5G低成本建設(shè)方案的研究

劉言彬 劉 旭

1.中國(guó)鐵塔股份有限公司江蘇省分公司；2.中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司

0 引言

5G是政府信息化建設(shè)、智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)，是運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)升級(jí)的關(guān)鍵技術(shù)，承載著大眾對(duì)信息時(shí)代和美好生活的向往，更是支撐網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國(guó)的重要手段。隨著5G新基建數(shù)字化建設(shè)步伐的加快，通信行業(yè)經(jīng)營(yíng)壓力也在持續(xù)加大，5G大規(guī)模建設(shè)與運(yùn)營(yíng)商降本增效矛盾更加突出。此外，共建共享文件鼓勵(lì)市場(chǎng)化選擇，運(yùn)營(yíng)商研究探索市場(chǎng)化策略，讓鐵塔運(yùn)營(yíng)商既面臨運(yùn)營(yíng)商自建、第三方建設(shè)帶來(lái)的外部挑戰(zhàn)，又要面臨承接運(yùn)營(yíng)商5G需求時(shí)遇到收支不平衡的內(nèi)部挑戰(zhàn)。鐵塔運(yùn)營(yíng)商主要提供鐵塔、電源設(shè)備和外市電三方面基礎(chǔ)配套設(shè)施服務(wù)，本文從這三個(gè)維度分析，深入探討5G低成本建設(shè)，促進(jìn)鐵塔運(yùn)營(yíng)商實(shí)現(xiàn)降本增效。

1 鐵塔低成本建設(shè)方案

堅(jiān)持“能共享不新建，能共建不獨(dú)建”的原則，充分挖掘已有資源共享潛力，廣泛利用“社會(huì)塔”、“社會(huì)管道”和“社會(huì)電”等社會(huì)資源，嚴(yán)控新建項(xiàng)目，通過(guò)共享提升降低5G項(xiàng)目投資造價(jià)、實(shí)現(xiàn)行業(yè)降本增效。

目前通信鐵塔的設(shè)計(jì)依據(jù)主要有《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》（GB50009-2012）、《高聳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50135-2019）、《移動(dòng)通信工程鋼塔桅結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（YDT5131-2019）及《鋼結(jié)構(gòu)單管通信塔技術(shù)規(guī)程》（CECS236：2008）等相關(guān)規(guī)范，可根據(jù)規(guī)范要求調(diào)整關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、通過(guò)精細(xì)化復(fù)核手段來(lái)提升存量鐵塔的掛載能力，如天線（含RRU）、平臺(tái)擋風(fēng)面積折減，據(jù)實(shí)取天線（含RRU）擋風(fēng)面積，據(jù)實(shí)取基本風(fēng)壓，據(jù)實(shí)取地面粗糙度等。

結(jié)合當(dāng)前實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，按照建設(shè)成本、實(shí)施難度由低到高的順序，總結(jié)出塔桅“六步法” 建設(shè)流程和關(guān)鍵點(diǎn)，如表1所示。

表1 塔桅“六步法”建設(shè)流程和設(shè)計(jì)關(guān)鍵點(diǎn)

排序 方案分類 定義 關(guān)鍵點(diǎn)第三步 天線整合 指不改變鐵塔任何部分，僅通過(guò)設(shè)備位置及系統(tǒng)調(diào)整，滿足新增掛載需求與運(yùn)營(yíng)商充分協(xié)商，如將RRU位置調(diào)整或RRU下塔，更換小型化天線，天線合路。第四步 結(jié)構(gòu)改造具體指原有鐵塔承載能力不能滿足新增掛載需求，需要通過(guò)拆除或調(diào)整附屬構(gòu)件的措施來(lái)滿足存量鐵塔承載能力不能滿足時(shí)，可通過(guò)拆除造型、拆平臺(tái)改支架等手段。第五步 加固改造 指原有鐵塔承載能力不能滿足新增掛載需求，需要對(duì)原有鐵塔進(jìn)行加固提升承載能力的措施在結(jié)構(gòu)改造仍無(wú)法滿足共享需求時(shí)，采用新增拉線、加支撐和配重等。第六步 低成本塔新建無(wú)法利用存量和社會(huì)資源可共享時(shí)采用 無(wú)法利用存量和社會(huì)資源可共享時(shí)，可采用新建低成本塔和塔基方案。

2 電源設(shè)備低成本建設(shè)方案

電源設(shè)備低成本建設(shè)應(yīng)堅(jiān)持經(jīng)濟(jì)適配原則，堅(jiān)持“充分共享、持續(xù)創(chuàng)新”，一是充分利舊存量資源，在保障設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行的前提下，通過(guò)精準(zhǔn)測(cè)算存量基站開(kāi)關(guān)電源及蓄電池的冗余容量，快速滿足建設(shè)需求。二是緊密跟蹤新技術(shù)演進(jìn)，結(jié)合基站伴侶、新鋰電、差異化備電等創(chuàng)新產(chǎn)品方案精準(zhǔn)配置，降低電源設(shè)備專業(yè)造價(jià)和投資，確保低成本、高效率建設(shè)。

結(jié)合當(dāng)前實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出5G電源設(shè)備應(yīng)遵循不新增蓄電池、直接共享、改造共享、新增蓄電池的“四步法”建設(shè)流程，如表2所示。在5G方案設(shè)計(jì)中，可按建設(shè)成本由低到高的順序選擇最優(yōu)建設(shè)方案。

表2 5G電源設(shè)備“四步法”建設(shè)流程

2.1 不增配蓄電池

電源設(shè)備系統(tǒng)的容量配置應(yīng)精準(zhǔn)對(duì)接客戶備電時(shí)長(zhǎng)需求，并結(jié)合基站現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際停電情況進(jìn)行場(chǎng)景匹配，滿足以下條件的原則上不增配蓄電池：

（1）站點(diǎn)近一年無(wú)停電記錄；

（2）客戶明確無(wú)備電需求；

（3）未與客戶就5G備電時(shí)長(zhǎng)達(dá)成一致，不為5G系統(tǒng)增配蓄電池。

2.2 直接共享

當(dāng)存量蓄電池容量、存量開(kāi)關(guān)電源容量能夠滿足存量負(fù)載及新增5G 3小時(shí)備電需求時(shí)，可直接共享存量資源，配套系統(tǒng)不增配。

（1）蓄電池需求容量（整站3小時(shí)備電）：

電池容量≥[（存量功耗+5G功耗）/額定電壓]×（3h/容量系數(shù)）

（2）開(kāi)關(guān)電源需求容量：

（存量功耗+5G功耗）/額定電壓+蓄電池需求容量/10

注：①5G設(shè)備功耗按照實(shí)際功耗2100W進(jìn)行核算，存量設(shè)備功耗按現(xiàn)網(wǎng)實(shí)際功耗（蓄電池未充電狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)關(guān)電源或遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中的電流值*電壓值）進(jìn)行核算。目前常用電池為鋰電池，容量系數(shù)取1；②存量蓄電池容量以實(shí)際核容容量為準(zhǔn)。

鋰電池容量計(jì)算公式：Q=K×a×(P1×T1+P2×T2)/51.2

式中：Q—電池容量（Ah）；K—安全系數(shù)，取1.25；a—溫度調(diào)整系數(shù)，寒冷、寒溫I、寒溫II地區(qū)取1.25；其余地區(qū)取1.0；P1—一次下電側(cè)通信設(shè)備工作實(shí)際功率（W）；P2—二次下電側(cè)通信設(shè)備工作實(shí)際功率（W）；T1—一次下電設(shè)備備電時(shí)長(zhǎng)（h）；T2—二次下電設(shè)備備電時(shí)長(zhǎng)（h）。

2.3 改造共享

存量蓄電池容量滿足整站3小時(shí)備電，但存量開(kāi)關(guān)電源容量不滿足存量負(fù)荷及新增5G負(fù)荷需求的，需進(jìn)行共享改造；當(dāng)存量蓄電池容量滿足存量設(shè)備3小時(shí)+5G設(shè)備1小時(shí)備電時(shí)，無(wú)論開(kāi)關(guān)電源何種配置均需進(jìn)行改造共享。

（1）蓄電池需求容量（存量3小時(shí)+5G 1小時(shí)備電）：

電池容量≥（存量功耗/額定電壓）×（3h/容量系數(shù)1）+（5G功耗/額定電壓）×（1h/容量系數(shù)2）

注：整站3小時(shí)備電的蓄電池需求容量參照前述方法測(cè)算。

（2）整流模塊需求數(shù)量：

模塊數(shù)量= [（存量功耗+5G功耗）/額定電壓+電池容量/ 10 ] /單模塊容量

2.3.1 整流模塊擴(kuò)容，利舊蓄電池

存量蓄電池容量滿足整站3小時(shí)或存量3小時(shí)+5G 1小時(shí)備電，且存量開(kāi)關(guān)電源容量不滿足存量負(fù)荷及新增5G負(fù)荷需求的，如存量開(kāi)關(guān)電源空余槽位可滿足擴(kuò)容需求，可直接增加同廠家、同型號(hào)的整流模塊，進(jìn)行整流模塊擴(kuò)容。

2.3.2 差異化備電改造，利舊蓄電池

存量蓄電池容量滿足存量設(shè)備3小時(shí)+5G設(shè)備1小時(shí)備電需求的，需通過(guò)差異化備電設(shè)備利舊存量蓄電池，滿足備電需求。基站差異化備電設(shè)備分為分用戶、分路控制設(shè)備，支持導(dǎo)軌式、壁掛式、嵌入式（19英寸機(jī)柜）多種安裝方式，安裝在開(kāi)關(guān)電源與直流負(fù)載之間。

2.3.3 插框改造，利舊蓄電池

存量開(kāi)關(guān)電源為組合式開(kāi)關(guān)電源，且無(wú)法通過(guò)模塊擴(kuò)容方案滿足新增5G需求的，可通過(guò)該方案，在充分利舊存量開(kāi)關(guān)電源配電、防雷等相關(guān)部件的同時(shí)，滿足實(shí)際需要。

2.3.4 插框并聯(lián)，利舊蓄電池

存量開(kāi)關(guān)電源為嵌入式開(kāi)關(guān)電源，且無(wú)法通過(guò)模塊擴(kuò)容方案滿足新增5G需求的，可通過(guò)插框并聯(lián)的技術(shù)方案，增加一套嵌入式開(kāi)關(guān)電源設(shè)備，并與存量電源并聯(lián)工作，由新增開(kāi)關(guān)電源的監(jiān)控模塊對(duì)兩套設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，共用交直流配電等部件。

2.4 新增蓄電池

存量蓄電池容量不能存量設(shè)備3小時(shí) +5G設(shè)備1小時(shí)備電的，應(yīng)按需增配相應(yīng)容量的蓄電池和開(kāi)關(guān)電源。

2.4.1 蓄電池配置容量測(cè)算

蓄電池類型主要有新鋰電、梯次電池、鉛酸電池、智能鋰電等，其中鋰電池放電倍率高、循環(huán)性能優(yōu)越，同等備電需求的情況下，可降低蓄電池配置容量50%以上。方案設(shè)計(jì)應(yīng)嚴(yán)格落實(shí)5G 1小時(shí)備電要求，磷酸鐵鋰電池（1C）建議配置100Ah，嚴(yán)格執(zhí)行客戶備電服務(wù)保障時(shí)長(zhǎng)要求、不做冗余。

2.4.2 開(kāi)關(guān)電源容量測(cè)算

開(kāi)關(guān)電源類型主要有模塊化開(kāi)關(guān)電源、壁掛式電源、微站電源、交轉(zhuǎn)直模塊等。按照5G設(shè)備實(shí)際功耗2100W，系統(tǒng)備電1小時(shí)、充電10小時(shí)等具體參數(shù)情況進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)算，整流模塊要改變傳統(tǒng)的冗余配置習(xí)慣，按需精準(zhǔn)配置，不做冗余。以鋰電池應(yīng)用類型為例，開(kāi)關(guān)電源配置容量建議，如表3所示。

表3 開(kāi)關(guān)電源配置容量

3 外市電低成本建設(shè)方案

外市電低成本建設(shè)首先應(yīng)對(duì)存量站點(diǎn)外市電引入容量及現(xiàn)狀進(jìn)行核查，能滿足新增5G需求的站點(diǎn)直接共享；不滿足時(shí)可通過(guò)利舊增容、外電改造方式進(jìn)行外市電擴(kuò)容，或者通過(guò)壓縮充電、電池補(bǔ)電方式壓縮市電需求；不具備擴(kuò)容條件的存量站以及新址新建站，才考慮新引入外市電。

結(jié)合當(dāng)前實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，按照建設(shè)成本和實(shí)施難度由低到高的順序，總結(jié)出外市電“六步法”建設(shè)流程，如表4所示，可根據(jù)具體場(chǎng)景，逐步選擇最優(yōu)的外電改造方案。

表4 外市電引入“六步法”建設(shè)流程

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著5G網(wǎng)絡(luò)大規(guī)模建設(shè)，共享難度越來(lái)越大，行業(yè)降本增效的要求越來(lái)越高，因此必須深挖存量資源潛力、加快創(chuàng)新產(chǎn)品的研發(fā)和應(yīng)用。本文從鐵塔、電源設(shè)備和外市電等三個(gè)維度，研究和探討5G低成本建設(shè)方案，可為鐵塔運(yùn)營(yíng)商5G建設(shè)提供技術(shù)指導(dǎo)建議。此外，在充分研究市場(chǎng)、研究客戶基礎(chǔ)上，應(yīng)加快建設(shè)模式轉(zhuǎn)型落地和能力提升，聚焦新塔型、極簡(jiǎn)型電源設(shè)備等創(chuàng)新產(chǎn)品方案，在價(jià)格和服務(wù)等方面形成低成本、優(yōu)服務(wù)的比較優(yōu)勢(shì)，更好地服務(wù)客戶，贏得客戶認(rèn)可。