現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造的研究與應(yīng)用

張青松

（中國通信建設(shè)集團(tuán)設(shè)計院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

隨著2019年6月5G商用牌照的頒發(fā)，2019年下半年運(yùn)營商開始展開5G基站建設(shè)，2020年5G將正式開啟商用模式[1]。

對于運(yùn)營商，快速布局5G建設(shè)，為樹立品牌、商用競爭搶奪先機(jī)顯得尤為重要。對于中國鐵塔公司，面對5G建設(shè)帶來的規(guī)模大、時間緊、功耗高以及改造難度大等問題，制定一站一方案精細(xì)化設(shè)計，合理利用現(xiàn)有配套資源，結(jié)合監(jiān)控數(shù)據(jù)，在降本增效的前提下，第一時間滿足運(yùn)營商交付需求。

1 5G主設(shè)備

1.1 5G組網(wǎng)演進(jìn)

5G RAN架構(gòu)從4G的BBU、RRU兩級結(jié)構(gòu)將演進(jìn)到CU、DU和AAU三級結(jié)構(gòu)，如圖1所示。天線側(cè)采用射頻模塊與天線一體化集成（AAU）。5G建網(wǎng)初期采用CU/DU合設(shè)+AAU部署方案，中后期根據(jù)eMBB、URLLC和mMTC業(yè)務(wù)需求情況，逐步向CU、DU和AAU三層分離架構(gòu)演進(jìn)。

1.2 主設(shè)備參數(shù)

目前，主要影響網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的是AAU的尺寸、重量參數(shù)以及BBU、AAU功率參數(shù)。根據(jù)掌握的主流設(shè)備廠家最新設(shè)備，AAU外形及重量如表1所示。

AAU集成了4G組網(wǎng)下RRU及天線的功能，設(shè)備的迎風(fēng)面積低于4G設(shè)備，而重量略大于4G設(shè)備。

根據(jù)目前5G功耗測試結(jié)果看，AAU功耗明顯受負(fù)荷影響：

（1）BBU功耗與所插板件相關(guān)，受業(yè)務(wù)負(fù)荷影響不大，BBU的功耗隨著業(yè)務(wù)負(fù)荷的增加而增加，其平均功耗基本不變。

圖1 5G初期、中后期組網(wǎng)演進(jìn)圖

（2）AAU功耗與業(yè)務(wù)負(fù)荷相關(guān)，50%負(fù)荷下平均功耗是100%負(fù)荷下的80%左右。

表1 AAU（RRU+天線）外形尺寸及重量

當(dāng)前，主流設(shè)備廠家設(shè)備功耗參數(shù)如表2所示。

根據(jù)5G加載測算結(jié)果看，5G單站功耗是4G單站的2.5～3.5倍。在S111配置下，BBU空載和滿載工作條件下，功耗變化幅度小，AAU滿載基本是空載的2倍，因此AAU功耗增加是5G功耗增加的主要原因。

2 電源配套改造

2.1 基本數(shù)據(jù)搜集

存量基站租戶梳理：梳理現(xiàn)網(wǎng)存量站運(yùn)營商租戶情況，制作圖層，根據(jù)運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)判斷存量站5G系統(tǒng)需求數(shù)量（移動1套5G系統(tǒng)、聯(lián)通電信競合1套5G系統(tǒng)），避免超配。

運(yùn)營商自留站梳理：根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)存量站產(chǎn)權(quán)歸屬，梳理運(yùn)營商自留站、鐵塔產(chǎn)權(quán)基站，原則上運(yùn)營商自留站自改需求，電源配套改造由運(yùn)營商完成。

開關(guān)電源與蓄電池信息梳理：登陸資管系統(tǒng)，提取存量站點(diǎn)開關(guān)電源型號，整流模塊型號、數(shù)量、電池類型及容量。

轉(zhuǎn)供/直供電梳理：結(jié)合物業(yè)中心電費(fèi)繳費(fèi)記錄表，梳理轉(zhuǎn)供電站點(diǎn)明細(xì)。

單相/三相電梳理：登陸運(yùn)維監(jiān)控系統(tǒng)導(dǎo)出近期交流輸入線電壓監(jiān)控值，通過三線電壓值，初步判斷單相或三相電接入。

2.2 電源配套改造測算流程

精細(xì)化設(shè)計中，一站一方案涉及的因素較多，如前期的數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)分析、上站查勘、容量測算、方案制定和方案審核等。為便于方案準(zhǔn)確制定，可按圖2流程進(jìn)行操作。

表2 5G主流設(shè)備廠家功耗

圖1 電源配套方案改造測算流程圖

2.3 電源配套測算方法

2.3.1 鉛酸蓄電池容量測算

計算公式：

式中：Q為蓄電池容量（Ah）；K為安全系數(shù)，取1.25；P為通信設(shè)備實(shí)際負(fù)荷功率（W）；T為放電小時數(shù)（h）；η為放電容量系數(shù)，詳見表3；t為實(shí)際電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值，所在地有采暖設(shè)備時為15 ℃，無采暖設(shè)備時為5 ℃；α為電池溫度系數(shù)（1/℃），當(dāng)放電小時率≥10時取α=0.006，當(dāng)10＞放電小時率≥1時取α=0.008，當(dāng)放電小時率＜l時取α=0.01。

表3 鉛酸蓄電池放電容量系數(shù)表

2.3.2 梯次電池容量測算

計算公式：

式中：Q為電池容量（Ah）；K為安全系數(shù)，取1.25；P1為一次下電側(cè)通信設(shè)備工作實(shí)際功率（W）；P2為二次下電側(cè)通信設(shè)備工作實(shí)際功率（W）；T1為一次下電側(cè)設(shè)備備電總時長（h），應(yīng)大于1 h；T2為二次下電側(cè)設(shè)備備電總時長（h）；a為溫度調(diào)整系數(shù)，寒冷、寒溫I、寒溫II地區(qū)取1.25，其余地區(qū)取1.0。

2.3.3 開關(guān)電源容量測算

計算公式：

式中：R為開關(guān)電源容量（A）；P為通信設(shè)備工作實(shí)際功率（W）；43.2為終止電壓；Q為蓄電池組總?cè)萘浚ˋh）；10為電池充滿電按10 h計算；η為容量系數(shù)，取0.95。

2.3.4 空調(diào)容量測算

計算公式：

式中：1.06為指開關(guān)電源工作熱效率補(bǔ)償系數(shù)；Q12為基站空調(diào)總熱負(fù)荷；K為分區(qū)域制冷系數(shù)，常規(guī)情況取K=1；Q1為機(jī)房內(nèi)通信設(shè)備熱負(fù)荷，Q1=機(jī)房內(nèi)設(shè)備功率×0.8；Q2為建筑結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷，Q2=單位面積熱負(fù)荷×房間面積（單位面積熱負(fù)荷基準(zhǔn)150 W/m2）。

2.3.5 市電容量測算

計算公式：

式中：P通信設(shè)備指機(jī)房內(nèi)遠(yuǎn)期規(guī)劃化的所有通信設(shè)備（包含現(xiàn)有設(shè)備+新增設(shè)備）的額定功耗之和，P電池充電=電池容量×0.1×56.4/1 000 kW；η指開關(guān)電源的效率，一般取0.9。

市電引入容量根據(jù)基站遠(yuǎn)期規(guī)劃容量配置。在通信負(fù)載最大功率工作時，還需要同時滿足蓄電池充電和溫控系統(tǒng)最大負(fù)荷需求。典型市電引入配置，如表4所示。

表4 典型市電引入配置表

上述電纜線徑按600 m以內(nèi)的電纜長度計算。超出600 m建設(shè)場景，電纜線徑應(yīng)根據(jù)電纜敷設(shè)環(huán)境和電纜實(shí)際長度進(jìn)行核算。

3 結(jié) 論

本文通過對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、設(shè)備選型和組網(wǎng)方式的分析，結(jié)合運(yùn)維系統(tǒng)數(shù)據(jù)和查勘數(shù)據(jù)進(jìn)行測算，在存量站資源可調(diào)配的前提下進(jìn)行精細(xì)化設(shè)計，既滿足客戶交付時間需求又能降本增效，可為以后5G電源配套改造工作提供參考。