蘭少勉

（廣西千萬里通信工程有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引 言

隨著5G技術的快速發(fā)展，5G無線網絡基站的建設也在不斷提速。為了快速建成5G基站，需要對原先的2G、3G、4G基站進行重新規(guī)劃利用，在宏觀層面上實現總體覆蓋，然后再規(guī)劃網絡容量，根據實際情況來建設微基站。本文結合5G網絡的特點，提出了5G基站建設的模式，采取室內和室外互相結合的方式，以微基站為主，宏基站與微基站相互協同工作，采用集中供電的方式，其中宏站的作用是保障周圍微站的電源供給，滿足它們之間不同的備電要求。在這個模式中，具體思路是：利用現有的宏基站或者新建一些新的宏基站，根據實際的情況來增加新的直流遠供電源局端設備，這些設備能夠和5G基站中的一體化微站設備或者RRU進行連接，有效解決傳輸與供電的問題。此外，還要根據不同設備之間的不同需求來準備相應的電池，防止發(fā)生意外導致供電出現問題。

1 直流遠供技術

圖1為直流遠供示意圖。局端設備是直流遠供系統(tǒng)的核心，局端設備具有N+1個功率模塊，1個控制模塊，功率模塊可以完成-48 V直流隔離升壓到215～410 V（DC/DC升壓），通過遠供線纜輸出給遠端設備。局端設備具備過壓、過載、欠壓、開路、短路、漏電、強電入侵等保護功能，一級系統(tǒng)的監(jiān)控功能（利用宏基站動力監(jiān)控通道完成遠供電源系統(tǒng)監(jiān)控）。遠端設備將直流高壓變換輸出穩(wěn)定的直流-48 V電源或者交流220 V電源，為基站通信設備供電。本文的遠供線采用光電混合纜，遠端設備輸出-48 V電壓供電，給出了3種建設方式。

2 中心輻射式建設方式（星型）

星型的建設方式是把現有的無線網絡宏基站或者新建的宏基站的站址資源當作中心，圖2展示的就是星型結構建設方式。通過增加局端設備，可以實現從中心一點向多個微站設備進行遠程供電，呈現星型放射的趨勢，而且局端設備提供的電源還有可靠的電池作為保障。

圖1 直流遠供示意圖

圖2 星型結構建設方式

以一個平均樓層高度不大于50 m的小區(qū)為例，在屋頂或者地下室內建設機柜式宏基站，使用Massive MIMO多天線技術，64T64R（64發(fā)64收）天線陣列（3.5G頻段下的天線尺寸大約為820 mm×498 mm×120 mm），能夠有效對整個小區(qū)進行覆蓋。而想要實現深度覆蓋，就需要在小區(qū)中使用內置天線的一體化微站設備，并以樓宇為單位來劃分相應的集中供電區(qū)。把小區(qū)內的宏基站作為中心，把微站安裝在所有樓宇的電梯間以及地下室內，再利用光電混合纜以及直流遠供技術可以為遠端設備進行供電，而且每個遠端設備之間是相互獨立的，它們各自為不同的微基站供電，但是不會互相影響。電梯內需要安裝3個發(fā)射功率在1～3 W的一體化微站；地下室則要根據實際情況，每隔70 m安裝一個發(fā)射功率在3～5 W的一體化微站；樓梯間的微站需要安裝在外墻高度15 m和30 m處，發(fā)射功率大概為10W，用來實現樓宇間對打。根據這個配置，如果想要讓5G網絡完全覆蓋一個樓宇數量為4的小區(qū)，就需要1個宏基站以及二十幾個微基站。星型輻射建設的方式比較適用于公園、景區(qū)以及低層樓宇小區(qū)等場景[1-2]。

3 接力輻射式建設方式（總線型）

接力輻射式建設方式又稱總線型建設方式，供電方式和星型建設方式不同，它是利用一臺大功率的局端供電設備和光電混合纜作為總線，為線上的各個節(jié)點，即微基站進行供電，而這個總線的起點就是現有的無線網絡宏基站或者新建的宏基站。這種方式比較適合寬闊的地帶，如山地景區(qū)和荒野等場景。把宏基站當作起點，利用光電混合纜連接遠端設備，節(jié)點之間也是通過光電混合纜進行連接，這樣就實現了把遠端設備都變成節(jié)點的目的，供電開始的時候，第一個微站從宏基站取電，而后續(xù)的微站又從前一個微站進行取電。按照這個方式進行布置，每隔150～250 m就能夠安裝一個發(fā)射功率為10～15 W的外接天線的微站。此外，相距較短的幾個微站可以進行光線級聯，但是總的輻射距離最好不要超過5 km。圖3展示的就是總線型結構建設方式。

4 分層輻射式建設方式（樹型）

圖3 總線型結構建設方式

最后一種建設方式是分層輻射式建設方式，可以稱為樹型建設方式，是把現有的無線網絡宏基站或者新建的宏基站的站址資源當作中心節(jié)點。在這種建設方式中，宏站通過光電混合線纜延伸出不同的路徑來連接遠端設備，將它們作為節(jié)點，同時每個節(jié)點又可以向下延伸，連接多個節(jié)點，因此稱其為樹型結構建設方式。在某種意義上，這種方式算作總線型結構建設方式的拓展延伸，適合以室外輔助室內進行5G網絡覆蓋的場所，如大型超商、機場以及火車站等人流量較大的場所。樹型結構建設方式的供電是通過增加局端電源設備來實現的。在這個建設方案中，全部采用光口，分配單元與微站之間能夠相距300 m左右，是目前4G網絡采用電口進行覆蓋的方式的3倍，這使得微站和分配單元安裝的靈活性大幅提高。其中，一個分配單元最多能夠連接15個發(fā)射功率為0.5～1 W的微站。此外，同一分配單元連接的微站之間最好進行部分級聯或者光線級聯。

5 遠供饋電線纜選擇

5G無線網絡直流遠程供電的設計要考慮3個因素：遠端設備的負載功耗、光電混合纜的饋電長度、光電混合纜中饋電線的材質與線徑。負載的功耗是可以在規(guī)劃時預測的，這就需要在已知功耗的前提下，選擇合適的饋線材料和線徑滿足一定的供電需求。式（1）中，局端饋電電壓用U0來表示，電壓在280～380 V；而遠端設備的輸入電壓則用V0表示，它的數值范圍是200～380 V，防止因為電壓過低或者過高而出現欠壓或者過壓的情況；遠端的輸出功率表示為p，它的物理單位是W；遠端設備的能量轉換效率通常在90%的上下浮動，用η來表示。根據式（1）可以算出遠供系統(tǒng)的環(huán)阻，而根據式（2），只要知道電阻率以后就能夠算出遠供系統(tǒng)的饋電距離。

銅和鋁是兩種最常用的導電材料，使用后者制成的電纜的電阻率是前者的1.89倍。文中以銅纜為例，其有關的信息詳見表1。根據表1可以知道，如果公式中U0和V0分別為380 V以及220 V，那么一個饋電距離為3 km的遠端設備的功耗就是3 kW，進而得出轉換效率是85%，根據公式可以算出最大電阻率是1.7 Ω/km，就需要選用16 mm2的銅纜，還有一定量冗余，可滿足3 km饋電、4.5 kW的供電。

6 集中供備電的特點

在上述的3種建設方式中，全部采用了光電混合纜，既能夠提供良好的網絡信號又能夠滿足系統(tǒng)對于容量的需求，而且在建設的過程中，總體結構決定了它們的供電方式都是集中供電。這樣光電混合纜不僅滿足了供電的需求，還滿足了信號的傳輸要求。此外，把這兩個問題放到一起解決，能夠有效降低建設的成本，提高建設的速度。相較于交流供電，直流供電更加穩(wěn)定而且傳輸過程并不存在干擾因素。

表1 銅纜參數

7 結 論

本文的5G無線網絡建設方式，傳輸和引電同時解決快速建站，擴容便捷，維護便利，網絡效果立竿見影。文中響應節(jié)能減排、綠色通信和建設節(jié)約型社會的號召，只是給出3種5G網絡的建設方式，其實也可是這3種方式的組合，實際操作中要具體問題具體分析。本文所述是集中供電采用直流遠供方式，可嘗試逆變器交流集中供電方式，在敷設交流電纜的同時敷設光纜，解決回傳問題。當然，亦可因地制宜，采用分布式供電。