惡劣環境下基站建設的解決方案分析

江蘇省郵電規劃設計院有限責任公司 周 輝 成 曦 孔繁俊 蔡 浩 張 亮

1 惡劣環境給基站建設帶來的影響

1.1 基站組成部分

宏蜂窩基站是最主要的基站類型，構成移動通信網的基礎，普遍應用于市區、郊區和農村等各類地區，基站覆蓋范圍從幾百米到十余千米，天線的安裝位置高于建筑物的平均高度。

一般宏蜂窩基站有5個部分組成：BTS（基站）主設備、天饋系統、電源系統、傳輸系統、機房和鐵塔。

1.2 惡劣環境對基站建設的影響

新疆許多農村區域存在移動通信需求，如邊防哨所、行政村、礦區、油田、高速公路等，這些區域有的位于沙漠、戈壁，有的地處高山，環境惡劣，地形復雜，夏季氣溫高，冬季嚴寒，給基站的建設、維護帶來了極大的困難，主要體現在以下幾方面。

1）地處偏遠，無法引入市電。

為滿足偏遠礦區、高鐵等場景的移動通信需求，新建基站的電力引入問題需要充分考慮，若引入市電，需要長距離鋪設電力線路，工程投資巨大，而礦區、高速的用戶無法產生較高的收益，因此，對于地處偏遠的區域，需要考慮其他方式進行供電。

2）夏季高溫，影響設備穩定性。

根據全國各主要城市的氣候分區歸屬分析，新疆部分區域9～10月溫度在45～50℃，而對于無法引入市電的基站，一般不配置空調。在這種情況下，室內45℃以上的高溫，給基站主設備、傳輸設備運行的穩定性和蓄電池的使用壽命造成了很大的影響。

3）山坡陡峭，建站空間狹小。

對于高速公路、鐵路旁基站的建設，時常會遇到復雜的地理環境，如公路一邊是河，一邊是山，給基站的設計、施工帶來極大的考驗。

2 惡劣環境下基站建設方案分析

2.1 BTS主設備解決方案

分布式基站是應對惡劣環境、解決建站困難的一種很好的方式。分布式基站技術是把基站分為基帶單元（BBU）和射頻拉遠單元（RRU）兩部分，相對于傳統的機架方式，有很多優點，尤其在惡劣建站環境下。

1）更小的損耗：用光纖代替傳統的饋線將射頻部分拉遠，RRU靠天線安裝，可以減少傳統基站因饋線導致的約3 dB損耗，使基站消耗的功率大幅降低，從而增加覆蓋面積，減少所需基站數量。

2）更小占地空間：BBU和RRU間的光纖級聯可大3級，兩者最遠間距可達40km，RRU側可以采用自然散熱技術，不僅能夠節省溫控能耗，而且無需機房占地面積小，安裝快捷。

3）更少的能耗：S111（3扇區，每扇區1載波）配置為例，與傳統的基站功耗相比，分布式基站功耗僅為340W，節能高達43%。

2.2 電源解決方案

由于新疆邊遠地區基站所處位置自然條件惡劣，在市電無法保證的情況，利用部分區域豐富的太陽能和風能資源提供電力保障是非常有必要的。

2.2.1 太陽能發電系統

一般太陽能發電系統由太陽能電池板、匯流盒、太陽能控制器、蓄電池、太陽能板支架、傳感器及連接輔件等部分組成。太陽能電池產生的是直流電，可以滿足直流負載的供電要求，對于交流負載而言，需要增加逆變器系統。

1）太陽能電池板容量配置。

太陽能電池板容量計算參考通信行業標準YD/T5040—2005《通信電源設備安裝工程設計規范》中式(C.0.1)進行計算。

其中，P為太陽電池方陣總容量；VP為一個太陽電池組件在標準測試條件下取得的工作點電壓，取值48 V；I為系統輸出電流，按保障負荷容量考慮；8 760為平年每年小時數；ηb為蓄電池充電安時效率，鉛蓄電池取0.84；T為當地年日照小時數；Vo為每只蓄電池浮充電壓，取值2.235 V；Nb為每組蓄電池只數；Vl為串入太陽電池至蓄電池供電回路中的元器件和導線在浮充供電時引起的壓降；Fc為影響太陽電池發電量的綜合修正系數，取值1.2～1.5；η為根據當地平均每天日照時數折合成標準測試條件下光照時數所取的光強校正系數，一般取0.6～2.3；α為個太陽電池組件中單體太陽電池的電壓溫度系數，取值－0.002～－0.002 2 V/℃；t2為太陽電池組件工作溫度；t1為太陽電池標準測試溫度；Nm為一個太陽電池組件中單體太陽電池串聯只數。

擴容太陽能電池組件應能與現有太陽能電池組件兼容。

2）蓄電池容量配置。

其中，Q為蓄電池容量；K為安全系數，取1.25；I為負荷電流；T為放電小時數；ηc為放電容量系數，見表1；t為最低環境溫度數值，有采暖設備按15℃考慮，無采暖設備按5℃考慮；α為電池溫度系數，取0.006/℃。

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2.2.2 風力發電系統

2.2.2.1風力發電系統組成

一個典型的現代水平軸式風力發電機包括葉片、輪轂（與葉片合稱葉輪）、機艙罩、齒輪箱、發電機、塔架、基座、控制系統、制動系統、偏航系統、液壓裝置等。

2.2.2.2風力發電機組供電能力的測算方法

風力發電機組年平均發電量或日平均發電量的計算比較復雜，而且僅是平均值概念的計算值。如果要較為準確地測算出風力發電系統日平均或年平均發電量，必須有發電機的功率特性曲線和風速頻率分布（如圖1所示）才能進行計算。

利用風力發電機組輸出功率特性曲線和風輪轂高處不同風速頻率分布，可以估算出1臺風力發電機在計算期間（年、月、日）的發電總量。

具有風頻圖的風機輸出功率計算公式為：

其中，Q是風力發電機組期間發電總量；PV是在風速V時風力發電機的輸出功率；TV是場地風速V的期間累計小時數；V是場地風速V在期間內風速的取值。

如果不能得到風速頻率分布圖，則可用當地的年平均風速代替進行估算，估算方法如下。

用年平均風速值時的發電機輸出功率值乘以年度總的小時值 8760 h，即 Q1＝K×8760×PV，Q1是年發電量；PV是年平均風速值時發電機組輸出功率；K是修正系數，取1.2～1.5。

根據經驗，按平均風速計算的發電量小于實際按風速頻率分布圖計算的年發電量，因此可按一定的比例進行適度修正（修正系數取1.2～1.5）。

2.3 機房配套解決方案

2.3.1 機房刷太陽能反射涂料

太陽能反射隔熱涂料對太陽光具有全波段高性能的反射隔熱作用，其特點在于，以很高的太陽熱反射率，將陽光所攜帶的熱能瞬間反射到物體界面之外，剩余極少量的熱能在物體界面會逐漸蓄積熱能并最終高于周邊溫度，此時該產品又以很好的半球發射率，將蓄積的熱能絕大部分發射出去，最終只有不足2%的熱能被傳遞到物體內部，從而實現極好的隔熱作用。

以西北某運營商某基站為例，該站采取在屋面的保溫防水材料上和機房外墻面上涂貼反光材料，并且在機房屋面上采用架空板隔離太陽熱輻射，取得了良好的節能效果。

測試結果：其他條件相同的情況下，涂刷前后基站空調用電量數據對比分析見表2。

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涂刷防曬隔熱涂料后發射基站節能率：15%以上，且外界天氣溫度越高，板房涂刷與未涂刷的隔熱效果對比越明顯

2.3.2 半地下室機房

對于降水量稀少的區域，在機房的建設當中，考慮降低機房地坪高度，能夠起到冬暖夏涼的作用，同時對于使用太陽能供電的基站，降低的機房可以作為太陽能電池板的基礎，一方面節省了機房征地面積，減少了工程投資；另一方面也減少太陽直射的面積，有效地降低了機房室內溫度，在一定程度上起到了保障設備運行的穩定性。

3 一種惡劣環境下基站建設案例

以吐魯番某基站為例進行分析，新建基站位于偏遠區域，主要解決周圍礦區的移動通信需求，且該區域無法引入市電。

1）主設備配置。考慮到該礦區規模較小，基站配置為S333即可，主設備采用分布式基站BBU加RRU的方式，有效降低了功耗，BBU額定功率僅為40W，RRU額定功率為300W/個。同時RRU采用上塔安裝的方式，能夠減少機房室內的散熱量，同時，RRU工作溫度為－30～50℃，室外能夠滿足RRU的正常運轉。

2）傳輸、監控配置。該基站線路鋪設采用桿路，且造價相對較低，傳輸設備采用PTN（分組傳送網），額定功率為150W，動力環境監控設備額定功率為50W。

3）電源配置。通過查找相關資料，新建基站區域年均日照時數為3049.5h，年平均風功率密度在200W/m2以上，有效風速小時數在5 500 h以上，屬于太陽能、風能資源豐富區域，因此該區域可以通過新建風光互補設備為基站供電。

太陽能電池方陣容量計算。按照機房設備額定功耗的計算得出，負載設備功率共1140W，每天耗電為27 360Wh。吐魯番年平均日照時間約3 049.5 h，每天日照約8 h，連續陰天時間按3天考慮。根據太陽能電池方陣公式計算得出，需配置太陽能電池方陣總容量為8161W，本次工程需要配置44塊190W/塊的太陽能電池組件。

風力發電機容量計算。參考類似工程經驗，風力發電機組容量可取太陽能電池方陣容量的30%，為2 448.3W，需配置3臺1 kW風力發電機組。

蓄電池容量計算。按放電時間72h計算，根據蓄電池容量計算公式可得，蓄電池容量為2545Ah，需配2組48V/1500Ah蓄電池。

4）機房配套。該基站采用風光互補的方式供電，考慮到空調功率較大，該基站不進行配置。同時，該區域干旱少雨，年平均降水量僅為16.4mm，故機房采用半地下室方式，內部凈高3m，太陽能基礎墩子建筑高度要求與機房同高，機房可作為太陽能基礎的一部分，一方面節省占地面積，減少工程造價；另一方面，避免陽光直射，起到了降低室內溫度的作用。南面和東西面圍墻不宜過高，一般落地太陽能基礎為300mm，圍墻高度為1.8m左右，太陽能墩子與圍墻距離5m左右。經過一段時間的監控發現，該基站主設備、傳輸、風光互補和監控設備運行正常，各項機房環境指標均在要求范圍內，到達了信號覆蓋礦區的目的。

4 結束語

在無法提供市電引入的惡劣環境下，針對基站建設解決方案進行摸索，對于風能、太陽能資源豐富的區域，已總結出一套成熟的建站解決方案。目前，按照該方案已完成近千個基站的建設，有力地保證了偏遠礦區、邊防哨所、重要道路等區域的通信需求。 ◆