5G基站的配套改造方式淺析

0 引言

隨著5G 商用牌照的發放，三大運營商、鐵塔公司和設備商開始加速5G 基站建設，快速部署熱點城市、熱點區域的5G 網絡。現有基站的基礎配套改造需求變得越來越緊迫。

現有基站的配套能力如何滿足5G建設的需要，成為亟需面對和解決的問題。本文在分析三大運營商的5G 網絡特點和5G 網絡架構的基礎上，同時考慮多家運營商的共建共享，并根據5G 網絡實施情況分析5G基站的塔桅抱桿、電源和外電的配套改造方案。

1 5G網絡對基站配套設施需求的變化

1.1 5G頻段的優劣

2018 年底工信部分配了5G 頻段［1］，中國電信（3 400～3 500 MHz）和中國聯通（3 500～3 600 MHz）獲得5G 主流頻段，產業鏈成熟，但因頻率高，5G 基站數量可能是4G 的1.5 倍左右。中國移動獲得2 515～2 675 MHz、4 800～4 900 MHz 非主流5G 頻段，5G 建設初期將以2.6 GHz 為主，雖產業成熟度較差，但頻段與4G-TDD 接近，其5G 基站數量與4G 基本持平。綜上，中國電信和中國聯通制式成熟度占優，但中國移動的頻段占優，同時中國移動5G 頻段更靠近中國移動的4G-TDD 頻段，5G 網絡可實現與4G 天線合路，使得工程建設更加方便快捷。從5G網絡實施情況看，中國移動的總體優勢更勝一籌。

1.2 5G網絡隔離度的優勢

通過運營商提供的5G 系統與現網系統隔離度要求來看，5G系統相對以往通信系統的水平隔離度大幅減小，多家運營商5G 系統之間的隔離度低至0.1 m，垂直隔離度近似于零。5G 系統的隔離度優勢給存量空間極其緊張的現網基站改造帶來了希望和曙光［2］（見表1）。

表1 各運營商5G系統與現網各系統的隔離度要求

1.3 5G天線設備的優劣

5G 無線接入網設備主要有：有源天線單元（AAU）、分布單元（DU）和集中單元（CU）［3］。AAU 安裝于基站天面，DU、CU一般安裝于機房或局房。

通過運營商提供的5G 系統天線設備信息來看，5G 天線和設備整體趨于一體化和小型化，即天線和RRU 合為一體化天線。設備一體化和設備小型化極大地降低了天線設備的風荷面積，5G設備的風荷承載約為0.3，常規3G/4G 天線的風荷承載約為0.6（常規天線尺寸為：400×1 500×150），給天線平臺資源緊張的塔站資源帶來很大福利。不利之處在于5G AAU 設備的用電功耗大大提升，單個AAU 的供電功耗是4G-RRU設備的2～3倍，給電源配套帶來很大的挑戰，特別是在多家運營商共址共站的場景。

主要廠商的AAU 設備和DU/CD 設備參數如表2和表3所示。

表2 主要廠商的AAU設備參數

2 5G基站配套改造淺析

2.1 塔桅抱桿的改造

目前主流5G天線設備均是一體化設備，即天線和RRU 一體化。AAU 天線風荷承載約為0.3，遠小于普通天線的0.6。鑒于三大運營商現網天線制式和天線數量存在差異，根據5G 網絡建設實施情況，3 家運營商的天線替換/新增建設方案如下：中國移動存量基站擁有最多制式和最多數量的現網天線，中國電信存量基站擁有最小制式和最小數量的現網天線，使得3 家運營商存量站擴容5G 網絡的難易程度有較大差異。中國移動合路、騰退利舊占比最大，改造建設容易，而中國電信新增天線占比最大，改造建設較難。

2.1.1 5G天線常用建設方案

5G 天線常用建設方案：優先合路、騰退利舊抱桿或平臺安裝5G天線，新增抱桿或平臺安裝5G天線（見表4）。

2.1.2 5G常用的天面改造方案

a）樓頂抱桿改造方案。鑒于樓面抱桿站樓面空間緊張，嘗試利舊改造原有壓塊，改造或新增天線抱桿為兩側安裝。共享改造原先壓塊資源，可滿足2 家需求（見圖1）。

圖1 樓頂抱桿改造方案示意圖

b）樓頂美化外罩改造方案。考慮到5G 天線設備的小型化，定制微型上下通風型美化外罩（800×800×1 200），同時安裝可調節的抱桿固定件，便于后期優化和調整天線方位角。

c）塔站改造方案。考慮到塔站資源緊張和承重壓力大，優先合路天線改造，且承重檢測允許，騰退利舊空余平臺安裝5G 天線。試點階段大多塔站需要通過合路解決5G擴容的平臺困難，例如拆除樓頂塔站第1 平臺原有900 MHz 天線，騰退平臺安裝5G。第2 平臺合路原先的900 和1 800 MHz 為四端口天線。通過騰退利舊平臺和合路天線方式滿足5G 需求。對于塔站平臺較少且承重檢測允許的情景，無合路天線可改造，建議新增較低的天線平臺安裝5G 天線，或替換長抱桿上下錯位安裝5G天線。

2.2 電源配套的改造

5G網絡的天線設備雖體積小型化，但用電功耗大幅增加。常規5G 設備是4G 設備用電功耗的2～3 倍。5G單個AAU功率為1～1.5 kW，單家運營商3個扇區電源需求約為3～4.5 kW，考慮到DU 等傳輸設備的用電，3家運營商共建電源容量需求約為15 kW。

5G 擴容電源的改造思路可從拉遠站和機房站分別討論。

a）拉遠站：也即無機房站。一般基站安裝220 V的交流配電箱和1～2 臺壁掛開關電源箱，5G 擴容電源整改建議如下：

（a）交流電部分：新增三相380 V/100 A 交流配電箱，內部配置6 路63 A 和6 路32 A 交流斷路器，滿足3家運營商中遠期的交流斷路器需求，同時為后續外電整改預安裝交流配電箱。建議交流取電斷路器不小于100 A，前后級的電源線線徑不小于16 mm2。

（b）直流電部分：新增-48 V/150 A 壁掛開關電源箱（配置至少6 路32 A 直流斷路器），鑒于壁掛開關電源箱直流輸出的典型效率約為90%和直流斷路器的冗余備份，建議單家運營商新增1 套-48 V/150 A 壁掛開關電源箱，2 家或3 家運營商新增共享2 套-48 V/150 A 壁掛開關電源箱。壁掛開關電源箱安裝方式通常可掛墻安裝或壓塊支架安裝。交流取電斷路器不小于32 A，前后級電源線線徑不小于10 mm2。

b）機房站：有機房的基站常規電源引入為三相380 V，早期供電容量一般為20～30 kW，考慮到供電保障，5G 建設初期優先建設有機房站。為滿足3 家運營商的差異化需求，5G 擴容電源整改建議如下：根據運營商DCDU（直流分配單元）供貨情況，機房的開關電源柜從100 A 以上熔絲或斷路器直流取電，運營商新增DCDU 給DU 和AAU 直流供電，或新增直流分路箱（配置至少6 路32 A 斷路器）給DU 和AAU 直流供電。直流取電電纜線徑不小于35 mm2。機房站常用電源改造思路如下：

（a）蓄電池在滿足備電要求的情況下利舊使用，如若不滿足要求需要擴容或替換。改造應進行承重核算，優先將原有蓄電池替換為梯級電池。

（b）開關電源柜改造應遵循現網影響最小、安全可靠、造價最省的原則。開關電源柜優先利舊改造，常規改造方式：新增擴容直流斷路器（含底座）、新增擴容整流模塊、替換嵌入式整流模塊等。

（c）開關電源柜容量充裕，整流模塊容量富余，但直流輸出分路不足，需要替換或新增100 A 以上直流斷路器，機房內新增直流分路箱，再引接至新增5G AAU設備供電。

（d）開關電源柜容量不足，需擴容整流模塊后，在開關電源柜內替換或新增100 A 直流斷路器，機房內新增直流分路箱，再引接至新增5G AAU設備供電。

（e）機房距離天面新增天線位置距離大于100 m（部分運營商要求70 m），直流供電無法滿足，需通過機房的交流配電箱或交流配電屏內的不小于45A交流斷路器，引接至天面新增壁掛開關電源箱，再引接至新增5G AAU設備供電。類似于拉遠站電源改造。

2.3 外市電的改造

5G 單系統設備功耗為現有無線網絡單系統功耗的3 倍左右，對基站外市電引入容量提出較大挑戰。外市電改造應遵循現網影響最小、造價最省、工期最短的原則。考慮到外電改造工程量巨大和投資較大，電源改造思路按照先安裝配套設備后外電改造，內外電改造相輔同步協調進行。

針對不同基站類型對應的外電改造需求如下。

a）機房站：常規建設用電容量一般為20～30 kW。根據3 家運營商共站供電估算，單家運營商多制式用電容量約為10 kW。如若業主供電或外電供電容量為30 kW，基本可滿足3 家運營商的現有網絡和5G 網絡的用電需求。若業主供電或外電供電容量為20 kW，基本可滿足2 家運營商用電需求，如要滿足3 家，外電需申請擴容改造。

b）拉遠站：常規建設用電需求一般為10～15 kW，拉遠站基本都需進行外市電改造。以滿足3家運營商需求。根據3 家運營商共站供電估算，單家運營商多制式用電容量約為10 kW。拉遠站需外電改造擴容至三相30 kW。

基站不同交流電源來源對應的改造思路如下。

a）轉供電：是指從基站所在樓宇的業主總配電源取電。需與業主協商，業主核實原有低壓配電系統容量是否滿足基站擴容需求，業主需確認容量滿足。需要從業主側引三相交流電源，業主側供電斷路器不小于100 A，且業主斷路器的前后側電纜至少在4×16 mm2規格以上，同時基站側整改一級交流配電箱為380 V/100 A 規格以上。如若業主無法滿足大容量基站負荷，需申請外市電并改造引入。

b）直供電：是指從電力公司申請引入市電供電。需核實原有交流電源是否為三相380 V，電源容量是否滿足30 kW 以上。如早期僅接入10～20 kW 容量的單相220 V 電源，需協調電力公司進行電源擴容改造升級，同時交流引入電纜規格至少在4×16 mm2以上，基站側整改一級交流配電箱為380 V/100 A規格以上。

3 結語

本文通過對比三大運營商5G 網絡頻段的差異、5G 系統的隔離度要求以及5G 設備相比常規通信設備的變化，簡析5G網絡對基站配套設施帶來的變化。然后結合5G 網絡建設情況，從塔桅抱桿整改、電源配套整改和外電整改3 個方面，簡析應對運營商常規5G 需求的改造思路，改造方案同時兼顧多家運營商共建共享的需求。可滿足不同運營商的配套改造需求，得到了運營商的認可。對于鐵塔公司大量承接建設5G 需求和運營商自維自建基站建設有一定的指導性和前瞻性。