現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造的研究與應用

李貴生

（新疆新網(wǎng)投資有限公司，新疆 烏魯木齊 830000）

5G是從4G及之前的3G、2G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，也是當前信息通信技術(shù)發(fā)展的重要方向，對于我國實現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建、實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)及大數(shù)據(jù)等重要科技發(fā)展具有重要意義。因此，在面對5G改造建設(shè)時，企業(yè)應該對5G的特點和要求進行研究分析，發(fā)掘具體的改造需求，制定合理的措施來進行具體的改造。

1 5G網(wǎng)絡(luò)應用特點

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備特點

5G 組網(wǎng)是在4G的基礎(chǔ)上演變而來的，5G網(wǎng)絡(luò)中使用的RAN（無線接入網(wǎng)）架構(gòu)也從原來4G網(wǎng)絡(luò)中的BBU（基帶處理單元）、RRU（射頻拉遠單元）兩級結(jié)構(gòu)逐步演變成了CU（集中單元）、DU（分布單元）和AAU（有源天線單元）三級結(jié)構(gòu)。其中天線方面使用了射頻模塊與天線一體化集成模式。并且整個過程又可以分為建網(wǎng)初期、中后期2個階段，2個階段中使用的結(jié)構(gòu)也會發(fā)生變化。例如，會隨URLLC（超高可靠與低時延通信）和mMTC（大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)）等業(yè)務(wù)需求的不同而發(fā)生變化，建網(wǎng)初期一般采用CU/DU合設(shè)+AAU的結(jié)構(gòu)，中后期需要用到CU、DU和AAU三級結(jié)構(gòu)。在進行網(wǎng)絡(luò)升級變化的同時，主要設(shè)備的體積、重量及部分功率值都會發(fā)生變化。因此，為了促進5G網(wǎng)絡(luò)的推行發(fā)展，必須關(guān)注與5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)有關(guān)的AAU尺寸、重量參數(shù)以及功率參數(shù)，對當前的主要設(shè)備機型展開研究，發(fā)現(xiàn)影響網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備負荷的關(guān)鍵因素，并采取有效的措施進行治理[1]。研究測試發(fā)現(xiàn)，AAU是4G組網(wǎng)下RRU及天線的功能的升級應用，且AAU功耗明顯受到負荷影響，50%負荷下的平均功耗是100%負荷下的80%左右。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)特點

眾所周知，5G網(wǎng)絡(luò)在應用的過程中，需要用到例如MIMO（多輸入多輸出系統(tǒng)）、C-RAN等新技術(shù)，且過程中涉及局部頻率重復使用及智能微小分區(qū)使用等操作，因此，無形中提高了對基站參數(shù)的要求。而且在實際數(shù)據(jù)傳輸、存儲等過程中，除了基站位置、分布數(shù)量等問題外，還涉及眾多干擾、能效、下傾角等參數(shù)的精細規(guī)劃配比。整體而言，5G網(wǎng)絡(luò)功能、參數(shù)以及算法較4G網(wǎng)絡(luò)有了明顯提升。相關(guān)企業(yè)應該以節(jié)約成本為前提，研究5G網(wǎng)絡(luò)的特點及其與4G網(wǎng)絡(luò)基站的差異性，有針對性地在4G基站的基礎(chǔ)上改動技術(shù)參數(shù)、引進設(shè)備，實現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)基站向著5G基站電源配套改造的目的。

2 現(xiàn)網(wǎng)基站電源配套5G改造方向

5G的關(guān)鍵技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)能力決定了設(shè)備的功耗比原有無線基站主設(shè)備有較大增幅，對基站配套提出了更高的要求?，F(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造過程要以節(jié)約成本為前提，以5G網(wǎng)絡(luò)應用的現(xiàn)狀及遠景為出發(fā)點，研究發(fā)現(xiàn)與現(xiàn)網(wǎng)基站中存在的差異性和共同點，通過精細的規(guī)劃、測算對現(xiàn)有基站電源配套設(shè)備及其他設(shè)施設(shè)備進行全面改造[2]。以降低成本及長遠應用為原則，現(xiàn)網(wǎng)能用的設(shè)備不淘汰，對其進行升級改造或者通過參數(shù)調(diào)整達到應用的目的。適當更換現(xiàn)有部件，增加5G新業(yè)務(wù)功能對應部件。

具體的改造方向主要包括5點。1） 現(xiàn)網(wǎng)中物理層設(shè)計了與用戶介入性能及業(yè)務(wù)速率具有很大關(guān)系的CRS信號，這就導致對于4G網(wǎng)絡(luò)而言RSRP等是重要指標。但由于5G網(wǎng)絡(luò)不涉及CRS信號（小區(qū)專用參考信號），因此，測量網(wǎng)絡(luò)覆蓋及業(yè)務(wù)能力的指標改成了SS（直接序列擴頻信號）等信號。2）5G網(wǎng)絡(luò)中需要使用Massive MIMO （大規(guī)模天線）技術(shù)來提升現(xiàn)網(wǎng)基站垂直維度上信號的覆蓋能力和靈活性。但是這一技術(shù)的引用會大大影響現(xiàn)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)整體覆蓋、干擾性等參數(shù)，因此，需要在現(xiàn)網(wǎng)的基礎(chǔ)上結(jié)合各類Massive MIMO 技術(shù)天線建模，并根據(jù)當?shù)氐臉I(yè)務(wù)需求、地域特點及其他需求來核算最佳的配置參數(shù)，找到最佳的切合點，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能的最優(yōu)化。3）5G網(wǎng)絡(luò)的應用和發(fā)展是以4G為基礎(chǔ)，且其應用場景和客戶具有一致性。因此，5G網(wǎng)絡(luò)的應用需要與4G現(xiàn)網(wǎng)相結(jié)合，對當前應用過程中的地圖、路測等大量數(shù)據(jù)進行采集、整理并加以分析利用，作為其應用的基礎(chǔ)。4）未來5G網(wǎng)絡(luò)還需要用在URLLC和mMTC等場景中，所以現(xiàn)網(wǎng)改造時需要考慮CU分離、DU集中等因素，以便在后期應用中具有與之相匹配的基站設(shè)備基礎(chǔ)。5）由于5G網(wǎng)絡(luò)的精度和復雜度更高，所以要求對現(xiàn)網(wǎng)中的天線權(quán)值進行相應的設(shè)置改動，并調(diào)整高精度地圖、射線跟蹤模型、網(wǎng)絡(luò)評估指標取定等，從而促進改造完善。

3 5G通信基站電源配套改造策略

基站電源配套系統(tǒng)指的是負責為通信設(shè)備直接供電的電源及其配套設(shè)備，其是通信系統(tǒng)的重要組成部分，系統(tǒng)中主要包括電流引入線路、發(fā)電機組、交直流配電設(shè)備、整流設(shè)備、蓄電池組以及空調(diào)等。因為5G網(wǎng)絡(luò)在應用的過程中，需要支持設(shè)備功率的大幅度增加，所以需要對對應的基站電源配套設(shè)備系統(tǒng)進行改造。具體改造步驟及要點如下。

3.1 基本數(shù)據(jù)調(diào)查搜集

首先，要調(diào)查、分析現(xiàn)網(wǎng)中所有的存量站運營商租戶情況，并繪制成合適的圖層，以此來預測存量站5G系統(tǒng)的需求量。之后根據(jù)需求量來進行合理配置，避免超配情況發(fā)生，進而達到控制成本的目的。其次，要對現(xiàn)網(wǎng)中的存量站進行梳理，以其歸屬情況作為分類依據(jù)，梳理存量站歸屬情況及運營商自留站、鐵塔產(chǎn)權(quán)基站情況。有計劃地制定電源配套改造計劃，并根據(jù)計劃改造對應的存量站電源配套系統(tǒng)。再次，利用現(xiàn)網(wǎng)的管理系統(tǒng)，查詢并匯總所有開關(guān)電源和蓄電池的信息，弄清楚相應的開關(guān)及蓄電池型號、數(shù)目、容量等參數(shù)，方便后期管理使用。最后，對供電類型進行梳理。這個過程中包括單相電和三相電的梳理及轉(zhuǎn)供電和直供電的梳理。前者需要獲取權(quán)限進入現(xiàn)網(wǎng)的運行維修系統(tǒng)，查閱、導出交流輸入線電壓監(jiān)控值，通過三線電壓值來判斷單相或三相電，并進行登記管理。后者的登記分類則需要根據(jù)電費繳費記錄來進行梳理。

3.2 電源配套改造流程

電源配套改造過程是在基本信息分類搜集歸納的基礎(chǔ)上進行的。在做好基本年數(shù)據(jù)調(diào)查搜集后，需要根據(jù)實際情況對需要改動的設(shè)備參數(shù)等進行測算，因為具體的實施區(qū)域及需求不同，每個站的影響因素和因素影響大小不同，所以每一個基站的電源配套改造情況也不同，在實際改造前必須堅持精細設(shè)計的原則，進行一站一方案的測算，在測算完成后根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)的實際情況對設(shè)備進行更換、改造或者參數(shù)調(diào)整，保證電源配套設(shè)備滿足5G網(wǎng)絡(luò)的應用條件。下面筆者將對電源配套改造的具體測算流程進行重點介紹。

3.2.1 鉛酸蓄電池容量測算

鉛酸蓄電池容量測算公式：

測算公式中具體的符號表示及注意事項：Q指的是鉛酸蓄電池的容量，單位是Ah；K指的是安全系數(shù)，這里取1.25；P指的是通信設(shè)備的實際負荷功率，單位是瓦（W）；T則指的是蓄電池的放電小時數(shù)，單位是小時（h）；η是鉛酸蓄電池的放電容量系數(shù)，其取值與蓄電池的放電小時數(shù)T及放電終止電壓有關(guān)系，具體可以查閱《鉛酸蓄電池放電容量系數(shù)表》，根據(jù)實際情況取值；t是溫度，單位是℃，這里取電池所在地的最低環(huán)境溫度。通常有采暖設(shè)備時為15 ℃，反之為5 ℃；α的單位是1/℃，代表的是電池的溫度系數(shù)。取值規(guī)定為放電小時率≥10時，取0.006，當1≤放電小時率＜10時，取0.008，放電小時率＜l時，取0.01。

3.2.2 梯次電池容量測算

梯次電池容量測算公式：

公式中具體的符號表示及取值事項：其中Q、K與鉛酸蓄電池容量測算公式一樣，分別指電池容量、安全系數(shù)（安全系數(shù)取值也相同）；P1、P2、T1、T2分別指的是一次、二次下電側(cè)通信設(shè)備工作的實際功率和設(shè)備的備電總時長，單位分別是瓦（W）和小時（h）；而a是溫度調(diào)整系數(shù)，系數(shù)取值與區(qū)域寒冷度有關(guān)系，一般在寒冷、寒溫I、寒溫II這3類區(qū)域a取1.25，其他區(qū)域a取1.0。

3.2.3 開關(guān)電源容量測算

開關(guān)電源容量測算公式：

公式中具體的符號表示及取值事項：R是開關(guān)電源容量，單位A；P是通信設(shè)備工作的實際功率，單位W；Q是蓄電池組總?cè)萘?；η為容量系?shù)，取0.95。

3.2.4 空調(diào)容量測算

空調(diào)容量測算公式：

公式中具體的符號表示及取值事項：Q12是指基站空調(diào)總熱負荷；K則表示分區(qū)域制冷系數(shù)，一般情況下K取1；Q1、Q2分別代表的是機房內(nèi)通信設(shè)備、建筑結(jié)構(gòu)的熱負荷，其中Q1是設(shè)備功率×0.8，Q2是單位面積熱負荷與房間面積的乘積。

3.2.5 市電容量測算

市電容量測算公式：

公式中具體的符號表示及取值事項：P代表的是市電容量，單位kW；P通信設(shè)備指的是機房內(nèi)部長期規(guī)劃范圍內(nèi)，現(xiàn)有設(shè)備及計劃新增設(shè)備的額定功耗和。P電池充電=電池容量×0.1×56.4/1000，單位是kW；η的值是0.9，代表的是開關(guān)電源效率；P空調(diào)指的是空調(diào)設(shè)備的額定功耗和；P照明指的是照明設(shè)備的額定功耗和；P其他指的是其他用電設(shè)備的額定功耗和，P通信設(shè)備、P電池充電、P空調(diào)、P照明、P其他的單位為kW。測算過程中市電引入容量的測算必須根據(jù)基站的未來規(guī)劃進行計算。因此P通信設(shè)備必須包含計劃新增設(shè)備的額定功耗。

4 結(jié)語

隨著2019國家工信部向各5G先行單位頒發(fā)商用牌照，我國5G時代進入實質(zhì)應用階段。而對于網(wǎng)絡(luò)運營商而言，盡快做好5G基站電源配套等基礎(chǔ)設(shè)施的改造工作，可以幫助企業(yè)提升自身的品牌形象、搶奪商用先機。因此，當前網(wǎng)絡(luò)運營商應重視現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造，注意對實際應用進行優(yōu)化。