配重塊混凝土需要施工人員采用C35等級的混凝土快裝結構,建設設施是采用的所有主材及采用鋼材需要使材料的質量符合國家二級標準要求。所有混合材料鐵塔的塔構件按照要求需要采用熱鍍鋅。
由于快裝基站的設計圖紙中包含鐵塔、主體框架、機房、電器控制系統等子系統,這些系統將包含套接升降式和法蘭盤固接式兩種類型連接。
1. 升降式:這種鐵塔由于采用的是升降式結構,其高度可以實現自動無極調節,特別適合在卡車和吊車不能進入的場合,其優點是鐵塔的適用范圍廣,同時施工人員在安裝和拆卸鐵塔時,設備廠商已經可以通過設計合理的部件,實現遠距離控制。
2. 固定式:這種塔體為整體鑄件,高度不能升降,缺點是無法實現高度調節。塔體的結構包含底座框架、配重結構、通信機房、以及機房內饋線窗、照明系統、電源插座等。
快裝基站機房工藝技術參數:
1. 機房外無外掛物。
2. 機房地板具有防靜電功能。
3. 建立起國家基本的防水標準,提高機房的防水能力。
4. 建立相應的國家防火處理設施,以提高對防火隱患的預防能力。
5. 由于機房的極易受到腐蝕,因此,在工程建設之初,需要進行相關的防腐處理。并對重要的材料和設施進行特殊處理,以保證移動通信信號的安全。
6. 從快裝基站的質量層面考慮,本工程建設的外墻采用了目前最先進的玻璃鋼板。由于是玻璃性質的鋼板結構,因此沒有鋼鐵結構的生銹現象,減少了后期的清潔和維護保養作業。內墻材料的選擇主要以保溫為主。
7. 為了進一步強化墻體的質量,提高墻體的使用壽命,減少墻體保養的費用開支和經濟成本,在建設之初,該系統進行了相關了防水等措施。
8. 主龍骨采用方鋼管或熱軋普通槽鋼。
9. 防盜門門框四周裝有防止滲漏的防水膠條,門頁關上后能達到防塵防滲漏。
10. 機房內部的線路安裝和機械安裝等都必須嚴格按照相關的技術規定進行落實和處理,以保證信號的穩定與安全。
11. 空調外機安裝防盜箱,滿足空調外機防盜要求。
12. 機房離地高度不低于50厘米,主要防止基站水澇或積雪。
13.由于機房的管理是自動化,不需要人工作業和值班,因此,機房只安裝一個主要的進出門,而不需要配套通風口,但是為了提高機械運作的外部環境,保證機械的使用壽命,需要配套相關的除塵設計。
二.快裝基站結構的力學分析
1. 計算模型
結構計算模型采用空間模型:
2. 截面選用
固定式及升降式鐵塔采用的構件截面主要存在以下特征,升降塔架主要采用圓管截面,機房框架以槽鋼、角鋼及圓管截面為主。
3.荷載工況及組合
各荷載工況分別表示為:永久荷載、活荷載、風荷載、地震作用、裹冰荷載、溫度作用。
各荷載組合分別表示為:標準組合、基本組合、頻遇組合。
4.結構變形分析
以風為主的荷載頻遇組合作用下,頂部位移滿足高聳結構規范對水平位移限制的要求:,為塔體總高度。
5.結構桿件驗算
各基本荷載工況下的結構桿件應力比符合國家規范要求:
6. 連接節點的計算
連接節點包括底法蘭連接節點及中間法蘭連接節點,利用節點反力設計法蘭盤的幾何尺寸及連接螺栓的規格及數量。
7. 配重基座整體抗傾覆驗算及配重梁設計
進行塔體的基座的抗傾覆驗算及配重梁的截面設計,確定配重梁的截面尺寸大小及分布。
3與同類塔型的主要技術經濟指標對比
新型快裝基站的優勢特點集中在,工程項目設計科學合理,工程建設能夠節省大量的建設材料,隨之為移動通信公司節約經濟成本和費用開支,提高經濟效益。下面以具體的數據資料進行說明。新型的快裝基站通過設計理念的轉變,能夠節約三分之一的剛才、一半以上的混凝土,五分之二的土地利用,此外,還能大大的減少工期。這樣通過技術材料的節約,以及工期的縮短,能夠有效的減少工程建設的人員開支,提高移動通信的經濟效益。
4快裝基站設計的難點及先進性
傳統基站設計將基礎、鐵塔和機房分為三個獨立部分,快裝基站將三者融為一體,在設計過程中的工程難點主要集中在以下幾個方面:
1. 基礎設計:基礎采用預制鋼筋混凝土筏板基礎。在保證基礎自重抗傾覆的情況下,為便于運輸和吊裝,將預制鋼筋混凝土基礎分三個預制塊,但是,必須保證三個預制塊能同時受力,經嚴格計算,用5根Q345鋼制螺栓桿將其連接,端頭采用防盜螺栓固定,這樣即能保證基礎的整體性,又能防止被盜竊。基站基礎直接放置于地面上,避免大面積基坑開挖,節約了工程投資,且占地面積小,便于選址,節約土地資源,保護環境,一次投入,多次使用。
2. 鐵塔設計:各塔段之間采用外法蘭盤連接,便于鐵塔拆裝,螺栓受拉,不易破壞。塔身全部熱鍍鋅處理,鍍鋅后,并對塔身進行噴塑處理,不生銹,不變形,抗老化,降低維護成本。
3. 機房設計:機房的設計采用整體吊裝方式,因此機房的設計為設計中的重點,機房的整體重量不可以過重,并且機房的整體穩定性需要保證。機房立柱的設計采用方鋼骨架作為機房立柱,這種結構可以減輕結構重量,機房立柱之間以及機房橫梁之間需要以角鋼作為連接以支撐,這樣機房設計整體穩定性能夠得到滿足。機房的外墻通常需要采用世界上先進的玻璃鋼板,這種鋼板的制作工藝可以保證30年內鋼板能夠不生銹、不變形、不老化。機房的內墻要滿足防火需求,采用高密度防火板,防火板之間放入巖棉保溫板。機房設計的核心是整體焊接,這種焊接方式是機房的結構牢固,且其防盜性能好,由有防腐防塵能力,更重要的是機房的隔熱、阻燃、抗沖擊和保溫性能優良,達到節能減排的效果。
4. 運輸及安裝:快裝基站的每個構件,包括每個單元配重混凝土基礎、每節塔身、及機房重量都控制在5噸以下,每個構件最大單方向長度在5米以內,從而方便小型起重機械的快速拆裝和運輸車輛方便運輸。基站各個單元構件之間均采用螺栓連接,在一般條件下,可由三名工人及小型起重機械,可在5小時內完成組裝,達到基站開通的條件。
總之,新型移動通信土建配套工程快裝基站的建立是一種技術改革和進步。它具有操作簡單與快捷,環境污染小,經濟成本低的優點,因此有著廣泛的使用空間。移動通信基站建設不同于一般的通信機房樓建設。移動通信快裝基站土建配套工程新建機房要滿足結構安全。新建機房的建筑立面、顏色應與周圍環境相協調。機房的建設應充分考慮所在環境的可行性。
參考文獻
[1] 王肇民. 桅桿結構[M].北京:科學出版社,2001.
現網移動通信基站通常由基站設備、傳輸設備、電源設備、空調、照明、環境監控等組成。其中,電源設備由交流供電系統和直流供電系統組成,交流供電系統由市電油機轉換箱(即雙電源轉換箱)、過電源保護裝置、交流配電箱及備用移動式柴油發電機組成。直流供電系統由組合開關電源(含交流配電單元、整流單元、直流配電單元)和蓄電池組成。直流電源通信設備由直流供電系統提供,交流電源通信設備由逆變器或UPS供電。本文通過對2014年上半年南方某省會城市現網各類型不同配置的基站通信設備實際負荷進行實地調研,針對通信設備實際負荷數據,統計出現網移動通信基站負荷分布規律。以南方某省會省市基站實際數據作為本次采集元素集合,實際通信負載電流大于或等于50A的基站個數占比為1.5%,實際通信負載電流大于或等于75A的基站個數占比為0.2%。其中,四網共站城區的宏基站現有通信負荷為50~75A,單網、雙網共站、三網共站城區的宏基站現有通信負荷為10~50A,交通干線、縣城、鄉鎮、學校的宏基站現有通信負荷為20~45A,室外一體化基站現有通信負荷為10~30A。
2現網基站電源配置及優化分析
2.1宏基站
2.1.1城區單網、雙網共站、三網共站通過以上現網宏基站負荷分析,城區單網、雙網共站、三網共站;以及交通干線、縣城、鄉鎮、學校范圍內的宏基站,其無線設備和傳輸設備最大負荷電流通常不超過80A/53.5V(含遠期預留負荷30A),其中,無線設備負荷電流不超過75A,傳輸設備負荷電流約5A。目前,為確保市電停電后基站設備與傳輸設備的合理運行,基站高頻開關電源均設置了2級電壓切斷裝置。當蓄電池放電電壓達到第一級保護電壓時,切斷基站設備負荷,蓄電池組只為傳輸設備供電;當蓄電池放電電壓達到第二級保護電壓時,再切斷傳輸設備的供電,以避免電池過放電。大多數基站外市電類型屬于三類市電,根據《通信電源設備安裝工程設計規范》(YD/T5040-2005)要求,蓄電池組對基站無線設備放電時間取3h,對基站傳輸設備放電時間為20h。2.1.2城區四網共站四網共站的城區范圍內宏基站,其無線設備和傳輸設備最大負荷電流通常不超過105A/53.5V(含遠期預留負荷30A),其中,無線設備負荷電流不超過100A,傳輸設備負荷電流約5A。該類型宏基站配置2組400Ah蓄電池組并聯使用,可滿足后備總放電小時數要求。
2.2室外一體化基站
現網室外一體化基站的通信設備最大負荷電流通常不超過30A/53.5V。該類型基站中,有些僅帶RRU,不帶BBU,沒有傳輸設備。對于不帶傳輸設備的室外一體化基站電源柜,其配置的蓄電池組僅需為無線設備提供3h的后備供電時間。因此,建議此種站型配置1組200Ah蓄電池即可滿足要求。同時,室外一體化開關電源架內整流模塊按N+1冗余方式確定,配置90A容量即可。對于帶有傳輸設備的室外一體化基站,其配置的蓄電池組對無線設備放電時間取3h,對傳輸設備放電時間取20h。因此,建議配置該類型基站配置2組150Ah蓄電池組并聯。同時,室外一體化開關電源架內整流模塊按N+1冗余方式確定,配置容量90或120A。
2.3分布式基站
對于分布式基站,RRU通常就近引交流市電供電,當市電停電時,RRU供電將中斷,會造成網絡中斷,建議可為較重要的分布式基站RRU配置小容量壁掛式開關電源或UPS,且配置38Ah的蓄電池,可滿足市電停電后約0.5h的后備時間。
3電源供電系統其他優化措施
3.1開關電源一、二次下電電壓設置
現網基站直流負荷分級切斷,通常通過采集蓄電池輸出電壓的方式實現。蓄電池放電2~4h,系統電壓降低,采集輸出電壓,當電壓下降至某設定值時,切除無線設備負荷;蓄電池繼續為傳輸設備負荷放電,待蓄電池放電至終止電壓,切斷蓄電池輸出。但是,相關規范中并未明確一次下電電壓設置值,目前,不同廠家的一次下電電壓設置值不同,對無線設備放電時間會造成影響。需根據蓄電池放電特性曲線和基站直流負荷電流大小,確定一次下電電壓最佳設定值。某廠家蓄電池恒流放電特性曲線如圖1所示。基站實際一次下電電壓值設定范圍為44~47V。通過分析蓄電池放電特性曲線,若基站直流負荷電流較小,在保證相同后備時間前提下,可將一次下電電壓值設置較高,隨著負荷電流增大,需降低一次下電電壓設定值。一次下電電壓設定值越低,則無線設備后備保證時間越長,傳輸設備后備保證時間會減小。《通信電源設備安裝工程設計規范》(YD/T5040-2005)規定二次下電電壓值為43.2V,而基站實際二次下電電壓設定值偏高,如44V等,蓄電池未放電至終止電壓,即切斷蓄電池輸出,會導致傳輸設備后備時間減少。
3.2增加開關電源直流輸出分路個數
由于各類型基站中無線設備要求占用的開關電源一次下電直流輸出分路個數較多,而中國聯通目前集采中標的某些開關電源廠家,標配產品中配置的直流輸出分路個數不足,特別是一次下電分路個數偏少,需增加直流配電箱,以擴容直流輸出分路個數。建議今后集采開關電壓設備招標時增加對直流輸出分路個數的要求。
3.3其他優化措施
通過對現網基站情況分析,發現有些開關電源未設置直流過壓告警值、直流欠壓告警值。該告警級別屬于開關電源緊急告警,需設定該告警值。個別基站蓄電池配置容量偏大,但開關電源容量配置偏小,這種情況多集中在老站上,需根據實際負荷情況,采取更換較大容量開關電源,或減小蓄電池組容量等改造措施統籌優化配置。
4結束語
論文摘要:依據茂名聯通基站的實際情況,結合各大運營商的移動通信基站普遍存在的問題,提出了如何確保基站內的設備運行安全及防盜等問題。針對該問題設計出一套從根本上提高動力設備維護水平和效率,達到監控智能化的目的的系統,并對該系統進行需求分析和設計。
l概述
隨著我國移動通信事業的飛速發展,各大運營商的移動通信基站的數量日益增加,身處城鄉結合部或偏遠山區的移動通信基站因常年無人值守成為盜竊分子的光顧目標,基站的各種附屬設備如蓄電池、鐵塔角鋼、空調外機、銅地線(排)、饋線等設備也成了盜賊的主要偷竊目標。目前,如何確保基站內的設備運行安全及防盜,已成為基站維護的首要難題。
2目前基站的現狀
目前,茂名聯通基站環境監控設備仍為老式的環控箱接人監控,通過采集模擬量輸入到基站主設備上,從而完成上報,且只能上報簡單的停電、開門、高溫、積水和煙霧等告警,無法遠程測量和調整參數。另外,環控箱的告警上報依賴于主設備的運行,一旦BTS斷站,其便無法工作。為緩解日益緊張的人員及維護工作的壓力,從根本上提高動力設備維護水平和效率,達到監控智能化的目的,建設一套高水平的基站動力設備及環境集中監控系統是十分必要的。
3需求分析和設計思路
對茂名聯通新建的動力環境集中監控系統,除了要達到基本的監控目的以外,更重要的是實現智能化監控要求。它包括以下三個方面:
(1)交、直流動力系統。監控對象包括:配電箱、開關電源、蓄電池等。監控范圍包括:市電輸入三相電壓、三相電流、功率因數、頻率、有功功率、電度、整流模塊單體輸出電流、總負載電流、蓄電池充電電流、市電狀態(市電有/無,缺相,欠壓/過壓)、蓄電池組總電壓、每組蓄電池充、放電電壓等。通過對動力系統實時不間斷的監控,了解每個基站電源輸入輸出、整流模塊設備的運行情況,對電源設備出現的問題和故障能在最短的時間內做出反應和處理;蓄電池是整個直流供電系統的后備電源,我們通過監控,對蓄電池組總電壓以及每組電池充、放電電壓進行統計和分析,對有問題的電池及時進行更換,真正做到有備無患。
(2)空調、環境系統。監控內容包括:機房智能空調系統、基站分體空調(開關機、工作狀態指示、空調工作電流)、溫度、濕度、水浸地濕、嫻霧告警以及動態圖像等。保證設備運行在恒溫恒濕的環境中。
(3)門禁系統。監控內容包括:遠程開門、修改門禁內部的各種工作和控制參數、授權、刪除用戶、用戶的準進時段管理,以及各種報警記錄、進、出門記錄、刷卡、出門按鈕開門事件、門禁內部參數被修改的記錄等。
4拓撲結構
茂名聯通基站動力環境集中監控系統采用逐級匯接的結構,由省公司監控中心(PSC)、地市公司監控中心(SC)、監控單元(SU)和監控模塊(SM)構成,采用監控中心(sc)與監控單元(su)直聯的方式。具體結構如下:
省監控中心(PSC)主要對地市監控中心(sc)進行監督、維護管理。監控中心配有數據庫服務器,各地市監控中心(SC)的數據直接上傳省監控中心。
茂名監控中心(sc)主要對本地區的各個監控單元(su)進行管理,是本區域監控系統的管理中心,完成全網的監控信息的統計分析及處理,并對遠端監控設備進行遙測、遙調,對監控對象(機房設備、環境、圖像)進行管理,同時,還具有強大的門禁管理功能。所有的監控中心均可以通過D接口與廣東聯通綜合網管系統相連。
監控單元(su)是集數據采集、處理、存儲、傳輸為一體的智能化模塊化單元,能夠完成一個獨立的物理通信基站內所有監控模塊(SM)的管理工作,并將采集的數據集中通過1條2M電路上傳到監控中心(SC)。
監控模塊(SM)是面向具體的監控對象,具有完成數據采集和必要控制的功能。按照監控對象類型的不同,可分為:防盜、積水、電源管理、空調管理等模塊。
5參考規范
(1)中國聯通集團公司2009年3月《中國聯通移動網基站動力及環境集中監控系統總體技術要求》;(2)《通信電源和空調集中監控系統技術要求》(XDN023—96);(3)《通信局(站)電源系統總技術要求》(YD/T1051—2000);(4)《通信電源集中監控系統設計規范》(YD/T5027—2005);(5)《通信電源集中監控系統工程驗收規范》(YD/T5058—2005);(6)《通信開關電源系統監控技術要求和試驗方法》(YD/TI104—2001);(7)《通信局(站)電源、空調及環境集中監控系統技術規范》(GF006—2000)。
6具體功能和意義
(1)實時監控告警。無論基站距離遠近,一旦設備產生告警都能在數秒內將告警信息上報至監控中心。值班人員能在第一時間發現告警并做通知相關專業人員進行處理。例如深夜情況下基站上報防盜告警,這時值班人員可以通過轉動攝像頭觀察站內環境,從而判斷是否有盜賊入侵,并及時通知代維和l1O前往。
(2)數據采集分析。本監控系統能夠對設備數據進行24小時連續記錄,能真實可靠地反映設備的運行情況。這些數據是設備障礙分析的得力工具。比如在蓄電池維護方而。密封式閥控電池對均浮充電壓和溫度條件要求較高。通過監控系統就可以隨時查看電池電壓和環境溫度,省去了大量的現場測量工作。通過對采集的數據進行分析,還可以從中判斷哪些基站的電池單體存在問題并及時加以解決。
(3)加強維護管理。本監控系統徹底改變了舊的電源、空調等設備的維護模式。以前的維護方式是等設備出現問題后進行應急搶修,現在可以運營商可以真正掌握所有電源、空調設備24小時的運行狀況,實現有的放矢的主動維護,真正做到設備的預檢預修。這種管理從根本上改變了過去維護的被動局面,對設備的故障告警可以實現派單式的閉環流程管理。
(4)降低維護成本。本監控系統能大大提高維護質量,降低運營成本,給公司帶來直接的經濟效益,真正實現了移動通信基站的無人值守。以日常維護的基站巡檢為例,現在可以在監控中心對設備進行實時巡檢,減少了無謂的維護支出。基站實行設備代維之后,還可通過監控系統對代維廠家進行考核,從而提高維護管理質量。