2020年1月10日第37卷第1期Telecom Power TechnologyＪａｎ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． １ ｄｏｉ：１０．１９３９９／ｊ．ｃｎｋｉ．ｔｐｔ．２０２０．０１．０８８通信技术现网5G基站电源配套改造的研究与应用张青松（中国通信建设集团设计院有限公司第四分公司，河南 郑州 450000）摘要：2019年6月，工信部正式向原有三家运营商及中国广电颁发5G商用牌照，预示将有4家运营商运营5G业务。针对5G中高频组网和5G主设备高功耗的特点，电源配套改造将给中国铁塔公司带来巨大挑战。因此，主要从主设备功耗、前期数据收集以及运营商网络结构性差异等方面出发，分场景分类型进行电源配套改造的研究。关键词：5G基站；电源配套改造；主设备功耗；数据收集；网络结构Research and Application of Power Supply Transformation of 5G Base Station in Current NetworkZHANG Qing-song（The Fourth Branch，China Communications Construction Group Design Institute Co.，Ltd.，Zhengzhou 450000，China）Abstract：In June 2019，the Ministry of industry and information technology officially issued 5G commercial licenses to the original three operators and China Radio and Television，indicating that four operators will operate 5G business. According to the characteristics of 5G medium and high frequency networking and 5G main equipment with high power consumption，the power supply supporting transformation will bring huge challenges to China Tower Corporation. Therefore，the research of power supply transformation is mainly from the aspects of power consumption of main equipment，data collection in the early stage and network structural differences of operators.Key words：5G base station；power supply supporting transformation；main equipment power consumption；data collection；network structure0 引 言随着2019年6月5G商用牌照的颁发，2019年下半年运营商开始展开5G基站建设，2020年5G将正式开启商用模式[1]。对于运营商，快速布局5G建设，为树立品牌、商用竞争抢夺先机显得尤为重要。对于中国铁塔公司，面对5G建设带来的规模大、时间紧、功耗高以及改造难度大等问题，制定一站一方案精细化设计，合理利用现有配套资源，结合监控数据，在降本增效的前提下，第一时间满足运营商交付需求。1 5G主设备1.1 5G组网演进5G RAN架构从4G的BBU、RRU两级结构将演进到CU、DU和AAU三级结构，如图1所示。天线CU/DU合设下沉汇聚机房侧采用射频模块与天线一体化集成（AAU）。5G建网初期采用CU/DU合设+AAU部署方案，中后期根据eMBB、URLLC和mMTC业务需求情况，逐步向CU、DU和AAU三层分离架构演进。1.2 主设备参数目前，主要影响网络建设的是AAU的尺寸、重量参数以及BBU、AAU功率参数。根据掌握的主流设备厂家最新设备，AAU外形及重量如表1所示。AAU集成了4G组网下RRU及天线的功能，设备的迎风面积低于4G设备，而重量略大于4G设备。根据目前5G功耗测试结果看，AAU功耗明显受负荷影响：（1）BBU功耗与所插板件相关，受业务负荷影响不大，BBU的功耗随着业务负荷的增加而增加，其平均功耗基本不变。CU云化部署RAN-CNIPCDNCU/DU合设集中部署综合接入机房基站机房CU+DUCPRI/eCPRI站点5G部署初期eCPRICU/DU集中部署DUeCPRIDUMECeCPRIDU+AAU5G灵活部署架构支持多种业务诉求图1 5G初期、中后期组网演进图收稿日期：2019-09-29作者简介：张青松（1985-），男，河南郑州人，本科，工程师，主要研究方向为无线通信工程规划、设计、咨询。（2）AAU功耗与业务负荷相关，50%负荷下平均功耗是100%负荷下的80%左右。· ２１５ · 2020年1月10日第37卷第1期表1 AAU（RRU+天线）外形尺寸及重量厂家华为华为中兴中兴大唐诺基亚贝尔4G尺寸（高×宽×深）/mm860×395×190795×395×220880×450×140880×490×1455×490×142900×480×144-面积/m0.340.310.40.430.440.43约0.522Telecom Power TechnologyＪａｎ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． １ 重量/kg404040424740约33当前，主流设备厂家设备功耗参数如表2所示。根据5G加载测算结果看，5G单站功耗是4G单站的2.5～3.5倍。在S111配置下，BBU空载和满载工作条件下，功耗变化幅度小，AAU满载基本是空载的2倍，因此AAU功耗增加是5G功耗增加的主要原因。2 电源配套改造2.1 基本数据搜集存量基站租户梳理：梳理现网存量站运营商租户典型功耗/WBBU330330315315250AAU850950980910350单系统2 8803 1803 2553 0451 300BBU1 1001 100700700350情况，制作图层，根据运营商网络结构判断存量站5G系统需求数量（移动1套5G系统、联通电信竞合1套5G系统），避免超配。运营商自留站梳理：根据现网存量站产权归属，梳理运营商自留站、铁塔产权基站，原则上运营商自留站自改需求，电源配套改造由运营商完成。开关电源与蓄电池信息梳理：登陆资管系统，提取存量站点开关电源型号，整流模块型号、数量、电池类型及容量。转供/直供电梳理：结合物业中心电费缴费记录表，梳理转供电站点明细。单相/三相电梳理：登陆运维监控系统导出近期交流输入线电压监控值，通过三线电压值，初步判断单相或三相电接入。2.2 电源配套改造测算流程精细化设计中，一站一方案涉及的因素较多，如前期的数据获取、数据分析、上站查勘、容量测算、方案制定和方案审核等。为便于方案准确制定，可按图2流程进行操作。表2 5G主流设备厂家功耗厂家华为华为中兴中兴4G最大功耗/WAAU1 0001 2201 4001 250500单系统4 1004 7604 9004 4501 850设备规格BBU5900+AAU5612BBU5900+AAU5613V9200+A9611 S35V9200+A9611 S26BBU配置BBU满配功率/WS111S111S111S111＜2 100＜1 300图1 电源配套方案改造测算流程图· ２１６ · 2020年1月10日第37卷第1期张青松：现网5G基站电源配套改造的 研究与应用Telecom Power TechnologyＪａｎ． １０，２０２０，Ｖｏｌ． ３７ Ｎｏ． １ 2.3 电源配套测算方法2.3.1 铅酸蓄电池容量测算计算公式： Q=K×(P43.2)×Tη×[1+α×(t−25)] （1）式中：Q为蓄电池容量（Ah）；K为安全系数，取1.25；P为通信设备实际负荷功率（W）；T为放电小时数（h）；η为放电容量系数，详见表3；t为实际电池所在地最低环境温度数值，所在地有采暖设备时为15 ℃，无采暖设备时为5 ℃；α为电池温度系数（1/℃），当放电小时率≥10时取α=0.006，当10＞放电小时率≥ 1时取α=0.008，当放电小时率＜l时取α=0.01。表3 铅酸蓄电池放电容量系数表电池放电小时数T/h放电终止电压/V阀控电池1.650.480.51.70.451.750.41.70.5811.750.551.80.4521.80.6131.80.71.80.7961.80.8881.80.94101.81≥20≥1.8512.3.2 梯次电池容量测算计算公式： Q=K×a×(P1×T1+P2×T2)/51.2 （2）式中：Q为电池容量（Ah）；K为安全系数，取1.25；P1为一次下电侧通信设备工作实际功率（W）；P2为二次下电侧通信设备工作实际功率（W）；T1为一次下电侧设备备电总时长（h），应大于1 h；T2为二次下电侧设备备电总时长（h）；a为温度调整系数，寒冷、寒温I、寒温II地区取1.25，其余地区取1.0。2.3.3 开关电源容量测算计算公式： R=(P/43.2+Q/10)/η （3）式中：R为开关电源容量（A）；P为通信设备工作实际功率（W）；43.2为终止电压；Q为蓄电池组总容量（Ah）；10为电池充满电按10 h计算；η为容量系数，取0.95。2.3.4 空调容量测算计算公式： Q12=K×(Q1×1.06+Q2) （4）式中：1.06为指开关电源工作热效率补偿系数；Q12为基站空调总热负荷；K为分区域制冷系数，常规情况取K=1；Q1为机房内通信设备热负荷，Q1=机房内设备功率×0.8；Q2为建筑结构热负荷，Q2=单位面积热负荷×房间面积（单位面积热负荷基准150 W/m2）。2.3.5 市电容量测算计算公式： P={(P通信设备+P电池充电)/η+P空调+P照明+P其他}/0.9 （5）式中：P通信设备指机房内远期规划化的所有通信设备（包含现有设备+新增设备）的额定功耗之和， P电池充电=电池容量×0.1×56.4/1 000 kW；η指开关电源的效率，一般取0.9。市电引入容量根据基站远期规划容量配置。在通信负载最大功率工作时，还需要同时满足蓄电池充电和温控系统最大负荷需求。典型市电引入配置，如表4所示。表4 典型市电引入配置表序2～4G 5G AAU5G CU/ 总功耗/ 市电容量 铝芯电缆 号系统数/套数/个DU数/个kW需求/kVA线径/mm213113144×3526219214×35329327304×33520234×3556627304×35631141×35762232×35839329334×35935232×35106628314×35113119224×35126225274×351349331344×35143525274×35156631344×35163121234×35176227304×3518593323×35193527304×352066323×352131242×35226229324×352369335394×35243529324×35256635394×35上述电缆线径按600 m以内的电缆长度计算。超出600 m建设场景，电缆线径应根据电缆敷设环境和电缆实际长度进行核算。3 结 论本文通过对运营商网络结构、设备选型和组网方式的分析，结合运维系统数据和查勘数据进行测算，在存量站资源可调配的前提下进行精细化设计，既满足客户交付时间需求又能降本增效，可为以后5G电源配套改造工作提供参考。参考文献：[1] 梁 晖，姚利民.面向5G现网电源配套系统改造方案研究[J].通信电源技术，2019，36（6）：181-184.· ２１７ ·
