5G站点建设动力配套解决方案探讨

林铁力，谭路加，董 冰（.中国联通广东分公司，广东广州 5067；.中讯邮电咨询设计院有限公司广东分公司，广东广州 5067）

0 前言

政府在多个重要场合明确提出中国积极推进5G全球统一标准，逐步提升5G 话语权，实现5G 全球领跑。当前5G 使用3.5 GHz 频率，频段带宽100 MHz，为了保证一定的网络覆盖以及网络质量，5G 设备的功耗远大于LTE 设备。本文基于当前主流基站设备厂家的试验网产品的功耗，结合现网基站的动力情况，分析5G 基站设备对动力需求，给出相应的解决方案，为未来5G网络大规模快速部署建设提供必要的参考。

1 5G设备形态及对动力配套的需求分析

1.1 5G网络架构及设备形态

5G 时代，业务多样性对网络的灵活部署提出了更高的需求，5G RAN 架构将从4G 的BBU、RRU 2级结构演进到CU、DU 和AAU 3 级结构。天线侧采用Massive MIMO技术，射频模块与天线结合，一体化集成。

图1示出的是4G基站与5G基站架构对比。

集中单元（CU）是原BBU 的非实时部分分割出来的，主要处理低实时的无线协议栈功能，同时也支持部分核心网功能下沉和边缘应用业务的部署。

图1 4G基站与5G基站架构对比

分布式单元（DU）主要处理包括物理层功能和高实时的无线协议栈功能，满足uRLLC 业务需求，与CU一起形成完整协议栈。

AAU：有源天线、原RRU 及BBU 的部分物理层处理功能合并为AAU。

5G 部署初期，5G 设备形态优先选择CU/DU 合设方式（下称5G BBU 设备），未来随着5G 垂直行业等新业务需求增加，可基于MEC 边缘云，采用CU-DU 分离方式。同时结合机房条件、光纤资源，优先采用BBU集中放置方式（C-RAN）。

图2示出的是5G RAN架构设置方式。

图2 5G RAN架构设置方式

5G 主设备具有与现网4G 设备存在形态差异大、功耗大、重量重等特点。

1.2 5G站点对动力需求分析

动力需求主要涉及3个方面：外市电需求、蓄电池容量需求、开关电源模块需求。

1.2.1 外市电容量需求分析

结合5G 设备功耗情况，通过外电容量计算公式“市电引入容量=（P通信设备+P电池充电）/0.9+（P空调+P照明+P其他耗电）/0.95”确定5G站点的外电需求。

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及环控系统最大负荷需求，同时在前期网络建设阶段，考虑后期的网络扩容需求，外市电容量应至少预留1.5 kVA的容量。

1.2.2 蓄电池容量需求分析

根据GB 51194-2016 通信电源设备安装工程设计规范，5G 试验网设备功耗情况及后备时长等因素确定蓄电池改造方案。电池容量计算公式为：

式中：

Q——蓄电池组总容量（Ah）

K——安全系数，取1.25

I——负荷电流（A），区分一次下电与二次下电的负荷电流

T——放电小时数（h），区分一次下电与二次下电的放电小时数

η——放电电容系数，区分一次下电与二次下电的放电电容系数

t——实际电池所在地最低环境温度系数，所在地有取暖设备时按15 ℃考虑，无取暖设备时按5 ℃考虑

α——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＜1时，取α=0.01

1.2.3 开关电源模块需求分析

结合机房内设备功耗情况，确定机房内的开关电源容量需求：

开关电源的整流模块容量采用n+1（n≥1）配置方式。其中主用整流模块总容量应按负荷电流和蓄电池均充电流（10 h 充电电流）之和，并考虑0.95 的有效系数确定。n=主用整流模块总容量/50，向上取整。

1.3 5G站点动力需求核算结果

1.3.1 5G时代的站点分类

5G 网络的部署初期，优先选择CU/DU 合设方式，在这种情况下，可以考虑把5G 基站站址依据5G BBU的设置情况分为3 类，对于不同类型的站点差异化地进行动力配套需求核算。

表1示出的是5G基站站址分类。

1.3.2 DU集中机房动力需求核算

DU集中机房一般由普通机房改造，或者直接使用现有的4G 网BBU 集中机房作为DU 集中机房。DU 集中机房中，一般放置3～5 个5G 网络BBU，同时放置本站的3个AAU；无论是使用现有4G网络的BBU集中机房还是新建机房作为5G 网络的DU 集中机房，在动力配置时，都要考虑相应的4G BBU 集中放置。因此，在DU 集中机房中，需要考虑放置3～5 个4G 网络BBU 以及3个4G网络的RRU。

蓄电池组配置需求：4G、5G 网络的无线设备按一次下电2 h 备电考虑，传输设备按二次下电4 h 备电考虑。

其中：4G BBU集中数量按5个考虑，功耗按145 W考虑；RRU 按3 个考虑，每个按450 W 考虑；5G BBU 集中数量按5 个考虑，功耗按1 700 W 考虑；RRU 按3 个考虑，每个按1 500 W考虑；传输设备按500 W考虑。

根据电池的规格选择配置电池数量，DU集中机房配置2组800 Ah蓄电池组。

开关电源容量配置参考需求分析方法，容量需求=（5×145+3×450+5×1 700+3×1 500+500+800×2×48/10）/0.95/48=510（A），配置600 A的开关电源1架，配置模块=510/50+1=11.2，取整12块。

其中蓄电池组充电功耗按2 组800 Ah，10 h 均充考虑。

市电容量需求核算：核算市电容量，关键是核算空调的配置及功耗。

空调的功耗根据空调的配置来核算，空调的设置则根据机房内的制冷量需求进行配置，空调制冷量需求精确核算比较复杂，在基站机房的计算过程中可以采用简化的公式来计算。

空调制冷量Q=室内设备功耗+机房面积×0.16=4G BBU 功耗+5G BBU 功耗+传输设备功耗+照明环控功耗+蓄电池组充电功耗+机房面积×0.16=（5×145+5×1 700+500+500+800×2×48/10）/1 000+40×0.16=24.3（kW）。

其中：照明环控设备功耗按500 W 估列；机房面积按40 m2考虑。

5 匹的空调制冷量12.5 kW，DU 集中机房需配置2台5匹空调，总功耗7 350 W（1匹按735 W计算）。

根据市电容量计算公式：市电引入容量=（P通信设备+P电池充电）/0.9+（P空调+P照明+P其他耗电）/0.95=（5×145+3×450+5×1 700+3×1 500+500+800×2×48/10）/0.9+（7 350+500）/0.95=34 102（W）。

DU集中机房至少配置市电容量40 kVA。

1.3.3 普通机房基站动力需求核算

普通机房仅放置本站的4G 的BBU 及RRU、5G 的BBU 及AAU、传输设备，同时配置蓄电池组及空调。普通机房的机房面积按20 m2考虑，一次下电时长按1 h 考虑，二次下电时长按4 h 考虑，蓄电池充电均充时长按10 h考虑。

普通机房的动力需求参考DU 集中机房的方法计算。

表1 5G基站站址分类

配置2组300 Ah的蓄电池组。

开关电源容量需求=（1×145+3×450+1×1 700+3×1 500+500+300×2×48/10）/0.95/48=180（A），配置400 A的开关电源1架，配置模块=180/50+1=4.6，取整5块。

空调制冷量Q=（1×145+1×1 700+500+500+300×2×48/10）/1 000+20×0.16=9.8（kW），配置2台2匹空调。

市电引入容量=（1×145+3×450+1×1 700+3×1 500+500+300×2×48/10）/0.9+（735×4+500）/0.95=15 927（W），少配置市电容量18 kVA。

1.3.4 AAU拉远站点动力需求核算

AAU 拉远站点仅放置本站的4GRRU、5G AAU，BBU 及传输设备放置在DU 集中机房，一般不作备电要求。

市电引入容量=（3×450+3×1 500）/0.95=6 500（W），少配置市电容量8 kVA。

2 5G站点建设动力配套解决方案

2.1 蓄电池组配置解决方案

a）新增蓄电池容量的需求按照设备最大功率配置。

b）蓄电池均充电流按10 h充电电流计列。

c）计算得出电池容量需求后，在“配置电池容量（Ah）”满足“备电电池容量需求（Ah）”要求的基础上，通过新增或替换电池的方式，最终确定配置的电池规格和数量。

d）新增或替换电池，应考虑机房或新型一体化机柜安装空间的限制。新型一体化机柜电池柜单柜一般只能安装150 Ah的电池组。

2.2 开关电源需求解决方案

已有站址优先考虑现有电源扩容，根据现有和新增设备负荷需求，考虑蓄电池充电电流，判断现有开关电源是否满足需求，若不满足需求则有以下方案。

a）依据N+1 的配置原则，对整流模块进行扩容，扩容模块必须与原有型号完全一致；N=主用整流模块总容量/50，向上取整。

b）若满架容量较小，无法扩容，则考虑替换或新增开关电源。

c）若现有电源整流模块停产无法扩容，也考虑替换或者新增。

d）按照设备最大功率配置。

2.3 外市电需求解决方案

外市电引入应遵循如下原则。

a）新建的DU 集中机房或普通机房应尽量引入一路三类以上（含三类）的市电电源，重要的DU 集中机房应自建变压器。

b）利旧现有站址的情况下，如不满足交流引入功率要求的基站，应对外市电引入进行改造。

c）对于AAU拉远站址，可以考虑引入单相市电电源。

d）机房设置在学校、工厂等公用建筑，可以考虑借用业主电。

e）机房设置在居民楼或者小商铺等本身市电容量冗余并不充裕的区域，尽量考虑从供电局直接报装电。

3 结束语

5G 网络的大规模部署即将来临。动力配套作为5G 网络稳定可靠运行的根本保障，在启动网络部署之际，必须提前考虑到位，做好充分的准备。本文根据未来5G 网络基站的建设方式，把站址分为DU 集中机房、普通机房、AAU 拉远站址，分别给出相应的动力配置需求计算方式以及解决方案，为后续的5G网络大规模部署的动力配置设置提供参考。