龔戈勇

（中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210009）

1 背 景

由于5G系統(tǒng)采用更高頻段進(jìn)行組網(wǎng)，單站點覆蓋區(qū)域更小，站點建設(shè)密度更高。為保證5G網(wǎng)絡(luò)的高速率和廣覆蓋需求，運營商需投入巨大的資金進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。促進(jìn)共建共享和綜合利用，優(yōu)先利用現(xiàn)有無線基站提高建設(shè)效率，將是5G網(wǎng)絡(luò)快速組網(wǎng)的重要保障。當(dāng)前，5G無線設(shè)備功耗較大，在共址建設(shè)時將導(dǎo)致機房電源系統(tǒng)出現(xiàn)容量緊張、空開資源不足等現(xiàn)象。如何以更快的速度、更合理高效的辦法利用機房現(xiàn)有的供電系統(tǒng)，是運營商建設(shè)部門在5G建設(shè)過程中考慮的問題。

2 5G系統(tǒng)對基站電源的需求

5G系統(tǒng)采用C-band大帶寬，結(jié)合M-MIMO技術(shù)和NR頻譜效率的提升，提升系統(tǒng)小區(qū)容量和傳輸速率。單載波可提供相比LTE單小區(qū)25～30倍的容量，但5G系統(tǒng)基站無線設(shè)備的功耗，也隨著系統(tǒng)傳輸速率的增加而不斷上升。通過對主流5G廠家設(shè)備進(jìn)行對比可知，當(dāng)前5G系統(tǒng)BBU單元的平均功耗將比LTE系統(tǒng)設(shè)備功耗增加2倍，集成了天線和RRU單元功能的有源AAU單元比傳統(tǒng)的RRU單元的功耗將增加2～3倍[1]。以一個標(biāo)準(zhǔn)的5G基站覆蓋3個小區(qū)（載波配置S1/1/1，包含1套BBU和3個AAU單元）為例，單站點的無線設(shè)備功耗將達(dá)5 kW。

因此，5G系統(tǒng)在提升無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速率的同時，也給站點工程建設(shè)帶來了巨大挑戰(zhàn)?？紤]到當(dāng)前5G規(guī)劃建設(shè)的站點目前大部分都存在中國移動、中國電信、中國聯(lián)通三家運營商共享的情況，機房內(nèi)本身已配置有2G、3G、4G系統(tǒng)多套無線設(shè)備，若在此基礎(chǔ)上再新增一套5G無線設(shè)備，現(xiàn)有基站機房的空間、電源等配套資源將非常緊缺。

3 現(xiàn)有匯聚機房的傳輸電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

隨著傳輸網(wǎng)絡(luò)上層節(jié)點設(shè)備的不斷下沉和機房選址難度的增加，越來越多的城區(qū)匯聚機房采用與無線基站進(jìn)行共址建設(shè)。普通匯聚機房屬于匯聚層的物理節(jié)點，在傳送網(wǎng)中起著承上啟下的作用，負(fù)責(zé)骨干匯聚層所收斂的區(qū)域內(nèi)業(yè)務(wù)的匯聚和疏導(dǎo)，提供一定的業(yè)務(wù)交叉和匯聚能力。機房內(nèi)大部分安裝有WDM/OTN、PTN、SDH/MSTP以及OLT等傳輸設(shè)備，可使用面積大于35 m2。設(shè)計初期時已考慮遠(yuǎn)期發(fā)展預(yù)留，電源系統(tǒng)配置能滿足中長期的傳輸設(shè)備擴容需要，具有較大的容量和較長的后備保障時長。該類機房市電引入級別一般要求不得低于一路三類市電，優(yōu)先采用直供電方式，初期考慮容量不低于100 kVA[2]。大部分匯聚機房內(nèi)配置了2套開關(guān)電源系統(tǒng)，少數(shù)機房甚至配置有3套以上開關(guān)電源系統(tǒng)。對應(yīng)的傳輸系統(tǒng)開關(guān)電源容量一般不低于-48 V/600 A，整流模塊采用N+1冗余方式配置且電源端子數(shù)量多，一般2×250 A主備用作為蓄電池輸出分路，6×32 A、8×63 A、6×100 A主備用作為設(shè)備輸出分路。

在無線設(shè)備和匯聚機房共址的機房中新增5G無線設(shè)備時，通常優(yōu)先使用原無線設(shè)備的電源系統(tǒng)。當(dāng)無線電源容量不足或無法滿足新增設(shè)備要求時，探討通過將5G無線接入容量充足且電源端子豐富的傳輸電源系統(tǒng)，可有效解決現(xiàn)有機房無線電源系統(tǒng)資源短缺的局面。

4 5G無線設(shè)備利用傳輸電源的應(yīng)用方案

4.1 現(xiàn)有機房資源情況

某城區(qū)無線設(shè)備與匯聚機房共址建設(shè)的站點設(shè)備平面布置如圖1所示，機房面積36 m2。機房內(nèi)已布置二排傳輸設(shè)備機架，一排無線設(shè)備機柜，還有部分無線BBU采用掛墻機框的方式安裝。因為該站點為主城區(qū)覆蓋的重要場景，網(wǎng)絡(luò)部門現(xiàn)規(guī)劃在該站點共址建設(shè)5G無線系統(tǒng)。

圖1 機房現(xiàn)有設(shè)備平面布置圖

機房內(nèi)無線設(shè)備和傳輸設(shè)備分別采用獨立的電源系統(tǒng)進(jìn)行供電。傳輸電源系統(tǒng)配置了一個-48 V/600 A組合開關(guān)電源柜，配置兩組1 000 Ah鉛酸蓄電池；無線電源系統(tǒng)配置了一個-48 V/600 A組合開關(guān)電源柜，配置2組400 Ah鉛酸蓄電池。其中，無線設(shè)備對應(yīng)的組合開關(guān)電源柜內(nèi)空開端子已全部用完，且無空余位置來新增空開模塊，如圖2所示。

圖2 機房現(xiàn)有無線開關(guān)電源柜空開及端子圖

機房內(nèi)無線系統(tǒng)和傳輸系統(tǒng)直流電源系統(tǒng)的負(fù)載情況如下。

（1）現(xiàn)有的無線設(shè)備系統(tǒng)有GSM900系統(tǒng)、DCS1800系統(tǒng)、TD-SCDMA系統(tǒng)、LTE（F頻段）系統(tǒng)、LTE（D頻段）系統(tǒng)及多個拉遠(yuǎn)站的近端BBU單元，對應(yīng)的無線設(shè)備功耗情況如表1所示。

由表1可知，當(dāng)前機房無線設(shè)備功耗為15 560 W，機房內(nèi)無線系統(tǒng)對應(yīng)的原有-48 V中的MCS3000D組合開關(guān)電源柜配置了50 A整流模塊8塊。經(jīng)核算，機房現(xiàn)有組合開關(guān)電源柜只能基本滿足現(xiàn)有無線設(shè)備的直流電源容量需求，無剩余容量滿足新增5G的BBU和AAU電源的功耗需求。

（2）機房內(nèi)現(xiàn)有的傳輸電源系統(tǒng)在建設(shè)初期考慮了中遠(yuǎn)期傳送網(wǎng)設(shè)備配置的要求，對應(yīng)的直流電源系統(tǒng)容量比較充足，現(xiàn)有傳輸設(shè)備功耗如表2所示[3]。

由表2可知，當(dāng)前機房傳輸設(shè)備功耗為14 200 W，機房內(nèi)傳輸系統(tǒng)對應(yīng)的原有-48 V艾默生PS48600組合開關(guān)電源柜，配置了50 A整流模塊12塊。通過核算，現(xiàn)有傳輸設(shè)備對應(yīng)的直流電源系統(tǒng)能夠滿足的功耗約為24 000 W。在保證一定冗余的情況下，該傳輸組合

開關(guān)電源柜還有6～7 kW的容量滿足新增設(shè)備的功耗需求。通過合理的分配使用，在保障現(xiàn)有傳輸設(shè)備用電安全的前提下，將新增5G無線設(shè)備接入傳輸電源系統(tǒng)，將能有效解決機房無線電源系統(tǒng)容量和空開不足的問題，從而實現(xiàn)該站點5G網(wǎng)絡(luò)的快速建設(shè)。

表1 機房現(xiàn)有無線設(shè)備功耗

表2 機房現(xiàn)有傳輸設(shè)備功耗

圖3 新增5G設(shè)備后的機房設(shè)備平面布置圖

4.2 5G無線設(shè)備利用傳輸電源的應(yīng)用方案

普通匯聚節(jié)點機房安裝有集客、WLAN及家庭寬帶等各類業(yè)務(wù)設(shè)備，其上層與骨干匯聚節(jié)點機房進(jìn)行傳輸連接，因此設(shè)備用電安全要求等級較高。在將無線設(shè)備接入傳輸電源系統(tǒng)時，首先需優(yōu)先保障原有傳輸系統(tǒng)設(shè)備的用電安全。因此，將5G無線設(shè)計方案提交給傳輸管理部門進(jìn)行審批是必不可少的流程。

審批流程如下：

（1）在匯聚機房中新增無線設(shè)備，需在傳輸綜資管理系統(tǒng)上提單進(jìn)行占用機架位置申請；

（2）完成系統(tǒng)提單后，把單號對應(yīng)的機房平面規(guī)劃圖發(fā)送給傳輸網(wǎng)管中心審核，需同步提供無線設(shè)計單位勘察時確認(rèn)的機架安裝位置、設(shè)備預(yù)占機架位情況等；使用傳輸電源需提供接入無線設(shè)備詳細(xì)的功耗情況說明、現(xiàn)有機房設(shè)備電源核算情況及設(shè)備上電申請表；

（3）無線圖紙審核通過后與管理系統(tǒng)工單進(jìn)行核對，一致后通過審批；

（4）無線設(shè)備接入傳輸電源占用申請通過后，設(shè)備上架時需在綜資管理系統(tǒng)上填寫設(shè)備關(guān)聯(lián)機架、電源等信息，完善傳輸綜資管理系統(tǒng)的相關(guān)設(shè)備信息。

無線設(shè)備與匯聚機房共址建設(shè)時，無線機柜位置不能隨意安裝。新增的5G無線機柜安裝位置要遵從一定的原則，要求如下：

（1）機房內(nèi)原有無線設(shè)備的，現(xiàn)在5G機柜與原有無線機柜并排，空間不夠或其他條件不滿足時要盡量靠近原有無線機柜；

（2）機房內(nèi)原沒有無線設(shè)備的，獨立配置一排空間供無線設(shè)備機柜使用，原則上不與傳輸設(shè)備緊靠或并排；

（3）對于機房空間不足的，則在空閑處與傳輸設(shè)備分兩段安裝，以利于后期設(shè)備擴容規(guī)劃。例如，機房僅剩一排，該排左側(cè)已有傳輸設(shè)備，則需選取右側(cè)“預(yù)留”空間作為無線機柜安裝起始點位置進(jìn)行分配；

（4）對于新建機房，則按前期溝通結(jié)果，靠墻處安裝無線設(shè)備機架，傳輸設(shè)備機架與無線設(shè)備機架以O(shè)DF為分隔。

根據(jù)以上的審核要求和機柜安裝原則，本站點新增5G無線機柜后的設(shè)備平面布置設(shè)計如圖3所示。本次新增一個落地19英寸標(biāo)準(zhǔn)無線綜合機架，5G BBU設(shè)備安裝在綜合架內(nèi)。

通過核算，新增5G設(shè)備的電源分配單元DCDU采用25 mm2的電源線接入現(xiàn)有傳輸組合開關(guān)電源機柜內(nèi)空余的125 A端子，對應(yīng)的BBU和AAU單元通過DCDU單元進(jìn)行取電。

5 結(jié) 語

基站電源配套改造作為5G站點建設(shè)的重要一環(huán)，直接影響5G的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度。本文通過探討5G無線設(shè)備利用現(xiàn)用匯聚機房傳輸電源系統(tǒng)，實現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的快速聯(lián)網(wǎng)接入。該方案在保障現(xiàn)有傳輸設(shè)備安全的前提下，可減少對應(yīng)的5G站點建設(shè)投資。