應(yīng)用于小微站的光電一體化集中遠(yuǎn)供技術(shù)

趙立英，辛 明

（北京中網(wǎng)華通設(shè)計(jì)咨詢有限公司，北京 100070）

0 引 言

在運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，市電引入往往是施工過(guò)程中最大的難題。通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中，設(shè)備和技術(shù)的提升以及電源設(shè)備應(yīng)用的多元化，促使遠(yuǎn)供技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景不斷擴(kuò)展。同時(shí)，運(yùn)營(yíng)商遍布城鄉(xiāng)的站點(diǎn)，為網(wǎng)絡(luò)資源的優(yōu)化整合和遠(yuǎn)供技術(shù)的規(guī)模商用提供了有利條件。網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源優(yōu)化整合離不開遠(yuǎn)供技術(shù)的支持。

1 集中供電的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

（1）集中分布式供電可有效減少市電停電后需維護(hù)上站油機(jī)開機(jī)發(fā)電的站點(diǎn)數(shù)量，降低油機(jī)發(fā)電成本、排放，節(jié)約網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本，有效提高了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的運(yùn)行質(zhì)量，降低了故障率，延長(zhǎng)了設(shè)備的運(yùn)行使用壽命。

（2）促進(jìn)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)資源優(yōu)化整合，實(shí)現(xiàn)電源資源共享，省略了設(shè)備安裝工程中的市電引入，便于新建站選址和站址協(xié)議的談判，最大限度地降低選址、建站困難，便于選擇建在最佳站點(diǎn)的同時(shí)提高網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度[1]。

（3）能夠解決UPS設(shè)備室外安裝使用中存在的丟失、電池工作環(huán)境差以及壽命短等難題，為室外型設(shè)備的廣泛應(yīng)用提供了有利條件。

（4）支持通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展演進(jìn)，遠(yuǎn)供技術(shù)+復(fù)合光纜同步解決網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸和供電，具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和良好的投資效益。

2 集中供電組網(wǎng)方式

根據(jù)負(fù)載設(shè)備電源需求的不同，分為雙端（局端+遠(yuǎn)端）和單端（僅局端）2種[2]。

2.1 雙端遠(yuǎn)供組網(wǎng)原理

雙端方式需配置遠(yuǎn)端設(shè)備，適用于輸入電源端口為-48 VDC的負(fù)載設(shè)備，原理如圖1所示。

圖1 雙端遠(yuǎn)供組網(wǎng)原理圖

2.2 單端遠(yuǎn)供組網(wǎng)原理

單端方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，網(wǎng)管監(jiān)控系統(tǒng)完善，但只適用于主設(shè)備安裝采用BBU下沉、集中式備電共站址機(jī)柜。單端供電模式是目前各運(yùn)營(yíng)商較為認(rèn)同的小微站解決方式，原理如圖2所示。

圖2 單端遠(yuǎn)供組網(wǎng)原理圖

3 設(shè)備容量配置與線纜線徑的選取

主要通過(guò)計(jì)算傳輸電流、電壓以及電阻值確定線纜技術(shù)規(guī)格。一個(gè)項(xiàng)目中，輸電線纜的技術(shù)規(guī)格必須按照項(xiàng)目的終期容量計(jì)算，而設(shè)備容量的配置可根據(jù)負(fù)載需求的增加，分機(jī)框、分模塊逐步擴(kuò)容。

如圖3所示，根據(jù)實(shí)際供電線路的總環(huán)阻RL和基站耗電功率PCS，可計(jì)算線路電流IL，同時(shí)計(jì)算出線路壓降UL=IL×RL和線路損耗PL=RL×I2L；一個(gè)模塊的耗電量Pi=(PCS+PL)÷90%；集中式遠(yuǎn)供電源設(shè)備的總耗電量P=Σ各電源模塊耗電量Pi；集中式遠(yuǎn)供電源設(shè)備的總（輸入）電流需求=P÷48 V。

圖3 供電線路示意圖

設(shè)基站耗電功率為PCS，供電線路損耗為PL，供電線路上的電流為IL，供電線路上的直流壓降為UL，供電線路的總環(huán)阻為RL，電源轉(zhuǎn)換效率為90%，則：

可推導(dǎo)出：

通信設(shè)備的負(fù)載功耗須根據(jù)設(shè)備負(fù)載功耗（峰値）考慮一定的冗余度，換算出最大安全工作電流及正常工作電壓波動(dòng)范圍。換算按照N+1備份的原則，確定局端設(shè)備的功率模塊配置。

根據(jù)局端（供電網(wǎng)點(diǎn)）至遠(yuǎn)端負(fù)載之間的距離，各種不同的應(yīng)用場(chǎng)景（單端、雙端，點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、多站點(diǎn)級(jí)聯(lián)等）、敷設(shè)條件（城市、農(nóng)村、管道、架空等）、輸電線纜程式（復(fù)合纜、專用纜）、線質(zhì)（銅線、鋁線、電阻率）、線徑（截面積）、線纜技術(shù)規(guī)格標(biāo)準(zhǔn)以及生產(chǎn)廠家制造工藝（如復(fù)合光纜）等，換算輸電線纜的環(huán)路電阻值、壓降、安全電流及功率衰減等，確定輸電線纜技術(shù)規(guī)格。

根據(jù)遠(yuǎn)端負(fù)載的峰值功耗，按照≥30%的原則配置遠(yuǎn)供遠(yuǎn)端設(shè)備（雙端48 V）。

4 遠(yuǎn)供實(shí)施和技術(shù)應(yīng)用實(shí)例

某縣長(zhǎng)樂(lè)南苑小區(qū)位于縣城南側(cè)西南壩村，共有25棟樓，小區(qū)人口密集，樓間距較近，小區(qū)斜頂樓面導(dǎo)致小區(qū)內(nèi)傳統(tǒng)宏站建設(shè)困難，如圖4所示。小區(qū)內(nèi)連續(xù)及深度覆蓋較差，平均RSRP為-106 dBm。

圖4 長(zhǎng)樂(lè)南苑小區(qū)斜頂樓面建筑實(shí)景圖

4.1 光電一體化集中遠(yuǎn)供技術(shù)

在小區(qū)3#、4#、8#、9#、13#以及15#樓頂，共建設(shè)20個(gè)天支抱桿，如圖5所示。規(guī)劃在小區(qū)東南角新建BBU集中安置點(diǎn)及電源集中備電處，采用光、電纜同路由方式引至各樓面點(diǎn)位。

圖5 規(guī)劃小區(qū)天支抱桿分布示意圖

電源系統(tǒng)組網(wǎng)采用單端、集中分布式的供電方式（一點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)），如圖6所示，同時(shí)兼顧傳輸光纜系統(tǒng)的敷設(shè)。

遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)利用機(jī)房-48 V直流電，經(jīng)局端設(shè)備（DC/DC變換）升壓，通過(guò)遠(yuǎn)程供電介質(zhì)向遠(yuǎn)離機(jī)房的微站設(shè)備或其他設(shè)備供電，組網(wǎng)原理如圖7所示。站點(diǎn)采用由局端機(jī)直流升壓到270 V直流電直供微站設(shè)備。

4.2 低壓線路末端電壓補(bǔ)償裝置技術(shù)

案例中，針對(duì)小區(qū)低壓配電電網(wǎng)基礎(chǔ)薄弱、供電半徑大以及負(fù)荷不穩(wěn)定等問(wèn)題，采用低壓線路末端電壓補(bǔ)償裝置技術(shù)方案提升線路電壓。低壓線路末端電壓補(bǔ)償裝置的投資相比變壓器增容或新裝變壓器的投資降低30%，設(shè)備具備不停電安裝、提升三相平衡率、提高變壓器使用效率、減少線路無(wú)功傳輸以及降低供電回路單相過(guò)載等優(yōu)點(diǎn)。

圖6 集中供電系統(tǒng)遠(yuǎn)供結(jié)構(gòu)示意圖

圖7 光電一體化組網(wǎng)原理圖

4.3 采用集中遠(yuǎn)供方案的建設(shè)效果

（1）傳輸更高效：直流電干凈、穩(wěn)定、可靠、傳輸效率高、后期維護(hù)費(fèi)用低、節(jié)約電費(fèi)20%～40%；

（2）高效兼容：直流電壓對(duì)同管敷設(shè)或鄰近敷設(shè)的通信、視頻信號(hào)沒(méi)有干擾和影響，重要的應(yīng)用是室分、拉遠(yuǎn)基站使用的光電復(fù)合纜；

（3）設(shè)備輸出功率多樣：主控端可根據(jù)用電環(huán)境選擇不同輸出電壓設(shè)備，以增大傳輸距離和提高效率；

（4）更高安全性：直流電壓與大地懸浮隔離，供電安全，防雷效果好，終端設(shè)備可減少防雷設(shè)備成本投入；

（5）多重保護(hù)：對(duì)傳輸線路具有開路、短路、漏電、強(qiáng)電侵入、防雷、防浪涌等保護(hù)；線路發(fā)生故障時(shí)，電源可立即停止輸出直流高壓，保證線路及維護(hù)人員的人身安全[3]；

（6）低成本：集中供電模式建設(shè)費(fèi)用低，維護(hù)便捷，設(shè)備安裝靈活，施工效率高，可防止偷電。

（7）保障站點(diǎn)順利開通：

如圖8所示，站點(diǎn)順利開通后，小區(qū)內(nèi)RSRP-95 dBm以上占比為89.76%，指標(biāo)提升62%；上傳速率達(dá)到5.09 kb/s，指標(biāo)提升36%；下載速率達(dá)到43.75 kb/s，指標(biāo)提升65%。站點(diǎn)開通前后小區(qū)覆蓋路測(cè)圖如圖9所示。

圖8 站址開通前后指標(biāo)對(duì)比圖

圖9 站點(diǎn)開通前后小區(qū)覆蓋路測(cè)圖

5 結(jié) 論

光電一體化集中遠(yuǎn)供技術(shù)在提升網(wǎng)絡(luò)品質(zhì)、降低建設(shè)難度、降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本等方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，在小微站建設(shè)中有著較好的應(yīng)用和發(fā)展前景。