5G基站機房電源傳輸改造研究

李家乾，丁 遠

（1.中國移動通信集團廣東有限公司，廣東 廣州 510623；2.中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210009）

0 引 言

隨著工信部為三家運營商商用組網劃分了頻譜，2019年國內3大運營商開始在部分大城市開展5G試驗網建設。其中,中國聯通和中國電信5G使用了3.5 GHz高頻段組網，必然需要新增大量基站，而共享中國移動基站將有效提高站址利用率，節省投資，減少選址困難，縮短建設周期[1]。但在提高共享率的同時，必然會給原有機房帶來了一系列問題，如外電容量不足、整流模塊不足、機房空間不足等。因此,鐵塔部門必須對原有機房開展改造，包括機房空間、機房電源及機房傳輸的改造。

1 機房空間改造

5G-BBU與LTE-BBU尺寸一致，均為19英寸寬、2U高的標準插框，支持2G、3G、4G、5G和NB系統。圖1為華為BBU5900。因此，5G-BBU安裝方式與LTE-BBU安裝方式一致。

圖1 BBU5900實務和模擬圖

1.1 空間現狀

目前，機房中多系統、多運營商共存，GNF900、GNF1800、LTE-D、LTE-F頻、BBU+微小拉遠BBU+室分拉遠BBU等BBU主設備較多。對于寬敞的機房，增加5G BBU無困難，對于空間狹小的機房和一體化柜站點，增加BBU困難。此外5G需新增或改造交流電源、直流電源、蓄電池和傳輸設備等，需更大的操作空間。

1.2 改造方案

在空間充裕的條件下，BBU可安裝于落地主設備機架、掛墻安裝、傳輸機柜或一體化柜；在空間有限情況下，將多系統整合，如LTE-D頻和F頻整合成一個BBU、GNF和LTE整合成一個BBU，但割接時應注意風險。

2 機房電源改造

由于聯通電信采用3.5 GHz頻段開展5G建設，需要建設比4G更多的基站，必將優先共享中國移動機房，這將給機房供電帶來新的挑戰。以中國聯通和中國電信共享中國移動機房為例，若原機房共有2套系統，現需新增3套5G-NR系統，華為和中興設備滿負荷運行時功耗情況，如表1所示。

5G承載容量增至原有LTE的10倍，因此BBU運行功耗增加了3倍，AAU功耗對應原有LTE-RRU也增加了3倍[2]。因此，需重新核對原有機房的交流端子容量、直流空開端子、直流整流模塊數量主線芯截面積是否滿足新增NR的需求。

電纜截流量表如表2所示，其中左則為交流電載流量表，右側為直流電載流量表。

2.1 外電計算

外電采用三相電為例，為[3]：

表1 機房設備功耗表

表2 電纜截流量表

其中，α為安全系數，一般取值為1.25；γ為冗余損耗，一般為0.8；P為設備總功率，這里取值為22 300 W。于是，有I=1.25×22 300÷0.8÷380÷1.73=53 A，即外電交流空開端子必須大于53 A。經查表2，電纜主線芯截面需大于16 mm。

此外，由于機房一路外電為20 kW，而新增3套5G系統后，華為設備總功耗達到22.3 kW，中興設備總功耗達到30.1 kW，因此必須委托鐵塔新增一路外電。

2.2 直流整流模塊數量計算

直流設備總電流[4]：

其中，P為直流設備總功耗，W為蓄電池總容量。代入數值，即Q=(18 300/48+2×500/10)=481.25 A。

若每個整流模板50 A，增加1個冗余保護情況下，共需整流模塊數n=481.25 A/50 A+1=11個。

目前，大部分機房無法達到此要求，必須委托鐵塔新增整流模塊或新增DC整流柜。

2.3 5G空開端子容量計算

由于I=1.25（安全系數）×設備功率÷48 V，即I=1.25×（1 200×3+1 000）÷48=119 A，即 5G空開端子必須大于119 A，工程上一般選用160 A的空開端子。經查表2，即電纜主線芯截面大于25 mm。

2.4 BBU-AAU線纜直徑計算

工程上，常用固定壓降分配法，計算公式為：

其中，ΔU為壓降；γ為銅的電導率，取值57；I為電流值；L為線長。

下面以表1的華為設備功耗為例，說明機房電源設備的需求計算過程。

（1）對于華為AAU，根據I=1.25（安全系數）×設備功率÷48 V，有I=1.25×1 200÷48=32 A。查表2，線徑大于4 mm，不可行，此線徑無法滿足壓降要求。

（2）對于中興AAU，根據I=1.25（安全系數）×設備功率÷48 V，有I=1.25×1 500÷48=39 A。查表2，線徑大于6 mm，不可行，此線徑無法滿足壓降要求。

若電源線長50 m，按照式（1）計算，則華為壓降和中興壓降分別為：

由于壓降應不大于8 V，因此建議小于50 m內的電纜直徑：①華為AAU線徑采用10 mm，ΔU=2×I×L//S=2×32×50/57/10=5.6V；②中興AAU線徑采用10 mm，ΔU=2×I×L//S=2×39×50/57/10=6.8V。若線路過長，無法通過增大線徑來減少壓降時，可在線路中間點加裝外置升壓設備來補充壓降。

2.5 節能措施

雖然5G-BBU和AAU功耗較大，但通過多載頻智能關斷和射頻通道關斷技術措施，可依據業務容量大小靈活開啟或關閉部分AAU通道電源以節省用電，緩減用電瓶頸。

經測試，射頻通道關斷的收益為7%，符號判斷收益為15.7%，載載關斷收益為14%，三個同時開啟時綜合收益為25%[5]。雖然關閉了部分通道，但對流量KPI無明顯負增益。

3 機房傳輸改造

5G將采用切片分組網SPN技術建設一張全新的傳輸網絡來承載5G業務。SPN面向PTN演進升級、互通，4G與5G業務互操作，需前向兼容現網PTN功能；面向大帶寬和靈活轉發需求，需進行多層資源協同，同時融合L0～L3能力；而針對超低時延和垂直行業，需支持軟、硬隔離切片，需融合TDM和分組交換。

前傳纖芯需求：若采用D-RAN方式，則5G采用速率為25 Gb/s光模塊和2芯多模光纖或1根6芯單纖單向光纖。光纖采用eCPRI，解決了大帶寬和光纖部署受限的挑戰。

回傳纖芯需求：采用站點機房跳接到中心機房的裸纖，單站需2芯光纖，采用10 Gb/s或50 Gb/s。

5G單小區頻譜效率峰值為40 bit/Hz，均值10 bit Hz，另10%傳輸封裝開銷、20%Xn流量，1: 3 TDD上下行占比。

單小區帶寬=頻寬×頻譜效率×（1+封裝開銷）×TDD下行占比，即：

峰值 =100 MHz×40 bit/Hz×1.1×0.75=3.3 G

均值 =100 MHz×10 bit/Hz×1.1×0.75×1.2=0.99 G

DU對接入環帶寬需求計算如下：

單小區峰值：6 Gb/s×1.1×1.2=3.3 Gb/s

單小區均值：0.7 Gb/s×1.1×1.2=0.9 Gb/s（Xn流量主要用于為兩站交界處覆蓋薄弱區增強帶寬，只發生在均值場景中）。

站點峰值=3.3 Gb/s+0.9 Gb/s×（3-1）=5.28 Gb/s站點均值=0.99×3=2.97 G

因此，對于傳輸接入網，5G單基站的峰值需求達到了5.3 Gb/s，是LTE基站需求的5～10倍。建議gNB回傳接口（NG/F1接口）采用10G以上光模塊（LTE采用1GE光接口，GSM采用FE百兆電口）。為預防將來容量出現爆炸性增長，實際工程上將采用25G/50G光模塊。

若集中機房8個BBU組成環，匯聚層6個節點成環，核心層6個節點成環，則傳輸骨干網的帶寬需求如圖2所示。

因此，接入層傳輸設備將替換升級為25G/50G帶寬需求的光口，如華為PTN960替換升級為PTN970。對于匯聚層（A設備、B設備）和核心層（ER設備），除部分老舊設備需升級外，大部分設備近期將保持不動，待后期依據網絡的需求替換升級。

圖2 傳輸骨干網帶寬需求計算

4 結 論

隨著技術的發展，AAU單元功耗、重量和尺寸將進一步減少，有助于提高5G天饋系統的可部署性。實際部署過程中會遇到各種物業阻擾和天面受限的困難，需要物業協商單位、設計單位、施工單位以及建設單位共同努力，通過“1+1”天饋方案最終實現將復雜多樣的天面簡潔化和有序化。