集中直流遠供系統在分布式基站的應用探討

陳文環，鄭發秀，倪奇文

（1 中國稱動通信集團浙江有限公司杭州分公司，杭州 310015; 2 中國移動通信集團設計院有限公司浙江分公司，杭州 310012）

1 前言

分布式基站的廣泛應用，拉遠設備的后備電源保障已成為網絡建設急需解決的難題之一。通常遠端設備安裝環境比較復雜，機房空間大小以及設備放置方式各不相同，另外安裝場地供電條件不理想，供電類別不一，不穩定；加之與業主協調難度越來越大，安裝電源設備面臨諸多困難。本文根據當前網絡規劃建設發展趨勢，對不同場景下分布式基站所采用的集中直流遠供電源保障方案進行探討論證。

2 傳統電源保障方案

2.1 -48V電源保障

模式1：利用近端-48V直流電源向遠端RRU設備進行供電。-48V直供是一種較為簡單的供電方式，由于直流供電方式壓降的要求（開關電源到遠端RRU設備的一般允許的壓降不大于2.31V），所以供電距離較短(一般按100m范圍之內考慮)。

模式2：在遠端設備就近安裝小型一體化電源。遠端RRU設備安裝機房存在著交流電引入困難；電源設備故障率高，壽命短；網元設備分散、功耗小，投資量大；遠端電源設備監控困難等限制條件，造成小型一體化電源解決方案不能得到廣范應用。

2.2 220V電源供電

模式1：配置UPS設備作為后備電源。根據目前網絡建設情況，遠端RRU單臺功耗約300W左右，且位置布放相對分散，遠端設備的總耗電量需求較小(一般不大于5000W)。目前在通信電源系統設備應用中，容量小于10kVA 的UPS設備存在著運行不穩定、故障率高等問題，同時遠端設備在工程安裝實施過程中，存著和就近安裝小型一體化電源同樣的限制條件。

模式2：遠端設備就近取電。就近取電無后備電源保障，當市電中斷時，遠端的設備隨之也中斷，在工程實施中不推薦采用。

3 集中直流遠程供電系統

傳統解決遠端設備的電源保障方案在實際的建設和維護中存在諸多問題，已不能滿足網絡建設發展的需要，建立一種新的電源標準來解決分布式基站中的電源保障勢在必行。通過對集中直流遠供系統的試點和研究表明，此供電方式安全、穩定、可靠，該系統解決方案可以滿足多場景遠端設備的供電保障需求。

3.1 系統原理

集中直流遠供系統是將傳統的-48V的直流基礎電源，通過280V直流遠供局端設備升壓至直流280V(225V～380V可調)，采用相應的電力電纜傳送至分布式遠端設備或通過DC/DC適配器進行降壓(-48V)向分布式遠端設備進行供電。系統示意如圖1所示。

圖1 集中直流遠程供電系統組成示意框圖

3.2 系統主要技術說明

3.2.1 系統供電全程懸浮

集中直流遠供局端設備采用諧振軟開關技術進行直流變換，主回路中采用變壓器來實現升壓及和輸入側的隔離。輸出線路為全程對地懸浮狀態，可以實現開路保護、短路保護、漏電保護、設備輸入、輸出安全保護、強電入侵保護以及所有保護的自恢復功能。

3.2.2 系統傳送對線纜選擇

集中直流遠供系統電纜一般要求采用耐受等級為1kV的雙芯電纜；外皮顏色為橙色，且醒目加印“直流300V，請注意安全”的字樣，內部雙芯線纜外皮顏色分別為紅色和黑色，紅正，黑負。一般情況下采用傳統的電纜和傳輸光纜各自單獨布放，特殊情況下可選用性能工藝質量優良的光電復合纜進行線路施工。

傳輸距離與線纜壓降計算公式如下：

其中： ΔU—壓降； L—電纜長度； ρ—導線電導率，銅取57； S —導線面截面積。

3.3 系統應用場景和組網方案

集中直流遠供在分布式基站中應用，主要是基站的室外站，例如無線小區、邊際站、鐵路、公路、隧道、街道站等和室內分布，例如火車站、商場、機場、會展中心、住宅社區、校園、商務樓宇、醫院等。站點一般組網模式采用集中BBU池、RRU拉遠的。

集中直流遠供系統供電方案的網絡供電組網模式主要有點對點、星型、長距離級聯（帶狀型）、環型等。

3.3.1 點對點組網方案

遠供電源局端設備與BBU設備同基站、機房安裝；遠供輸電線纜建議城區基站使用復合光纜，郊區邊際基站使用鋁芯電纜；考慮遠端設備的防雷和電源輸入接續問題，遠端需配置防雷保護器和電源分配器。供電示意如圖2所示。

3.3.2 星型組網方案

遠供電源局端設備與BBU設備同基站、機房安裝；遠供輸電線纜建議：城區基站使用復合光纜，郊區邊際基站使用鋁芯電纜；遠端RRU建議選用交流220V供電輸入的設備機型（支持高壓直流輸入）；考慮遠端設備的防雷和電源輸入接續問題，遠端需配置防雷保護器和電源分配器。供電示意如圖3所示。

圖2 點對點組網供電示意圖

圖3 星型組網供電示意圖

3.3.3 長距離級聯組網方案

高鐵、高速路沿線多采用多級RRU串聯合并構建超級小區覆蓋的方案；選取高鐵、高速路沿線的宏基站作為遠供電源局端站，分別向上行、下行方向的RRU直流遠程供電，根據功率和線纜規格，單方向設計RRU站點級聯數量應嚴格控制，不宜大于8個，BBU、傳輸設備安裝在局端站；高鐵沿線RRU、直放站等設備建議選用直流48V供電方式，以降低高壓接觸網磁場干擾；遠供輸電線纜建議使用鋁芯電纜，與光纜同路由，同桿路、管道敷設。供電示意如圖4所示。

3.3.4 環型組網方案

遠供電源局端設備與BBU設備同基站、機房安裝；方案采用雙路輸出環狀供電網絡；考慮節省建設成本，遠端設備建議采用交流220V供電方式（支持高壓直流輸入）；考慮遠供系統局端設備最大輸出功率，結合遠端站點的功耗，建議單個環的遠端設備不大于8個。供電示意如圖5所示。

4 應用案例

某省高鐵客運專線無線規劃建設基站共90個，部分拉遠站點存在著就近市電取電困難、成本高，網絡要求保障等級高等問題。

根據建站點的市電引入情況，結合今后維護的便利性和安全性，對部分拉遠站點采用集中直流遠供方式進行供電，遠供線路的電源中心站的動力配套提高配置等級。選取電源中心站19個，RRU拉遠站點采用集中直流遠供方式供電的為39個拉遠站。

根據工程實施后，就集中直流遠程供電與傳統電源保障方案的總結分析比較如下。

4.1 工程投資

傳統就近電源保障方案，新增戶外一體化電源設備(設備費按0.7萬元計取)、外市電引接費用整個方案設備投資費用為144.6萬元。

集中直流遠程供電方案，新增直流遠供局端設備、19個中心站新增的-48V直流電源設備、鎧裝鋁芯線纜、線纜施工費等整個方案設備投資費用為131.6萬元。

相比兩個方案，集中直流遠供可節省投資約13萬元。

4.2 后期維保成本

圖4 級聯組網供電示意圖

圖5 環型組網供電示意圖

表1 常見遠端電源保障方案優劣比較

傳統就近電源保障方案每年運行成本合算為12.87萬元，其中每點每年基本代維費為0.18×39=7.02萬元；平均每年電池報廢費用為0.3×39/2=5.85萬元。

采用集中直流遠供的運行成本約為8.81萬元 ，其中每站點的基本代維費為0.1×39＝3.9萬元；平均每年的電池報廢費用約為（15500/6）×19＝4.91萬元。相比兩個方案，集中直流遠供可節約維保成本約4.06萬元。

5 結束語

綜上分析表明，在解決遠端設備的電源保障方案中，集中直流遠供系統與傳統的傳統方案相比，具有節省工程投資及維保成本的優點，是一種較好的遠端設備電源保障解決方案。各供電保障方案優劣比較如表1所示。

在移動通信網絡快速發展的背景下，分布式的基站建設方式作為網絡建設方式的有力補充，正在網絡建設中發揮著越來越大的作用。分布式基站在網絡建設中廣為應用，促使遠端設備的電源保障方案也突顯出重要作用。集中直流遠供系統不僅較好解決分布式基站遠端設備供電難題，同時取得較好的社會和經濟效益。