室內分布式系統基站設備供電方式探討

中國聯通運城分公司 張曉虹 吉祎輝

隨著中國聯通網絡建設的逐步深入，高速分組數據業務的多姿多彩快速進入了大眾的視野，WCDMA無線應用也在迅速走進人們的日常生活。3G時代的重要標志之一是人們對室內無線高速數據業務的強烈需求，因此，室內無線網絡質量對終端客戶感知的影響就變得至關重要，而這一環節的基礎就是室內覆蓋有源設備供電保障系統的建設。

1.室分系統中的有源設備

1.1 有源設備的種類

中國聯通室內分布系統中，除信號源以外，對于天饋分布系統中有源設備（如干線放大器等）的引入一直采取慎重使用的原則，所以，室內覆蓋有源設備供電保障系統的建設主要考慮的對象就是信號源設備。

1.2 信源類型

室內分布系統信源接入主要有宏蜂窩基站、微蜂窩基站接入或耦合、射頻拉遠以及直放站空間耦合等幾種方式。一是宏蜂窩信源：適用于業務量高（或具有很高數據需求）、需要分區采用多個信源覆蓋的高價值大面積區域且具備機房條件的大型場館、交通樞紐等重要建筑物，如山西省體育中心、太原火車南站。二是微蜂窩信源：適用于兼有覆蓋和一定容量需求的中小型建筑物。三是射頻拉遠型信源：為大容量基站，適用于話務量較高的寫字樓、商場、酒店等重要建筑物，尤其適合大中型建筑群的覆蓋。四是直放站信源：適用于以建筑中心區域盲區或弱覆蓋區域為主要目的的低業務區域，補盲覆蓋的電梯、地下室等場所。

2.供電保障系統

2.1 供電保障系統的技術現狀

原有2G設備，近距離供電，一般采用開關電源進行供電或DC/AC逆變器供電的方式；遠距離供電，大多采用就近交流供電或采用普通UPS進行供電的方式。自2008年中國聯通山西分公司WCDMA一期室內分布工程建設以來，WCDMA設備供電保障系統大多屬于原有2G設備供電保障系統的傳承或者補充，設備使用環境、運行維護及能耗評估等方面均是按照2G設備標準要求制定。WCDMA室內分布設備基本采用BBU+RRU的模式，BBU大多采用基站機房或模塊局機房直流供電，而遠距離RRU則以就近交流供電方式為主。

2.2 分布式基站供電方式

分布式基站覆蓋的目標區域多種多樣，單就其RRU供電方式而言，大體可分為以下5種供電方式：

（1）就近市電（交流）供電

RRU設備安裝在目標覆蓋區域（用戶側）建筑物內，最簡便的辦法就是采用市電就近直接供電的方式，但信源設備不具備市電斷（停）電后后備供電的能力。根據統計，市區市電斷電的主要因素除了市電故障外，就是業主由于用電合同糾紛等拉閘限電。設備斷電后，分布式基站設備將無法繼續相應的無線網絡服務，用戶投訴將驟增，用戶感知更無從談起；同時，也給運行維護部門帶來巨大壓力，隨著BBU+RRU分布式系統的大量使用，大范圍的運行維護工作不可避免，一旦出現大范圍的市電斷電，相應的運行維護工作幾乎無法完成。RRU就近市電（交流）供電的方式只能滿足WCDMA網絡建網初期快速組網的需求，具有前期投資小、網絡組建迅速的優點。但是，工程建設后期開關電源系統更新改造的費用投入將大大超越網絡初期建設的投資。

（2）直流電源供電

采用直流電源供電的方式是比較理想的供電方式。直流電源供電方式的優點明顯：方案拓撲相對簡單，效率較高，能夠有效減少能源消耗，并且可以提高可靠性，增加設備壽命；直流電源有較為完善的電池管理功能，可以有效保證電池使用壽命；直流電源可擴展性強、形式多種多樣，可根據RRU設備布局，對多個RRU進行直流供電，也可針對單個RRU或局部2個及2個以上RRU進行直流供電。直流電源供電方式具有一定局限性，若從機房直接引電，只適用于機房拉遠至≤100米的RRU單元；若采用直流遠供方式，適用于機房拉遠至≤3公里的RRU單元，線路長度增加意味著線纜投資增加，同時安全性、可靠性大大降低，且絕大多數室分站點位于市區，線纜架空走線和地下管道走線的可能性幾乎為零，所以，室內分布工程中，RRU設備由直流電源供電的應用范圍就大大縮小了，只適用于邊遠地區大客戶或遠離市區的建筑。

（3）逆變電源后備式供電

原中國聯通CDMA網絡中，大量采用逆變電源后備式供電方式。1、2KVA（功率較小）逆變電源使用G網基站開關電源系統作為直流輸入，逆變輸出220V交流向CDMA設備供電。長期運行的結果證明，所采用的逆變電源后備式供電方案存在可靠性較低、維護頻率較高的缺點。分析其原因，可以歸結為：由于采用的逆變電源市電適應范圍較窄、抗沖擊電流能力較低、過載能力較低，造成了逆變電源后備式供電方案使用壽命短、維護成本高的局面。若采用逆變電源后備式供電方案，可考慮采用帶有冗余模塊化的逆變電源后備式供電設備，從而提高整體供電的可靠性，減少運行維護的成本。

（4）UPS供電

UPS是不間斷電源（Uninterruptible Power Supply）的英文簡稱，UPS供電方案的優勢在于：具備相對穩定的后備時間，容易實現較遠距離的交流供電（交流線損小，纜線線徑要求低）。UPS的劣勢也較為明顯。由于早期UPS后備電源主要針對的負載類型是計算機等網絡設備，設備的運行環境為較為潔凈的室內空間。如果把UPS設備放置到運行環境較為惡劣的用戶側設備間（如豎井、電梯間，甚至是地下室），運行環境的惡劣以及市電的“電源污染”會造成UPS工作壽命的大為縮短；小型UPS電池管理較弱，會減少電池的使用壽命；部分機架式設備，為了減小設備體積，大量使用強制風冷來提高輸出功率密度，運行過程中噪聲較大，容易造成業主投訴，給建站以及今后的運行維護工作增加了難度。

（5）壁掛式開關電源供電

壁掛式開關電源一般是由充電器、逆變器、蓄電池（組）、轉換裝置、監控單元等構成。壁掛式開關電源工作方式可以分為正常和應急兩種工作方式。在正常工作方式下，當輸入壁掛式開關電源的交流電（通常為市電）正常時，交流電通過交流輸出切換單元輸出分路給負載供電，同時通過充電器給蓄電池均浮充，逆變器同步靜置備份等待，整體功耗較低。若有負載需要直流輸出的，由充電器輸出直流電。在應急工作方式下，當輸入壁掛式開關電源的交流電出現故障時，設備監控單元在小于等于10ms內切換到蓄電池輸出經逆變器供電，供電時間的長短由蓄電池容量來決定。當輸入的交流電恢復正常時，壁掛式開關電源自動切換到市電旁路供電。

3.分布式基站供電方式選取原則

2008年以來，中國聯通山西分公司室內分布工程的建設力度逐年加大，RRU的安裝位置（弱電豎井、電梯機房、樓梯旁、地下室，甚至是室外墻壁上）隨意性很大。針對大多數室內分布信源（RRU）安放位置的實際情況，從運行維護的角度來看，在斷電的情況下，運維人員幾乎不可能帶上笨重的油機到斷電樓宇發電，所以建議：對于一類（為兩個穩定可靠的獨立電源各自引入一路供電，該兩路不應同時出現檢修停電，平均每次故障時間不應大于0.5H，兩路供電線宜配置備用市電電源自動投入裝置）、三類（為從一個電源引入一路供電線，供電線路長、用戶多、平均每月停電次數不應大于4.5次，平均每次故障時間不應大于8H）及四類市電供電的樓宇，不建議采用后備供電的方式；對于二類（允許有計劃檢修停電，平均每月停電次數不應大于3.5次，平均每次故障時間不應大于6H）市電供電的樓宇，建議可以酌情考慮采用后備供電的方式（后備時間為0.5－1小時），從而有效避免時長為0.5－1個小時以內短時間的停電及市電閃斷造成的設備退服現象。

4.不同場景下分布式基站后備供電解決方案比較

4.1 設備重量及額定功耗（均為平均值）

2G RRU重量≤21kg，額定功耗≤240W；3G RRU重量≤18kg，額定功耗≤280W。

4.2 不同場景下建筑樓面均布活荷載的標準值

弱電豎井，其均布活荷載的標準值2.0kN/m2（約為200kg/m2）；電梯機房，其均布活荷載的標準值7.0kN/m2（約為700kg/m2）；其他場景建筑樓面均布活荷載接近弱電豎井對應的標準值。

4.3 蓄電池、UPS的相關計算公式

鉛酸蓄電池的總容量應按下公式計算：Q≥KIT/η[1+α（t-25)]

式中：Q-蓄電池容量（Ah）；K-安全系數，取1.25；I-負荷電流（A）；T-放電小時數（h）；η-放電容量系數，取0.45；t-實際電池所在地最低環境溫度數值：無采暖設備時，按5℃考慮；α-電池溫度系數（1/℃）：當放電小時率＜1時，取α=0.01。

UPS電池的總容量，應按UPS容量采用以下公式估算出蓄電池的計算放電電流I，再根據計算蓄電池容量的公式算出蓄電池的容量。

I=S*0.8/μU

式中：S-UPS額定容量（kVA）；I-蓄電池的計算放電電流電流（A）；μ-逆變器的效率；U-蓄電池放電時逆變器的輸入電壓（V）。

4.4 不同條件下后備供電解決方案比較

（1）2/3G RRU各一個

RRU重量≤39kg，額定功耗≤520W

若采用UPS方式：后備時間按1小時考慮，UPS額定容量按1kVA考慮，蓄電池規格24Ah*3節（按36V直流輸出考慮），重量≤27kg，總重量（主機和蓄電池是一體機）≤92kg，因此建議設備落地安裝。

若采用壁掛式開關電源（蓄電池與開關電源為一個機柜）方式：蓄電池容量≥20Ah，總重量≤46.4kg，放電時長≥0.53個小時，因此建議設備壁掛安裝。

（2）2/3G RRU各兩個

RRU重量≤78kg，額定功耗≤1040W

若采用UPS方式：后備時間按1小時考慮，UPS額定容量按2kVA考慮，蓄電池規格24Ah*8節（按36V直流輸出考慮），重量≤72kg，總重量（主機和蓄電池是一體機）≤172kg，因此建議設備落地安裝。

若采用壁掛式開關電源（蓄電池與開關電源為一個機柜）方式：蓄電池容量≥40Ah，總重量≤79.4kg，放電時長≥0.53個小時，因此建議設備落地安裝。

5.結束語

從以上的分析不難看出，隨著BBU+RRU信源的大量應用，信源設備供電保障系統的建設也需要加強。具有后備供電的供電系統具有明顯優勢，但要受到設備安裝位置環境等因素（如機房墻壁、地面承重等）的制約，加之現在相當多的建筑樓宇安裝有后備供電系統或具備油機發電的能力，后備供電的供電方式不宜大規模上馬，要針對具體情況酌情考慮。

在后續的探索中，我們將通過具體案例不斷積累和完善，根據樓宇分類制訂出一套信源設備供電保障系統建設策略、分析思路及實施步驟，逐步固化信源設備供電保障系統解決流程。

[1]陸健賢,葉銀法,盧斌,林衡華,蔣曉虞,邱涌泉.移動通信分布系統原理與工程設計[M].機械工業出版社,2008.

[2]周志敏,周紀海,紀愛華.UPS應用與故障診斷[M].中國電力出版社,2008.