淺談移動(dòng)通信室內(nèi)覆蓋的供電方案

鄭軼鵬 中國移動(dòng)通信集團(tuán)江西有限公司 南昌市 330000

0 引言

移動(dòng)通信的網(wǎng)絡(luò)覆蓋、容量、質(zhì)量是運(yùn)營商之間相互競爭的關(guān)鍵要素，也從本質(zhì)上反映了運(yùn)營商的網(wǎng)絡(luò)能力和服務(wù)水平。隨著4G網(wǎng)絡(luò)的普及，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求井噴式發(fā)展。調(diào)查顯示，移動(dòng)通信發(fā)生在室內(nèi)的業(yè)務(wù)占比達(dá)到近70%，數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)發(fā)生在室內(nèi)的業(yè)務(wù)占比已達(dá)80%，業(yè)務(wù)投訴的90%也是來源于室內(nèi)覆蓋的信號(hào)問題。由此可見，移動(dòng)通信的室內(nèi)覆蓋將是未來網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的重點(diǎn)。

電源系統(tǒng)作為通信網(wǎng)絡(luò)的心臟，對(duì)實(shí)現(xiàn)良好的室內(nèi)覆蓋具有關(guān)鍵性的作用。因此，室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的供電方案不僅要與通信設(shè)備相匹配，還應(yīng)與網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求相適應(yīng)，以滿足室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的較高要求。

1 室內(nèi)覆蓋的原因

(1) 因建筑物本身對(duì)信號(hào)的屏蔽和吸收作用，導(dǎo)致無線電波較大的傳輸衰耗，從而產(chǎn)生移動(dòng)通信信號(hào)的弱場強(qiáng)區(qū)和盲區(qū)。通過室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)信號(hào)的準(zhǔn)確覆蓋。

(2) 部分人流量大的建筑物，如大型購物廣場、會(huì)展中心等，由于移動(dòng)電話的利用率高，導(dǎo)致部分網(wǎng)絡(luò)容量無法滿足業(yè)務(wù)需求，造成基站擁塞現(xiàn)象。通過室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，提升通信網(wǎng)絡(luò)容量。

(3) 建筑物的高層空間經(jīng)常存在無線頻率干擾，造成網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不穩(wěn)定，產(chǎn)生“乒乓切換”效應(yīng)，難以保證信號(hào)質(zhì)量。通過室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)，提高通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。

2 室內(nèi)覆蓋方案

室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)的原理是采用室內(nèi)天線分布系統(tǒng)，將基站信號(hào)均勻分布在室內(nèi)每個(gè)角落，從而確保室內(nèi)區(qū)域具備良好的信號(hào)覆蓋。一般來說，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)覆蓋的技術(shù)方案有以下三種：

2.1 宏蜂窩接入方式

以宏蜂窩基站作為信號(hào)分布系統(tǒng)的信號(hào)源。宏蜂窩信號(hào)源覆蓋范圍廣、基站容量大、信號(hào)質(zhì)量好，且便于網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，是室內(nèi)分布系統(tǒng)常見的接入方式之一。尤其是分布式基站，BBU和RRU可以采用拉遠(yuǎn)方式分開安裝，適合多種場景的覆蓋要求，因此得到了廣泛運(yùn)用。

2.2 微蜂窩接入方式

以微蜂窩基站作為信號(hào)分布系統(tǒng)的信號(hào)源。與宏蜂窩接入方式相比，微蜂窩信號(hào)源的投資成本低、對(duì)安裝環(huán)境要求不高、施工便利，因此運(yùn)用也較為普遍。但是由于微蜂窩的自身功率較小，僅適合小面積的室內(nèi)覆蓋要求。

2.3 直放站接入方式

利用直放站設(shè)備對(duì)信號(hào)進(jìn)行二次放大，從而為信號(hào)分布系統(tǒng)提供信號(hào)源，投入少、且安裝靈活、快速部署。但與宏蜂窩和微蜂窩接入方式相比，直放站接入方式無法提升網(wǎng)絡(luò)容量，易產(chǎn)生信號(hào)干擾，造成后續(xù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化工作困難。

3 室內(nèi)覆蓋供電方案比較

根據(jù)室內(nèi)覆蓋系統(tǒng)信號(hào)源的供電是采用交流輸入還是直流輸入，以及是否需要備電，可以將供電方式分為以下四種情形：

3.1 交流供電，不需要備電

圖1 信號(hào)源供電方案一

這種供電方式情況下，信號(hào)源需要支持交流輸入，通過就近接入市電直接給信號(hào)源供電。如圖1所示。

采用市電直接供電的主要優(yōu)點(diǎn)是：投資小，建站速度快。

這種供電方式的缺點(diǎn)主要有：

3.1.1 信號(hào)源沒有后備供電保障，市電一旦停電，則造成網(wǎng)絡(luò)服務(wù)中止。隨著用戶對(duì)通信服務(wù)質(zhì)量要求越來越高，用戶投訴越來越多，容易導(dǎo)致用戶流失。

3.1.2 信號(hào)源內(nèi)部必須有內(nèi)置電源，將220Vac交流電整流為直流電提供給芯片等內(nèi)部元件。信號(hào)源其他部分器件的發(fā)熱也會(huì)使電源工作在更高的溫度，降低了電源的可靠性，容易造成基站設(shè)備損壞。

3.1.3 信號(hào)源將市電直接引入內(nèi)部，需要自身對(duì)外部浪涌和惡劣電網(wǎng)條件具有比較強(qiáng)的自我保護(hù)能力，這對(duì)集成度很高的信號(hào)源來說是比較高的挑戰(zhàn)。

綜上所述，對(duì)于交流輸入，不需要備電的場景，可采用市電直接供電的供電方式。這種方式適合服務(wù)質(zhì)量要求一般，對(duì)信號(hào)源掉電不敏感的場景。

3.2 交流供電，需要備電

圖2 信號(hào)源供電方案二

在這種供電方式下，信號(hào)源支持交流輸入，通過小容量UPS為信號(hào)源供電。 在市電停電情況下，UPS所帶蓄電池為信號(hào)源供電。如圖2所示。

與市電直接供電的方式相比，采取UPS交流后備供電的優(yōu)點(diǎn)有：可提供穩(wěn)定純凈的交流輸入，備電時(shí)間有保障，可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的供電。

采用UPS交流后備供電方案也存在一定的缺點(diǎn)：

3.2.1 采取UPS供電，電能需要經(jīng)過多級(jí)轉(zhuǎn)換，整體效率相對(duì)不高，提高了基站電費(fèi)的支出。例如：某站點(diǎn)主設(shè)備功率為1kW，采用一臺(tái)3kVA UPS供電，UPS轉(zhuǎn)換效率為90%，不考慮電池充放電帶來的影響，則該站點(diǎn)UPS每天耗電2.67度電，一年耗電974度。

3.2.2 基站須為交流輸入，內(nèi)部也須包含轉(zhuǎn)換成直流的內(nèi)置電源，方案一中的電源受其他器件發(fā)熱影響的問題仍然存在。

3.2.3 采取UPS供電，蓄電池組連接在UPS的直流母線上，逆變后才為設(shè)備供電，降低了蓄電池組的使用效率，同時(shí)也會(huì)存在逆變電路失效時(shí)無法提供備電的問題，降低了系統(tǒng)供電的可靠性。

綜上所述，UPS+電池的供電方式，比較適合于信號(hào)源為交流輸入，并需要提供一定備電時(shí)間的場景。同時(shí)，對(duì)于直接市電供電的信號(hào)源的備電改造，UPS+電池的供電方式也是非常適合的。

3.3 直流供電，不需要備電

圖3 信號(hào)源供電方案三

這種供電方式情況下，信號(hào)源支持直流輸入，直接通過直流電源給給信號(hào)源供電。如圖3所示。

與交流供電相比，采用直流供電具有以下優(yōu)點(diǎn)：

3.3.1 直流電源可提供高質(zhì)量的供電保障，網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量高。

3.3.2 直流電源與信號(hào)源相互獨(dú)立，直流電源不受信號(hào)源發(fā)熱的影響，可靠性更高，同時(shí)維護(hù)與更換也更加方便。

3.3.3 直流電源方案結(jié)構(gòu)簡單，利用率更高。以場景二中的站點(diǎn)為例，如采用3KW直流電源，直流電源效率可達(dá)到95%以上，每年耗電464度，相比UPS可節(jié)省510度電。

3.3.4 直流電源一般有多個(gè)整流模塊并聯(lián)運(yùn)行，方便進(jìn)行容量冗余備份，單個(gè)整流模塊的失效并不影響給信號(hào)源的供電，系統(tǒng)具有更高的可靠性。

3.3.5 直流電源具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性，而且結(jié)構(gòu)形式靈活，可以比較好的滿足室內(nèi)覆蓋靈活建網(wǎng)的要求。

由于不帶蓄電池備電，所以在沒有市電的情況下，這種供電方式不能為信號(hào)源提供電能。綜上所述，直流輸入不帶備電的方案比較適合于信號(hào)源為直流輸入，對(duì)服務(wù)要求不高的場景。

3.4 直流供電，需要備電

圖4 信號(hào)源供電方案四

在這種供電方式下，信號(hào)源支持直流輸入，通過直流電源為信號(hào)源供電。 在市電停電情況下，直流電源所帶蓄電池為信號(hào)源供電。如圖4所示。

直流電源+蓄電池的供電方案，除了具有場景三所介紹的直流供電的優(yōu)點(diǎn)外，還具有以下優(yōu)點(diǎn)：

3.4.1 蓄電池與信號(hào)源輸入端是直接相連的，與UPS+蓄電池相比，減少了逆變環(huán)境，系統(tǒng)整體效率更高，可靠性也更高。

3.4.2 直流電源自身具有完善的蓄電池管理功能，可對(duì)蓄電池進(jìn)行充放電管理，能有效延長蓄電池使用壽命，減少站點(diǎn)蓄電池投資和維護(hù)費(fèi)用。

綜上所述，直流電源+蓄電池的方案適合信號(hào)源為直流輸入，對(duì)服務(wù)質(zhì)量要求比較高的站點(diǎn)。該方式的可靠性和轉(zhuǎn)換效率較高，且便于維護(hù)管理，可以有效保證通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量。

4 結(jié)論

根據(jù)信號(hào)源是交流輸入或直流輸入，以及是否需要備電，室內(nèi)覆蓋網(wǎng)絡(luò)的供電方式有以下四種可供選擇。

（1）交流輸入，無備電：采取就近接入市電的直接供電方式。這種方式最簡單，適合對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求不高，同時(shí)信號(hào)源為交流輸入的場景。

（2）直流輸入，無備電：采取直流電源的直接供電方式。這種方式適合對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求不高，同時(shí)信號(hào)源為直流輸入的場景。

（3）交流輸入，有備電：采取UPS+蓄電池的供電方式。這種方式能為信號(hào)源提供高質(zhì)量的交流電，并在市電停電時(shí)保證信號(hào)源的工作，適合對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求比較高，同時(shí)信號(hào)源為交流輸入的場景。

（4）直流輸入，有備電：采取直流電源+蓄電池的供電方式。這種方式能為信號(hào)源提供高質(zhì)量的直流電，并在市電停電時(shí)保證信號(hào)源的工作，適合對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量要求比較高，同時(shí)信號(hào)源為直流輸入的場景。

5 結(jié)束語

采用直流電源+蓄電池的供電方式，在提供高質(zhì)量直流電的同時(shí)，還能具有運(yùn)營成本低，靈活性高等特點(diǎn)，是目前室內(nèi)覆蓋供電的理想解決方案之一。