這篇文章本是4月13日發(fā)布，但當(dāng)時(shí)忘記申請(qǐng)?jiān)瓌?chuàng)，所以今天重發(fā)一遍。

這個(gè)周末北京多個(gè)區(qū)均出現(xiàn)了10級(jí)以上大風(fēng)天氣，有些地區(qū)陣風(fēng)甚至達(dá)到14級(jí)，很多樹木被刮倒。那么，強(qiáng)風(fēng)天氣對(duì)蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)可能會(huì)造成什么樣的影響呢？比如較為極端的情況：天線桿被吹倒、或供電的電線桿被吹倒、光纜中斷、基站損毀或者基站退服（退出服務(wù)）等，均會(huì)造成通信中斷。

那么從通信天線本身來說，應(yīng)該滿足什么樣的防風(fēng)能力呢？下圖是我們常見的天線塔，上面掛滿了各種制式和功能的天線或基站，2/3/4/5G，還有用于回傳的微波天線。

下圖是中國(guó)氣象網(wǎng)發(fā)布的風(fēng)力等級(jí)劃分表，對(duì)于天線塔上的天線來說能扛到多少級(jí)風(fēng)呢？

先從兩個(gè)基本的概念說起。

01、生存風(fēng)速

我們先來看一下標(biāo)準(zhǔn)中定義的有關(guān)基站天線抗風(fēng)指標(biāo)的術(shù)語定義。之前在與無線通信相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化組織一文中，提到過NGMN（Next Generation Mobile Networks）聯(lián)盟，它是一個(gè)由全球運(yùn)營(yíng)商領(lǐng)導(dǎo)的聯(lián)盟，由近70家公司和組織組成，主要的標(biāo)準(zhǔn)包括有關(guān)于BASTA基站的有源和無源天線建議。在它發(fā)布的《Recommendations on Base Station Antenna Standards》中，給出了以下定義：

Survival Wind Speed：The maximum wind velocity the BSA can withstand without suffering permanent damage. It shall also survive without being mechanically or electrically affected due to wind forces in any way that would require service maintenance at the site. ??生存風(fēng)速（Survival Wind Speed）：BSA （Base Station Antennas ：基站天線）在不遭受永久損壞的情況下所能承受的最大風(fēng)速。 此外，在風(fēng)力的作用下，BSA還應(yīng)不會(huì)受到機(jī)械或電氣方面的影響，從而需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行維護(hù)。

例如：天線的生存風(fēng)速為200 公里/小時(shí)，即表示它能承受200 公里/小時(shí)的風(fēng)速而不會(huì)損壞。200km/h約為55.6m/s，根據(jù)上圖的風(fēng)力等級(jí)劃分，應(yīng)為16級(jí)風(fēng)的水準(zhǔn)。

生存風(fēng)速是通信網(wǎng)絡(luò)在風(fēng)力影響下保持可用的一個(gè)限制因素。 對(duì)于運(yùn)營(yíng)商來說，產(chǎn)品和現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)裝置保持功能可用以避免維修是很重要的。在一些國(guó)家，法律要求在發(fā)生颶風(fēng)或龍卷風(fēng)等自然災(zāi)害后需要確保通信系統(tǒng)的可用性。

02、風(fēng)荷載

風(fēng)荷載又分為風(fēng)荷載—正面和風(fēng)荷載—側(cè)向。但其實(shí)最大風(fēng)荷載不一定是正面或側(cè)面的風(fēng)荷載。由于空氣動(dòng)力的升力和阻力效應(yīng)，最大風(fēng)荷載可以是任何角度。

The windload – frontal：defines the load on the antenna frontal surface resulting at 150 km/h wind velocity. ?The incoming angle of the wind is therefore the same of the antenna mounting orientation。風(fēng)荷載 - 正面：定義了風(fēng)速為150 公里/小時(shí)（41.7m/s，相當(dāng)于14級(jí)風(fēng)）時(shí)天線正面所承受的荷載。 因此，風(fēng)的進(jìn)入角度與天線的安裝方向應(yīng)相同。

下圖是一個(gè)Dual-beam天線的天線安裝方向（Antenna mounting orientation）示意圖。其安裝方向沿 0° 對(duì)齊。左、右機(jī)械視距方向分別指向 -30° 和 +30°。

The windload – lateral：defines the load on the antenna side surface resulting at 150 km/h wind velocity. ?The incoming angle of the wind is therefore perpendicular to the antenna mounting orientation。風(fēng)荷載 - 側(cè)面：定義風(fēng)速為150 公里/小時(shí)時(shí)天線側(cè)表面所受的荷載。因此，風(fēng)的吹入角度垂直于天線的安裝方向。

下圖更加直觀地展示了風(fēng)荷載-正面示意圖（左），和風(fēng)荷載-側(cè)面示意圖（右）。

風(fēng)荷載的單位是牛頓（N），例如風(fēng)荷載-正面要求500N。那么，如何得到風(fēng)荷載的具體數(shù)值呢？一般有三種方法：

一是基于標(biāo)準(zhǔn)定義來進(jìn)行計(jì)算，ANSI/TIA 222為北美地區(qū)風(fēng)荷載的確定提供計(jì)算方法；EN 1991-1-4提供了用于歐洲和亞洲的風(fēng)荷載計(jì)算方法。被測(cè)天線的所有計(jì)算只能始終遵循這兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中的一個(gè)。

二是使用仿真的方法。這是比較快捷、經(jīng)濟(jì)的方法。然而，由于流體的復(fù)雜性，僅靠仿真計(jì)算風(fēng)荷載是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。

三是使用風(fēng)洞試驗(yàn)（Wind Tunnel Testing），它模擬的環(huán)境與產(chǎn)品的實(shí)際自然環(huán)境最為相似，因此是最準(zhǔn)確的測(cè)試方法。下圖是中南大學(xué)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)室的測(cè)試環(huán)境圖：

03、基站天線的抗風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

下表是ETSI定義的不同等級(jí)下的環(huán)境要求。包含了溫度、濕度、降雨、氣壓、溫度變化率、太陽輻射、最大風(fēng)速等。4.1 級(jí)代表名義上不受控的室外環(huán)境。4.1E 級(jí)將溫度和濕度范圍擴(kuò)展到歐洲5個(gè)氣候區(qū)的平均最低和最高溫度。4.2L 級(jí)和 4.2H 級(jí)代表 ETSI 規(guī)定的更為極端的氣候條件，但在歐洲以外的地區(qū)也可進(jìn)一步擴(kuò)展。例如，在+70oC的高溫條件下運(yùn)行是基站天線的常見要求。

Table 7.1-1—ETSI 300 019-1-4 stationary, non-weather protected environmental classes.

由上表可知，ETSI?300019 最大風(fēng)速（Maximum wind speed）或者叫Movement of surrounding air的要求均為50m/s，也就是15級(jí)風(fēng)的水準(zhǔn)。但各國(guó)使用的參數(shù)可能有所不同。實(shí)際上，ETSI中的最大風(fēng)速還不足以滿足BSA應(yīng)用的要求。 因此，標(biāo)準(zhǔn)的生存風(fēng)速一般為200 km/h，即124 英里/小時(shí)，也就是55.6 米/秒，相當(dāng)于16級(jí)風(fēng)的水準(zhǔn)。對(duì)于更高的風(fēng)荷載設(shè)計(jì)要求，一般可達(dá)到240 km/h，即66.6 米/秒，150 英里/小時(shí)。

所以看起來，如果是符合NGMN標(biāo)準(zhǔn)的基站天線應(yīng)該在這幾日的大風(fēng)中安然無恙才對(duì)。也就是說在這樣的大風(fēng)中生存是沒問題的，但是否能很好的工作還不一定，也許天線發(fā)生了偏轉(zhuǎn)，影響了覆蓋和通信質(zhì)量，等等。

04、微波天線的抗風(fēng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定

在我們身邊的天線塔上，除了基站天線以外，還有一種近幾年大量涌現(xiàn)的微波天線，用于5G回傳業(yè)務(wù)，尤其是工作在71-76/81-86GHz頻段的E-band微波，如下圖：

由于E-band微波工作在非常高的頻段，具有非常窄的波束，例如3dB波寬只有零點(diǎn)幾度。那么大風(fēng)如果吹偏了一點(diǎn)，通信質(zhì)量就會(huì)相比其他波段下降得尤為明顯。吞吐量和通信距離也就無法保證。那么微波通信系統(tǒng)的天線應(yīng)該有多大的抗風(fēng)能力呢？

根據(jù)ETSI?EN 301 126-3-1，也有生存風(fēng)速的要求，此外還規(guī)定了天線穩(wěn)定度：

Antenna stability：The supplier shall declare the operational conditions under which the antenna shall remain stable. Guidance information on antenna stability may be found in the relevant antenna standard.?天線穩(wěn)定度：供應(yīng)商應(yīng)聲明天線能保持穩(wěn)定的工作條件。有關(guān)天線穩(wěn)定性的信息可在相關(guān)的天線標(biāo)準(zhǔn)中找到。

在ETSI中給出的廠商聲明建議如下：

天線類型 ?生存風(fēng)速m/s (km/h) ?穩(wěn)定度m/s (km/h)正常荷載 ? ? ?55 (200) ? ? ? ? ? 30（110）重荷載 ? ? ? ?70 (252) ? ? ? ? ? 45（164）

在我國(guó)待發(fā)布的《微波通信系統(tǒng)拋物面天線技術(shù)要求和測(cè)試方法》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中，規(guī)定了生存風(fēng)速和工作風(fēng)速：

所以，如果是符合上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的微波天線，正常情況下也應(yīng)該在這幾日的大風(fēng)中安然無恙才對(duì)。如果考慮穩(wěn)定性或工作風(fēng)速的要求為110km/h，即30.6m/s，相當(dāng)于11級(jí)風(fēng)的水準(zhǔn)，那么在瞬時(shí)14級(jí)風(fēng)的情況下，通信質(zhì)量可能會(huì)受到影響。