5G基站電源低成本建設舉措

劉 震，錢 義

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

當前，我國5G網絡建設步伐加快，已建成5G基站近8.5×105個，形成全球最大5G獨立組網網絡，5G行業應用創新案例已超過1×104個[1]。

由于5G使用高頻段，傳播損耗大，因此要求的天線口發射功率高，5G AAU引入了Massive MIMO技術，從空間維度來提升系統信道容量和信號覆蓋范圍，相比4G RRU大幅增加了通道數[2,3]。目前，運營商主流AAU以64通道和32通道為主，最大可實現16流MU-MIMO，是4G的4倍[4]。5G帶寬以100 MHz為主，是4G的5倍，更多的通道數和更大的帶寬都將導致5G AAU的能耗比4G RRU高很多。

截至2021年5月底，全國已累計建設開通5G基站近8.5×105個，5G終端連接數超1.3×108臺[5]。5G應用主要分為增強型移動帶寬（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、海量機器連接類通信（massive Machine Type Communication，mMTC）以及高可靠低時延通 信（ultra-Reliable and Low Latency Communications，uRLLC）3類業務[6]。此3類業務要應對的帶寬與連接并發率很高，且運行保障時間特性不一致，因此對電能的支撐容量要求必然高[7]。其要求既能保證5G基站的正常運行供電，又能在通信運營商面臨降本增效的壓力下實現節能減排、降本增效，降低電費成本支出是有待深入探討的問題。

1 低成本建設方案

為了降低5G建設維護成本，本文使用一體化智能備電設備方案進行5G建設。

1.1 接電方案

傳統5G AAU設備的接電方式為市電引入交流配電箱，從交流配電箱選擇接電端子通過交流電源線連接至AC/DC轉換器（交轉直模塊），再由AC/DC轉換器（交轉直模塊）通過直流電源線連接至傳統AAU設備整個供電方案[8,9]。如圖1所示，以S111站型為例，安裝交流配電箱需1人耗時15 min，安裝AC/DC轉換器（交轉直模塊）需兩人耗時30 min，不包含線纜的布放[10]。

圖1 傳統接電方式

市電引入一體化智能備電設備后直接通過直流電源線連接至AAU設備，此種方案只需要安裝一套一體化備電設備，無需AC/DC轉換器（交轉直設備），全程需兩人耗時30 min，節省了安裝配電箱和AC/DC轉換器（交轉直設備）的人工，提高了約30%的效率。一體化備電設備接電方式如圖2所示。

圖2 一體化備電設備接電方式

1.2 不同建設方式安裝說明

不同建設方式安裝說明如表1所示。

表1 不同建設方式安裝說明

當前情況下，一體化直流配電設備適用于室外宏站、高鐵以及小區等場景，室內分布系統暫不適用。

1.3 安裝場景

（1）落地站（無機房或塔基低于700 mm）。場景特點包括兩點，一是原有機柜基礎可以利舊安裝抱桿，二是無任何基礎可供新增抱桿供一體化機柜安裝。配套建設也包括兩點，一是利舊原有機柜基礎，新增1.5 m抱桿，二是現場無任何基礎的需建水泥基礎，新建1.5 m抱桿，一體化電源柜附抱桿安裝。（2）落地站（有機房或塔基高于700 mm）。場景特點為塔基或塔周邊機房、圍墻滿足一體化電源柜附墻體安裝，配套建設為附墻體安裝，無需建設基礎。（3）樓頂站（女兒墻或塔基高于700 mm）。場景特點為塔基或女兒墻高度滿足一體化電源柜附墻體安裝，配套建設為附墻體安裝，無需建設基礎。（4）樓頂站（女兒墻或塔基高度較低于700 mm）。場景特點為一體化機柜無附墻安裝空間，原有機柜基礎無法利舊安裝抱桿，配套建設為新增1.2 m配重塊抱桿，一體化電源柜附抱桿安裝。

2 可行性分析

為了驗證該電源柜在滿載情況下能否滿足5G、4G主設備最大負載情況下的供電要求，本次測試針對不同場景、不同廠家的5G AAU設備滿載與正常負載情況下一體化智能備電機柜運行狀況，共選取7個站點進行測試，具體情況如表2所示。

表2 測試站點

3 測試方案

設備運行穩定性能的測試中，對其中5個使用了一體化智能機柜的新建5G站點，運行1個月后對設備穩定性能及現場性能進行測試。設備輸出性能的壓力測試中，將直流機柜的8個輸出端全部接滿負載，驗證其輸出能力能否滿足設備的運行；將設備電源線長度設置成100 m，驗證其輸出電壓在直流長距離供電時能否滿足主設備的運行；將AAU、RRU的設備負載模擬加載到最大，驗證每個輸出端最大負載時，能否滿足設備的正常運行。

本次對站點1、站點2、站點3、站點4以及站點5等5個基站進行了一般情況下性能測試，對站點6和站點7兩個基站進行了滿載、電源線拉長測試。

4 測試結果

4.1 站點1

本次測試站點1選取了3臺廠家A的5G AAU設備進行測試，選取的電源線長度分別為20 m、35 m、55 m，選取的電源線徑為10 mm2。經現場測試、理論計算、設備網管數據判斷等，該站點一體化智能機柜輸出電流電壓等數據均為正常范圍，主設備均可正常啟動且運行平穩。

4.2 站點2

站點2選取了3臺廠家A的5G AAU設備進行測試，選取的電源線長度均為60 m，電源線徑為10 mm2。經現場測試、理論計算、設備網管數據判斷，該站點一體化智能機柜輸出電流電壓等數據均為正常范圍，主設備均可正常啟動且運行平穩。

4.3 站點3

站點3選取了3臺中興5G AAU設備進行測試，選取的電源線長度均為50 m，電源線徑為10 mm2。經現場測試、理論計算、設備網管數據判斷，該站點一體化智能機柜輸出電流電壓等數據均為正常范圍，主設備均可正常啟動且運行平穩。

4.4 站點4

站點4選取了兩臺廠家A的5G AAU設備，選取的電源線長度均為10 m，電源線徑為10 mm2。經現場測試數、理論計算、設備網管數據判斷，該站點一體化智能機柜輸出電流電壓等數據均為正常范圍，主設備均可正常啟動且運行平穩。

4.5 站點5

站點5選取了1臺廠家A的5G AAU設備，電源線長度為12 m，電源線徑為10 mm2。經現場測試數、理論計算、設備網管數據判斷，該站點一體化智能機柜輸出電流電壓等數據均為正常范圍，主設備均可正常啟動且運行平穩。

4.6 站點6

站點6選取了3臺廠家B的5G AAU設備、3臺1.8G RRU設備以及兩臺800M RRU設備進行測試。經測試，未滿載情況下，后臺功率保持在3 000 W左右，一體化機柜的輸出功率保持在3 000 W左右，機柜輸出功率能夠滿足設備正常運行。滿載情況下，AAU、RRU設備的后臺功率保持在4 200 W左右，一體化機柜的輸出功率保持在4 200 W以上，峰值情況下達到4 800 W（工作電流增大，電源線損耗功率增大），接近該機柜最大輸出功率，機柜輸出功率能夠滿足設備正常運行。

4.7 站點7

站點7選取了3臺廠家A的5G AAU設備和3臺1.8G RRU設備進行測試。經測試，未滿載情況下，后臺功率保持在2 000 W左右，一體化機柜的輸出功率保持在2 000 W左右，機柜輸出功率能夠滿足設備正常運行。滿載情況下，后臺功率保持在2 800 W左右，一體化機柜的輸出功率保持在3 000 W左右（工作電流增大，電源線損耗功率增大），未達到該機柜最大輸出功率，機柜輸出功率能夠滿足設備正常運行。

5 結果分析

本次所測試站點6和站點7兩個基站所使用一體化電源柜均能穩定輸出56 V電壓，保證AAU穩定運行。在滿載測試中，結合后臺數據與現場測試，負載6臺AAU、RRU時，該機柜能在正常功率范圍內穩定運行；負載8臺AAU、RRU時，該機柜負荷接近最大值。

6 造價測算

當鐵塔為1家運營商獨享時，運營商選擇一體化智能備電設備的投資與鐵塔提供的直流電租金增加對比，最長需3.6年回收成本，最短1年回收成本；當鐵塔為兩家運營商共享時，運營商選擇一體化智能備電設備的投資與鐵塔提供的直流電租金增加對比，最長需5.1年回收成本，最短1.5年回收成本；當鐵塔為3家運營商共享時，運營商選擇一體化智能備電設備的投資與鐵塔提供的直流電租金增加對比，最長需5.9年回收成本，最短1.8年回收成本。

增加的投資回收后，運營商側無需再增加對基站的其他配套投資，每基站每年可減少5G租金1 400～4 600元。以某地市每年建設1 000個基站為例，每年可節省投資（1.4～4.6）×106元，5年建設期可節省（0.7～2.3）×107元。

7 結 論

5G的重要性不言而喻，當前情況下，如何讓運營商在5G的建設上降低成本支出又不影響網絡質量是重中之重，本文通過實驗驗證、造價對比認為一體化智能備電設備方案具有可行性，這為運營商低成本建設5G基站提供了新的解決方案。