關于5G基站配套改造方案探討

彭威城

（湖南省郵電規(guī)劃設計院有限公司，湖南 長沙 410126）

0 引 言

預計截至2021年6月末，我國已有4G基站5.84×106個，5G基站9.61×105個。根據(jù)5G移動通信網(wǎng)絡發(fā)展特征，其基站總數(shù)將超過4G，未來5G基站建設任務繁重。面對如此大規(guī)模的5G網(wǎng)絡建設，5G基礎配套設施建設是基本保證，其改造方案的研究很有必要。

根據(jù)我國中部省份某地級市2020年5G基站配套建設工程統(tǒng)計，5G基站配套需求共計2 344個，涉及物理站點1 869個，配套改造比例高達96.8%。按運營商5G系統(tǒng)數(shù)統(tǒng)計，涉及兩套5G需求站點339個，占比18.1%，3套5G需求站點68個，占比3.6%。隨著5G網(wǎng)絡建設逐步深入，單站多系統(tǒng)需求將逐步增加，基站配套壓力也越來越大，制定經(jīng)濟合理的配套改造方案尤為重要。

1 5G基站配套設施需求及挑戰(zhàn)

5G設備形態(tài)不同于傳統(tǒng)2G、3G、4G，新技術的采用，在5G基站配套改造過程中面臨新的挑戰(zhàn)。其中，5G引進Massive MIMO技術，采用的64通道AAU功耗是4G 8通道RRU的數(shù)倍，大量基站外市電和直流電源系統(tǒng)需進行改造[1]。另外，5G“天線”AAU集RRU與傳統(tǒng)天線于一體，單扇區(qū)含安裝件設備重量可達61 kg，而普通抱桿承載力一般不超過50 kg，因此大量站點需為5G新增獨立抱桿，天面塔桅改造數(shù)量也必然增加。

目前，國內(nèi)各運營商5G網(wǎng)絡頻段的使用情況如下，其中中國移動和中國廣電的頻段為700 MHz和2.6 GHz，中國電信和中國聯(lián)通的頻段為2.1 GHz和3.5 GHz。結合國內(nèi)5G主流設備形態(tài)，5G配套需求參數(shù)如表1所示。由于5G BBU采用集中放置方式方案，故本文接入基站配套需求僅考慮5G AAU部分。

由表1可知，單站點一套5G系統(tǒng)按3扇區(qū)設置。新增一套5G系統(tǒng)增加的功耗約為3 kW，增加重量荷載可達180 kg。新增兩套5G系統(tǒng)增加功耗約為6 kW，新增重量荷載達360 kg。新增3套5G系統(tǒng)增加功耗約為9 kW，新增重量荷載將達540 kg，這對于接入基站基礎配套承載能力是一個很大挑戰(zhàn)。

表1 5G配套需求參數(shù)表

2 5G基站配套設施改造方案

2.1 外市電改造

5G設備功耗高，對配套最直接的影響是已有站址外市電改造比例較4G建設大幅上升?；就馐须娤到y(tǒng)主要由市電接入點、供電方電表及斷路器、交流電纜、基站交流配電箱組成[2]。在進行外市電改造時，應完成需求站點外市電現(xiàn)網(wǎng)及遠期需求容量的核算，并據(jù)此選擇最佳改造方案。外市電容量的計算公式為：

外市電引入容量=（現(xiàn)網(wǎng)設備實際功耗+5G設備功耗+空調(diào)功耗+照明等臨時用電+蓄電池充電功耗）/功率因數(shù) （1）式中，現(xiàn)網(wǎng)設備實際功耗為現(xiàn)網(wǎng)實際功耗的1.1倍（現(xiàn)場開關電源運行電流讀數(shù)×1.1×54/1000），5G設備功耗根據(jù)新增設備功耗及需求系統(tǒng)數(shù)計算得出，空調(diào)功耗=空調(diào)輸出功率×臺數(shù)，照明等臨時用電取0.5 kW，蓄電池充電功耗=蓄電池容量（A·h）×0.1×56/1000，功率因數(shù)取0.9。

在制定外市電改造方案時，應根據(jù)外市電容量需求、上級變壓器容量、外電引入電纜線徑及距離、現(xiàn)有交流配電箱配置等因素進行綜合考慮。圖1為外市電改造方案選擇流程。

圖1 外市電改造方案選擇流程

2.2 直流電源配套改造

直流電源配套改造方案主要包括開關電源改造和蓄電池改造兩個部分。

2.2.1 開關電源改造

開關電源改造包括對電源端子、整流模塊以及開關電源的改造。運營商5G設備電源配套直接需求是提供兩路100 A直流端子，為主設備直流配電單元供電。整流模塊數(shù)量根據(jù)新增5G負荷后計算得出，按N+1冗余配置。整流模塊數(shù)量N=（現(xiàn)網(wǎng)負荷+新增5G負荷+蓄電池總容量/10）/單模塊容量，開關電源容量=現(xiàn)網(wǎng)負荷+新增5G負荷+0.1×蓄電池總容量。對于原開關電源容量無法滿足需求的，需進行擴容或新增大容量開關電源。開關電源改造方案應綜合考慮電源端子、整流模塊以及開關電源等各類因素，圖2為開關電源改造方案選擇流程。

圖2 開關電源改造方案選擇流程

2.2.2 蓄電池改造

根據(jù)通信電源設備安裝工程設計規(guī)范要求，蓄電池組的總容量為：

式中：Q為蓄電池組總容量，單位為A·h；K為安全系數(shù)，取1.25；I為負荷電流，單位為A；T為放電小時數(shù)，單位為h；η為放電容量系數(shù)，取1.25；t為實際電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值，所在地有采暖設備時，按15 ℃考慮，無采暖設備時，按5 ℃考慮；α為電池溫度系數(shù)，當放電小時率≥10時，α=0.006，當10＞放電小時率≥1時，α=0.008，當放電小時率＜1時，α=0.01。

根據(jù)備電時間要求，計算蓄電池組的總容量需求，選擇合適的蓄電池改造方案，流程如圖3所示。

圖3 蓄電池改造方案選擇流程

2.3 塔桅配套改造方案

根據(jù)5G設備重量重和尺寸大的特點，大部分現(xiàn)網(wǎng)站點天面塔桅配套難以滿足5G直接加掛需求，需進行塔桅改造。根據(jù)不同塔桅類型，按照塔桅改造難易程度，從易到難可分為以下5種方案[3]。

（1）直接利舊?，F(xiàn)網(wǎng)站點有空余抱桿且承載能力滿足要求，可直接加掛5G天線，此類站點基本為近年新建設站址。

（2）直接改造。站點無剩余空抱桿，但天面立體空間滿足時可采用。對于抱桿類站點考慮直接新增，主要包括自立式和附墻抱桿兩種（如圖4所示），前者占地面積較大適合水平空間富余站點，后者占地面積小適合天面空間緊張有垂直墻體附掛站點。對于桿塔類站點，在承重負荷安全前提下直接新增天線支臂用于掛載5G天線。

圖4 常用的兩種抱桿形式

（3）天線整合。對于現(xiàn)網(wǎng)站址，尤其是城區(qū)站點，各運營商大都有兩套甚至更多系統(tǒng)，天面空間資源嚴重不足，天線整合方案隨之而出。該方案主要是針對2/3/4G天線之間的處理，而不同運營商之間的網(wǎng)絡參數(shù)差異較大，天線整合一般在運營商內(nèi)部系統(tǒng)進行，此解決方案適用于運營商內(nèi)部各網(wǎng)絡系統(tǒng)參數(shù)基本一致的站點。現(xiàn)網(wǎng)天線整合后，騰出空間供5G加掛，圖5為根據(jù)我國三大通信運營商網(wǎng)絡現(xiàn)狀而制定的天線整合方案[4]。

圖5 運營商天線整合方案

（4）結構加固。對于歷史塔身條件差的站點，5G承重帶來了新的問題，為確保塔桅安全，又能滿足5G天線承載，考慮對塔結構進行加固。對于樓面塔站，常用的方法有新增拉線和錨點、增加主桿支撐和配重；對于地面塔站，可采用替換或增加構件、環(huán)槽鉚釘連接技術加固、塔身與塔基連接增強等技術進行結構加固。

（5）換址新建。對于上述方案均不能解決的站點，可以考慮換址新建站點建設5G。新建站址可優(yōu)先利用社會桿塔資源，以最大限度節(jié)約建站成本。

3 未來基站配套設施方案探討

我國移動通信發(fā)展從1G空白、2G跟隨、3G突破、4G同步、5G引領，做到全球領先。從移動通信的發(fā)展歷程中窺探，不管未來技術如何演進，與用戶最貼近的都是移動通信接入基站，可稱為未來基站，其基礎配套設施建設都將是未來移動通信網(wǎng)絡建設的前提保障。如何利用好現(xiàn)有網(wǎng)絡基礎資源，做好資源的升級改造是一個值得探索的課題，針對未來基站配套設施方案，從以下4個方面提出建議。

3.1 配套建模

將外市電、直流電源以及天面塔桅等基礎設施配套，結合移動基站主設備、傳輸光纜、傳輸設備等搭建模型，以現(xiàn)網(wǎng)資源作為輸入，模型自動校驗，輸出切實可行的配套設施改造方案。

3.2 設備能耗

推動基站建設低碳高質(zhì)發(fā)展，推進未來基站向室外微型化、無機房化以及智能化新模式發(fā)展[5]。從源頭降低能耗，控制基站資源消耗的各個環(huán)節(jié)，為我國2030年前實現(xiàn)碳達峰，2060年前實現(xiàn)碳中和的目標貢獻力量。

3.3 塔桅配套

未來基站朝著更密集和精準的方向發(fā)展，對塔桅資源的需求量也更多。充分了解塔桅現(xiàn)有資源可利用價值，由此反推建立未來基站設備形態(tài)，讓未來基站主動匹配現(xiàn)有配套資源，做到塔桅配套資源剩余價值最大化。

3.4 未來基站智能化

打通無線基站設備網(wǎng)管業(yè)務與基礎配套設施數(shù)據(jù)的壁壘，引入AI算法，以業(yè)務反向影響電源和空調(diào)等能源設施的控制，實現(xiàn)業(yè)務與能耗最優(yōu)的智能化配置。

4 結 論

5G作為移動通信領域的重大變革點，已被列入國家“新基建”戰(zhàn)略。作為新時代通信建設者，要秉承創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開放以及共享的發(fā)展理念，推動基站配套基礎設施的全面共享，實現(xiàn)資源利用最大化。