現網5G基站電源配套改造的研究與應用

李貴生

（新疆新網投資有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

5G是從4G及之前的3G、2G網絡的基礎上發展起來的，也是當前信息通信技術發展的重要方向，對于我國實現物聯網構建、實現互聯網及大數據等重要科技發展具有重要意義。因此，在面對5G改造建設時，企業應該對5G的特點和要求進行研究分析，發掘具體的改造需求，制定合理的措施來進行具體的改造。

1 5G網絡應用特點

1.1 5G網絡主設備特點

5G 組網是在4G的基礎上演變而來的，5G網絡中使用的RAN（無線接入網）架構也從原來4G網絡中的BBU（基帶處理單元）、RRU（射頻拉遠單元）兩級結構逐步演變成了CU（集中單元）、DU（分布單元）和AAU（有源天線單元）三級結構。其中天線方面使用了射頻模塊與天線一體化集成模式。并且整個過程又可以分為建網初期、中后期2個階段，2個階段中使用的結構也會發生變化。例如，會隨URLLC（超高可靠與低時延通信）和mMTC（大規模物聯網）等業務需求的不同而發生變化，建網初期一般采用CU/DU合設+AAU的結構，中后期需要用到CU、DU和AAU三級結構。在進行網絡升級變化的同時，主要設備的體積、重量及部分功率值都會發生變化。因此，為了促進5G網絡的推行發展，必須關注與5G網絡建設有關的AAU尺寸、重量參數以及功率參數，對當前的主要設備機型展開研究，發現影響網絡主設備負荷的關鍵因素，并采取有效的措施進行治理[1]。研究測試發現，AAU是4G組網下RRU及天線的功能的升級應用，且AAU功耗明顯受到負荷影響，50%負荷下的平均功耗是100%負荷下的80%左右。

1.2 5G網絡特點

眾所周知，5G網絡在應用的過程中，需要用到例如MIMO（多輸入多輸出系統）、C-RAN等新技術，且過程中涉及局部頻率重復使用及智能微小分區使用等操作，因此，無形中提高了對基站參數的要求。而且在實際數據傳輸、存儲等過程中，除了基站位置、分布數量等問題外，還涉及眾多干擾、能效、下傾角等參數的精細規劃配比。整體而言，5G網絡功能、參數以及算法較4G網絡有了明顯提升。相關企業應該以節約成本為前提，研究5G網絡的特點及其與4G網絡基站的差異性，有針對性地在4G基站的基礎上改動技術參數、引進設備，實現現網基站向著5G基站電源配套改造的目的。

2 現網基站電源配套5G改造方向

5G的關鍵技術和網絡能力決定了設備的功耗比原有無線基站主設備有較大增幅，對基站配套提出了更高的要求。現網5G基站電源配套改造過程要以節約成本為前提，以5G網絡應用的現狀及遠景為出發點，研究發現與現網基站中存在的差異性和共同點，通過精細的規劃、測算對現有基站電源配套設備及其他設施設備進行全面改造[2]。以降低成本及長遠應用為原則，現網能用的設備不淘汰，對其進行升級改造或者通過參數調整達到應用的目的。適當更換現有部件，增加5G新業務功能對應部件。

具體的改造方向主要包括5點。1） 現網中物理層設計了與用戶介入性能及業務速率具有很大關系的CRS信號，這就導致對于4G網絡而言RSRP等是重要指標。但由于5G網絡不涉及CRS信號（小區專用參考信號），因此，測量網絡覆蓋及業務能力的指標改成了SS（直接序列擴頻信號）等信號。2）5G網絡中需要使用Massive MIMO （大規模天線）技術來提升現網基站垂直維度上信號的覆蓋能力和靈活性。但是這一技術的引用會大大影響現網的網絡整體覆蓋、干擾性等參數，因此，需要在現網的基礎上結合各類Massive MIMO 技術天線建模，并根據當地的業務需求、地域特點及其他需求來核算最佳的配置參數，找到最佳的切合點，實現網絡性能的最優化。3）5G網絡的應用和發展是以4G為基礎，且其應用場景和客戶具有一致性。因此，5G網絡的應用需要與4G現網相結合，對當前應用過程中的地圖、路測等大量數據進行采集、整理并加以分析利用，作為其應用的基礎。4）未來5G網絡還需要用在URLLC和mMTC等場景中，所以現網改造時需要考慮CU分離、DU集中等因素，以便在后期應用中具有與之相匹配的基站設備基礎。5）由于5G網絡的精度和復雜度更高，所以要求對現網中的天線權值進行相應的設置改動，并調整高精度地圖、射線跟蹤模型、網絡評估指標取定等，從而促進改造完善。

3 5G通信基站電源配套改造策略

基站電源配套系統指的是負責為通信設備直接供電的電源及其配套設備，其是通信系統的重要組成部分，系統中主要包括電流引入線路、發電機組、交直流配電設備、整流設備、蓄電池組以及空調等。因為5G網絡在應用的過程中，需要支持設備功率的大幅度增加，所以需要對對應的基站電源配套設備系統進行改造。具體改造步驟及要點如下。

3.1 基本數據調查搜集

首先，要調查、分析現網中所有的存量站運營商租戶情況，并繪制成合適的圖層，以此來預測存量站5G系統的需求量。之后根據需求量來進行合理配置，避免超配情況發生，進而達到控制成本的目的。其次，要對現網中的存量站進行梳理，以其歸屬情況作為分類依據，梳理存量站歸屬情況及運營商自留站、鐵塔產權基站情況。有計劃地制定電源配套改造計劃，并根據計劃改造對應的存量站電源配套系統。再次，利用現網的管理系統，查詢并匯總所有開關電源和蓄電池的信息，弄清楚相應的開關及蓄電池型號、數目、容量等參數，方便后期管理使用。最后，對供電類型進行梳理。這個過程中包括單相電和三相電的梳理及轉供電和直供電的梳理。前者需要獲取權限進入現網的運行維修系統，查閱、導出交流輸入線電壓監控值，通過三線電壓值來判斷單相或三相電，并進行登記管理。后者的登記分類則需要根據電費繳費記錄來進行梳理。

3.2 電源配套改造流程

電源配套改造過程是在基本信息分類搜集歸納的基礎上進行的。在做好基本年數據調查搜集后，需要根據實際情況對需要改動的設備參數等進行測算，因為具體的實施區域及需求不同，每個站的影響因素和因素影響大小不同，所以每一個基站的電源配套改造情況也不同，在實際改造前必須堅持精細設計的原則，進行一站一方案的測算，在測算完成后根據現網的實際情況對設備進行更換、改造或者參數調整，保證電源配套設備滿足5G網絡的應用條件。下面筆者將對電源配套改造的具體測算流程進行重點介紹。

3.2.1 鉛酸蓄電池容量測算

鉛酸蓄電池容量測算公式：

測算公式中具體的符號表示及注意事項：Q指的是鉛酸蓄電池的容量，單位是Ah；K指的是安全系數，這里取1.25；P指的是通信設備的實際負荷功率，單位是瓦（W）；T則指的是蓄電池的放電小時數，單位是小時（h）；η是鉛酸蓄電池的放電容量系數，其取值與蓄電池的放電小時數T及放電終止電壓有關系，具體可以查閱《鉛酸蓄電池放電容量系數表》，根據實際情況取值；t是溫度，單位是℃，這里取電池所在地的最低環境溫度。通常有采暖設備時為15 ℃，反之為5 ℃；α的單位是1/℃，代表的是電池的溫度系數。取值規定為放電小時率≥10時，取0.006，當1≤放電小時率＜10時，取0.008，放電小時率＜l時，取0.01。

3.2.2 梯次電池容量測算

梯次電池容量測算公式：

公式中具體的符號表示及取值事項：其中Q、K與鉛酸蓄電池容量測算公式一樣，分別指電池容量、安全系數（安全系數取值也相同）；P1、P2、T1、T2分別指的是一次、二次下電側通信設備工作的實際功率和設備的備電總時長，單位分別是瓦（W）和小時（h）；而a是溫度調整系數，系數取值與區域寒冷度有關系，一般在寒冷、寒溫I、寒溫II這3類區域a取1.25，其他區域a取1.0。

3.2.3 開關電源容量測算

開關電源容量測算公式：

公式中具體的符號表示及取值事項：R是開關電源容量，單位A；P是通信設備工作的實際功率，單位W；Q是蓄電池組總容量；η為容量系數，取0.95。

3.2.4 空調容量測算

空調容量測算公式：

公式中具體的符號表示及取值事項：Q12是指基站空調總熱負荷；K則表示分區域制冷系數，一般情況下K取1；Q1、Q2分別代表的是機房內通信設備、建筑結構的熱負荷，其中Q1是設備功率×0.8，Q2是單位面積熱負荷與房間面積的乘積。

3.2.5 市電容量測算

市電容量測算公式：

公式中具體的符號表示及取值事項：P代表的是市電容量，單位kW；P通信設備指的是機房內部長期規劃范圍內，現有設備及計劃新增設備的額定功耗和。P電池充電=電池容量×0.1×56.4/1000，單位是kW；η的值是0.9，代表的是開關電源效率；P空調指的是空調設備的額定功耗和；P照明指的是照明設備的額定功耗和；P其他指的是其他用電設備的額定功耗和，P通信設備、P電池充電、P空調、P照明、P其他的單位為kW。測算過程中市電引入容量的測算必須根據基站的未來規劃進行計算。因此P通信設備必須包含計劃新增設備的額定功耗。

4 結語

隨著2019國家工信部向各5G先行單位頒發商用牌照，我國5G時代進入實質應用階段。而對于網絡運營商而言，盡快做好5G基站電源配套等基礎設施的改造工作，可以幫助企業提升自身的品牌形象、搶奪商用先機。因此，當前網絡運營商應重視現網5G基站電源配套改造，注意對實際應用進行優化。