Молниезащита и заземление для базовых станций стандарта 5G

Главным направлением развития мобильной связи сейчас является переход к сетям стандарта 5G, которые предоставляют принципиально новые возможности. Преимущество 5G, которое, что называется, «лежит на поверхности» - более высокая скорость передачи данных. Если в сетях 4G скорость передачи в направлении к абоненту достигает 3 Гбит/с, то в сетях 5G может составлять до 35 Гбит/с. Но, на самом деле, принципиальная новизна стандарта 5G совсем в другом.

ремя задержки сигнала в сетях 4G составляет от 2 мс. При этом оно сильно зависит от текущей загрузки сети. В сетях 5G время задержки можно уменьшить до 1 мс. Но, самое главное, оператор может гарантировать время задержки не более заданного значения вне зависимости от загрузки сети. Благодаря этому появляется возможность использовать сети 5G для управления роботами, станками и прочим технологическим оборудованием в реальном масштабе времени. Для «Интернета вещей» (Iot) предусмотрено значительно увеличение количество одновременно работающих устройств на единице площади покрытия — до 1 млн. на кв. км. Наконец, абонентские устройства 5G отличаются пониженным энергопотреблением, что является преимуществом для беспроводных датчиков.

Отличия в устройстве базовых станций 5G

Конструктивно базовая станция 5G отличается антенными устройствами. Вместо единичных антенн применяются фазированные антенные решетки. Но для сетей 5G используются несколько диапазонов в пределах от 3,4 до 70 ГГц (в России опытные сети стандарта 5G в настоящее время используют диапазоны 5 ГГц и 28 ГГц), т. е. намного более высокие частоты, чем для предыдущих стандартов. Поэтому антенные устройства занимают меньше места, чем в сетях 4G.

Антенные устройства в сетях 5G меньше по размеру, чем в сетях предыдущих поколений

Но фазированные антенные решетки имеют иную диаграмму направленности, чем обычные антенны. Поэтому под стандарт 5G не всегда возможно использовать те же вышки, что ранее были построены для стандартов предыдущих поколений. Кроме этого, радиус покрытия у базовых станций стандарта 5G пока что составляет порядка нескольких десятков метров. Вот почему базовые станции стандарта 5G выпускаются уменьшенных размеров, приспособленные для установки в самые разные места. Такие базовые станции выпускались и для предыдущих стандартов, но для особых применений — там, где нужно обеспечить связь в локальной зоне радиотени, либо для мест большого скопления людей. Отличие базовых станций 5G заключается в том, что они все, а не только отдельные экземпляры для специального применения, имеют уменьшенные размеры. Именно данное обстоятельство обуславливает особенности молниезащиты.

Размещение базовых станций в самых разнообразных местах обуславливает ограничение излучаемой мощности по сравнению с предыдущими стандартами.

Рекомендация МСЭ K.120

В 2016 г., когда началось внедрение стандарта 5G, Международный союз электросвязи (МСЭ) выпустил рекомендацию ITU-T K.120 «Защита от молнии и заземление миниатюрных базовых станций».

Молнинезащита с помощью металлического столба или мачты (слева), либо с помощью металлического штыря (справа). MBS означает «миниатюрная базовая станция».

В этой рекомендации нет привязки к конкретному стандарту, а миниатюрная базовая станция (МБС) определяется как «базовая станция, имеющая размеры и излучаемую мощность меньше, чем обычные базовые станции». Тем не менее, базовые станции стандарта 5G в полной мере подходят под данное определение.

В качестве естественного средства молниезащиты МБС рекомендованы металлические столбы или мачты, а также металлические штыри, установленные на таких конструкциях и соединенные электрически с ними. Минимальное расстояние от верхней точки столба, мачты или штыря до антенны составляет 30 см.

При установке МБС на вышках или крышах зданий, в том числе на вышках вдоль автомобильных и железных дорог, обустройство заземления осуществляется так же, как и для «полноразмерных» базовых станций, т. е. в соответствии с рекомендацией ITU-T K.112.

Но МБС могут располагаться на уличных светильниках и рекламных конструкциях. Тогда следует использовать контур заземления.

При невозможности установки заземления с замкнутым контуром, рекомендуется использовать заземление типа A согласно стандарту IEC 62305-3. Такое заземление состоит из не менее чем двух электродов. Длина составляет не менее 5 м для горизонтальных и 2,5 для вертикальных или наклонных электродах. В том случае, если электроды таких размеров применить невозможно, в качестве целевого показателя берется сопротивление заземления, которое не должно превышать 10 Ом. Сопротивление заземления измеряется на переменном токе, во избежание интерференции его частота не должна совпадать с частотой тока в сети электропитания или ее гармониками.

Главная особенность мобильной связи стандарта 5G – возможность управления роботами и другим промышленным оборудованием в реальном масштабе времени

Если МБС находится в месте, где удар молнии невозможен, либо грозовая активность небольшая, в качестве естественного заземления допускается использовать подземную часть металлических столбов или железобетонных конструкций. В крайнем случае, при таком размещении разрешается заземлять МБС на PE-провод, целостность которого была предварительно проверена.

Использование в качестве заземления подземной части металлического столба, железобетонной конструкции или PE-провода требует применения дополнительных мер защиты для обеспечения должного уровня безопасности, более подробно этот момент в рекомендации ITU-T K.120 не раскрыт.

Для упрощения молниезащиты рекомендуется отдавать предпочтение передаче сигналов по волоконно-оптическим кабелям без металлических элементов.

Электропитание

Наиболее распространенным вариантом является питание МБС от постоянного тока напряжением 48 В. Благодаря такому значению МБС, при наличии технической возможности, можно питать через кабели Ethernet по технологии PoE. При питании постоянным током, согласно рекомендации ITU-T K.120 следует использовать для защиты МБС по электропитанию нормы ITU-T K.97.

Также выпускаются МБС с питанием от переменного тока. Как правило, они рассчитаны на подключение к однофазной сети, что позволяет использовать линии электропитания, проложенные в любых местах. Защита МБС по питанию по переменному току подробно изложена в рекомендации ITU-T K.120, описание этих мер выходит за рамки данной статьи.

Выводы

При всей революционности нового стандарта мобильной связи, для молниезащиты и заземления базовых станций 5G применяются решения, уже опробованные на 4G, пусть и в ограниченных масштабах. Поэтому, когда начнется массовое развертывание сетей 5G, лучше обратиться для организации молниезащиты и заземления соответствующего оборудования в компанию, имеющую большой опыт работы со связистами. Наш технический центр ZANDZ.com будет рад предложить решения для молниезащиты и заземления телекоммуникаций и объектов многих других отраслей.

Как сделать заземление Молниезащита и заземление Дистанционные воздействия молнии Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 2 Молниезащита объектов в районах вечной мерзлоты Вебинар "Молниезащита больших территорий: парки, площадки, территории заводов." Страница 3 Почему вертикальные заземлители нельзя располагать близко друг к другу? Анализ нормативного документа ФЕДЕРАЛЬНЫЕ НОРМЫ И ПРАВИЛА В ОБЛАСТИ ПРОМЫШЛЕННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ "ПРАВИЛА БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ВЗРЫВНЫХ РАБОТАХ"