5G基站电源低成本建设举措

刘 震，钱 义

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

当前，我国5G网络建设步伐加快，已建成5G基站近8.5×105个，形成全球最大5G独立组网网络，5G行业应用创新案例已超过1×104个[1]。

由于5G使用高频段，传播损耗大，因此要求的天线口发射功率高，5G AAU引入了Massive MIMO技术，从空间维度来提升系统信道容量和信号覆盖范围，相比4G RRU大幅增加了通道数[2,3]。目前，运营商主流AAU以64通道和32通道为主，最大可实现16流MU-MIMO，是4G的4倍[4]。5G带宽以100 MHz为主，是4G的5倍，更多的通道数和更大的带宽都将导致5G AAU的能耗比4G RRU高很多。

截至2021年5月底，全国已累计建设开通5G基站近8.5×105个，5G终端连接数超1.3×108台[5]。5G应用主要分为增强型移动带宽（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、海量机器连接类通信（massive Machine Type Communication，mMTC）以及高可靠低时延通 信（ultra-Reliable and Low Latency Communications，uRLLC）3类业务[6]。此3类业务要应对的带宽与连接并发率很高，且运行保障时间特性不一致，因此对电能的支撑容量要求必然高[7]。其要求既能保证5G基站的正常运行供电，又能在通信运营商面临降本增效的压力下实现节能减排、降本增效，降低电费成本支出是有待深入探讨的问题。

1 低成本建设方案

为了降低5G建设维护成本，本文使用一体化智能备电设备方案进行5G建设。

1.1 接电方案

传统5G AAU设备的接电方式为市电引入交流配电箱，从交流配电箱选择接电端子通过交流电源线连接至AC/DC转换器（交转直模块），再由AC/DC转换器（交转直模块）通过直流电源线连接至传统AAU设备整个供电方案[8,9]。如图1所示，以S111站型为例，安装交流配电箱需1人耗时15 min，安装AC/DC转换器（交转直模块）需两人耗时30 min，不包含线缆的布放[10]。

图1 传统接电方式

市电引入一体化智能备电设备后直接通过直流电源线连接至AAU设备，此种方案只需要安装一套一体化备电设备，无需AC/DC转换器（交转直设备），全程需两人耗时30 min，节省了安装配电箱和AC/DC转换器（交转直设备）的人工，提高了约30%的效率。一体化备电设备接电方式如图2所示。

图2 一体化备电设备接电方式

1.2 不同建设方式安装说明

不同建设方式安装说明如表1所示。

表1 不同建设方式安装说明

当前情况下，一体化直流配电设备适用于室外宏站、高铁以及小区等场景，室内分布系统暂不适用。

1.3 安装场景

（1）落地站（无机房或塔基低于700 mm）。场景特点包括两点，一是原有机柜基础可以利旧安装抱杆，二是无任何基础可供新增抱杆供一体化机柜安装。配套建设也包括两点，一是利旧原有机柜基础，新增1.5 m抱杆，二是现场无任何基础的需建水泥基础，新建1.5 m抱杆，一体化电源柜附抱杆安装。（2）落地站（有机房或塔基高于700 mm）。场景特点为塔基或塔周边机房、围墙满足一体化电源柜附墙体安装，配套建设为附墙体安装，无需建设基础。（3）楼顶站（女儿墙或塔基高于700 mm）。场景特点为塔基或女儿墙高度满足一体化电源柜附墙体安装，配套建设为附墙体安装，无需建设基础。（4）楼顶站（女儿墙或塔基高度较低于700 mm）。场景特点为一体化机柜无附墙安装空间，原有机柜基础无法利旧安装抱杆，配套建设为新增1.2 m配重块抱杆，一体化电源柜附抱杆安装。

2 可行性分析

为了验证该电源柜在满载情况下能否满足5G、4G主设备最大负载情况下的供电要求，本次测试针对不同场景、不同厂家的5G AAU设备满载与正常负载情况下一体化智能备电机柜运行状况，共选取7个站点进行测试，具体情况如表2所示。

表2 测试站点

3 测试方案

设备运行稳定性能的测试中，对其中5个使用了一体化智能机柜的新建5G站点，运行1个月后对设备稳定性能及现场性能进行测试。设备输出性能的压力测试中，将直流机柜的8个输出端全部接满负载，验证其输出能力能否满足设备的运行；将设备电源线长度设置成100 m，验证其输出电压在直流长距离供电时能否满足主设备的运行；将AAU、RRU的设备负载模拟加载到最大，验证每个输出端最大负载时，能否满足设备的正常运行。

本次对站点1、站点2、站点3、站点4以及站点5等5个基站进行了一般情况下性能测试，对站点6和站点7两个基站进行了满载、电源线拉长测试。

4 测试结果

4.1 站点1

本次测试站点1选取了3台厂家A的5G AAU设备进行测试，选取的电源线长度分别为20 m、35 m、55 m，选取的电源线径为10 mm2。经现场测试、理论计算、设备网管数据判断等，该站点一体化智能机柜输出电流电压等数据均为正常范围，主设备均可正常启动且运行平稳。

4.2 站点2

站点2选取了3台厂家A的5G AAU设备进行测试，选取的电源线长度均为60 m，电源线径为10 mm2。经现场测试、理论计算、设备网管数据判断，该站点一体化智能机柜输出电流电压等数据均为正常范围，主设备均可正常启动且运行平稳。

4.3 站点3

站点3选取了3台中兴5G AAU设备进行测试，选取的电源线长度均为50 m，电源线径为10 mm2。经现场测试、理论计算、设备网管数据判断，该站点一体化智能机柜输出电流电压等数据均为正常范围，主设备均可正常启动且运行平稳。

4.4 站点4

站点4选取了两台厂家A的5G AAU设备，选取的电源线长度均为10 m，电源线径为10 mm2。经现场测试数、理论计算、设备网管数据判断，该站点一体化智能机柜输出电流电压等数据均为正常范围，主设备均可正常启动且运行平稳。

4.5 站点5

站点5选取了1台厂家A的5G AAU设备，电源线长度为12 m，电源线径为10 mm2。经现场测试数、理论计算、设备网管数据判断，该站点一体化智能机柜输出电流电压等数据均为正常范围，主设备均可正常启动且运行平稳。

4.6 站点6

站点6选取了3台厂家B的5G AAU设备、3台1.8G RRU设备以及两台800M RRU设备进行测试。经测试，未满载情况下，后台功率保持在3 000 W左右，一体化机柜的输出功率保持在3 000 W左右，机柜输出功率能够满足设备正常运行。满载情况下，AAU、RRU设备的后台功率保持在4 200 W左右，一体化机柜的输出功率保持在4 200 W以上，峰值情况下达到4 800 W（工作电流增大，电源线损耗功率增大），接近该机柜最大输出功率，机柜输出功率能够满足设备正常运行。

4.7 站点7

站点7选取了3台厂家A的5G AAU设备和3台1.8G RRU设备进行测试。经测试，未满载情况下，后台功率保持在2 000 W左右，一体化机柜的输出功率保持在2 000 W左右，机柜输出功率能够满足设备正常运行。满载情况下，后台功率保持在2 800 W左右，一体化机柜的输出功率保持在3 000 W左右（工作电流增大，电源线损耗功率增大），未达到该机柜最大输出功率，机柜输出功率能够满足设备正常运行。

5 结果分析

本次所测试站点6和站点7两个基站所使用一体化电源柜均能稳定输出56 V电压，保证AAU稳定运行。在满载测试中，结合后台数据与现场测试，负载6台AAU、RRU时，该机柜能在正常功率范围内稳定运行；负载8台AAU、RRU时，该机柜负荷接近最大值。

6 造价测算

当铁塔为1家运营商独享时，运营商选择一体化智能备电设备的投资与铁塔提供的直流电租金增加对比，最长需3.6年回收成本，最短1年回收成本；当铁塔为两家运营商共享时，运营商选择一体化智能备电设备的投资与铁塔提供的直流电租金增加对比，最长需5.1年回收成本，最短1.5年回收成本；当铁塔为3家运营商共享时，运营商选择一体化智能备电设备的投资与铁塔提供的直流电租金增加对比，最长需5.9年回收成本，最短1.8年回收成本。

增加的投资回收后，运营商侧无需再增加对基站的其他配套投资，每基站每年可减少5G租金1 400～4 600元。以某地市每年建设1 000个基站为例，每年可节省投资（1.4～4.6）×106元，5年建设期可节省（0.7～2.3）×107元。

7 结 论

5G的重要性不言而喻，当前情况下，如何让运营商在5G的建设上降低成本支出又不影响网络质量是重中之重，本文通过实验验证、造价对比认为一体化智能备电设备方案具有可行性，这为运营商低成本建设5G基站提供了新的解决方案。