現網5G基站電源配套改造的研究與應用

張青松

（中國通信建設集團設計院有限公司第四分公司，河南 鄭州 450000）

0 引 言

隨著2019年6月5G商用牌照的頒發，2019年下半年運營商開始展開5G基站建設，2020年5G將正式開啟商用模式[1]。

對于運營商，快速布局5G建設，為樹立品牌、商用競爭搶奪先機顯得尤為重要。對于中國鐵塔公司，面對5G建設帶來的規模大、時間緊、功耗高以及改造難度大等問題，制定一站一方案精細化設計，合理利用現有配套資源，結合監控數據，在降本增效的前提下，第一時間滿足運營商交付需求。

1 5G主設備

1.1 5G組網演進

5G RAN架構從4G的BBU、RRU兩級結構將演進到CU、DU和AAU三級結構，如圖1所示。天線側采用射頻模塊與天線一體化集成（AAU）。5G建網初期采用CU/DU合設+AAU部署方案，中后期根據eMBB、URLLC和mMTC業務需求情況，逐步向CU、DU和AAU三層分離架構演進。

1.2 主設備參數

目前，主要影響網絡建設的是AAU的尺寸、重量參數以及BBU、AAU功率參數。根據掌握的主流設備廠家最新設備，AAU外形及重量如表1所示。

AAU集成了4G組網下RRU及天線的功能，設備的迎風面積低于4G設備，而重量略大于4G設備。

根據目前5G功耗測試結果看，AAU功耗明顯受負荷影響：

（1）BBU功耗與所插板件相關，受業務負荷影響不大，BBU的功耗隨著業務負荷的增加而增加，其平均功耗基本不變。

圖1 5G初期、中后期組網演進圖

（2）AAU功耗與業務負荷相關，50%負荷下平均功耗是100%負荷下的80%左右。

表1 AAU（RRU+天線）外形尺寸及重量

當前，主流設備廠家設備功耗參數如表2所示。

根據5G加載測算結果看，5G單站功耗是4G單站的2.5～3.5倍。在S111配置下，BBU空載和滿載工作條件下，功耗變化幅度小，AAU滿載基本是空載的2倍，因此AAU功耗增加是5G功耗增加的主要原因。

2 電源配套改造

2.1 基本數據搜集

存量基站租戶梳理：梳理現網存量站運營商租戶情況，制作圖層，根據運營商網絡結構判斷存量站5G系統需求數量（移動1套5G系統、聯通電信競合1套5G系統），避免超配。

運營商自留站梳理：根據現網存量站產權歸屬，梳理運營商自留站、鐵塔產權基站，原則上運營商自留站自改需求，電源配套改造由運營商完成。

開關電源與蓄電池信息梳理：登陸資管系統，提取存量站點開關電源型號，整流模塊型號、數量、電池類型及容量。

轉供/直供電梳理：結合物業中心電費繳費記錄表，梳理轉供電站點明細。

單相/三相電梳理：登陸運維監控系統導出近期交流輸入線電壓監控值，通過三線電壓值，初步判斷單相或三相電接入。

2.2 電源配套改造測算流程

精細化設計中，一站一方案涉及的因素較多，如前期的數據獲取、數據分析、上站查勘、容量測算、方案制定和方案審核等。為便于方案準確制定，可按圖2流程進行操作。

表2 5G主流設備廠家功耗

圖1 電源配套方案改造測算流程圖

2.3 電源配套測算方法

2.3.1 鉛酸蓄電池容量測算

計算公式：

式中：Q為蓄電池容量（Ah）；K為安全系數，取1.25；P為通信設備實際負荷功率（W）；T為放電小時數（h）；η為放電容量系數，詳見表3；t為實際電池所在地最低環境溫度數值，所在地有采暖設備時為15 ℃，無采暖設備時為5 ℃；α為電池溫度系數（1/℃），當放電小時率≥10時取α=0.006，當10＞放電小時率≥1時取α=0.008，當放電小時率＜l時取α=0.01。

表3 鉛酸蓄電池放電容量系數表

2.3.2 梯次電池容量測算

計算公式：

式中：Q為電池容量（Ah）；K為安全系數，取1.25；P1為一次下電側通信設備工作實際功率（W）；P2為二次下電側通信設備工作實際功率（W）；T1為一次下電側設備備電總時長（h），應大于1 h；T2為二次下電側設備備電總時長（h）；a為溫度調整系數，寒冷、寒溫I、寒溫II地區取1.25，其余地區取1.0。

2.3.3 開關電源容量測算

計算公式：

式中：R為開關電源容量（A）；P為通信設備工作實際功率（W）；43.2為終止電壓；Q為蓄電池組總容量（Ah）；10為電池充滿電按10 h計算；η為容量系數，取0.95。

2.3.4 空調容量測算

計算公式：

式中：1.06為指開關電源工作熱效率補償系數；Q12為基站空調總熱負荷；K為分區域制冷系數，常規情況取K=1；Q1為機房內通信設備熱負荷，Q1=機房內設備功率×0.8；Q2為建筑結構熱負荷，Q2=單位面積熱負荷×房間面積（單位面積熱負荷基準150 W/m2）。

2.3.5 市電容量測算

計算公式：

式中：P通信設備指機房內遠期規劃化的所有通信設備（包含現有設備+新增設備）的額定功耗之和，P電池充電=電池容量×0.1×56.4/1 000 kW；η指開關電源的效率，一般取0.9。

市電引入容量根據基站遠期規劃容量配置。在通信負載最大功率工作時，還需要同時滿足蓄電池充電和溫控系統最大負荷需求。典型市電引入配置，如表4所示。

表4 典型市電引入配置表

上述電纜線徑按600 m以內的電纜長度計算。超出600 m建設場景，電纜線徑應根據電纜敷設環境和電纜實際長度進行核算。

3 結 論

本文通過對運營商網絡結構、設備選型和組網方式的分析，結合運維系統數據和查勘數據進行測算，在存量站資源可調配的前提下進行精細化設計，既滿足客戶交付時間需求又能降本增效，可為以后5G電源配套改造工作提供參考。