现网5G基站电源配套改造的研究与应用

张青松

（中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，河南 郑州 450000）

0 引 言

随着2019年6月5G商用牌照的颁发，2019年下半年运营商开始展开5G基站建设，2020年5G将正式开启商用模式[1]。

对于运营商，快速布局5G建设，为树立品牌、商用竞争抢夺先机显得尤为重要。对于中国铁塔公司，面对5G建设带来的规模大、时间紧、功耗高以及改造难度大等问题，制定一站一方案精细化设计，合理利用现有配套资源，结合监控数据，在降本增效的前提下，第一时间满足运营商交付需求。

1 5G主设备

1.1 5G组网演进

5G RAN架构从4G的BBU、RRU两级结构将演进到CU、DU和AAU三级结构，如图1所示。天线侧采用射频模块与天线一体化集成（AAU）。5G建网初期采用CU/DU合设+AAU部署方案，中后期根据eMBB、URLLC和mMTC业务需求情况，逐步向CU、DU和AAU三层分离架构演进。

1.2 主设备参数

目前，主要影响网络建设的是AAU的尺寸、重量参数以及BBU、AAU功率参数。根据掌握的主流设备厂家最新设备，AAU外形及重量如表1所示。

AAU集成了4G组网下RRU及天线的功能，设备的迎风面积低于4G设备，而重量略大于4G设备。

根据目前5G功耗测试结果看，AAU功耗明显受负荷影响：

（1）BBU功耗与所插板件相关，受业务负荷影响不大，BBU的功耗随着业务负荷的增加而增加，其平均功耗基本不变。

图1 5G初期、中后期组网演进图

（2）AAU功耗与业务负荷相关，50%负荷下平均功耗是100%负荷下的80%左右。

表1 AAU（RRU+天线）外形尺寸及重量

当前，主流设备厂家设备功耗参数如表2所示。

根据5G加载测算结果看，5G单站功耗是4G单站的2.5～3.5倍。在S111配置下，BBU空载和满载工作条件下，功耗变化幅度小，AAU满载基本是空载的2倍，因此AAU功耗增加是5G功耗增加的主要原因。

2 电源配套改造

2.1 基本数据搜集

存量基站租户梳理：梳理现网存量站运营商租户情况，制作图层，根据运营商网络结构判断存量站5G系统需求数量（移动1套5G系统、联通电信竞合1套5G系统），避免超配。

运营商自留站梳理：根据现网存量站产权归属，梳理运营商自留站、铁塔产权基站，原则上运营商自留站自改需求，电源配套改造由运营商完成。

开关电源与蓄电池信息梳理：登陆资管系统，提取存量站点开关电源型号，整流模块型号、数量、电池类型及容量。

转供/直供电梳理：结合物业中心电费缴费记录表，梳理转供电站点明细。

单相/三相电梳理：登陆运维监控系统导出近期交流输入线电压监控值，通过三线电压值，初步判断单相或三相电接入。

2.2 电源配套改造测算流程

精细化设计中，一站一方案涉及的因素较多，如前期的数据获取、数据分析、上站查勘、容量测算、方案制定和方案审核等。为便于方案准确制定，可按图2流程进行操作。

表2 5G主流设备厂家功耗

图1 电源配套方案改造测算流程图

2.3 电源配套测算方法

2.3.1 铅酸蓄电池容量测算

计算公式：

式中：Q为蓄电池容量（Ah）；K为安全系数，取1.25；P为通信设备实际负荷功率（W）；T为放电小时数（h）；η为放电容量系数，详见表3；t为实际电池所在地最低环境温度数值，所在地有采暖设备时为15 ℃，无采暖设备时为5 ℃；α为电池温度系数（1/℃），当放电小时率≥10时取α=0.006，当10＞放电小时率≥1时取α=0.008，当放电小时率＜l时取α=0.01。

表3 铅酸蓄电池放电容量系数表

2.3.2 梯次电池容量测算

计算公式：

式中：Q为电池容量（Ah）；K为安全系数，取1.25；P1为一次下电侧通信设备工作实际功率（W）；P2为二次下电侧通信设备工作实际功率（W）；T1为一次下电侧设备备电总时长（h），应大于1 h；T2为二次下电侧设备备电总时长（h）；a为温度调整系数，寒冷、寒温I、寒温II地区取1.25，其余地区取1.0。

2.3.3 开关电源容量测算

计算公式：

式中：R为开关电源容量（A）；P为通信设备工作实际功率（W）；43.2为终止电压；Q为蓄电池组总容量（Ah）；10为电池充满电按10 h计算；η为容量系数，取0.95。

2.3.4 空调容量测算

计算公式：

式中：1.06为指开关电源工作热效率补偿系数；Q12为基站空调总热负荷；K为分区域制冷系数，常规情况取K=1；Q1为机房内通信设备热负荷，Q1=机房内设备功率×0.8；Q2为建筑结构热负荷，Q2=单位面积热负荷×房间面积（单位面积热负荷基准150 W/m2）。

2.3.5 市电容量测算

计算公式：

式中：P通信设备指机房内远期规划化的所有通信设备（包含现有设备+新增设备）的额定功耗之和，P电池充电=电池容量×0.1×56.4/1 000 kW；η指开关电源的效率，一般取0.9。

市电引入容量根据基站远期规划容量配置。在通信负载最大功率工作时，还需要同时满足蓄电池充电和温控系统最大负荷需求。典型市电引入配置，如表4所示。

表4 典型市电引入配置表

上述电缆线径按600 m以内的电缆长度计算。超出600 m建设场景，电缆线径应根据电缆敷设环境和电缆实际长度进行核算。

3 结 论

本文通过对运营商网络结构、设备选型和组网方式的分析，结合运维系统数据和查勘数据进行测算，在存量站资源可调配的前提下进行精细化设计，既满足客户交付时间需求又能降本增效，可为以后5G电源配套改造工作提供参考。