5G时代基站供电的变化分析及电源改造研究

周 岩 江西省邮电规划设计院有限公司 南昌市 330002

0 引言

基站设备主要由BBU和AAU组成。其供电原理是引入交流市电，然后通过交流配电箱，经-48V开关电源转换成直流电，连接到BBU，BBU再通过馈线或者光纤连接到铁塔上的AAU。

1 5G时代基站供电的变化

5G时代基站供电的变化主要体现在两个方面：

1.1 BBU集中导致供电方案出现变化

5G时代BBU集中放置的原因在于：

（1）减少基带硬件设备的数量，同时节省机房配套设施，进而降低运营商CAPEX。

（2）减少无线和承载网络的维护工作量，增加电源供给的效率和GPS 设备的共享程度，进而降低运营商OPEX。

（3）节省土建、装修和配套设备采购安置的时间，从而加快建网速度。一套基站设备由一个BBU 和3 个AAU组成，BBU集中放置势必造成部分AAU距离机房的空间距离更远，进而造成线损（供电损耗）增加。

目前，主流的基站供电方案是-48V电源直流远供，但对于一些AAU 距离较远的站点，出于成本的考虑，运营商会进一步采用HVDC直流远供方案和DPS分布式供电方案。如表1所示。

1.2 基站设备功率提升导致电源容量增加

5G时代，由于通信频段提高，基站设备功率同步、扩大。其中，AAU单扇区输出功率有望从4G时期的40-80W增加至200W甚至320W，另外运算量上升也将推动BBU功率上升到1000W以上。考虑到3扇区AAU和1个BBU，5G基站整体电源功率要求上升到近4000W甚至可能更高。

表1 基站供电方案的CAPEX和OPEX对比

基站的功率需求主要通过适配的电源系统容量来满足。整流模块是通信电源的“心脏”，发挥着将380/220V交流电整流变换成-48V直流电的功能。由于采用模块化的设计结构，电源系统容量的大小主要由整流模块的数量决定。目前使用的整流模块规格多种多样，小到-48V/10A大到-48V/100A。如图1所示。

5G电源市场空间的测算：

（1）若在现有的-48V开关电源方案基础上扩容，按照5G基站近4000W的输入功率需求测算，至少需要增加2个-48V/50A的整流模块。

（2）若采用HVDC 直流远供或者DPS 分布式供电，单站价格更高。进一步假设3种供电方案的建设比例为1∶1∶1，那么按照国内580万站的建设规模测算，预计5G基站电源市场空间有望达到399亿元。

图1 通信开关电源系统组成和结构

2 5G电源改造建设方案

2.1 5G供电方式

5G BBU设备采用直流-48V供电方式，AAU则可以采用直流-48V也可采用交流220V供电。有源室分系统远端汇聚单元采用交流220V供电，远端射频单元pRRU由汇聚单元PoE供电。

图2 5G设备供电方案示意图

2.2 5G配置端子及电缆要求

（1）配电端子要求

◎直流场景应结合开关电源情况确定5G设备所接直流输出端子数量与容量：

DCDU直连开关电源：提供1个160A输出端子35方线缆，或2个100A输出端子25方线缆。

BBU直连开关电源场景：提供不小于16A输出端子4方线缆。

AAU直连开关电源场景：提供不小于32A输出端子（距离小于70米6方线缆，距离小于100米10方线）。

◎交流场景，交转直模块容量在2KW以上，输出直流空开容量不小于40A。

图3 5G主设备直流场景线缆需求

图4 5G主设备交流场景线缆需求

（2）电力电缆要求

5G设备功耗大，为保障用电安全，电缆选型应遵守“电缆允许持续载流量≥输出端子额定电流≥回路计算电流”的过负荷安全保护原则。

2.3 5G开关电源改造

5G改造最大的风险点在于开关电源系统。存量开关电源改造的安全原则：

不允许直接对开关电源直流输出空开进行“以大换小”后满足5G设备DCDU用电需求。

不允许直接采用单相电调整后给三相开关电源进行供电。

开关电源给5G设备DCDU/DCPD供电的直流输出端子应由1路160A；连接开关电源输出端至DCDU端子的电源线应匹配规格。

大于10年的开关电源应优先考虑逐步退出现网。

图7 机房蓄电池改造方案和步骤

图5 组合式开关电源改造方案和步骤

图6 嵌入式开关电源改造方案和步骤

2.4 5G蓄电池改造

根据设备功耗以及现有基站蓄电池容量，计算出蓄电池续航能力，再根据电信的蓄电池备电时间要求，得出蓄电池改造方案。

备电时长评估算法：计算公式为蓄电池容量/（工作电流现状+5G站点功耗/48V）。当增加5G后备电时长大于运营商所要求的备电保障时间要求（如：3小时），则“备电满足”，否则“扩电池容量”。

2.5 5G市电引入改造

5G 64TR 宏站单站S111 典型功耗约3～4kW。已有机房安装5G设备后需预留4kW的交直流容量，新建机房外电引入应不小于10kVA，优先选择已有DC容量的机房。

已有机房一般市电引入情况有以下三种：

◎采用10kV 高压市电电源引入，并设立专用变压器。

◎采用380V低压市电电源引入，采用三相四线制。

◎采用220V低压市电电源引入，采用单相两线制。

当已有机房采用220V单相电时，5G网络不建议采用，必须改为三相四线引入。利用现有基站引电，市电容量如果满足要求的可以利旧，否则扩容或新建。

独立新建无线机房，外市电引入按15kVA，可满足单个运营商5G、4G供电需求。新建站点优先选择直供电，次选转供电。转供电优先接入专变，次选物业管理处、公司单位、私人业主等引电，但不能引单相市电。