5G时代基站电源建设方案研究

5G时代基站电源建设方案研究

李耀翔

广西壮族自治区通信产业服务有限公司 广西南宁

【摘要】：随着5G移动通信网络的出现，各大运营商加大了对5G网络的建设力度，5G通信基站规模也越来越庞大。通信电源作为保证通信网络正常运运的基础，其在通信系统网络中占据着重要作用地位。本文对5G时代基站电源建设方案进行研究探讨，以供大家参考。

【关键词】：5G；基站；电源；供电；

引言

5G时代的到来，为人工智能、万物互联提供了基础网络支撑，大大提高了人们的生活品质，尤其5G通信网络是否正常稳定可靠运行，引起了人们的广泛关注。而通信电源作为5G基站运行的心脏，在确保网络正常运行中起着关键作用。因此，对5G时代的通信基站电源建设进行深入分析学习和研究，有着重要意义。

一、5G时代基站电源需求分析

5G网络是在4G网络基础上创新发展起来的新一代移动通信技术，5G实现了BBU和RRU两级结构的升级，这对供电技术提出了更高的要求。其主要体现在：(1)容量变化。5G 基站设备、天线等数量相比4G基站明显增多，供电需求也大大增加。建设基站时，须按照相关设备、开关电源等的实际所需容量功率进行扩容和改造。(2)能耗变化。现网2G、3G、4G基站BBU（基带处理单元）、RRU（射频拉远单元）功率较小，约为250W，而5G基站收发单元增加、处理能力增强，设备功率也大幅提升，是4G的两倍左右。(3)供电需求增加。5G站点建设采用宏微协同的超密集组网模式，微基站虽然覆盖范围偏小，然而其能耗效率却较高。考虑到共址共享站点，则用电功率仍会进一步提高。(4)备用电源成为5G基站建设的必需。2G/3G网络以语音业务为主，小范围的网络中断影响面较小，4G 网络小范围中断影响也还在可控范围内，而5G网络主要应用于移动支付、智慧城市、虚拟社会、VR/AR、无人驾驶、人工智能以及 4K等“万物互联”业务，断网影响难以承受，通信保障压力空前。因此，可靠的备电源是5G基站建设中必须考虑的事项。

二、5G基站电源建设供电技术方案

5G基站供电技术包括分散供电技术和集中供电技术，前者往往就近取电，后者则通过电源转换装置转换为AUU和BUU所需54V直流电。根据容量需求、能量损耗等差异，可在5G基站中采用以下5种常见电源供电技术方案，在工程建设中应根据实际情况合理运用。

1、传统开关电源为5G供电。该方案是最常用的5G电源建设方案。其供电工作过程为：当开关电源总容量充足时，可直接利旧原有开关电源，扩容整流模块及蓄电池，当开关电源总容量不足时， 可替换或新建一套开关电源。该方案优点是，可利用原有基站开关电源，只需扩容整流模块，节省了大量投资，缩短建设工期，可快速交付项目。采用传统开关电源供电时，交流电能通过开关电源一次转换后为设备供电，电能转换次数少，转换效率高。缺点是有源天线单元AAU采用48V供电，供电距离较短，且损耗大。采用传统开关电源供电时，可直接从开关电源引电或开关电源供电至综合柜后从综合柜直流配电单元引电。

2、DC/DC(直流/直流)转换器为5G供电。该方案是在传统开关电源供电方案的基础上，增加DC/DC设备。DC/DC 设备将原有48V（实际54V）的电压转换为恒压型57V或动态57-72V的电压为5G AAU供电。该方案优点是增加设备较少，供电距离较远。缺点是电能转换次数多，转换过程中能量损耗大，57V供电与原有54V供电电压差距不大，增加供电距离有限。

3、高压直流远供为5G供电。此方案是在传统开关电源的基础上，增加直流远供设备为5G设备供电。直流远供系统通常用于母站和子站(或AAU)之间供电，母站开关电源输出48V直流电经过直流远供局端设备转换为240-380V直流电，电能通过电缆输送至子站，子站将240-380V直流电通过直流远供远端设备转换为子站设备相适应的电能。母站交流电断电后，蓄电池可为直流远供系统提供后备电源。该方案优点是，供电距离远，5G应用场景基本没限制，适合远距离、大功率的供电场景。缺点是需增加的设备较多，短距离内电能因转换次数多，损耗较大，且相比传统开关电源投资大。

4、分布式电源为5G供电。该方案经常用于存量基站和新建5G基站。当应用于存量基站时，可用在新建站无开关电源或原有站点开关电源容量不足且无需备电的应用场景。该方案优点是，当电源容量不足的时无需替换开关电源，既保护原有投资，又降低新建投资成本，且5G系统不备电，原有系统电源后备时长不变。缺点是开关电源分散，管理难度较大。当应用于新建5G基站时，主要用在就近交流引电的场景，因为就近引电，所以电力引入费低。但是，由于没有后备电源，分布式电源数量较多时，管控难度较大。

5、分布式电源+刀片电池为5G供电。该方案用在原有站点开关电源容量不足、机房空间不足、无法增加整套组合式/嵌入式开关电源和电池的场景，也可用于5G备电时长和原有系统要求不一致的场景，还可用于只需增加 1-2 扇区（增加一套传统开关电源成本较高）的场景。该方案优点是，电源容量不足时无需替换开关电源，保护原有投资，新建投资较低。5G系统和原有系统可采用不同的电源后备时长。缺点是电池较小，备电时间短，管控难度较大，且工程造价较高。

三、5G基站电源建设方案

1、市电接入建设

市电引入建设作为5G基站建设的重点，考虑到各方面因素影响，应充分对原旧存量站址资源进行利用。市电引入一般分为10KV引入和380V（220V）引入，旧基站难以满足5G 核算容量。为确保市电引入载荷足够，需要对现网基站交流引入载荷进行核算的情况下，以运营商5G站点满足规划需求的前提下，增加1套5G系统变压器容量满足网络需求、引接电缆线径不足时，更换电缆。

2、直流远程供电建设

直流远程供电系统由局端设备、远端设备和光电混合缆三部分组成。它可以将机房内稳定的-48V电源隔离升压到DC250～DC410V，并通过光电混合缆或电力电缆以最大效率远距离输送至远端设备，远端设备进而将直流高压变换成DC48V、DC280V或AC220V电压为负载（RRU）、微基站以及室外综合接入机柜等设备提供24小时稳定的、在恶劣条件下免维护的供电。采用远程直流供电具备如下优点：(1)发生市电停电时基站仍可正常工作；(2)避免了与电力部门、当地用户接入市电时的协调工作；(3)节省交流取电的额外费用；(4)可使选址更为方便，不受市电的影响；(5)可节省户外UPS，消除电源长期维护费用；(6)维护成本低，不需要维护；(7)采用复合光缆线路施工方便，不需专门敷设传输电缆，节省线路投资；(8)安全可靠，避免传输线路因断路、短路、漏电、强电入侵和雷击等影响运行，当线路发生故障时，局端立即停止输出电压，只输出≤40V的线路安全检测电压，60秒内自动恢复供电，保证了线路与维护人员的安全。

因此，针对当前基站站址获取难、引电难的特点，可结合微基站“点、线、面”的建设方式，采用集中供备电，高压直流远供的形式支持5G基站的批量部署，同时可以降低站点损耗，提高共享率，有效降低基础配套的建设成本。直流远供系统可应用于如下覆盖场景：(1)点对点覆盖，如村通工程、校园网、小容量基站、RRU以及拉远基站等场景；(2)点对多点覆盖，如室内分布式系统覆盖、商场、超市、写字楼以及住宅小区等场景；(3)级联方式覆盖，如高速公路、铁路以及隧道等场景；(4)WLAN覆盖，如住宅小区、超市、商务写字楼、政府企事业单位、机场以及火车站等场景。

3、蓄电池配置

蓄电池配置应采用统一规划、分步实施的原则。根据铁塔公司与三大运营商签署的综合服务协议，普通基站蓄电池容量配置为无线3小时、传输配置10小时。实际运营过程中基站断电时长差距较大，导致部分基站蓄电池利用率较低，资源浪费；部分基站电池后备容量不足，出现断站情况。因此蓄电池配置的思路是：蓄电池配置需考虑基站预计停电时长、基站预计年停电次数以及维护上站发电的时长，实现“按需配置”梯次电池，达到资源合理配置的目的。目前蓄电池采用梯级铁锂电池，铁锂电池组与传统铅酸蓄电池相比，重量更轻，部署快，工程量极小，解决了机房空间和承载限制。铁锂电池的容量有50Ah、70Ah、100Ah、140Ah、200Ah，考虑后期资源调配，5G基站的功率较高，原则上配置100Ah的蓄电池组。配置100A一般超过4组，则需要采用蓄电池切换系统。不同容量、不同厂家型号、不同时期的蓄电池严禁接入蓄电池切换系统同一端口，同一端口下挂蓄电池不宜超过4组。

对于新建站和存量站蓄电池配置建议如下：(1)新建站蓄电池配置。①新建站电池配置时，一次下电后备时长按该点预计断电时长进行配置， 二次下电按照10小时配置。②新建站预计断电时长，按照基站引电电力站在市电线路或建站位置周边最近的3个基站上一年度平均断电时长的值取定。③断电时长可按维护上站时长配置。因目前5G基站大多建设在电力稳定的城区，建议蓄电池配置后备时长在1-3小时之间。④新建蓄电池与原有蓄电池不同时期、不同厂家类型、不同容量不能直接并联，需增加蓄电池共用管理器；(2)存量站蓄电池配置。①存量站采用新增一套开关电源单独为5G设备供电时，蓄电池配置参照新建站蓄电池配置思路，一次下电后备时长按该站点上一年度平均断电时长进行配置。②存量站扩容或替换开关电源时，一次下电后备时长按该站点上一年度平均断电时长进行配置，二次下电按照10小时配置。存量站可按照维护上站时长配置。当存量站蓄电池满足总负荷（现网+新建）的后备时长大于上一年度平均断电时长，保留原有蓄电池，无需扩容。

4、开关电源容量配置

开关电源就其分类主要有组合式、 嵌入式、壁挂式、户外型、分布式等。存量站和新建站的开关电源配置要求如下：(1)存量站开关电源配置，应根据5G基站电源后备时长选择，当5G系统与原有网络系统备电时长要求相同时，可选择扩容或替换的方式建设，当备用电时长要求不同时，应单独新增开关电源为5G系统供电。当存量站开关电源剩余容量大于需要扩容容量时，可采用直接增加整流模块扩容的方案。当开关电源剩余容量不足时，可采用600A的开关电源直接替换方式，替换出来的开关电源可用于其他基站的新建或扩容。当机房剩余空间较大，而原有开关电源负荷较高、无剩余容量的场景，可以新建一套开关电源为新负荷供电。(2)新建站开关容量配置。一套5G无线系统功率约为4000W，一套5G传输设备约为120W，一套动力环境监控设备功率约为50W，需要48V开关电源容量大约为97A/43.2V。若按照铁塔与各运营商签订综合服务协议中对各设备的后备时长要求，断电应按照10小时计算来配置蓄电池，约为400Ah。考虑到现网负荷及后期三大运营商共建共享的预留，选择开关电源时，总容量也可按照 600A配置，整流模块按照当前负荷配置。

5、交流配电箱配置

单个5G系统交流负荷需求一般为100A左右，交流配电箱的容量和空开大小需满足新增5G系统的使用要求，现有存量站不满足此条件的则需要进行更换。容量满足而输出空开大小不足的站点需更换空开，若容量不能满足，则视作整体不满足需求，需要更换或单独新增一套交流配电箱，容量为380V/100A 或380V/63A。

四、结语

总之，5G时代基站电源的建设，所牵涉专业技术含量较高，是一项相对复杂的系统工程。在工程实际建设中，需要工程技术人员掌握基站电源各专业系统的建设思路和工程安装规范，在保证设备安全牢固的基础上，提供较为全面的5G基站电源解决方案，以便实现5G 基站供电安全效益和经济效益的最大化。

【参考文献】：

[1]胡先红,刘明明.移动通信SmallCell基站供电解决方案与趋势分析[J]中兴通讯技术.2017(04)

[2]李杰.5G站点电源面临的挑战及解决方案研究[J]通信电源技术.2018(08)

[3]岑祺.5G基站电源解决方案[J]电信快报-网络与通信.2019(08)

[4]魏登锋.同朝辉.基于5G网络的基站电源建设探讨[J]电信技术.2019(S01)