羅新軍，徐舜堯

（1.中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019；2.中國(guó)移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司中山分公司， 廣東 中山 528403）

0 引 言

后TD-LTE時(shí)代的規(guī)模建網(wǎng)基本完成，形成了基于宏微結(jié)合的整體立體網(wǎng)絡(luò)。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點(diǎn)[1]、用戶數(shù)量的猛增以及用戶分布的不均衡等，對(duì)網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量、質(zhì)量等深度覆蓋健康度指標(biāo)提出了更高要求，TD-LTE無(wú)線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需加速。國(guó)家對(duì)移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)提速降費(fèi)戰(zhàn)略的提出，對(duì)運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運(yùn)維的降本增效提出了更高要求。 TD-LTE使用頻段相對(duì)高，站點(diǎn)密集，需要大量的機(jī)房、電源、電池及相關(guān)配套資源，投資大[2]。C-RAN具有集中化、協(xié)作化、云化以及節(jié)能等特點(diǎn)[3]，利于節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、加快建設(shè)進(jìn)度，可有效解決目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中存在的投資大、建站難以及能耗高等困難。因此，基于C-RAN部署的TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)越來(lái)越受到運(yùn)營(yíng)商的重視。C-RAN組網(wǎng)模式存在對(duì)網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備供電的建設(shè)難點(diǎn)，因此C-RAN電源解決方案成為人們關(guān)注的重點(diǎn)。

1 C-RAN技術(shù)特點(diǎn)及挑戰(zhàn)

C-RAN具有鮮明的技術(shù)特點(diǎn)[4]，通過(guò)集中式BBU池部署，擴(kuò)展靈活，加快了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提供了更大帶寬和更靈活的運(yùn)營(yíng)。通過(guò)BBU協(xié)作化，多個(gè)小區(qū)間靈活進(jìn)行協(xié)作調(diào)度、協(xié)作處理[5]以及異構(gòu)網(wǎng)下的分層協(xié)作、對(duì)抗干擾[6]，可提高系統(tǒng)性能，易于實(shí)現(xiàn)CA、CoMP、Super Cell以及D-MIMO等功能。它引入標(biāo)準(zhǔn)IT硬件平臺(tái)，通過(guò)云計(jì)算技術(shù)構(gòu)建“軟”基站，支持多標(biāo)準(zhǔn)通信和各種應(yīng)用層業(yè)務(wù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)的靈活性和可擴(kuò)展性。它通過(guò)集中化共享配套資源，構(gòu)建更低能源消耗、更低運(yùn)維成本、更短建設(shè)周期的綠色無(wú)線接入網(wǎng)。基于負(fù)載的自適應(yīng)資源分配，它可動(dòng)態(tài)調(diào)度資源，提高了資源利用率。未來(lái)無(wú)線網(wǎng)向云化、虛擬化方向發(fā)展，BBU將以邏輯形式集中，因此C-RAN部署更易于未來(lái)演進(jìn)。

C-RAN采用BBU集中式放置，RRU側(cè)無(wú)需新建站點(diǎn)或租賃機(jī)房，大大減少了機(jī)房數(shù)量，可節(jié)約大量租借或購(gòu)買站址資源的成本。在BBU及其配套的投資中，C-RAN可以實(shí)現(xiàn)配套資源共享，如GPS、傳輸?shù)扰涮踪Y源，其中機(jī)房及機(jī)房配套投資一般占總建設(shè)投資60%以上，可通過(guò)減少機(jī)房及配套數(shù)目，縮短建網(wǎng)周期，控制運(yùn)營(yíng)和維護(hù)的開銷?？梢?，C-RAN能夠顯著節(jié)省投資。對(duì)于容量擴(kuò)容，只需在中心機(jī)房插入基帶板即可完成；對(duì)于新增站點(diǎn)覆蓋，只需將RRU室外安裝至覆蓋點(diǎn)，通過(guò)光纜網(wǎng)絡(luò)就近接入BBU所在中心機(jī)房；對(duì)承載，只需要調(diào)整帶寬，不需要上站維護(hù)。

C-RAN與D-RAN組網(wǎng)模式對(duì)機(jī)房、光纖及電源等關(guān)鍵資源需求的對(duì)比分析，如表1所示。

表1 關(guān)鍵資源需求對(duì)比

可見，C-RAN組網(wǎng)建設(shè)方案需特別考慮機(jī)房、電源及光纖因素，設(shè)備高度集中，需從機(jī)架、承載、供電以及備電等方面出發(fā)，評(píng)估機(jī)房的面積、供電能力和承重能力等。C-RAN組網(wǎng)下，RRU采用拉遠(yuǎn)建設(shè)，對(duì)RRU供電及光纖資源等提出了更高要求，是C-RAN建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)。

2 C-RAN電源解決方案

C-RAN電源解決方案包括BBU、RRU及相關(guān)輔助設(shè)備（交換機(jī)等）的供電解決方案。

BBU集中放置在C-RAN機(jī)房。BBU供電方案統(tǒng)一采用集中供電方式。

RRU電源解決方案是C-RAN建設(shè)中的重點(diǎn)及難點(diǎn)。在D-RAN組網(wǎng)中，RRU與BBU距離較近，RRU基本可以從BBU機(jī)房直接取電，或者從BBU室外一體化柜取電。采用C-RAN組網(wǎng)后，BBU集中放置，RRU拉遠(yuǎn)，RRU供電一般無(wú)法直接從機(jī)房取電，需要提供相應(yīng)的整體解決方案。RRU電源解決方案包括不含備電和含備電兩種解決方案。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)站點(diǎn)重要程度和運(yùn)營(yíng)商需求進(jìn)行選擇，RRU電源系統(tǒng)通常包括局方配電箱（含空開）、電源設(shè)備等。含備電的電源系統(tǒng)需要配備電池，其電源設(shè)備具有對(duì)電池進(jìn)行管理的能力。

RRU電源解決方案包括傳統(tǒng)室外柜方案、高壓直流遠(yuǎn)供方案、近場(chǎng)小電源方案、交流直供方案、一體化UPS電源方案以及48 V低壓直供方案等。

2.1 傳統(tǒng)室外柜供電方案

傳統(tǒng)室外柜供電方案中的機(jī)柜采用廠家定制化電源柜，可以內(nèi)置電源，配置電池（鉛酸電池等）。電源及電池?cái)?shù)量根據(jù)站點(diǎn)備電需要進(jìn)行配置。該方案設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)單，應(yīng)用廣泛，但需要天面現(xiàn)場(chǎng)具備足夠的安裝位置。

傳統(tǒng)室外柜供電方案架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)室外柜供電方案架構(gòu)

隨著電源技術(shù)和電池技術(shù)的不斷進(jìn)步，傳統(tǒng)室外柜供電方案逐步朝著智能化和小型化方向發(fā)展，已經(jīng)涌現(xiàn)了小型化的電源+電池方案，可以掛墻安裝。其中，電池采用鐵鋰電池，極大方便了電源設(shè)備的安裝。

2.2 高壓直流遠(yuǎn)供方案

RRU供電距離機(jī)房200 m以上，可將機(jī)房48 V 電壓升壓至280 V或更高（最高為380 V）后送至各個(gè)遠(yuǎn)端RRU進(jìn)行供電。在規(guī)劃站點(diǎn)需要后備電源保障要求下，多個(gè)站點(diǎn)連片優(yōu)先選擇高壓直流遠(yuǎn)供方案。該方案具有安全、可靠、高效、靈活以及維護(hù)方便等特點(diǎn)，但通常需要進(jìn)行管道開挖等，施工較復(fù)雜，成本較高。

高壓直流遠(yuǎn)供方案架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 高壓直流遠(yuǎn)供方案架構(gòu)

2.3 近場(chǎng)小電源方案

當(dāng)路由、線徑以及設(shè)備功率等因素?zé)o法滿足48 V直供、高壓直流遠(yuǎn)供方案以及現(xiàn)場(chǎng)天面場(chǎng)地受限的情況下，可以在遠(yuǎn)端直接配置小電源為遠(yuǎn)端設(shè)備供電。該方案采用模塊化設(shè)計(jì)、統(tǒng)一的安裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想，模塊間距極小，提供緊湊的安裝空間，能夠覆蓋中小容量電源需求。相關(guān)電源設(shè)備和電池等支持抱桿、掛墻和旗裝等多種安裝方式。基于安全考慮，需要注意安裝高度，特別適于需要后備電源保障要求、零散站點(diǎn)等場(chǎng)景。

近場(chǎng)小電源方案架構(gòu)，如圖3（不含備）和 圖4（含備）所示。

圖3 不含備電近場(chǎng)小電源方案

圖4 含備電近場(chǎng)小電源方案

2.4 一體化UPS電源方案

一體化UPS電源使用交流220 V或轉(zhuǎn)換為直流給設(shè)備供電。當(dāng)RRU距離機(jī)房較遠(yuǎn)、電纜造價(jià)又偏高時(shí)，可使用一體化UPS/開關(guān)電源方案。該方案應(yīng)用廣泛，設(shè)計(jì)、施工簡(jiǎn)單，但需要現(xiàn)場(chǎng)天面具備相應(yīng)的安裝位置等條件。

一體化UPS電源方案，如圖5所示。

圖5 一體化UPS電源方案

2.5 48 V低壓直供方案

當(dāng)RRU附件有基站機(jī)房且距離在200 m內(nèi)時(shí)，可從附近機(jī)房直接取48 V直流電對(duì)RRU進(jìn)行供電。該方案可充分利舊現(xiàn)網(wǎng)資源，具備后備電源保障能力，施工簡(jiǎn)單，成本低，但受限于現(xiàn)場(chǎng)資源、供電距離有限。

48 V低壓直供方案，如圖6所示。

圖6 低壓直供方案

2.6 交流直供電源方案

采用市電直接對(duì)設(shè)備進(jìn)行供電，實(shí)施方便，但無(wú)后備電源保障。對(duì)于不需要后備電源保障要求的場(chǎng)景，優(yōu)先選擇交流直供。隨著國(guó)家電力的迅猛發(fā)展與成熟，停電現(xiàn)象已變得越來(lái)越少，為促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)降本增效，越來(lái)越多的設(shè)備采用交流直供電源方案。

交流直供電源方案，如圖7所示。

圖7 交流直供電源方案

2.7 C-RAN電源解決方案投資分析

對(duì)各種典型電源方案的投資分析如下。

2.7.1 高壓直流遠(yuǎn)供方案

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE典型RRU功耗按400 W考慮，通常一個(gè)物理站點(diǎn)采用3扇區(qū)，共用3臺(tái)RRU設(shè)備，其高壓直流遠(yuǎn)供方案投資如表2所示。

表2 高壓直流遠(yuǎn)供方案投資的相關(guān)數(shù)據(jù)

一般單套遠(yuǎn)供設(shè)備可保障多個(gè)物理站，以上按每套遠(yuǎn)供設(shè)備平均保障2個(gè)物理點(diǎn)考慮?？梢?，隨著保障物理站點(diǎn)數(shù)量的增加，單點(diǎn)平均造價(jià)下降。

2.7.2 近場(chǎng)小電源方案

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE典型RRU功耗按400 W考慮，通常一個(gè)物理站點(diǎn)采用3扇區(qū)，共用3臺(tái)RRU設(shè)備，近場(chǎng)小電源方案投資如表3所示。

表3 近場(chǎng)小電源方案投資的相關(guān)數(shù)據(jù)

需要說(shuō)明的是，表3中的費(fèi)用未考慮市電引入可能涉及的協(xié)調(diào)費(fèi)用。

2.7.3 交流直供

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE典型RRU功耗按400 W考慮，通常一個(gè)物理站點(diǎn)采用3扇區(qū)，共用3臺(tái)RRU設(shè)備，交流直供方案投資如表4所示。

表4 交流直供方案投資的相關(guān)數(shù)據(jù)

2.8 C-RAN電源解決方案選擇

從不同維度對(duì)各電源技術(shù)解決方案進(jìn)行性能特點(diǎn)分析，建議應(yīng)用場(chǎng)景如表5所示。

表5 RRU端電源方案特點(diǎn)及選擇

3 結(jié) 語(yǔ)

C-RAN的特點(diǎn)使得C-RAN在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋應(yīng)用方面具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，是減少建設(shè)投資、減低運(yùn)維成本、減少機(jī)房選址、增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、對(duì)抗干擾的有效手段，得到了移動(dòng)運(yùn)營(yíng)商的高度重視。隨著3D-MIMO等技術(shù)[7]及5G大帶寬的應(yīng)用[8]，人們對(duì)電源容量的要求越來(lái)越高，推動(dòng)著電源及電池技術(shù)的不斷進(jìn)步。未來(lái)，電源及電池方案將朝著大容量、小型化以及智能化方向發(fā)展，進(jìn)一步促進(jìn)了C-RAN建設(shè)模式的發(fā)展與落地。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有電源技術(shù)方案及其演進(jìn)技術(shù)進(jìn)行深入研究，結(jié)合C-RAN的技術(shù)特點(diǎn)及現(xiàn)場(chǎng)電源資源優(yōu)勢(shì)，將電源技術(shù)、資源與C-RAN建設(shè)全面融合，以構(gòu)建全新、全面的C-RAN電源解決方案，更好地推動(dòng)TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。