分布式基站防雷研究

王华刚，罗森文，关强华，陈少川

（中国电信股份有限公司广州研究院，广州 510630）

1 引言

分布式基站将射频和基带处理单元分离，由基带处理单元BBU 和拉远单元RRU 两部分组成，给网络安全运营引入了新的雷击风险和安全问题。笔者依据其防雷特点及差异性，结合现网实际运营经验，重点阐述了分布式基站的防雷特点与关键指标。

2 分布式基站差异性与防雷特点

2.1 差异性分析

分布式基站与传统宏基站主要的差异是RRU拉远系统：RRU拉远系统包括直流、控制、信号、GPS、微波、光传输设备等方式，其采用的传输介质有射频电缆、控制线、直流馈电线、中频电缆、光缆等。这些拉远系统由于暴露在外部环境，其传输介质在LPZ0B 区（除光缆以外，这些传输介质均采取同轴电缆或综合电缆的形式，实际属于LPZ0B与LPZ1的临界区），因此增加了雷电引入的风险。

剖析分布式基站的组成，其防雷要求有别于传统的宏基站，重点差异性如下：

（1）塔顶设备是有源的，RRU有3根电源线上塔供电,电源线穿越了不同的LPZ区域。

（2）GPS天线是有源的，天线里面有低噪放，也穿越了不同的LPZ区域。塔顶存在有源设备，抗过压能力比宏基站低；GPS天线暴露在严酷的电磁环境下，处于LPZ0B区域内，其馈线感应雷也可能损害机房设备。

（3）RRU与天线间的馈线虽然较短，但数量多，且处于避雷针旁，电磁环境恶劣。

（4）引入塔顶电源线，增加感应雷损害概率，电源屏蔽线处理的好坏直接影响室内外设备。

（5）采取光缆拉远时，RRU系统遭受雷击时可能损坏的设备包括与RRU直接相连的直流拉远系统、GPS、电源设备等。

2.2 防雷特点

分布式基站采用的典型安装方式，其应用场景及防雷特点可细分为3类。

场景一、市区站：RRU在室外集中挂墙或抱杆安装；BBU在室内安装。

（1）多个RRU在室外集中布放时，RRU设备统一接到室外接地排，室外接地排使用35mm2的电缆就近接到建筑物的防雷地网上。

（2）室内直流防雷箱使用35mm2的电缆连接室外接地排。

（3）当机房所处的位置不同，其室内防雷箱接地线的长度不同，如果该机房处于楼房比较低的位置，则室内防雷箱到室外地排的地线比较长。

（4）在某些安装位置，存在室内防雷箱接地线无法引出的问题。

场景二、市郊站：RRU在室外抱杆安装；BBU采用室外一体化机柜安装。

（1）如果室外电源柜和RRU之间的电源线长度不超过10m，RRU侧可不接室外防雷箱，室外电源柜内的输入输出侧自带防雷器，不用另外加防雷箱。此时室外柜与RRU可共用一个接地汇流排。

（2）如果室外柜与RRU之间电源线长度超过10m，RRU侧应设置室外防雷箱，并设置单独的接地汇流排。

（3）室外柜应采用截面积不小于35mm2的多股铜线就近与接地排相连。

（4）RRU的接地线长度宜小于2m。

（5）RRU及室外防雷箱应采用截面积不小于16mm2的多股铜线就近与接地排相连。

场景三、乡村站：RRU铁塔上安装，BBU机房室内安装。

（1）铁塔可以利用独立的避雷针接地引下线，也可以利用塔体作为泄放通道，接地引下线可采用镀锌扁钢，建议不使用带有绝缘护套的多股铜线。

（2）铁塔地网应与机房地网相连，从地网中分别引出接地端。

（3）对于楼顶铁塔，塔脚应在不同方向与避雷带多处连接。机房接地引入线的接地端宜引接至建筑内部原有的PE接地端子或建筑内墙的钢筋，当条件不允许时，也可从避雷带上引接，此时应避开建筑物四角并远离铁塔塔脚在避雷带的连接处，其距离应大于5m。

（4）铁塔距馈线窗距离大于5m时，需在电源线离开铁塔处将其屏蔽层接地。

（5）室外防雷箱与RRU之间安装距离宜小于1m。

（6）机房内应采用环形（推荐）或星形接地，将机房内各设备做等电位连接。

（7）给RRU馈电的直流电源在机房内应安装室内防雷箱保护。

3 分布式基站防雷关键指标

3.1 雷击风险分析

雷电流进入基站的可能途径有：（1）天馈线引雷；（2）RRU的电源线产生暂态过电压；（3）交流电源引雷；（4）光缆引雷；（5）地电位反击；（6）空间电磁感应。

3.2 BBU及RRU设备防雷

笔者对BBU/RRU设备可能遭受雷击损坏的端口进行了分析，结合实践经验和行业规范，规定了分布式基站需要防护的端口及防护等级，见表1。

表1 分布式基站防雷端口、等级

3.3 交、直流电源端口防雷

分布式基站的低压交流配电系统应采用多级保护、逐级限压，将雷电过电压限制在设备能承受的范围内。

第一级(B级)防雷箱应安装在总配电箱旁，其最大通流容量不小于60kA；第二级(C级)应设在开关电源设备内部，其最大通流容量不小于40kA，两级SPD间的退耦距离应大于5m。电源端口防雷分级见表2。

表2 电源端口防雷分级

针对RRU直流馈电的特点，直流电源端口防雷还需特别采取如下防雷措施：

（1）来自RRU的电源馈线须经直流防雷箱后再接入机房电源柜。

（2）RRU的电源线需要屏蔽线；屏蔽线应在馈线窗外可靠接至室外地排。

（3）需加装直流防雷箱，该直流防雷模块电路拓扑可参考图1。

图1 直流防雷模块电路拓扑

3.3 等电位连接

基站机房宜采用均压环进行等电位连接，交流电源进线处应设置总接地排，设备侧应设置二级汇流排，在机房内沿走线架或墙壁设置环形接地汇集线，环形接地汇集线应多点就近与地网连通，机房内设备由环形接地汇集线就近接地，连接方法见图2。

图2 采用均压环进行等电位连接

3.4 光缆的综合保护

光缆进入基站有两种接地方式：一种是采取在终端杆处将光缆加强芯及金属外护层断开并接地的方式；另一种是光缆直接引入在机房内接地的方式。

（1）光缆金属构件断开方式。

光缆进入机房前在终端杆处可先将其加强芯及金属外护层在光端盒中断开并直接接地，光缆由光端盒至机房内机架要求采用非金属光缆。

（2）光缆金属构件直接引入方式。

光缆进入机房后，如果有光缆接头盒，则光缆金属加强芯和金属护层在接头盒内接地，然后再引到光端机或综合柜中。

如果光缆进入机房后直接进入综合柜，则应将光缆金属加强芯和金属护层直接接在与机架绝缘的专用接地排上，并用不小于16mm2的多股铜线引接到站内总接地汇流排。

（3）当光缆采用架空方式引入无线基站时，钢绞线可采取两种保护方式：一种是将悬挂光缆的钢绞线通过加绝缘子不接地；另一种是将钢绞线直接接入基站地网。

3.5 GPS防雷

GPS避雷器应靠近基站BBU安装，并可靠接地，其最大放电电流应大于15kA（8/20μs）；如安装在铁塔上，则GPS馈线需要至少三点接地；如安装在其它位置，则建议GPS全程绝缘安装。

4 结语

分布式基站方兴未艾，各大运营商均高度重视网络的安全运营，通过近年来的建设、探索，各移动通信运营企业积累了宝贵经验，取得了一定的进步。中国电信在广东开展了分布式基站雷击保护的试点现网研究、防雷工程改造，取得了一定的成效。该试点获取的网络安全防护运营经验和研究成果，有力保障了移动网络的安全运营，其中的关键性能指标，已部分形成了行业标准和规范，并将进一步推动3G网络建设的快速发展。