关于5G基站配套改造方案探讨

彭威城

（湖南省邮电规划设计院有限公司，湖南 长沙 410126）

0 引 言

预计截至2021年6月末，我国已有4G基站5.84×106个，5G基站9.61×105个。根据5G移动通信网络发展特征，其基站总数将超过4G，未来5G基站建设任务繁重。面对如此大规模的5G网络建设，5G基础配套设施建设是基本保证，其改造方案的研究很有必要。

根据我国中部省份某地级市2020年5G基站配套建设工程统计，5G基站配套需求共计2 344个，涉及物理站点1 869个，配套改造比例高达96.8%。按运营商5G系统数统计，涉及两套5G需求站点339个，占比18.1%，3套5G需求站点68个，占比3.6%。随着5G网络建设逐步深入，单站多系统需求将逐步增加，基站配套压力也越来越大，制定经济合理的配套改造方案尤为重要。

1 5G基站配套设施需求及挑战

5G设备形态不同于传统2G、3G、4G，新技术的采用，在5G基站配套改造过程中面临新的挑战。其中，5G引进Massive MIMO技术，采用的64通道AAU功耗是4G 8通道RRU的数倍，大量基站外市电和直流电源系统需进行改造[1]。另外，5G“天线”AAU集RRU与传统天线于一体，单扇区含安装件设备重量可达61 kg，而普通抱杆承载力一般不超过50 kg，因此大量站点需为5G新增独立抱杆，天面塔桅改造数量也必然增加。

目前，国内各运营商5G网络频段的使用情况如下，其中中国移动和中国广电的频段为700 MHz和2.6 GHz，中国电信和中国联通的频段为2.1 GHz和3.5 GHz。结合国内5G主流设备形态，5G配套需求参数如表1所示。由于5G BBU采用集中放置方式方案，故本文接入基站配套需求仅考虑5G AAU部分。

由表1可知，单站点一套5G系统按3扇区设置。新增一套5G系统增加的功耗约为3 kW，增加重量荷载可达180 kg。新增两套5G系统增加功耗约为6 kW，新增重量荷载达360 kg。新增3套5G系统增加功耗约为9 kW，新增重量荷载将达540 kg，这对于接入基站基础配套承载能力是一个很大挑战。

表1 5G配套需求参数表

2 5G基站配套设施改造方案

2.1 外市电改造

5G设备功耗高，对配套最直接的影响是已有站址外市电改造比例较4G建设大幅上升。基站外市电系统主要由市电接入点、供电方电表及断路器、交流电缆、基站交流配电箱组成[2]。在进行外市电改造时，应完成需求站点外市电现网及远期需求容量的核算，并据此选择最佳改造方案。外市电容量的计算公式为：

外市电引入容量=（现网设备实际功耗+5G设备功耗+空调功耗+照明等临时用电+蓄电池充电功耗）/功率因数 （1）式中，现网设备实际功耗为现网实际功耗的1.1倍（现场开关电源运行电流读数×1.1×54/1000），5G设备功耗根据新增设备功耗及需求系统数计算得出，空调功耗=空调输出功率×台数，照明等临时用电取0.5 kW，蓄电池充电功耗=蓄电池容量（A·h）×0.1×56/1000，功率因数取0.9。

在制定外市电改造方案时，应根据外市电容量需求、上级变压器容量、外电引入电缆线径及距离、现有交流配电箱配置等因素进行综合考虑。图1为外市电改造方案选择流程。

图1 外市电改造方案选择流程

2.2 直流电源配套改造

直流电源配套改造方案主要包括开关电源改造和蓄电池改造两个部分。

2.2.1 开关电源改造

开关电源改造包括对电源端子、整流模块以及开关电源的改造。运营商5G设备电源配套直接需求是提供两路100 A直流端子，为主设备直流配电单元供电。整流模块数量根据新增5G负荷后计算得出，按N+1冗余配置。整流模块数量N=（现网负荷+新增5G负荷+蓄电池总容量/10）/单模块容量，开关电源容量=现网负荷+新增5G负荷+0.1×蓄电池总容量。对于原开关电源容量无法满足需求的，需进行扩容或新增大容量开关电源。开关电源改造方案应综合考虑电源端子、整流模块以及开关电源等各类因素，图2为开关电源改造方案选择流程。

图2 开关电源改造方案选择流程

2.2.2 蓄电池改造

根据通信电源设备安装工程设计规范要求，蓄电池组的总容量为：

式中：Q为蓄电池组总容量，单位为A·h；K为安全系数，取1.25；I为负荷电流，单位为A；T为放电小时数，单位为h；η为放电容量系数，取1.25；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，按15 ℃考虑，无采暖设备时，按5 ℃考虑；α为电池温度系数，当放电小时率≥10时，α=0.006，当10＞放电小时率≥1时，α=0.008，当放电小时率＜1时，α=0.01。

根据备电时间要求，计算蓄电池组的总容量需求，选择合适的蓄电池改造方案，流程如图3所示。

图3 蓄电池改造方案选择流程

2.3 塔桅配套改造方案

根据5G设备重量重和尺寸大的特点，大部分现网站点天面塔桅配套难以满足5G直接加挂需求，需进行塔桅改造。根据不同塔桅类型，按照塔桅改造难易程度，从易到难可分为以下5种方案[3]。

（1）直接利旧。现网站点有空余抱杆且承载能力满足要求，可直接加挂5G天线，此类站点基本为近年新建设站址。

（2）直接改造。站点无剩余空抱杆，但天面立体空间满足时可采用。对于抱杆类站点考虑直接新增，主要包括自立式和附墙抱杆两种（如图4所示），前者占地面积较大适合水平空间富余站点，后者占地面积小适合天面空间紧张有垂直墙体附挂站点。对于杆塔类站点，在承重负荷安全前提下直接新增天线支臂用于挂载5G天线。

图4 常用的两种抱杆形式

（3）天线整合。对于现网站址，尤其是城区站点，各运营商大都有两套甚至更多系统，天面空间资源严重不足，天线整合方案随之而出。该方案主要是针对2/3/4G天线之间的处理，而不同运营商之间的网络参数差异较大，天线整合一般在运营商内部系统进行，此解决方案适用于运营商内部各网络系统参数基本一致的站点。现网天线整合后，腾出空间供5G加挂，图5为根据我国三大通信运营商网络现状而制定的天线整合方案[4]。

图5 运营商天线整合方案

（4）结构加固。对于历史塔身条件差的站点，5G承重带来了新的问题，为确保塔桅安全，又能满足5G天线承载，考虑对塔结构进行加固。对于楼面塔站，常用的方法有新增拉线和锚点、增加主杆支撑和配重；对于地面塔站，可采用替换或增加构件、环槽铆钉连接技术加固、塔身与塔基连接增强等技术进行结构加固。

（5）换址新建。对于上述方案均不能解决的站点，可以考虑换址新建站点建设5G。新建站址可优先利用社会杆塔资源，以最大限度节约建站成本。

3 未来基站配套设施方案探讨

我国移动通信发展从1G空白、2G跟随、3G突破、4G同步、5G引领，做到全球领先。从移动通信的发展历程中窥探，不管未来技术如何演进，与用户最贴近的都是移动通信接入基站，可称为未来基站，其基础配套设施建设都将是未来移动通信网络建设的前提保障。如何利用好现有网络基础资源，做好资源的升级改造是一个值得探索的课题，针对未来基站配套设施方案，从以下4个方面提出建议。

3.1 配套建模

将外市电、直流电源以及天面塔桅等基础设施配套，结合移动基站主设备、传输光缆、传输设备等搭建模型，以现网资源作为输入，模型自动校验，输出切实可行的配套设施改造方案。

3.2 设备能耗

推动基站建设低碳高质发展，推进未来基站向室外微型化、无机房化以及智能化新模式发展[5]。从源头降低能耗，控制基站资源消耗的各个环节，为我国2030年前实现碳达峰，2060年前实现碳中和的目标贡献力量。

3.3 塔桅配套

未来基站朝着更密集和精准的方向发展，对塔桅资源的需求量也更多。充分了解塔桅现有资源可利用价值，由此反推建立未来基站设备形态，让未来基站主动匹配现有配套资源，做到塔桅配套资源剩余价值最大化。

3.4 未来基站智能化

打通无线基站设备网管业务与基础配套设施数据的壁垒，引入AI算法，以业务反向影响电源和空调等能源设施的控制，实现业务与能耗最优的智能化配置。

4 结 论

5G作为移动通信领域的重大变革点，已被列入国家“新基建”战略。作为新时代通信建设者，要秉承创新、协调、绿色、开放以及共享的发展理念，推动基站配套基础设施的全面共享，实现资源利用最大化。