劉 震，錢 義

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210000）

0 引 言

當(dāng)前，我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)步伐加快，已建成5G基站近8.5×105個(gè)，形成全球最大5G獨(dú)立組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)，5G行業(yè)應(yīng)用創(chuàng)新案例已超過1×104個(gè)[1]。

由于5G使用高頻段，傳播損耗大，因此要求的天線口發(fā)射功率高，5G AAU引入了Massive MIMO技術(shù)，從空間維度來提升系統(tǒng)信道容量和信號(hào)覆蓋范圍，相比4G RRU大幅增加了通道數(shù)[2,3]。目前，運(yùn)營(yíng)商主流AAU以64通道和32通道為主，最大可實(shí)現(xiàn)16流MU-MIMO，是4G的4倍[4]。5G帶寬以100 MHz為主，是4G的5倍，更多的通道數(shù)和更大的帶寬都將導(dǎo)致5G AAU的能耗比4G RRU高很多。

截至2021年5月底，全國(guó)已累計(jì)建設(shè)開通5G基站近8.5×105個(gè)，5G終端連接數(shù)超1.3×108臺(tái)[5]。5G應(yīng)用主要分為增強(qiáng)型移動(dòng)帶寬（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、海量機(jī)器連接類通信（massive Machine Type Communication，mMTC）以及高可靠低時(shí)延通 信（ultra-Reliable and Low Latency Communications，uRLLC）3類業(yè)務(wù)[6]。此3類業(yè)務(wù)要應(yīng)對(duì)的帶寬與連接并發(fā)率很高，且運(yùn)行保障時(shí)間特性不一致，因此對(duì)電能的支撐容量要求必然高[7]。其要求既能保證5G基站的正常運(yùn)行供電，又能在通信運(yùn)營(yíng)商面臨降本增效的壓力下實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、降本增效，降低電費(fèi)成本支出是有待深入探討的問題。

1 低成本建設(shè)方案

為了降低5G建設(shè)維護(hù)成本，本文使用一體化智能備電設(shè)備方案進(jìn)行5G建設(shè)。

1.1 接電方案

傳統(tǒng)5G AAU設(shè)備的接電方式為市電引入交流配電箱，從交流配電箱選擇接電端子通過交流電源線連接至AC/DC轉(zhuǎn)換器（交轉(zhuǎn)直模塊），再由AC/DC轉(zhuǎn)換器（交轉(zhuǎn)直模塊）通過直流電源線連接至傳統(tǒng)AAU設(shè)備整個(gè)供電方案[8,9]。如圖1所示，以S111站型為例，安裝交流配電箱需1人耗時(shí)15 min，安裝AC/DC轉(zhuǎn)換器（交轉(zhuǎn)直模塊）需兩人耗時(shí)30 min，不包含線纜的布放[10]。

圖1 傳統(tǒng)接電方式

市電引入一體化智能備電設(shè)備后直接通過直流電源線連接至AAU設(shè)備，此種方案只需要安裝一套一體化備電設(shè)備，無需AC/DC轉(zhuǎn)換器（交轉(zhuǎn)直設(shè)備），全程需兩人耗時(shí)30 min，節(jié)省了安裝配電箱和AC/DC轉(zhuǎn)換器（交轉(zhuǎn)直設(shè)備）的人工，提高了約30%的效率。一體化備電設(shè)備接電方式如圖2所示。

圖2 一體化備電設(shè)備接電方式

1.2 不同建設(shè)方式安裝說明

不同建設(shè)方式安裝說明如表1所示。

表1 不同建設(shè)方式安裝說明

當(dāng)前情況下，一體化直流配電設(shè)備適用于室外宏站、高鐵以及小區(qū)等場(chǎng)景，室內(nèi)分布系統(tǒng)暫不適用。

1.3 安裝場(chǎng)景

（1）落地站（無機(jī)房或塔基低于700 mm）。場(chǎng)景特點(diǎn)包括兩點(diǎn)，一是原有機(jī)柜基礎(chǔ)可以利舊安裝抱桿，二是無任何基礎(chǔ)可供新增抱桿供一體化機(jī)柜安裝。配套建設(shè)也包括兩點(diǎn)，一是利舊原有機(jī)柜基礎(chǔ)，新增1.5 m抱桿，二是現(xiàn)場(chǎng)無任何基礎(chǔ)的需建水泥基礎(chǔ)，新建1.5 m抱桿，一體化電源柜附抱桿安裝。（2）落地站（有機(jī)房或塔基高于700 mm）。場(chǎng)景特點(diǎn)為塔基或塔周邊機(jī)房、圍墻滿足一體化電源柜附墻體安裝，配套建設(shè)為附墻體安裝，無需建設(shè)基礎(chǔ)。（3）樓頂站（女兒墻或塔基高于700 mm）。場(chǎng)景特點(diǎn)為塔基或女兒墻高度滿足一體化電源柜附墻體安裝，配套建設(shè)為附墻體安裝，無需建設(shè)基礎(chǔ)。（4）樓頂站（女兒墻或塔基高度較低于700 mm）。場(chǎng)景特點(diǎn)為一體化機(jī)柜無附墻安裝空間，原有機(jī)柜基礎(chǔ)無法利舊安裝抱桿，配套建設(shè)為新增1.2 m配重塊抱桿，一體化電源柜附抱桿安裝。

2 可行性分析

為了驗(yàn)證該電源柜在滿載情況下能否滿足5G、4G主設(shè)備最大負(fù)載情況下的供電要求，本次測(cè)試針對(duì)不同場(chǎng)景、不同廠家的5G AAU設(shè)備滿載與正常負(fù)載情況下一體化智能備電機(jī)柜運(yùn)行狀況，共選取7個(gè)站點(diǎn)進(jìn)行測(cè)試，具體情況如表2所示。

表2 測(cè)試站點(diǎn)

3 測(cè)試方案

設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性能的測(cè)試中，對(duì)其中5個(gè)使用了一體化智能機(jī)柜的新建5G站點(diǎn)，運(yùn)行1個(gè)月后對(duì)設(shè)備穩(wěn)定性能及現(xiàn)場(chǎng)性能進(jìn)行測(cè)試。設(shè)備輸出性能的壓力測(cè)試中，將直流機(jī)柜的8個(gè)輸出端全部接滿負(fù)載，驗(yàn)證其輸出能力能否滿足設(shè)備的運(yùn)行；將設(shè)備電源線長(zhǎng)度設(shè)置成100 m，驗(yàn)證其輸出電壓在直流長(zhǎng)距離供電時(shí)能否滿足主設(shè)備的運(yùn)行；將AAU、RRU的設(shè)備負(fù)載模擬加載到最大，驗(yàn)證每個(gè)輸出端最大負(fù)載時(shí)，能否滿足設(shè)備的正常運(yùn)行。

本次對(duì)站點(diǎn)1、站點(diǎn)2、站點(diǎn)3、站點(diǎn)4以及站點(diǎn)5等5個(gè)基站進(jìn)行了一般情況下性能測(cè)試，對(duì)站點(diǎn)6和站點(diǎn)7兩個(gè)基站進(jìn)行了滿載、電源線拉長(zhǎng)測(cè)試。

4 測(cè)試結(jié)果

4.1 站點(diǎn)1

本次測(cè)試站點(diǎn)1選取了3臺(tái)廠家A的5G AAU設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，選取的電源線長(zhǎng)度分別為20 m、35 m、55 m，選取的電源線徑為10 mm2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、理論計(jì)算、設(shè)備網(wǎng)管數(shù)據(jù)判斷等，該站點(diǎn)一體化智能機(jī)柜輸出電流電壓等數(shù)據(jù)均為正常范圍，主設(shè)備均可正常啟動(dòng)且運(yùn)行平穩(wěn)。

4.2 站點(diǎn)2

站點(diǎn)2選取了3臺(tái)廠家A的5G AAU設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，選取的電源線長(zhǎng)度均為60 m，電源線徑為10 mm2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、理論計(jì)算、設(shè)備網(wǎng)管數(shù)據(jù)判斷，該站點(diǎn)一體化智能機(jī)柜輸出電流電壓等數(shù)據(jù)均為正常范圍，主設(shè)備均可正常啟動(dòng)且運(yùn)行平穩(wěn)。

4.3 站點(diǎn)3

站點(diǎn)3選取了3臺(tái)中興5G AAU設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，選取的電源線長(zhǎng)度均為50 m，電源線徑為10 mm2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、理論計(jì)算、設(shè)備網(wǎng)管數(shù)據(jù)判斷，該站點(diǎn)一體化智能機(jī)柜輸出電流電壓等數(shù)據(jù)均為正常范圍，主設(shè)備均可正常啟動(dòng)且運(yùn)行平穩(wěn)。

4.4 站點(diǎn)4

站點(diǎn)4選取了兩臺(tái)廠家A的5G AAU設(shè)備，選取的電源線長(zhǎng)度均為10 m，電源線徑為10 mm2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)、理論計(jì)算、設(shè)備網(wǎng)管數(shù)據(jù)判斷，該站點(diǎn)一體化智能機(jī)柜輸出電流電壓等數(shù)據(jù)均為正常范圍，主設(shè)備均可正常啟動(dòng)且運(yùn)行平穩(wěn)。

4.5 站點(diǎn)5

站點(diǎn)5選取了1臺(tái)廠家A的5G AAU設(shè)備，電源線長(zhǎng)度為12 m，電源線徑為10 mm2。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)、理論計(jì)算、設(shè)備網(wǎng)管數(shù)據(jù)判斷，該站點(diǎn)一體化智能機(jī)柜輸出電流電壓等數(shù)據(jù)均為正常范圍，主設(shè)備均可正常啟動(dòng)且運(yùn)行平穩(wěn)。

4.6 站點(diǎn)6

站點(diǎn)6選取了3臺(tái)廠家B的5G AAU設(shè)備、3臺(tái)1.8G RRU設(shè)備以及兩臺(tái)800M RRU設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，未滿載情況下，后臺(tái)功率保持在3 000 W左右，一體化機(jī)柜的輸出功率保持在3 000 W左右，機(jī)柜輸出功率能夠滿足設(shè)備正常運(yùn)行。滿載情況下，AAU、RRU設(shè)備的后臺(tái)功率保持在4 200 W左右，一體化機(jī)柜的輸出功率保持在4 200 W以上，峰值情況下達(dá)到4 800 W（工作電流增大，電源線損耗功率增大），接近該機(jī)柜最大輸出功率，機(jī)柜輸出功率能夠滿足設(shè)備正常運(yùn)行。

4.7 站點(diǎn)7

站點(diǎn)7選取了3臺(tái)廠家A的5G AAU設(shè)備和3臺(tái)1.8G RRU設(shè)備進(jìn)行測(cè)試。經(jīng)測(cè)試，未滿載情況下，后臺(tái)功率保持在2 000 W左右，一體化機(jī)柜的輸出功率保持在2 000 W左右，機(jī)柜輸出功率能夠滿足設(shè)備正常運(yùn)行。滿載情況下，后臺(tái)功率保持在2 800 W左右，一體化機(jī)柜的輸出功率保持在3 000 W左右（工作電流增大，電源線損耗功率增大），未達(dá)到該機(jī)柜最大輸出功率，機(jī)柜輸出功率能夠滿足設(shè)備正常運(yùn)行。

5 結(jié)果分析

本次所測(cè)試站點(diǎn)6和站點(diǎn)7兩個(gè)基站所使用一體化電源柜均能穩(wěn)定輸出56 V電壓，保證AAU穩(wěn)定運(yùn)行。在滿載測(cè)試中，結(jié)合后臺(tái)數(shù)據(jù)與現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，負(fù)載6臺(tái)AAU、RRU時(shí)，該機(jī)柜能在正常功率范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行；負(fù)載8臺(tái)AAU、RRU時(shí)，該機(jī)柜負(fù)荷接近最大值。

6 造價(jià)測(cè)算

當(dāng)鐵塔為1家運(yùn)營(yíng)商獨(dú)享時(shí)，運(yùn)營(yíng)商選擇一體化智能備電設(shè)備的投資與鐵塔提供的直流電租金增加對(duì)比，最長(zhǎng)需3.6年回收成本，最短1年回收成本；當(dāng)鐵塔為兩家運(yùn)營(yíng)商共享時(shí)，運(yùn)營(yíng)商選擇一體化智能備電設(shè)備的投資與鐵塔提供的直流電租金增加對(duì)比，最長(zhǎng)需5.1年回收成本，最短1.5年回收成本；當(dāng)鐵塔為3家運(yùn)營(yíng)商共享時(shí)，運(yùn)營(yíng)商選擇一體化智能備電設(shè)備的投資與鐵塔提供的直流電租金增加對(duì)比，最長(zhǎng)需5.9年回收成本，最短1.8年回收成本。

增加的投資回收后，運(yùn)營(yíng)商側(cè)無需再增加對(duì)基站的其他配套投資，每基站每年可減少5G租金1 400～4 600元。以某地市每年建設(shè)1 000個(gè)基站為例，每年可節(jié)省投資（1.4～4.6）×106元，5年建設(shè)期可節(jié)省（0.7～2.3）×107元。

7 結(jié) 論

5G的重要性不言而喻，當(dāng)前情況下，如何讓運(yùn)營(yíng)商在5G的建設(shè)上降低成本支出又不影響網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量是重中之重，本文通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、造價(jià)對(duì)比認(rèn)為一體化智能備電設(shè)備方案具有可行性，這為運(yùn)營(yíng)商低成本建設(shè)5G基站提供了新的解決方案。