［古亦聰 陳儒］

1 引言

為應(yīng)對(duì)爆炸性的移動(dòng)數(shù)據(jù)流量增長(zhǎng)、海量的設(shè)備連接、不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務(wù)和應(yīng)用場(chǎng)景，第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5G）應(yīng)運(yùn)而生。5G網(wǎng)絡(luò)面向增強(qiáng)型移動(dòng)寬帶、大規(guī)模機(jī)器通信、高可靠低時(shí)延通信三大業(yè)務(wù)場(chǎng)景，以全新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒級(jí)的傳輸時(shí)延和千億級(jí)的連接能力，開啟萬(wàn)物廣泛互聯(lián)、人機(jī)深度交互的新時(shí)代。通過(guò)近5年的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，中部某省基本實(shí)現(xiàn)城區(qū)、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)連續(xù)覆蓋，農(nóng)村熱點(diǎn)區(qū)域覆蓋，高鐵、3A以上景區(qū)、工業(yè)園、高校等重點(diǎn)場(chǎng)景全覆蓋，“5G部署，配套先行”，存量機(jī)房的配套梳理和排查勢(shì)在必行，5G網(wǎng)絡(luò)部署的基站配套中機(jī)房空間不足、電源系統(tǒng)不足、天面空間不足等情況成為配套先行的主要短板，尤其5G單基站功耗約為4G的3倍，導(dǎo)致機(jī)房電源系統(tǒng)承擔(dān)較大壓力，交流引入線徑不足、蓄電池線徑不足問(wèn)題成為機(jī)房配套改造最易忽視、最難改造部分，各種電源系統(tǒng)連接電纜如圖1所示。

圖1 5G基站電源系統(tǒng)瓶頸

2 基站電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

基站電源系統(tǒng)主要由：交流引入、開關(guān)電源、蓄電池組、電源分配單元4個(gè)部分構(gòu)成[1]。引入5G基站部署后，基站電源系統(tǒng)主要存在容量不足問(wèn)題也在于這4個(gè)部分，某省省會(huì)城市通過(guò)大量基站摸排后總結(jié)分析，交流引入線徑不足、蓄電池線徑不足不但不能滿足5G基站正常運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷，線徑不足引起的電源線自燃可能造成基站重大安全隱患。

2.1 交流引入容量及線徑現(xiàn)狀

自有基站：密集城區(qū)基站，交流市電引入容量為25～30 kW，一般市區(qū)、城郊及縣城基站交流市電引入容量建議為20 kW，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村基站交流電源引入容量為15 kW（自建變壓器的基站，變壓器容量建議按照20 kVA選定）。

鐵塔基站：一般市區(qū)、城郊及縣城基站，交流市電引入容量要求不小于20 kW（自建變壓器的基站，變壓器容量按照30 kVA 選定），農(nóng)村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)偏遠(yuǎn)末端基站，交流電源引入容量要求不小于10 kW（自建變壓器的基站，變壓器容量按照20 kVA 選定）。

以某省省會(huì)城市為例，自有機(jī)房比例約5%，現(xiàn)網(wǎng)城區(qū)站點(diǎn)基本實(shí)現(xiàn)交流引入在20～25 kW配置，交流引入線徑約70%機(jī)房采取4×25 mm2配置，20%機(jī)房采取4×16 mm2配置，少量匯聚機(jī)房采取4×35 mm2配置。

2.2 蓄電池容量及線徑現(xiàn)狀

自有基站：城區(qū)及縣城基站按照2小時(shí)備電時(shí)長(zhǎng)考慮蓄電池配置，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村基站按照4小時(shí)備電時(shí)長(zhǎng)考慮容量配置，存量機(jī)房約85%蓄電池線徑為70 mm2配置，少量采取95 mm2配置。

鐵塔基站：城區(qū)及縣城基站按照3小時(shí)備電時(shí)長(zhǎng)考慮蓄電池配置，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村基站按照5小時(shí)備電時(shí)長(zhǎng)考慮容量配置，存量機(jī)房約90%蓄電池線徑為70 mm2配置，少量采取95 mm2配置。

3 基站電源系統(tǒng)線徑分析

基站電源系統(tǒng)主要分為直流供電系統(tǒng)和交流供電系統(tǒng)，在市電供電正常時(shí)，直流供電系統(tǒng)主要通過(guò)開關(guān)電源實(shí)現(xiàn)基站交流轉(zhuǎn)直流，實(shí)現(xiàn)基站機(jī)房5G設(shè)備、其他無(wú)線設(shè)備、傳輸設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備等直流設(shè)備供電；市電斷電時(shí)，則由蓄電池組為基站設(shè)備提供直流供電保護(hù)，如圖2所示。蓄電池線徑配置主要滿足斷電前開關(guān)電源所帶設(shè)備載流量；基站交流供電系統(tǒng)主要由市電引入后進(jìn)行交流分配，實(shí)現(xiàn)基站機(jī)房空調(diào)、照明及其他交流設(shè)備的電源供電。在機(jī)房供電系統(tǒng)測(cè)算過(guò)程中，由于考慮交流引入、蓄電池線徑無(wú)法多次擴(kuò)容，建議交流引入容量及斷路器開關(guān)大小、蓄電池線徑按照設(shè)備最大功耗取定（設(shè)備滿配置滿負(fù)荷情況下考慮一定冗余的功耗值），但開關(guān)電源、蓄電池可采取多種靈活方案擴(kuò)容，可按照設(shè)備典型功耗配置（設(shè)備在一般配置正常負(fù)荷情況下的實(shí)際平均功耗值）。

圖2 基站電源供電系統(tǒng)

3.1 開關(guān)電源容量（計(jì)算蓄電池線徑）

開關(guān)電源容量=（無(wú)線/傳輸/監(jiān)控設(shè)備典型功耗+電池組充電功耗）/開關(guān)電源效率（一般取90%）

其中無(wú)線/傳輸/監(jiān)控設(shè)備典型功耗=5G設(shè)備功耗+其他無(wú)線設(shè)備功耗+傳輸設(shè)備功耗+監(jiān)控設(shè)備功耗

其中電池組充電功耗=充電電流×48=電池組容量×0.1×48

電池組容量=（無(wú)線設(shè)備電流/傳輸及監(jiān)控設(shè)備典型功耗/48）×1.25×放電時(shí)長(zhǎng)/容量系數(shù)/溫度補(bǔ)償系數(shù)

3.2 交流引入容量（計(jì)算交流引入線徑）

交流引入容量=開關(guān)電源容量（設(shè)備按最大功耗計(jì)）+空調(diào)電功耗+照明及其他功耗

其中開關(guān)電源容量計(jì)算方式如3.1。

其中空調(diào)電功耗=冷負(fù)荷/能耗效比（2.5）

空調(diào)冷負(fù)荷=機(jī)房面積×0.1+無(wú)線/傳輸/監(jiān)控設(shè)備負(fù)荷

通過(guò)計(jì)算交流引入容量和開關(guān)電源容量方式獲得導(dǎo)線電流，根據(jù)RVVZ多芯電纜線徑和載流量對(duì)應(yīng)表查詢相關(guān)線徑配置，如表1所示。

表1 多芯電纜載流量與線徑對(duì)應(yīng)表[2]

3.3 典型滿配基站（不含拉遠(yuǎn)BBU）電源線線徑配置

目前由于各廠家基站設(shè)備芯片研發(fā)尚未完全成熟，5G基站設(shè)備功耗顯著高于4G基站水平，5G基站設(shè)備引入對(duì)現(xiàn)有的機(jī)房配套提出較高的要求，S111站型單站點(diǎn)5G無(wú)線設(shè)備最大功耗建議可按照4.5 kW考慮，典型功耗按照3.2 kW考慮，4G基站設(shè)備、2G基站設(shè)備、NB基站設(shè)備、傳輸設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、照明及其他設(shè)備功耗通過(guò)綜合某省現(xiàn)網(wǎng)情況進(jìn)行綜合確定，基站設(shè)備功耗如表2所示，其他設(shè)備功耗如表3所示。

表2 5G基站設(shè)備功耗

表3 其他直流設(shè)備功耗

（1）5G+F+D+FDD900+FDD1800基站（不含拉遠(yuǎn)BBU）蓄電池線徑配置。

①無(wú)線設(shè)備功耗

最大功耗=1+1.2×3+0.175×2+0.884×6+0.57×2+0.9 49×6=17 kW

典型功耗=0.7+1×3+0.55×2+0.68×6+0.21×2+0.73×6=13.7 kW

②傳輸設(shè)備功耗（考慮PTN+SPN）

最大功耗=0.375+0.65=1 kW

典型功耗=0.25+0.5=0.75 kW

③直流負(fù)載電流（直流功耗/48）

最大電流=18×1 000/48=375 A

典型電流=14.45×1 000/48=301 A

查表得可得典型滿配基站（不含拉遠(yuǎn)BBU）蓄電池線徑配置應(yīng)不低于120 mm2

（2）5G+F+D+FDD900+FDD1800基站（不含拉遠(yuǎn)BBU）交流引入線徑配置。

①開關(guān)電源容量=（17+1+1000×0.1×48/1 000）/0.9=25.3kW

②空調(diào)電功耗=（15×0.1+17+1）/2.5=7.8 kW

③交流引入電流[3]=交流引入容量/（交流引入電壓××cos（0.8））/0.8（安全系數(shù)）

④交流引入電流=(25.3+7.8)×1000/(380××cos（0.8）)/0.8=91 A

查表得可得典型滿配基站（不含拉遠(yuǎn)BBU）交流引入線徑配置應(yīng)不低于4×25 mm2，空開配置不低于100 A

4 小結(jié)

綜上分析，5G基站設(shè)備高功耗導(dǎo)致基站機(jī)房電源系統(tǒng)承壓，對(duì)存量基站機(jī)房配套改造提出了較高的要求，各省公司可根據(jù)本省自有基站機(jī)房、鐵塔基站機(jī)房配套現(xiàn)狀通過(guò)上述電源線徑測(cè)算法，對(duì)可能存在的交流引入線徑不足、蓄電池線徑不足的問(wèn)題機(jī)房提前進(jìn)行更新改造。