室內(nèi)分布式系統(tǒng)基站設(shè)備供電方式探討

中國聯(lián)通運城分公司 張曉虹 吉祎輝

隨著中國聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的逐步深入，高速分組數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的多姿多彩快速進(jìn)入了大眾的視野，WCDMA無線應(yīng)用也在迅速走進(jìn)人們的日常生活。3G時代的重要標(biāo)志之一是人們對室內(nèi)無線高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的強(qiáng)烈需求，因此，室內(nèi)無線網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量對終端客戶感知的影響就變得至關(guān)重要，而這一環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)就是室內(nèi)覆蓋有源設(shè)備供電保障系統(tǒng)的建設(shè)。

1.室分系統(tǒng)中的有源設(shè)備

1.1 有源設(shè)備的種類

中國聯(lián)通室內(nèi)分布系統(tǒng)中，除信號源以外，對于天饋分布系統(tǒng)中有源設(shè)備（如干線放大器等）的引入一直采取慎重使用的原則，所以，室內(nèi)覆蓋有源設(shè)備供電保障系統(tǒng)的建設(shè)主要考慮的對象就是信號源設(shè)備。

1.2 信源類型

室內(nèi)分布系統(tǒng)信源接入主要有宏蜂窩基站、微蜂窩基站接入或耦合、射頻拉遠(yuǎn)以及直放站空間耦合等幾種方式。一是宏蜂窩信源：適用于業(yè)務(wù)量高（或具有很高數(shù)據(jù)需求）、需要分區(qū)采用多個信源覆蓋的高價值大面積區(qū)域且具備機(jī)房條件的大型場館、交通樞紐等重要建筑物，如山西省體育中心、太原火車南站。二是微蜂窩信源：適用于兼有覆蓋和一定容量需求的中小型建筑物。三是射頻拉遠(yuǎn)型信源：為大容量基站，適用于話務(wù)量較高的寫字樓、商場、酒店等重要建筑物，尤其適合大中型建筑群的覆蓋。四是直放站信源：適用于以建筑中心區(qū)域盲區(qū)或弱覆蓋區(qū)域為主要目的的低業(yè)務(wù)區(qū)域，補(bǔ)盲覆蓋的電梯、地下室等場所。

2.供電保障系統(tǒng)

2.1 供電保障系統(tǒng)的技術(shù)現(xiàn)狀

原有2G設(shè)備，近距離供電，一般采用開關(guān)電源進(jìn)行供電或DC/AC逆變器供電的方式；遠(yuǎn)距離供電，大多采用就近交流供電或采用普通UPS進(jìn)行供電的方式。自2008年中國聯(lián)通山西分公司W(wǎng)CDMA一期室內(nèi)分布工程建設(shè)以來，WCDMA設(shè)備供電保障系統(tǒng)大多屬于原有2G設(shè)備供電保障系統(tǒng)的傳承或者補(bǔ)充，設(shè)備使用環(huán)境、運行維護(hù)及能耗評估等方面均是按照2G設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)要求制定。WCDMA室內(nèi)分布設(shè)備基本采用BBU+RRU的模式，BBU大多采用基站機(jī)房或模塊局機(jī)房直流供電，而遠(yuǎn)距離RRU則以就近交流供電方式為主。

2.2 分布式基站供電方式

分布式基站覆蓋的目標(biāo)區(qū)域多種多樣，單就其RRU供電方式而言，大體可分為以下5種供電方式：

（1）就近市電（交流）供電

RRU設(shè)備安裝在目標(biāo)覆蓋區(qū)域（用戶側(cè)）建筑物內(nèi)，最簡便的辦法就是采用市電就近直接供電的方式，但信源設(shè)備不具備市電斷（停）電后后備供電的能力。根據(jù)統(tǒng)計，市區(qū)市電斷電的主要因素除了市電故障外，就是業(yè)主由于用電合同糾紛等拉閘限電。設(shè)備斷電后，分布式基站設(shè)備將無法繼續(xù)相應(yīng)的無線網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，用戶投訴將驟增，用戶感知更無從談起；同時，也給運行維護(hù)部門帶來巨大壓力，隨著BBU+RRU分布式系統(tǒng)的大量使用，大范圍的運行維護(hù)工作不可避免，一旦出現(xiàn)大范圍的市電斷電，相應(yīng)的運行維護(hù)工作幾乎無法完成。RRU就近市電（交流）供電的方式只能滿足WCDMA網(wǎng)絡(luò)建網(wǎng)初期快速組網(wǎng)的需求，具有前期投資小、網(wǎng)絡(luò)組建迅速的優(yōu)點。但是，工程建設(shè)后期開關(guān)電源系統(tǒng)更新改造的費用投入將大大超越網(wǎng)絡(luò)初期建設(shè)的投資。

（2）直流電源供電

采用直流電源供電的方式是比較理想的供電方式。直流電源供電方式的優(yōu)點明顯：方案拓?fù)湎鄬唵?，效率較高，能夠有效減少能源消耗，并且可以提高可靠性，增加設(shè)備壽命；直流電源有較為完善的電池管理功能，可以有效保證電池使用壽命；直流電源可擴(kuò)展性強(qiáng)、形式多種多樣，可根據(jù)RRU設(shè)備布局，對多個RRU進(jìn)行直流供電，也可針對單個RRU或局部2個及2個以上RRU進(jìn)行直流供電。直流電源供電方式具有一定局限性，若從機(jī)房直接引電，只適用于機(jī)房拉遠(yuǎn)至≤100米的RRU單元；若采用直流遠(yuǎn)供方式，適用于機(jī)房拉遠(yuǎn)至≤3公里的RRU單元，線路長度增加意味著線纜投資增加，同時安全性、可靠性大大降低，且絕大多數(shù)室分站點位于市區(qū)，線纜架空走線和地下管道走線的可能性幾乎為零，所以，室內(nèi)分布工程中，RRU設(shè)備由直流電源供電的應(yīng)用范圍就大大縮小了，只適用于邊遠(yuǎn)地區(qū)大客戶或遠(yuǎn)離市區(qū)的建筑。

（3）逆變電源后備式供電

原中國聯(lián)通CDMA網(wǎng)絡(luò)中，大量采用逆變電源后備式供電方式。1、2KVA（功率較?。┠孀冸娫词褂肎網(wǎng)基站開關(guān)電源系統(tǒng)作為直流輸入，逆變輸出220V交流向CDMA設(shè)備供電。長期運行的結(jié)果證明，所采用的逆變電源后備式供電方案存在可靠性較低、維護(hù)頻率較高的缺點。分析其原因，可以歸結(jié)為：由于采用的逆變電源市電適應(yīng)范圍較窄、抗沖擊電流能力較低、過載能力較低，造成了逆變電源后備式供電方案使用壽命短、維護(hù)成本高的局面。若采用逆變電源后備式供電方案，可考慮采用帶有冗余模塊化的逆變電源后備式供電設(shè)備，從而提高整體供電的可靠性，減少運行維護(hù)的成本。

（4）UPS供電

UPS是不間斷電源（Uninterruptible Power Supply）的英文簡稱，UPS供電方案的優(yōu)勢在于：具備相對穩(wěn)定的后備時間，容易實現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的交流供電（交流線損小，纜線線徑要求低）。UPS的劣勢也較為明顯。由于早期UPS后備電源主要針對的負(fù)載類型是計算機(jī)等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，設(shè)備的運行環(huán)境為較為潔凈的室內(nèi)空間。如果把UPS設(shè)備放置到運行環(huán)境較為惡劣的用戶側(cè)設(shè)備間（如豎井、電梯間，甚至是地下室），運行環(huán)境的惡劣以及市電的“電源污染”會造成UPS工作壽命的大為縮短；小型UPS電池管理較弱，會減少電池的使用壽命；部分機(jī)架式設(shè)備，為了減小設(shè)備體積，大量使用強(qiáng)制風(fēng)冷來提高輸出功率密度，運行過程中噪聲較大，容易造成業(yè)主投訴，給建站以及今后的運行維護(hù)工作增加了難度。

（5）壁掛式開關(guān)電源供電

壁掛式開關(guān)電源一般是由充電器、逆變器、蓄電池（組）、轉(zhuǎn)換裝置、監(jiān)控單元等構(gòu)成。壁掛式開關(guān)電源工作方式可以分為正常和應(yīng)急兩種工作方式。在正常工作方式下，當(dāng)輸入壁掛式開關(guān)電源的交流電（通常為市電）正常時，交流電通過交流輸出切換單元輸出分路給負(fù)載供電，同時通過充電器給蓄電池均浮充，逆變器同步靜置備份等待，整體功耗較低。若有負(fù)載需要直流輸出的，由充電器輸出直流電。在應(yīng)急工作方式下，當(dāng)輸入壁掛式開關(guān)電源的交流電出現(xiàn)故障時，設(shè)備監(jiān)控單元在小于等于10ms內(nèi)切換到蓄電池輸出經(jīng)逆變器供電，供電時間的長短由蓄電池容量來決定。當(dāng)輸入的交流電恢復(fù)正常時，壁掛式開關(guān)電源自動切換到市電旁路供電。

3.分布式基站供電方式選取原則

2008年以來，中國聯(lián)通山西分公司室內(nèi)分布工程的建設(shè)力度逐年加大，RRU的安裝位置（弱電豎井、電梯機(jī)房、樓梯旁、地下室，甚至是室外墻壁上）隨意性很大。針對大多數(shù)室內(nèi)分布信源（RRU）安放位置的實際情況，從運行維護(hù)的角度來看，在斷電的情況下，運維人員幾乎不可能帶上笨重的油機(jī)到斷電樓宇發(fā)電，所以建議：對于一類（為兩個穩(wěn)定可靠的獨立電源各自引入一路供電，該兩路不應(yīng)同時出現(xiàn)檢修停電，平均每次故障時間不應(yīng)大于0.5H，兩路供電線宜配置備用市電電源自動投入裝置）、三類（為從一個電源引入一路供電線，供電線路長、用戶多、平均每月停電次數(shù)不應(yīng)大于4.5次，平均每次故障時間不應(yīng)大于8H）及四類市電供電的樓宇，不建議采用后備供電的方式；對于二類（允許有計劃檢修停電，平均每月停電次數(shù)不應(yīng)大于3.5次，平均每次故障時間不應(yīng)大于6H）市電供電的樓宇，建議可以酌情考慮采用后備供電的方式（后備時間為0.5－1小時），從而有效避免時長為0.5－1個小時以內(nèi)短時間的停電及市電閃斷造成的設(shè)備退服現(xiàn)象。

4.不同場景下分布式基站后備供電解決方案比較

4.1 設(shè)備重量及額定功耗（均為平均值）

2G RRU重量≤21kg，額定功耗≤240W；3G RRU重量≤18kg，額定功耗≤280W。

4.2 不同場景下建筑樓面均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值

弱電豎井，其均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值2.0kN/m2（約為200kg/m2）；電梯機(jī)房，其均布活荷載的標(biāo)準(zhǔn)值7.0kN/m2（約為700kg/m2）；其他場景建筑樓面均布活荷載接近弱電豎井對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)值。

4.3 蓄電池、UPS的相關(guān)計算公式

鉛酸蓄電池的總?cè)萘繎?yīng)按下公式計算：Q≥KIT/η[1+α（t-25)]

式中：Q-蓄電池容量（Ah）；K-安全系數(shù)，取1.25；I-負(fù)荷電流（A）；T-放電小時數(shù)（h）；η-放電容量系數(shù)，取0.45；t-實際電池所在地最低環(huán)境溫度數(shù)值：無采暖設(shè)備時，按5℃考慮；α-電池溫度系數(shù)（1/℃）：當(dāng)放電小時率＜1時，取α=0.01。

UPS電池的總?cè)萘浚瑧?yīng)按UPS容量采用以下公式估算出蓄電池的計算放電電流I，再根據(jù)計算蓄電池容量的公式算出蓄電池的容量。

I=S*0.8/μU

式中：S-UPS額定容量（kVA）；I-蓄電池的計算放電電流電流（A）；μ-逆變器的效率；U-蓄電池放電時逆變器的輸入電壓（V）。

4.4 不同條件下后備供電解決方案比較

（1）2/3G RRU各一個

RRU重量≤39kg，額定功耗≤520W

若采用UPS方式：后備時間按1小時考慮，UPS額定容量按1kVA考慮，蓄電池規(guī)格24Ah*3節(jié)（按36V直流輸出考慮），重量≤27kg，總重量（主機(jī)和蓄電池是一體機(jī)）≤92kg，因此建議設(shè)備落地安裝。

若采用壁掛式開關(guān)電源（蓄電池與開關(guān)電源為一個機(jī)柜）方式：蓄電池容量≥20Ah，總重量≤46.4kg，放電時長≥0.53個小時，因此建議設(shè)備壁掛安裝。

（2）2/3G RRU各兩個

RRU重量≤78kg，額定功耗≤1040W

若采用UPS方式：后備時間按1小時考慮，UPS額定容量按2kVA考慮，蓄電池規(guī)格24Ah*8節(jié)（按36V直流輸出考慮），重量≤72kg，總重量（主機(jī)和蓄電池是一體機(jī)）≤172kg，因此建議設(shè)備落地安裝。

若采用壁掛式開關(guān)電源（蓄電池與開關(guān)電源為一個機(jī)柜）方式：蓄電池容量≥40Ah，總重量≤79.4kg，放電時長≥0.53個小時，因此建議設(shè)備落地安裝。

5.結(jié)束語

從以上的分析不難看出，隨著BBU+RRU信源的大量應(yīng)用，信源設(shè)備供電保障系統(tǒng)的建設(shè)也需要加強(qiáng)。具有后備供電的供電系統(tǒng)具有明顯優(yōu)勢，但要受到設(shè)備安裝位置環(huán)境等因素（如機(jī)房墻壁、地面承重等）的制約，加之現(xiàn)在相當(dāng)多的建筑樓宇安裝有后備供電系統(tǒng)或具備油機(jī)發(fā)電的能力，后備供電的供電方式不宜大規(guī)模上馬，要針對具體情況酌情考慮。

在后續(xù)的探索中，我們將通過具體案例不斷積累和完善，根據(jù)樓宇分類制訂出一套信源設(shè)備供電保障系統(tǒng)建設(shè)策略、分析思路及實施步驟，逐步固化信源設(shè)備供電保障系統(tǒng)解決流程。

[1]陸健賢,葉銀法,盧斌,林衡華,蔣曉虞,邱涌泉.移動通信分布系統(tǒng)原理與工程設(shè)計[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2008.

[2]周志敏,周紀(jì)海,紀(jì)愛華.UPS應(yīng)用與故障診斷[M].中國電力出版社,2008.