0 引言

隨著5G 商用牌照的發(fā)放，三大運營商、鐵塔公司和設(shè)備商開始加速5G 基站建設(shè)，快速部署熱點城市、熱點區(qū)域的5G 網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)有基站的基礎(chǔ)配套改造需求變得越來越緊迫。

現(xiàn)有基站的配套能力如何滿足5G建設(shè)的需要，成為亟需面對和解決的問題。本文在分析三大運營商的5G 網(wǎng)絡(luò)特點和5G 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的基礎(chǔ)上，同時考慮多家運營商的共建共享，并根據(jù)5G 網(wǎng)絡(luò)實施情況分析5G基站的塔桅抱桿、電源和外電的配套改造方案。

1 5G網(wǎng)絡(luò)對基站配套設(shè)施需求的變化

1.1 5G頻段的優(yōu)劣

2018 年底工信部分配了5G 頻段［1］，中國電信（3 400～3 500 MHz）和中國聯(lián)通（3 500～3 600 MHz）獲得5G 主流頻段，產(chǎn)業(yè)鏈成熟，但因頻率高，5G 基站數(shù)量可能是4G 的1.5 倍左右。中國移動獲得2 515～2 675 MHz、4 800～4 900 MHz 非主流5G 頻段，5G 建設(shè)初期將以2.6 GHz 為主，雖產(chǎn)業(yè)成熟度較差，但頻段與4G-TDD 接近，其5G 基站數(shù)量與4G 基本持平。綜上，中國電信和中國聯(lián)通制式成熟度占優(yōu)，但中國移動的頻段占優(yōu)，同時中國移動5G 頻段更靠近中國移動的4G-TDD 頻段，5G 網(wǎng)絡(luò)可實現(xiàn)與4G 天線合路，使得工程建設(shè)更加方便快捷。從5G網(wǎng)絡(luò)實施情況看，中國移動的總體優(yōu)勢更勝一籌。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)隔離度的優(yōu)勢

通過運營商提供的5G 系統(tǒng)與現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)隔離度要求來看，5G系統(tǒng)相對以往通信系統(tǒng)的水平隔離度大幅減小，多家運營商5G 系統(tǒng)之間的隔離度低至0.1 m，垂直隔離度近似于零。5G 系統(tǒng)的隔離度優(yōu)勢給存量空間極其緊張的現(xiàn)網(wǎng)基站改造帶來了希望和曙光［2］（見表1）。

表1 各運營商5G系統(tǒng)與現(xiàn)網(wǎng)各系統(tǒng)的隔離度要求

1.3 5G天線設(shè)備的優(yōu)劣

5G 無線接入網(wǎng)設(shè)備主要有：有源天線單元（AAU）、分布單元（DU）和集中單元（CU）［3］。AAU 安裝于基站天面，DU、CU一般安裝于機房或局房。

通過運營商提供的5G 系統(tǒng)天線設(shè)備信息來看，5G 天線和設(shè)備整體趨于一體化和小型化，即天線和RRU 合為一體化天線。設(shè)備一體化和設(shè)備小型化極大地降低了天線設(shè)備的風(fēng)荷面積，5G設(shè)備的風(fēng)荷承載約為0.3，常規(guī)3G/4G 天線的風(fēng)荷承載約為0.6（常規(guī)天線尺寸為：400×1 500×150），給天線平臺資源緊張的塔站資源帶來很大福利。不利之處在于5G AAU 設(shè)備的用電功耗大大提升，單個AAU 的供電功耗是4G-RRU設(shè)備的2～3倍，給電源配套帶來很大的挑戰(zhàn)，特別是在多家運營商共址共站的場景。

主要廠商的AAU 設(shè)備和DU/CD 設(shè)備參數(shù)如表2和表3所示。

表2 主要廠商的AAU設(shè)備參數(shù)

2 5G基站配套改造淺析

2.1 塔桅抱桿的改造

目前主流5G天線設(shè)備均是一體化設(shè)備，即天線和RRU 一體化。AAU 天線風(fēng)荷承載約為0.3，遠小于普通天線的0.6。鑒于三大運營商現(xiàn)網(wǎng)天線制式和天線數(shù)量存在差異，根據(jù)5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)實施情況，3 家運營商的天線替換/新增建設(shè)方案如下：中國移動存量基站擁有最多制式和最多數(shù)量的現(xiàn)網(wǎng)天線，中國電信存量基站擁有最小制式和最小數(shù)量的現(xiàn)網(wǎng)天線，使得3 家運營商存量站擴容5G 網(wǎng)絡(luò)的難易程度有較大差異。中國移動合路、騰退利舊占比最大，改造建設(shè)容易，而中國電信新增天線占比最大，改造建設(shè)較難。

2.1.1 5G天線常用建設(shè)方案

5G 天線常用建設(shè)方案：優(yōu)先合路、騰退利舊抱桿或平臺安裝5G天線，新增抱桿或平臺安裝5G天線（見表4）。

2.1.2 5G常用的天面改造方案

a）樓頂抱桿改造方案。鑒于樓面抱桿站樓面空間緊張，嘗試?yán)f改造原有壓塊，改造或新增天線抱桿為兩側(cè)安裝。共享改造原先壓塊資源，可滿足2 家需求（見圖1）。

圖1 樓頂抱桿改造方案示意圖

b）樓頂美化外罩改造方案?？紤]到5G 天線設(shè)備的小型化，定制微型上下通風(fēng)型美化外罩（800×800×1 200），同時安裝可調(diào)節(jié)的抱桿固定件，便于后期優(yōu)化和調(diào)整天線方位角。

c）塔站改造方案。考慮到塔站資源緊張和承重壓力大，優(yōu)先合路天線改造，且承重檢測允許，騰退利舊空余平臺安裝5G 天線。試點階段大多塔站需要通過合路解決5G擴容的平臺困難，例如拆除樓頂塔站第1 平臺原有900 MHz 天線，騰退平臺安裝5G。第2 平臺合路原先的900 和1 800 MHz 為四端口天線。通過騰退利舊平臺和合路天線方式滿足5G 需求。對于塔站平臺較少且承重檢測允許的情景，無合路天線可改造，建議新增較低的天線平臺安裝5G 天線，或替換長抱桿上下錯位安裝5G天線。

2.2 電源配套的改造

5G網(wǎng)絡(luò)的天線設(shè)備雖體積小型化，但用電功耗大幅增加。常規(guī)5G 設(shè)備是4G 設(shè)備用電功耗的2～3 倍。5G單個AAU功率為1～1.5 kW，單家運營商3個扇區(qū)電源需求約為3～4.5 kW，考慮到DU 等傳輸設(shè)備的用電，3家運營商共建電源容量需求約為15 kW。

5G 擴容電源的改造思路可從拉遠站和機房站分別討論。

a）拉遠站：也即無機房站。一般基站安裝220 V的交流配電箱和1～2 臺壁掛開關(guān)電源箱，5G 擴容電源整改建議如下：

（a）交流電部分：新增三相380 V/100 A 交流配電箱，內(nèi)部配置6 路63 A 和6 路32 A 交流斷路器，滿足3家運營商中遠期的交流斷路器需求，同時為后續(xù)外電整改預(yù)安裝交流配電箱。建議交流取電斷路器不小于100 A，前后級的電源線線徑不小于16 mm2。

（b）直流電部分：新增-48 V/150 A 壁掛開關(guān)電源箱（配置至少6 路32 A 直流斷路器），鑒于壁掛開關(guān)電源箱直流輸出的典型效率約為90%和直流斷路器的冗余備份，建議單家運營商新增1 套-48 V/150 A 壁掛開關(guān)電源箱，2 家或3 家運營商新增共享2 套-48 V/150 A 壁掛開關(guān)電源箱。壁掛開關(guān)電源箱安裝方式通?？蓲靿Π惭b或壓塊支架安裝。交流取電斷路器不小于32 A，前后級電源線線徑不小于10 mm2。

b）機房站：有機房的基站常規(guī)電源引入為三相380 V，早期供電容量一般為20～30 kW，考慮到供電保障，5G 建設(shè)初期優(yōu)先建設(shè)有機房站。為滿足3 家運營商的差異化需求，5G 擴容電源整改建議如下：根據(jù)運營商DCDU（直流分配單元）供貨情況，機房的開關(guān)電源柜從100 A 以上熔絲或斷路器直流取電，運營商新增DCDU 給DU 和AAU 直流供電，或新增直流分路箱（配置至少6 路32 A 斷路器）給DU 和AAU 直流供電。直流取電電纜線徑不小于35 mm2。機房站常用電源改造思路如下：

（a）蓄電池在滿足備電要求的情況下利舊使用，如若不滿足要求需要擴容或替換。改造應(yīng)進行承重核算，優(yōu)先將原有蓄電池替換為梯級電池。

（b）開關(guān)電源柜改造應(yīng)遵循現(xiàn)網(wǎng)影響最小、安全可靠、造價最省的原則。開關(guān)電源柜優(yōu)先利舊改造，常規(guī)改造方式：新增擴容直流斷路器（含底座）、新增擴容整流模塊、替換嵌入式整流模塊等。

（c）開關(guān)電源柜容量充裕，整流模塊容量富余，但直流輸出分路不足，需要替換或新增100 A 以上直流斷路器，機房內(nèi)新增直流分路箱，再引接至新增5G AAU設(shè)備供電。

（d）開關(guān)電源柜容量不足，需擴容整流模塊后，在開關(guān)電源柜內(nèi)替換或新增100 A 直流斷路器，機房內(nèi)新增直流分路箱，再引接至新增5G AAU設(shè)備供電。

（e）機房距離天面新增天線位置距離大于100 m（部分運營商要求70 m），直流供電無法滿足，需通過機房的交流配電箱或交流配電屏內(nèi)的不小于45A交流斷路器，引接至天面新增壁掛開關(guān)電源箱，再引接至新增5G AAU設(shè)備供電。類似于拉遠站電源改造。

2.3 外市電的改造

5G 單系統(tǒng)設(shè)備功耗為現(xiàn)有無線網(wǎng)絡(luò)單系統(tǒng)功耗的3 倍左右，對基站外市電引入容量提出較大挑戰(zhàn)。外市電改造應(yīng)遵循現(xiàn)網(wǎng)影響最小、造價最省、工期最短的原則?？紤]到外電改造工程量巨大和投資較大，電源改造思路按照先安裝配套設(shè)備后外電改造，內(nèi)外電改造相輔同步協(xié)調(diào)進行。

針對不同基站類型對應(yīng)的外電改造需求如下。

a）機房站：常規(guī)建設(shè)用電容量一般為20～30 kW。根據(jù)3 家運營商共站供電估算，單家運營商多制式用電容量約為10 kW。如若業(yè)主供電或外電供電容量為30 kW，基本可滿足3 家運營商的現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)和5G 網(wǎng)絡(luò)的用電需求。若業(yè)主供電或外電供電容量為20 kW，基本可滿足2 家運營商用電需求，如要滿足3 家，外電需申請擴容改造。

b）拉遠站：常規(guī)建設(shè)用電需求一般為10～15 kW，拉遠站基本都需進行外市電改造。以滿足3家運營商需求。根據(jù)3 家運營商共站供電估算，單家運營商多制式用電容量約為10 kW。拉遠站需外電改造擴容至三相30 kW。

基站不同交流電源來源對應(yīng)的改造思路如下。

a）轉(zhuǎn)供電：是指從基站所在樓宇的業(yè)主總配電源取電。需與業(yè)主協(xié)商，業(yè)主核實原有低壓配電系統(tǒng)容量是否滿足基站擴容需求，業(yè)主需確認(rèn)容量滿足。需要從業(yè)主側(cè)引三相交流電源，業(yè)主側(cè)供電斷路器不小于100 A，且業(yè)主斷路器的前后側(cè)電纜至少在4×16 mm2規(guī)格以上，同時基站側(cè)整改一級交流配電箱為380 V/100 A 規(guī)格以上。如若業(yè)主無法滿足大容量基站負荷，需申請外市電并改造引入。

b）直供電：是指從電力公司申請引入市電供電。需核實原有交流電源是否為三相380 V，電源容量是否滿足30 kW 以上。如早期僅接入10～20 kW 容量的單相220 V 電源，需協(xié)調(diào)電力公司進行電源擴容改造升級，同時交流引入電纜規(guī)格至少在4×16 mm2以上，基站側(cè)整改一級交流配電箱為380 V/100 A規(guī)格以上。

3 結(jié)語

本文通過對比三大運營商5G 網(wǎng)絡(luò)頻段的差異、5G 系統(tǒng)的隔離度要求以及5G 設(shè)備相比常規(guī)通信設(shè)備的變化，簡析5G網(wǎng)絡(luò)對基站配套設(shè)施帶來的變化。然后結(jié)合5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)情況，從塔桅抱桿整改、電源配套整改和外電整改3 個方面，簡析應(yīng)對運營商常規(guī)5G 需求的改造思路，改造方案同時兼顧多家運營商共建共享的需求。可滿足不同運營商的配套改造需求，得到了運營商的認(rèn)可。對于鐵塔公司大量承接建設(shè)5G 需求和運營商自維自建基站建設(shè)有一定的指導(dǎo)性和前瞻性。