5G 基站供電解決方案

張維東

（中國電信股份有限公司重慶網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控維護(hù)中心，重慶 400042）

0 引 言

按照網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國戰(zhàn)略的部署，從2019年開始，各大主流運(yùn)營商快速進(jìn)行了5G 移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的部署，在城市熱點(diǎn)區(qū)域安裝了大量的5G 基站。如何保障5G 基站供電安全是一個(gè)重要問題。本文從5G 基站的功耗和供電問題方面進(jìn)行分析，總結(jié)5G 基站的供電問題解決方案，講對保障5G 基站安全可靠供電發(fā)揮重要作用。

1 5G 基站組網(wǎng)特點(diǎn)

5G 基站點(diǎn)多面廣。隨著移動(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展，低頻的使用接近飽和，5G 移動(dòng)通信的載波頻率變得越來越高，意味著蜂窩系統(tǒng)的覆蓋半徑越來越小。因?yàn)轭l率越高，電磁波的衰減越大。5G 基站布局密度比4G 大，基站間距從4G 時(shí)代千米級(jí)壓縮到百米級(jí)。5G 基站平均覆蓋半徑100～300 m，大概數(shù)量為25 個(gè)/km2，5G 基站數(shù)量相對于4G 基站數(shù)量要增加許多倍。5G 基站點(diǎn)多面廣功耗大，有宏基站、微基站和皮基站多種類型。如何保障大量高密度部署5G 基站的供電安全，是面臨的一個(gè)重要問題。5G 基站承載的業(yè)務(wù)量更多，其供電中斷后影響非常嚴(yán)重。

2 5G 基站功耗分析

5G 基站點(diǎn)多、面廣、功耗大。一個(gè)5G 基站平均功耗是 4G 基站的 3～4 倍[1]。AAU 功耗增加是 5G 功耗增加的主要原因。下面分別就宏基站、微基站和皮基站的具體功耗進(jìn)行分析。

（1）宏基站：由BBU（CU+DU）+AAU（RRU）組成，每個(gè)基站系統(tǒng)包括1 個(gè)BBU 和3 個(gè)AAU。單個(gè)AAU達(dá)1 000 W 以上，單個(gè)BBU 達(dá)700 W 以上，一個(gè)系統(tǒng)3.7 kW。基站傳輸IPRAN 單設(shè)備功耗600 W 以上，加上基站空調(diào)平均功耗2 000 W，一個(gè)共享基站10～20 kW。

（2）微基站：由BBU（CU+DU）+AAU（RRU）組成，每個(gè)基站系統(tǒng)包括1 個(gè)BBU 和3 個(gè)AAU。單個(gè)BBU、AAU 達(dá)500 W，一個(gè)系統(tǒng)2 kW?；緜鬏擨PRAN 單設(shè)備功耗600 W 以上，加上基站空調(diào)平均功耗2 000 W，一個(gè)共享基站6～8 kW。

（3）皮基站：即μRRU，每個(gè)發(fā)射點(diǎn)一個(gè)小盒子，不存在共享問題。單個(gè)μRRU 達(dá)20～50 W。

3 5G 基站供電問題

通過分析5G 基站功耗情況，結(jié)合前期5G 基站的建設(shè)情況，目前5G 基站供電問題主要有兩個(gè)方面。

3.1 基站功率過大導(dǎo)致取外市電困難

5G 基站直供電難度比4G 大。5G 基站直接從供電局電網(wǎng)拉市電難度太大，但轉(zhuǎn)供電后遺癥多。5G 基站引外市電比較困難。以前4G 基站相對少，可選擇余地大，除了通過供電局拉線實(shí)現(xiàn)直供電外，盡量找政府、單位、大型物業(yè)溝通取電，實(shí)現(xiàn)友好轉(zhuǎn)供電。現(xiàn)在5G時(shí)代站點(diǎn)密度大，供電容量大，免不了找私人物業(yè)取電，難免遇到溝通困難、電費(fèi)價(jià)格后遺癥多的問題。即使私人物業(yè)愿意轉(zhuǎn)供電，基站需要容量達(dá)10 幾kW，很多物業(yè)建筑難以提供如此大容量的富余電力。

3.2 基站功率過大導(dǎo)致電池備電困難

5G 基站電池容量比4G 大，后備蓄電池容量成倍增加，現(xiàn)有空間無法容納如此多蓄電池。此外，電池體積問題、重量問題、安全問題、溫控問題也將成為5G 基站的主要問題。

4 5G 基站供電問題解決方案

基于上面對5G 基站供電問題的分析，結(jié)合當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的實(shí)際情況，提出以下供電問題解決方案。

（1）減少外電容量需求是最有效對策，將BBU 能集中池化到通信機(jī)房或大型基站內(nèi)，可減少20%～25%的基站耗電功率，從而降低5G 基站外市電引入的難度。

（2）轉(zhuǎn)供電模式不是基站取電的長遠(yuǎn)之計(jì)，采取必要措施將轉(zhuǎn)供電模式改為直供電模式。

（3）通過電源與電池的配合，讓電池代替外市電電源進(jìn)行調(diào)峰供電，減少基站對外市電的需求。

（4）通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將BBU（CU+DU）集中池化到通信機(jī)房或大型基站內(nèi)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，擺脫或減少5G 基站對電池備電的依賴。

（5）選擇高密度和環(huán)境適應(yīng)性好的電池，營造電池友好環(huán)境，不用空調(diào)也能滿足鉛酸蓄電池基本生存環(huán)境，如鐵鋰電池、三元鋰電池，解決電池容量問題、體積問題和重量問題。

（6）降低需要電池備電的設(shè)備負(fù)載功耗，將新的節(jié)能技術(shù)廣泛應(yīng)用于5G 基站，如數(shù)據(jù)中心式的散熱/冷卻技術(shù)引入基站、動(dòng)態(tài)休眠、載頻/時(shí)隙關(guān)斷技術(shù)等。

（7）采用遠(yuǎn)近配合電池備電，結(jié)合高壓直流遠(yuǎn)供。在5G 基站遠(yuǎn)端配調(diào)峰型小電池，在近端通信機(jī)房或大型基站配多站共享型大電池，實(shí)現(xiàn)蓄電池備電集中共享模式。采用240 V 直流遠(yuǎn)供+集中備電方式，大大增加了備電可靠性和靈活性[2]。5G 基站側(cè)不配或配少量電池，采用高壓直流遠(yuǎn)供時(shí)，在大機(jī)房集中共享大容量電池，基站側(cè)不配開關(guān)電源系統(tǒng)，只需配240/48 V轉(zhuǎn)換器。240 V 高壓直流遠(yuǎn)供方案有復(fù)合光電纜方式、專用銅電纜方式和專用鋁電纜方式3 種方式選擇，用于宏基站或者接入網(wǎng)周邊的加密站供電，遠(yuǎn)供距離1～2 km內(nèi)為宜。這種方案有效解決了5G 基站電池備電問題和市電供電問題。

（8）網(wǎng)線POE 48 V 直流遠(yuǎn)供。用于皮基站μRRU場景，供電距離100 m 為宜，超過100 m 需要加延長器。功率20～50 W 為宜，48 V 直流電壓制式，超六類網(wǎng)線。低功耗基站可以采用單纜4 對8 芯線對方案；高功耗基站則應(yīng)該采用雙纜8 對16 芯線對方案。具有斷線、過載、短路、碰地檢測保護(hù)機(jī)制。

（9）結(jié)合5G 業(yè)務(wù)切片，實(shí)現(xiàn)按業(yè)務(wù)種類差異化備電或按業(yè)務(wù)種類差異化下電，確保話音業(yè)務(wù)不斷電。

5 5G 基站電源選取方案

5.1 外市電選取方案

外市電利舊：外市電容量＞現(xiàn)有設(shè)備用電負(fù)荷+5G 基站新增負(fù)荷需求時(shí)，可利舊外市電滿足5G 基站建設(shè)需求。

外市電擴(kuò)容：外市電容量＜現(xiàn)有設(shè)備用電負(fù)荷+5G 基站新增負(fù)荷需求時(shí)，需申請外市電擴(kuò)容滿足5G基站建設(shè)需求。

5.2 開關(guān)電源選取方案

開關(guān)電源利舊：I整流輸出-I現(xiàn)有設(shè)備工作峰值-I蓄電池-I5G＞20 A，可直接利舊開關(guān)電源柜滿足5G 基站建設(shè)需求。

開關(guān)電源擴(kuò)容：I整流輸出-I現(xiàn)有設(shè)備工作峰值-I蓄電池-I5G＜20 A，但開關(guān)電源柜最大容量滿足需求，可通過擴(kuò)容電源模塊滿足5G 基站建設(shè)需求。

開關(guān)電源柜替換 /新增：I整流輸出-I現(xiàn)有設(shè)備工作峰值-I蓄電池-I5G＜20 A，且電源柜最大容量不滿足需求，可通過替換更大容量電源柜或新增電源柜滿足5G 基站建設(shè)需求。

5.3 電池選取方案

新建5G 基站蓄電池：考慮到5G 基站的重要性和實(shí)際功耗情況，新建5G 基站機(jī)房內(nèi)蓄電池按3 h 備電時(shí)長選取，配置2 組500 Ah 電池。對于室外一體化機(jī)柜（12 V 模塊），蓄電池按3 h 備電時(shí)長選取，配置3組150 Ah 電池。

利舊原有基站的蓄電池：必須進(jìn)行電池容量計(jì)算，要求電池總?cè)轁M足原有設(shè)備和新增5G 基站設(shè)備的總需求。若不滿足，需要對電池組擴(kuò)容。擴(kuò)容后的電池總?cè)萘繎?yīng)滿足加上新增5G 基站后總的設(shè)備負(fù)荷備電需求，總需求按3 h 備電時(shí)長選取。

6 結(jié) 論

在實(shí)際5G 基站建設(shè)中，為確保5G 基站安全可靠供電，減少成本投資，加快建設(shè)速度。一方面要充分利用4G 等基站的電源設(shè)施及其富裕容量。另一方面，當(dāng)電源負(fù)荷經(jīng)計(jì)算不滿足5G 基站需求時(shí)，需申請外市電擴(kuò)容滿足建設(shè)需求，或通過替換更大容量開關(guān)電源柜或新增電源柜滿足建設(shè)需求。當(dāng)這些措施都無法滿足5G 基站安全供電時(shí)，需綜合運(yùn)行提出的5G 基站供電問題解決方案。