5G建設(shè)配套改造方案淺析

陳 中

（上海郵電設(shè)計咨詢研究院有限公司，上海 200092）

1 5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期的情況

5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)初期，以滿足eMBB業(yè)務(wù)類型為主，兼顧大眾、垂直行業(yè)市場發(fā)展，以滿足投資效益為前提，采用專項無線資源保障方式，滿足垂直行業(yè)示范拓展需求；同時根據(jù)技術(shù)發(fā)展情況，逐步開展對uRLLC、mMTC業(yè)務(wù)部署的研究。按照“先重點(diǎn)場景、后一般區(qū)域，先主城區(qū)、后一般城區(qū)，先室外、后室內(nèi)”次序開展建設(shè)，暫不開展鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村區(qū)域建設(shè)。

5G建設(shè)初期要充分利用現(xiàn)有站址，對城區(qū)縣城按4G宏站站址1∶1進(jìn)行5G站址規(guī)劃，原則上不新增基站站址；日后根據(jù)5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋、業(yè)務(wù)發(fā)展情況，進(jìn)行區(qū)域拓展和補(bǔ)點(diǎn)工作。同時積極推動C-RAN部署方式，降低傳輸配套投資、鐵塔租賃費(fèi)用；同步引入64通道、32通道、8通道宏基站產(chǎn)品，分場景選用合適站型開展精準(zhǔn)建設(shè)。

隨著5G建設(shè)的逐漸推進(jìn)，越來越多的配套問題成為5G快速建設(shè)的瓶頸。動力配套、機(jī)房空間、天面條件以及光纜布放等都將面臨挑戰(zhàn)。“5G建設(shè)，承載配套先行”，為了提高后期5G建設(shè)的速率，勢必需要提前做好相關(guān)配套準(zhǔn)備。且需政府開放公共資源或者給予政策支持。

2 資源儲備分析

根據(jù)某運(yùn)營商在南京、蘇州隨機(jī)選取的153個站點(diǎn)做了隨機(jī)抽樣調(diào)研，絕大部分站點(diǎn)的動力配套、天面空間都需要擴(kuò)容或改造，近30%的機(jī)房空間不滿足BBU安裝要求，考慮到5G站點(diǎn)BBU集中放置前傳纖芯資源也面臨很大挑戰(zhàn)。

另一方面，5G宏基站采用多天線64T64R技術(shù)，與4G的8T8R、4T4R/2T2R相比設(shè)備復(fù)雜度大幅提升，設(shè)備功耗也大幅提升。為保障覆蓋不收縮，發(fā)射功率需要大幅提升。

2.1 機(jī)房動力配套

圖1 電源估算

2.1.1 直流電源系統(tǒng)

5G現(xiàn)階段發(fā)布的設(shè)備中，華為、中興和諾基亞BBU設(shè)備（CU/DU合設(shè)）功耗約為4G的1.5倍，單AAU功耗最高約為4G RRU的2倍，因此，需提前開展以下準(zhǔn)備：一是摸排內(nèi)外部資源情況；二是評估各機(jī)房新增開關(guān)電源柜和蓄電池組是否具有安裝空間；三是評估只有產(chǎn)權(quán)已停產(chǎn)設(shè)備的擴(kuò)容、替換經(jīng)濟(jì)效益對比；四是對于外部資源需要聯(lián)合鐵塔公司評估共建共享后的電源擴(kuò)容是否可行，制定不可行情況下的預(yù)案。

整流模塊需求數(shù)量=（無線設(shè)備功耗+傳輸設(shè)備功耗+蓄電池組均充功耗）/（48V*開關(guān)電源模塊規(guī)格）

蓄電池組均充功耗=蓄電池容量*10%*48V

新增開關(guān)電源柜數(shù)量=（開關(guān)電源模塊需求數(shù)量-現(xiàn)網(wǎng)開關(guān)電源模塊空槽數(shù)量）/（開關(guān)電源模塊規(guī)格*開關(guān)電源柜規(guī)格）

開關(guān)電源柜空開數(shù)量與設(shè)備需求相匹配，空開功率按設(shè)備要求配置：無線設(shè)備的直流配電單元應(yīng)雙路供電，占用兩個空開；不設(shè)配電單元的每套設(shè)備各獨(dú)占一個空開；需要注意新增空開需要正確配置一二次下電。當(dāng)滿足以下條件中的一項或多項時建議替換開關(guān)電源柜以滿足需求：一是新增開關(guān)電源柜無安裝空間但通過替換可滿足需求的；二是新增蓄電池組無安裝空間，但通過替換開關(guān)電源柜可滿足需求的。蓄電池組的設(shè)置應(yīng)與開關(guān)電源柜相匹配，因此，當(dāng)新增開關(guān)電源柜時需新增蓄電池組，新增電池容量應(yīng)滿足機(jī)房建設(shè)備電標(biāo)準(zhǔn)；當(dāng)未新增開關(guān)電源柜但新增設(shè)備后原電池組不滿足備電時長要求時應(yīng)替換更大容量的蓄電池組。

應(yīng)根據(jù)機(jī)房可用空間條件、承重等條件，綜合考慮機(jī)房改造成本效益、基站重要性等多方因素，合理新增蓄電池配置，保障必要的備電時長，并可增配一定數(shù)量的移動油機(jī)加強(qiáng)保障。特殊重點(diǎn)保障的集中機(jī)房，以及及距離遠(yuǎn)、維護(hù)難的集中機(jī)房，可適當(dāng)增加備電時長。原則上業(yè)務(wù)機(jī)房C-RAN要求備電為城區(qū)、郊縣5-7小時、鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村7小時，各站點(diǎn)根據(jù)實(shí)地條件力爭滿足要求。如果與普通匯聚機(jī)房合設(shè)的，按照普通匯聚機(jī)房要求備電。

2.1.2 交流電源系統(tǒng)

機(jī)房新增設(shè)備，必會增加機(jī)房內(nèi)部熱量，因此，還需考慮散熱需求。普通宏站根據(jù)熱負(fù)荷計算公式測算增加5G系統(tǒng)后的熱負(fù)荷情況，根據(jù)實(shí)際測算結(jié)果加裝或更換制冷量更大的空調(diào)。

由于5G主設(shè)備功耗增長超過50%，造成機(jī)房內(nèi)散熱量同比增長，因此，需要考慮增加空調(diào)和交流引入增容，因此需提前開展以下準(zhǔn)備：一是摸排內(nèi)部資源情況；二是評估空調(diào)需求的增容安裝條件和空調(diào)預(yù)選型；三是評估變壓器升級替換成本、增容成本，評估本地市的增容、新建站址經(jīng)濟(jì)值。

機(jī)房總交流輸入不足時，需擴(kuò)容交流總輸入，更換大容量變壓器、更改線路電纜、更改前級線路容量，整體改造成本較高，需一站一議。開關(guān)電源輸入不足時，需擴(kuò)容交流配電箱空開，改造成本相對可控。交流供電嚴(yán)重不足時，無法支持平均功耗，需重點(diǎn)關(guān)注解決，優(yōu)先完成交流改造。

2.2 機(jī)房空間

5G C-RAN機(jī)房通常與4G C-RAN機(jī)房合設(shè)，由于4G C-RAN改造必然需要整合現(xiàn)網(wǎng)BBU從而影響機(jī)房空間占用，因此需提前開展以下準(zhǔn)備：一是摸排內(nèi)外部資源情況；二是按BBU整合方案結(jié)果核實(shí)現(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃無線匯聚機(jī)房的空間是否滿足5G建設(shè)需求；三是根據(jù)現(xiàn)狀核實(shí)和擴(kuò)容方案修訂C-RAN規(guī)劃方案，制定無線匯聚機(jī)房的選址計劃。

機(jī)柜在機(jī)房內(nèi)的安裝空間和布局有一定的要求和原則：機(jī)柜背部可以靠墻安裝；機(jī)柜側(cè)面可以靠墻安裝，推薦機(jī)柜左側(cè)不靠墻安裝，至少預(yù)留300 mm的空間，以便后續(xù)安裝降噪模塊；機(jī)柜前部至少預(yù)留800 mm的維護(hù)空間；機(jī)柜頂部至少預(yù)留200 mm的布線空間。

機(jī)房改造主要涉及空間改造和電源改造。集中普查現(xiàn)有存量站機(jī)房配套電源情況，對于機(jī)房空間充裕的站點(diǎn)，考慮直接新增單獨(dú)的電源系統(tǒng)，電池考慮四層安裝，節(jié)約機(jī)房空間；對于機(jī)房空間緊張的機(jī)房，將原有雙層雙列或者單層雙列的蓄電池改為四層單列安裝，節(jié)約機(jī)房空間。

2.3 天面改造

由于天面資源稀缺、先占先得，需要提前安排以下工作：一是摸排內(nèi)外部資源情況；二是編制天面安裝改造預(yù)案（特別是美化天線）；三是制定自有站點(diǎn)交流引入增容協(xié)調(diào)預(yù)案。

以某運(yùn)營商為例，天面建設(shè)分多種場景，根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)情況天面改造涉及5大類場景，8個子場景，需提前做好站點(diǎn)篩查、改造工作。為降本增效，如果會引起租金增加的情況下，優(yōu)先采用合并天面建設(shè)。

（1）3D MIMO站點(diǎn)：5GAAU收編3DMIMO。

場景1，站點(diǎn)為3D MIMO站點(diǎn)，無D頻段

步驟1：安裝5G AAU收編3D MIMO；

步驟2：如果有1800頻段，利舊現(xiàn)有天面；如果無1800頻段，用4488天面收編現(xiàn)有天面。用于預(yù)留錨點(diǎn)站1800接入。

（2）FAD共天面：5GAAU收編D頻，新增4488天線收編現(xiàn)網(wǎng)制式。

場景2，F(xiàn)AD共天面，當(dāng)前天面平臺為1層

步驟1：新增一層平臺，安裝5G AAU，收編D頻段；

步驟2：安裝4488天面，按頻段/扇區(qū)收編F頻段，1800接入4488天面。

場景3，F(xiàn)AD共天面，當(dāng)前天面平臺為2層

步驟1：安裝4488天面按扇區(qū)/頻段收編900/1800/F頻段；獨(dú)立D頻段；

步驟2：用5G AAU收編替換D頻段。

場景4，F(xiàn)AD共天面，當(dāng)前天面平臺為3層

步驟1：安裝4488天面，原有1平臺天面收編至F頻段所在平臺；

步驟2：1平臺安裝5G AAU；

步驟3：900/1800頻段天面如果不在1平臺，則保持不變。

（3）D頻段獨(dú)立天面：5GAAU替換原網(wǎng)D頻天線。

場景5，D頻段在最優(yōu)或次優(yōu)平臺

步驟1：直接原位替換D頻段。其余頻段天面保持不變。

場景6，D頻段不在最優(yōu)或次優(yōu)平臺

步驟1：安裝4488天面至F頻段所在天面，原最優(yōu)/次優(yōu)平臺提那么900/1800下移至4488面；

步驟2：安裝5G AAU至最優(yōu)或次優(yōu)平臺天面。

（4）有空余抱桿：空余抱桿直接新增5GAAU。

場景7，站點(diǎn)有空余抱桿

步驟1：在空余抱桿直接新建5G AAU；

步驟2：如果需要新建錨點(diǎn)站點(diǎn)，需要用4488天面收編現(xiàn)有頻段天面。

（5）新增抱桿及平臺：新增抱桿用于安裝5GAAU。

場景8，站點(diǎn)有空余空間新建抱桿，安裝5G AAU

步驟1：在空余空間新建抱桿或美化方柱；

步驟2：安裝5G AAU。

圖2 天面對比

天面改造原則：一是5G AAU安裝于最優(yōu)平臺或次優(yōu)平臺；二是現(xiàn)網(wǎng)只有一層天面平臺：保持現(xiàn)網(wǎng)不動，新增3根抱桿用于5G AAU安裝；三是樓面塔原則上采用新增天面方式，但需要在方案設(shè)計環(huán)節(jié)納入成本因素，經(jīng)綜合評估后，確定建設(shè)方式；四是多網(wǎng)夾角大不合并：方位角偏差超30°，合并對于4G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)影響較大。

5G專用天面美化罩建設(shè)：由于5GAAU體積大、發(fā)熱量大，新建美化外罩需增大尺寸，并打開散熱口。美化罩材質(zhì)建議采用玻璃鋼，禁止采用金屬材質(zhì)或金屬支撐架。支持機(jī)械下傾角可調(diào)角度，抱桿高度要考慮女兒墻的高度影響，根據(jù)站點(diǎn)現(xiàn)狀自行確定。

圖3 天線美化外罩

天面動力配套系統(tǒng)需求估算：當(dāng)AAU與BBU共址共機(jī)房時，從直流配電單元引電。當(dāng)AAU拉遠(yuǎn)時，直流供電系統(tǒng)模塊及空開擴(kuò)容需求估算方法與前述機(jī)房直流電源系統(tǒng)一致，但如使用磷酸鐵鋰蓄電池，需注意放電時長估算公式與鉛酸閥控蓄電池有所區(qū)別。租用鐵塔公司站址的，一般配置室外機(jī)柜，可通過擴(kuò)容解決需求。自建天面電源系統(tǒng)，一般配置室外一體化機(jī)柜，可通過新增解決需求。

2.4 光纜布放

光纜布放包括前傳和匯聚兩部分。

（1）前傳部分。針對5G前傳關(guān)鍵需求，需要提前安排以下實(shí)施工作：新建站光纜建設(shè)主要考慮24芯大芯數(shù)光纜；新建站優(yōu)先考慮25G單纖雙向光纖直拉節(jié)省光纜；原4G站點(diǎn)5G擴(kuò)頻重點(diǎn)考慮無源和有源WDM等單纖雙向方案；開展25G單纖雙向，25G CWDM、25G DWDM、有源WDM方案測試；結(jié)合場景、測試結(jié)果選擇匹配宏站、室分站承載方案。

（2）BBU回傳匯聚，需提前確定傳輸網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃，進(jìn)行傳輸勘查，盡早進(jìn)行傳輸設(shè)備采購以免影響站點(diǎn)開通。

由于5G的大流量需求，在包含5G的分離主控場景下，都推薦5G不與其他制式共傳輸，5G主控獨(dú)立出線。在gNodeB最后一千米接入側(cè)，也就是通常所說的接入層，鑒于NR對帶寬的高需求和傳輸網(wǎng)絡(luò)的演進(jìn)趨勢，光纖接入勢必會成為NR接入的主流。不同地市，需根據(jù)各自不同的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，提前確認(rèn)傳輸是采用新建或改造方案。提前準(zhǔn)備，做好“預(yù)埋”。

3 結(jié)束語

5G建設(shè)初期，制定統(tǒng)一的資源儲備原則，特別是針對大容量交流引入擴(kuò)容、機(jī)房儲備等準(zhǔn)備周期長的資源提前安排工作計劃；盡快劃定覆蓋區(qū)域，做好建設(shè)規(guī)劃以便提前開展資源儲備工作；稀缺的天面資源要提前編制占用預(yù)案；交流引入增容較大的站點(diǎn)需要提前推動鐵塔公司開展共建共享協(xié)調(diào)工作；自有C-RAN等匯聚機(jī)房需要提前啟動交直流動力系統(tǒng)擴(kuò)容增容方案和前傳網(wǎng)方案編制；對于C-RAN機(jī)房外部交流引電增容存在困難的C-RAN區(qū)域做好規(guī)劃調(diào)整；目前，5G主設(shè)備功耗增長幅度特別大，需要推動設(shè)備廠商更新材料、提升工藝降低設(shè)備功耗。

在當(dāng)前形勢下，構(gòu)建5G無線網(wǎng)絡(luò)需要加強(qiáng)研究，找到合理的路徑方法，從而尋找出最佳的建設(shè)方案，為5G大規(guī)模商用建設(shè)提供參考價值，最大程度推動5G無線網(wǎng)建設(shè)，確保5G可以在當(dāng)前時代得到盡快的普及推廣。從而能夠讓廣大的人民群眾能夠更快享受到5G的數(shù)字紅利，并進(jìn)一步推動基于5G的AI、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等垂直行業(yè)的領(lǐng)先發(fā)展。