多運(yùn)營商共享基站配套電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析

尚紅安

（中國電信西安電信分公司，陜西 西安 710015）

1 配套電源的設(shè)計(jì)要求

1.1 各運(yùn)營商共享基站設(shè)備負(fù)荷要求

現(xiàn)如今，各運(yùn)營商在建設(shè)共享基站時(shí)，都會將分布式基站的建立作為核心目標(biāo)。因?yàn)榉植际交灸軌虼蟠鬂M足各運(yùn)營商的4G通信業(yè)務(wù)需求，并且還能保留其原有的網(wǎng)絡(luò)覆蓋優(yōu)勢，如移動公司2G語音業(yè)務(wù)的覆蓋優(yōu)勢、聯(lián)通公司3G網(wǎng)絡(luò)的覆蓋優(yōu)勢、電信公司逐步優(yōu)化C網(wǎng)的覆蓋質(zhì)量。因此，在實(shí)施共享基站配套電源設(shè)計(jì)工作時(shí)，相關(guān)設(shè)計(jì)人員首要任務(wù)就是要對各運(yùn)營商共享基站設(shè)備負(fù)荷特點(diǎn)進(jìn)行全面了解，具體可以通過對各運(yùn)營商基站設(shè)備功耗及尺寸數(shù)據(jù)的收集來實(shí)現(xiàn)。例如，某地區(qū)多運(yùn)營商分布式基站預(yù)計(jì)由高度在3U左右、19英寸標(biāo)準(zhǔn)機(jī)架安裝組成，根據(jù)以往各運(yùn)營商常用基站設(shè)備功耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，可以獲得各運(yùn)營商基站設(shè)備的平均功耗及占用機(jī)位數(shù)，如表1所示。因此，為了降低基站建設(shè)成本，建議各運(yùn)營商應(yīng)構(gòu)建兩制式配套電源，這樣才能滿足共享基站的正常運(yùn)行需求。

表1 各運(yùn)營商常用基站設(shè)備功耗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析

1.2 多運(yùn)營商基站設(shè)備對基站電源空調(diào)的要求

多運(yùn)營商共享基站在長期運(yùn)行過程中，其配套電源的穩(wěn)定性經(jīng)常會受到室內(nèi)溫差因素所影響。因此，就要在基站建設(shè)期間安裝配套的電源空調(diào)[2]。而在實(shí)際設(shè)計(jì)過程中，配套電源空調(diào)必須達(dá)到如下7點(diǎn)設(shè)計(jì)要求。

第一，制冷基站空調(diào)系統(tǒng)要具備兩種制冷方式，即利用基站空調(diào)機(jī)組制冷系統(tǒng)進(jìn)行制冷和利用室外自然溫度進(jìn)行制冷。這樣既能合理控制基站室內(nèi)溫度和濕度，又能減少空調(diào)系統(tǒng)能耗，延長其整體使用壽命。第二，要在雙機(jī)切換基站中布置兩臺電源空調(diào)機(jī)組，這樣一旦其中一臺電源空調(diào)出現(xiàn)故障，則另一臺空調(diào)機(jī)組依然能夠保持基站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在炎熱的夏季，可以同時(shí)啟動兩臺電源空調(diào)來降低室內(nèi)溫度，待溫度達(dá)到規(guī)定范圍時(shí)，又會自動轉(zhuǎn)為一臺機(jī)組工作。這樣既降低了空調(diào)的運(yùn)行成本，又能為基站的穩(wěn)定運(yùn)行創(chuàng)造良好條件。第三，基站內(nèi)要建立通信遠(yuǎn)程中心站，以便可以隨時(shí)對電源空調(diào)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行了解和掌控，進(jìn)而做到及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理空調(diào)故障，確保基站配套電源的安全使用。第四，要配置專門的加熱器、加濕器及除濕器，以便可以平衡基站室內(nèi)溫濕度，使其能夠符合共享基站配套電源的安全穩(wěn)定運(yùn)行需求。第五，當(dāng)基站配套電源線路處在由停斷電至自動恢復(fù)供電狀態(tài)下時(shí)，空調(diào)機(jī)組也能自動恢復(fù)至原工作狀態(tài)。同時(shí)，還要確保不同類型空調(diào)機(jī)組具備遠(yuǎn)程報(bào)警功能，若是出現(xiàn)偷盜行為，則機(jī)組可以自動向遠(yuǎn)程中心站報(bào)警。第六，為了避免電源空調(diào)機(jī)組出現(xiàn)冷凝水凍結(jié)現(xiàn)象，還要為空調(diào)機(jī)組配置冷凝水管加熱器。這樣才能促進(jìn)冷凝水的流通，提高電源空調(diào)的應(yīng)用性能。第七，要加強(qiáng)電源空調(diào)的一體機(jī)緊湊設(shè)計(jì)，并保證其具有獨(dú)特的風(fēng)道設(shè)計(jì)，不僅要在風(fēng)道內(nèi)安裝鋁制過濾網(wǎng)，而且還要設(shè)計(jì)一個無紡布的G4過濾網(wǎng)。這樣在過濾網(wǎng)發(fā)生臟堵后，空調(diào)系統(tǒng)就會自動發(fā)出報(bào)警提醒維護(hù)人員清洗該濾網(wǎng)，進(jìn)而為基站的正常運(yùn)轉(zhuǎn)以及配套電源的安全使用打下良好的基礎(chǔ)。

1.3 5G時(shí)代到來對基站電源設(shè)計(jì)的要求

5G基站供電系統(tǒng)不同于4G基站供電系統(tǒng)，其主要包含兩大電流系統(tǒng)，即UPS供電系統(tǒng)和HVDC供電系統(tǒng)。其中，前者屬于不間斷電源的供電載體，從組成結(jié)構(gòu)來看，其是由蓄電池組、整流器和逆變器、靜態(tài)開關(guān)等關(guān)鍵部分所組成，其基本應(yīng)用在各行業(yè)機(jī)房配電間以及辦公室中；而后者則是高壓直流的供電載體，其包括三大關(guān)鍵組成部分，即交流配電單元、整流單元及直流配電單元，一般都會應(yīng)用在通信設(shè)備供電領(lǐng)域中。現(xiàn)階段，多運(yùn)營商共享基站中，其配套電源設(shè)計(jì)都會采取-48 V直流拉遠(yuǎn)方案來進(jìn)行設(shè)計(jì)，這在一定程度上就會因?yàn)?G時(shí)代下的BBU集中部署，而導(dǎo)致AAU和機(jī)房空間距離變得越來越遠(yuǎn)。所以，為了避免這種情況的發(fā)生，就要對現(xiàn)有的-48 V直流拉遠(yuǎn)方案進(jìn)行全面的優(yōu)化設(shè)計(jì)，盡量使其轉(zhuǎn)變成HVDC直流拉遠(yuǎn)和DPS分布式相結(jié)合的供電方案。這是因?yàn)樵摴╇姺桨笩o論是投資成本，還是占地面積，都要較原有的供電方案低很多，這方面優(yōu)勢可以通過精準(zhǔn)的測算來進(jìn)一步證明。例如，按照-48 V開關(guān)電源方案對共享基站配套電源供電系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)容，若是按照5G基站近4 000 W的輸入功率需求對基站配套電源的市場空間進(jìn)行精準(zhǔn)測算，從測算結(jié)果來看，至少需要增加2個-48 V/50 A的整流模塊，假設(shè)以2 000元/個的模塊單價(jià)，則單站的擴(kuò)容成本為4 000元；而若是采用HVDC直流遠(yuǎn)供或者DPS分布式供電方案來進(jìn)行擴(kuò)容，則單站價(jià)值在7 000～1萬元。進(jìn)一步假設(shè)3種供電方案的建設(shè)比例為1：1：1，那么按照國內(nèi)450萬站的建設(shè)規(guī)模測算，預(yù)計(jì)5G基站電源市場空間有望達(dá)到315億元。由此可見，在多運(yùn)營商共享基站配套電源設(shè)計(jì)中，采用HVDC直流遠(yuǎn)供或者DPS分布式供電方案十分可行，其不僅可以滿足5G時(shí)代下多運(yùn)營商共享基站的長期運(yùn)行需求，而且還能促進(jìn)5G基站電源廠、鋰電池廠及機(jī)房溫控設(shè)備廠等獲得更大的經(jīng)濟(jì)收益。

2 配套電源的設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1 開關(guān)電源設(shè)計(jì)

首先，要根據(jù)直流負(fù)載大小，對開關(guān)電源的容量進(jìn)行精準(zhǔn)的測算。在測算過程中，必須嚴(yán)格按照多運(yùn)營商的電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范來進(jìn)行，如移動、電信、聯(lián)通等安裝工程。通常，開關(guān)電源容量要能夠涵蓋兩組蓄電池，一般600 W的開關(guān)電源架就可滿足多運(yùn)營商共享基站的建設(shè)需求。其次，要合理設(shè)計(jì)開關(guān)電源的接線端子，其一般包括兩個關(guān)鍵部分，即一次下電和二次下電。而目前，大多數(shù)開關(guān)電源一次下電能夠布放20個端子，而二次下電則可布放10個端子，這種結(jié)構(gòu)下很難滿足多運(yùn)營商系統(tǒng)共享需求。因此，從經(jīng)濟(jì)成本角度來考慮，可以為接線端子配置一臺直流配電箱解決該運(yùn)行問題。此外，為了提高整流器的工作效率，還要結(jié)合其單個整流模塊的容量及基站中各通信設(shè)備的負(fù)荷及電池充電電流大小，按照N+1冗余原則來合理配置整流模塊數(shù)量[3]。

2.2 蓄電池設(shè)計(jì)

基站后備電源的保障時(shí)長與蓄電池容量有著十分緊密的聯(lián)系，因此，應(yīng)按照基站所在場景、供電環(huán)境、重要性、市電可靠性、運(yùn)維能力、機(jī)房條件、市電類別以及實(shí)際交通運(yùn)輸條件等因素來對蓄電池容量進(jìn)行精準(zhǔn)的計(jì)算。在這一過程中，可以按照公式（1）來進(jìn)行計(jì)算：

其中，K為安全系數(shù)，取1.25；I為負(fù)荷電流；T為放電小時(shí)數(shù)（h）；t為最低環(huán)境溫度（5 ℃）；a為電池溫度系數(shù)，取0.006；η為放電容量系數(shù)，具體計(jì)算數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 蓄電池放電時(shí)長

基于蓄電池的容量，按照多運(yùn)營商共享基站建設(shè)要求，若是對設(shè)備的最大功耗及冗余配置后，需要4組SOOAH的蓄電池才能滿足基站運(yùn)行需求，但考慮實(shí)際設(shè)備功耗并未達(dá)到最大功耗標(biāo)準(zhǔn)，所以一般配置2～3組SOQAH蓄電池，就能保障基站后備電源的保障時(shí)長滿足多運(yùn)營商正常運(yùn)營需求[4]。

2.3 線纜布放、饋線窗及接地設(shè)計(jì)

一般情況下，移動、通信、聯(lián)通等運(yùn)營商機(jī)房內(nèi)包含多種類型的線纜，常見的有：BBU電源線、RRU電源線、主設(shè)備接地線、GPS饋線、傳輸線、天饋線、電池線、電源設(shè)備接地線、走線架接地線及監(jiān)控線纜等。要想將其進(jìn)行有效的分離，常規(guī)寬度440 mm的走線架根本無法滿足共享基站線纜的隔離要求。因此，應(yīng)在原有設(shè)計(jì)寬度的基礎(chǔ)上增加200 mm，并且要采取雙層走線架來進(jìn)行合理劃分，如圖1所示。同類線纜盡量按照疊放捆扎的方式來進(jìn)行劃分，這樣才能提高線架空間的利用率，確保各類線纜的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 雙層走線設(shè)計(jì)圖

在這些機(jī)房線纜中，若是將BBU電源線與RRU電源線進(jìn)行連接，則可大大減少機(jī)房內(nèi)線纜占用的空間，并能夠減少對饋孔數(shù)量的要求。例如，野戰(zhàn)光纜在布放時(shí)，經(jīng)過相應(yīng)的安裝測算，可將4根野戰(zhàn)光纜一同捆扎，并穿入同一饋孔進(jìn)入機(jī)房。因此，在對機(jī)房饋窗進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)結(jié)合各運(yùn)營商獨(dú)立分配盒后期設(shè)備添加等因素，按照各線分離設(shè)計(jì)3～4個饋孔，并確保單個饋窗規(guī)格為600 mm×600 mm，同時(shí)要新增3×8接地排，才能滿足多家運(yùn)營商共享基站的運(yùn)行需求。

2.4 空調(diào)容量設(shè)計(jì)

機(jī)房空調(diào)容量的設(shè)計(jì)一般可參考機(jī)房散熱量。在實(shí)際操作過程中，應(yīng)先按照公式：空調(diào)的制冷量=設(shè)備散熱量+外部環(huán)境散熱量，對空調(diào)容量進(jìn)行精準(zhǔn)計(jì)算。其中，設(shè)備散熱量應(yīng)參照機(jī)房設(shè)備功耗×0.95（轉(zhuǎn)換系數(shù)）的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行計(jì)算；外部環(huán)境散熱量應(yīng)參照機(jī)房面積×Q（單位冷負(fù)荷系數(shù)）的標(biāo)準(zhǔn)來進(jìn)行計(jì)算，按照相應(yīng)的設(shè)計(jì)要求，Q盡量以120 W為基準(zhǔn)。在多運(yùn)營商共享基站建設(shè)中，若按照20 W來測算機(jī)房面積，則其配套電源系統(tǒng)應(yīng)布置2組蓄電池，并考慮冗余配置。這種環(huán)境下，應(yīng)需要5P空調(diào)，但由于空調(diào)設(shè)備的功耗不會達(dá)到最大標(biāo)準(zhǔn)，所以在初期安裝時(shí)，可以布置1臺3P空調(diào)。若是處在寒冷的北方地區(qū)，為了確保配套電源的正常使用，還要為機(jī)房空調(diào)配備冷暖功能。

3 結(jié) 論

隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展，對于多運(yùn)營商共享基站的建設(shè)質(zhì)量也會提出較高的要求。為了確保在項(xiàng)目建設(shè)過程中不會出現(xiàn)重復(fù)設(shè)計(jì)、資源浪費(fèi)等現(xiàn)象，應(yīng)盡量結(jié)合多運(yùn)營商的電源設(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范來制定基站建設(shè)方案和配套電源設(shè)計(jì)方案，并提高相關(guān)工作人員的專業(yè)技術(shù)和操作水平，使其能夠全面掌握基站建設(shè)要點(diǎn)與配套電源設(shè)計(jì)要點(diǎn)。