關(guān)于5G基站配套改造方案探討

彭威城

（湖南省郵電規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410126）

0 引 言

預(yù)計(jì)截至2021年6月末，我國(guó)已有4G基站5.84×106個(gè)，5G基站9.61×105個(gè)。根據(jù)5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展特征，其基站總數(shù)將超過(guò)4G，未來(lái)5G基站建設(shè)任務(wù)繁重。面對(duì)如此大規(guī)模的5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，5G基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)是基本保證，其改造方案的研究很有必要。

根據(jù)我國(guó)中部省份某地級(jí)市2020年5G基站配套建設(shè)工程統(tǒng)計(jì)，5G基站配套需求共計(jì)2 344個(gè)，涉及物理站點(diǎn)1 869個(gè)，配套改造比例高達(dá)96.8%。按運(yùn)營(yíng)商5G系統(tǒng)數(shù)統(tǒng)計(jì)，涉及兩套5G需求站點(diǎn)339個(gè)，占比18.1%，3套5G需求站點(diǎn)68個(gè)，占比3.6%。隨著5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)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(lái)越大，制定經(jīng)濟(jì)合理的配套改造方案尤為重要。

1 5G基站配套設(shè)施需求及挑戰(zhàn)

5G設(shè)備形態(tài)不同于傳統(tǒng)2G、3G、4G，新技術(shù)的采用，在5G基站配套改造過(guò)程中面臨新的挑戰(zhàn)。其中，5G引進(jìn)Massive MIMO技術(shù)，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(jìn)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(shè)備重量可達(dá)61 kg，而普通抱桿承載力一般不超過(guò)50 kg，因此大量站點(diǎn)需為5G新增獨(dú)立抱桿，天面塔桅改造數(shù)量也必然增加。

目前，國(guó)內(nèi)各運(yùn)營(yíng)商5G網(wǎng)絡(luò)頻段的使用情況如下，其中中國(guó)移動(dòng)和中國(guó)廣電的頻段為700 MHz和2.6 GHz，中國(guó)電信和中國(guó)聯(lián)通的頻段為2.1 GHz和3.5 GHz。結(jié)合國(guó)內(nèi)5G主流設(shè)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(diǎn)一套5G系統(tǒng)按3扇區(qū)設(shè)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(dá)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(dá)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(dá)540 kg，這對(duì)于接入基站基礎(chǔ)配套承載能力是一個(gè)很大挑戰(zhàn)。

表1 5G配套需求參數(shù)表

2 5G基站配套設(shè)施改造方案

2.1 外市電改造

5G設(shè)備功耗高，對(duì)配套最直接的影響是已有站址外市電改造比例較4G建設(shè)大幅上升。基站外市電系統(tǒng)主要由市電接入點(diǎn)、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(jìn)行外市電改造時(shí)，應(yīng)完成需求站點(diǎn)外市電現(xiàn)網(wǎng)及遠(yuǎn)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(jì)算公式為：

外市電引入容量=（現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備實(shí)際功耗+5G設(shè)備功耗+空調(diào)功耗+照明等臨時(shí)用電+蓄電池充電功耗）/功率因數(shù) （1）式中，現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備實(shí)際功耗為現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際功耗的1.1倍（現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)電源運(yùn)行電流讀數(shù)×1.1×54/1000），5G設(shè)備功耗根據(jù)新增設(shè)備功耗及需求系統(tǒng)數(shù)計(jì)算得出，空調(diào)功耗=空調(diào)輸出功率×臺(tái)數(shù)，照明等臨時(shí)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(shí)，應(yīng)根據(jù)外市電容量需求、上級(jí)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(jìn)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(kāi)關(guān)電源改造和蓄電池改造兩個(gè)部分。

2.2.1 開(kāi)關(guān)電源改造

開(kāi)關(guān)電源改造包括對(duì)電源端子、整流模塊以及開(kāi)關(guān)電源的改造。運(yùn)營(yíng)商5G設(shè)備電源配套直接需求是提供兩路100 A直流端子，為主設(shè)備直流配電單元供電。整流模塊數(shù)量根據(jù)新增5G負(fù)荷后計(jì)算得出，按N+1冗余配置。整流模塊數(shù)量N=（現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷+新增5G負(fù)荷+蓄電池總?cè)萘?10）/單模塊容量，開(kāi)關(guān)電源容量=現(xiàn)網(wǎng)負(fù)荷+新增5G負(fù)荷+0.1×蓄電池總?cè)萘?。?duì)于原開(kāi)關(guān)電源容量無(wú)法滿足需求的，需進(jìn)行擴(kuò)容或新增大容量開(kāi)關(guān)電源。開(kāi)關(guān)電源改造方案應(yīng)綜合考慮電源端子、整流模塊以及開(kāi)關(guān)電源等各類(lèi)因素，圖2為開(kāi)關(guān)電源改造方案選擇流程。

圖2 開(kāi)關(guān)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(shè)備安裝工程設(shè)計(jì)規(guī)范要求，蓄電池組的總?cè)萘繛椋?/p>

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

根據(jù)備電時(shí)間要求，計(jì)算蓄電池組的總?cè)萘啃枨?，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(shè)備重量重和尺寸大的特點(diǎn)，大部分現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)天面塔桅配套難以滿足5G直接加掛需求，需進(jìn)行塔桅改造。根據(jù)不同塔桅類(lèi)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。現(xiàn)網(wǎng)站點(diǎn)有空余抱桿且承載能力滿足要求，可直接加掛5G天線，此類(lèi)站點(diǎn)基本為近年新建設(shè)站址。

（2）直接改造。站點(diǎn)無(wú)剩余空抱桿，但天面立體空間滿足時(shí)可采用。對(duì)于抱桿類(lèi)站點(diǎn)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(diǎn)，后者占地面積小適合天面空間緊張有垂直墻體附掛站點(diǎn)。對(duì)于桿塔類(lèi)站點(diǎn)，在承重負(fù)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(duì)于現(xiàn)網(wǎng)站址，尤其是城區(qū)站點(diǎn)，各運(yùn)營(yíng)商大都有兩套甚至更多系統(tǒng)，天面空間資源嚴(yán)重不足，天線整合方案隨之而出。該方案主要是針對(duì)2/3/4G天線之間的處理，而不同運(yùn)營(yíng)商之間的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)差異較大，天線整合一般在運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部系統(tǒng)進(jìn)行，此解決方案適用于運(yùn)營(yíng)商內(nèi)部各網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)參數(shù)基本一致的站點(diǎn)?，F(xiàn)網(wǎng)天線整合后，騰出空間供5G加掛，圖5為根據(jù)我國(guó)三大通信運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀而制定的天線整合方案[4]。

圖5 運(yùn)營(yíng)商天線整合方案

（4）結(jié)構(gòu)加固。對(duì)于歷史塔身?xiàng)l件差的站點(diǎn)，5G承重帶來(lái)了新的問(wèn)題，為確保塔桅安全，又能滿足5G天線承載，考慮對(duì)塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固。對(duì)于樓面塔站，常用的方法有新增拉線和錨點(diǎn)、增加主桿支撐和配重；對(duì)于地面塔站，可采用替換或增加構(gòu)件、環(huán)槽鉚釘連接技術(shù)加固、塔身與塔基連接增強(qiáng)等技術(shù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。

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

3 未來(lái)基站配套設(shè)施方案探討

我國(guó)移動(dòng)通信發(fā)展從1G空白、2G跟隨、3G突破、4G同步、5G引領(lǐng)，做到全球領(lǐng)先。從移動(dòng)通信的發(fā)展歷程中窺探，不管未來(lái)技術(shù)如何演進(jìn)，與用戶最貼近的都是移動(dòng)通信接入基站，可稱為未來(lái)基站，其基礎(chǔ)配套設(shè)施建設(shè)都將是未來(lái)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的前提保障。如何利用好現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)資源，做好資源的升級(jí)改造是一個(gè)值得探索的課題，針對(duì)未來(lái)基站配套設(shè)施方案，從以下4個(gè)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(chǔ)設(shè)施配套，結(jié)合移動(dòng)基站主設(shè)備、傳輸光纜、傳輸設(shè)備等搭建模型，以現(xiàn)網(wǎng)資源作為輸入，模型自動(dòng)校驗(yàn)，輸出切實(shí)可行的配套設(shè)施改造方案。

3.2 設(shè)備能耗

推動(dòng)基站建設(shè)低碳高質(zhì)發(fā)展，推進(jìn)未來(lái)基站向室外微型化、無(wú)機(jī)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(gè)環(huán)節(jié)，為我國(guó)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)貢獻(xiàn)力量。

3.3 塔桅配套

未來(lái)基站朝著更密集和精準(zhǔn)的方向發(fā)展，對(duì)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(jià)值，由此反推建立未來(lái)基站設(shè)備形態(tài)，讓未來(lái)基站主動(dòng)匹配現(xiàn)有配套資源，做到塔桅配套資源剩余價(jià)值最大化。

3.4 未來(lái)基站智能化

打通無(wú)線基站設(shè)備網(wǎng)管業(yè)務(wù)與基礎(chǔ)配套設(shè)施數(shù)據(jù)的壁壘，引入AI算法，以業(yè)務(wù)反向影響電源和空調(diào)等能源設(shè)施的控制，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)與能耗最優(yōu)的智能化配置。

4 結(jié) 論

5G作為移動(dòng)通信領(lǐng)域的重大變革點(diǎn)，已被列入國(guó)家“新基建”戰(zhàn)略。作為新時(shí)代通信建設(shè)者，要秉承創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放以及共享的發(fā)展理念，推動(dòng)基站配套基礎(chǔ)設(shè)施的全面共享，實(shí)現(xiàn)資源利用最大化。