室内分布式系统基站设备供电方式探讨

中国联通运城分公司 张晓虹 吉祎辉

随着中国联通网络建设的逐步深入，高速分组数据业务的多姿多彩快速进入了大众的视野，WCDMA无线应用也在迅速走进人们的日常生活。3G时代的重要标志之一是人们对室内无线高速数据业务的强烈需求，因此，室内无线网络质量对终端客户感知的影响就变得至关重要，而这一环节的基础就是室内覆盖有源设备供电保障系统的建设。

1.室分系统中的有源设备

1.1 有源设备的种类

中国联通室内分布系统中，除信号源以外，对于天馈分布系统中有源设备（如干线放大器等）的引入一直采取慎重使用的原则，所以，室内覆盖有源设备供电保障系统的建设主要考虑的对象就是信号源设备。

1.2 信源类型

室内分布系统信源接入主要有宏蜂窝基站、微蜂窝基站接入或耦合、射频拉远以及直放站空间耦合等几种方式。一是宏蜂窝信源：适用于业务量高（或具有很高数据需求）、需要分区采用多个信源覆盖的高价值大面积区域且具备机房条件的大型场馆、交通枢纽等重要建筑物，如山西省体育中心、太原火车南站。二是微蜂窝信源：适用于兼有覆盖和一定容量需求的中小型建筑物。三是射频拉远型信源：为大容量基站，适用于话务量较高的写字楼、商场、酒店等重要建筑物，尤其适合大中型建筑群的覆盖。四是直放站信源：适用于以建筑中心区域盲区或弱覆盖区域为主要目的的低业务区域，补盲覆盖的电梯、地下室等场所。

2.供电保障系统

2.1 供电保障系统的技术现状

原有2G设备，近距离供电，一般采用开关电源进行供电或DC/AC逆变器供电的方式；远距离供电，大多采用就近交流供电或采用普通UPS进行供电的方式。自2008年中国联通山西分公司WCDMA一期室内分布工程建设以来，WCDMA设备供电保障系统大多属于原有2G设备供电保障系统的传承或者补充，设备使用环境、运行维护及能耗评估等方面均是按照2G设备标准要求制定。WCDMA室内分布设备基本采用BBU+RRU的模式，BBU大多采用基站机房或模块局机房直流供电，而远距离RRU则以就近交流供电方式为主。

2.2 分布式基站供电方式

分布式基站覆盖的目标区域多种多样，单就其RRU供电方式而言，大体可分为以下5种供电方式：

（1）就近市电（交流）供电

RRU设备安装在目标覆盖区域（用户侧）建筑物内，最简便的办法就是采用市电就近直接供电的方式，但信源设备不具备市电断（停）电后后备供电的能力。根据统计，市区市电断电的主要因素除了市电故障外，就是业主由于用电合同纠纷等拉闸限电。设备断电后，分布式基站设备将无法继续相应的无线网络服务，用户投诉将骤增，用户感知更无从谈起；同时，也给运行维护部门带来巨大压力，随着BBU+RRU分布式系统的大量使用，大范围的运行维护工作不可避免，一旦出现大范围的市电断电，相应的运行维护工作几乎无法完成。RRU就近市电（交流）供电的方式只能满足WCDMA网络建网初期快速组网的需求，具有前期投资小、网络组建迅速的优点。但是，工程建设后期开关电源系统更新改造的费用投入将大大超越网络初期建设的投资。

（2）直流电源供电

采用直流电源供电的方式是比较理想的供电方式。直流电源供电方式的优点明显：方案拓扑相对简单，效率较高，能够有效减少能源消耗，并且可以提高可靠性，增加设备寿命；直流电源有较为完善的电池管理功能，可以有效保证电池使用寿命；直流电源可扩展性强、形式多种多样，可根据RRU设备布局，对多个RRU进行直流供电，也可针对单个RRU或局部2个及2个以上RRU进行直流供电。直流电源供电方式具有一定局限性，若从机房直接引电，只适用于机房拉远至≤100米的RRU单元；若采用直流远供方式，适用于机房拉远至≤3公里的RRU单元，线路长度增加意味着线缆投资增加，同时安全性、可靠性大大降低，且绝大多数室分站点位于市区，线缆架空走线和地下管道走线的可能性几乎为零，所以，室内分布工程中，RRU设备由直流电源供电的应用范围就大大缩小了，只适用于边远地区大客户或远离市区的建筑。

（3）逆变电源后备式供电

原中国联通CDMA网络中，大量采用逆变电源后备式供电方式。1、2KVA（功率较小）逆变电源使用G网基站开关电源系统作为直流输入，逆变输出220V交流向CDMA设备供电。长期运行的结果证明，所采用的逆变电源后备式供电方案存在可靠性较低、维护频率较高的缺点。分析其原因，可以归结为：由于采用的逆变电源市电适应范围较窄、抗冲击电流能力较低、过载能力较低，造成了逆变电源后备式供电方案使用寿命短、维护成本高的局面。若采用逆变电源后备式供电方案，可考虑采用带有冗余模块化的逆变电源后备式供电设备，从而提高整体供电的可靠性，减少运行维护的成本。

（4）UPS供电

UPS是不间断电源（Uninterruptible Power Supply）的英文简称，UPS供电方案的优势在于：具备相对稳定的后备时间，容易实现较远距离的交流供电（交流线损小，缆线线径要求低）。UPS的劣势也较为明显。由于早期UPS后备电源主要针对的负载类型是计算机等网络设备，设备的运行环境为较为洁净的室内空间。如果把UPS设备放置到运行环境较为恶劣的用户侧设备间（如竖井、电梯间，甚至是地下室），运行环境的恶劣以及市电的“电源污染”会造成UPS工作寿命的大为缩短；小型UPS电池管理较弱，会减少电池的使用寿命；部分机架式设备，为了减小设备体积，大量使用强制风冷来提高输出功率密度，运行过程中噪声较大，容易造成业主投诉，给建站以及今后的运行维护工作增加了难度。

（5）壁挂式开关电源供电

壁挂式开关电源一般是由充电器、逆变器、蓄电池（组）、转换装置、监控单元等构成。壁挂式开关电源工作方式可以分为正常和应急两种工作方式。在正常工作方式下，当输入壁挂式开关电源的交流电（通常为市电）正常时，交流电通过交流输出切换单元输出分路给负载供电，同时通过充电器给蓄电池均浮充，逆变器同步静置备份等待，整体功耗较低。若有负载需要直流输出的，由充电器输出直流电。在应急工作方式下，当输入壁挂式开关电源的交流电出现故障时，设备监控单元在小于等于10ms内切换到蓄电池输出经逆变器供电，供电时间的长短由蓄电池容量来决定。当输入的交流电恢复正常时，壁挂式开关电源自动切换到市电旁路供电。

3.分布式基站供电方式选取原则

2008年以来，中国联通山西分公司室内分布工程的建设力度逐年加大，RRU的安装位置（弱电竖井、电梯机房、楼梯旁、地下室，甚至是室外墙壁上）随意性很大。针对大多数室内分布信源（RRU）安放位置的实际情况，从运行维护的角度来看，在断电的情况下，运维人员几乎不可能带上笨重的油机到断电楼宇发电，所以建议：对于一类（为两个稳定可靠的独立电源各自引入一路供电，该两路不应同时出现检修停电，平均每次故障时间不应大于0.5H，两路供电线宜配置备用市电电源自动投入装置）、三类（为从一个电源引入一路供电线，供电线路长、用户多、平均每月停电次数不应大于4.5次，平均每次故障时间不应大于8H）及四类市电供电的楼宇，不建议采用后备供电的方式；对于二类（允许有计划检修停电，平均每月停电次数不应大于3.5次，平均每次故障时间不应大于6H）市电供电的楼宇，建议可以酌情考虑采用后备供电的方式（后备时间为0.5－1小时），从而有效避免时长为0.5－1个小时以内短时间的停电及市电闪断造成的设备退服现象。

4.不同场景下分布式基站后备供电解决方案比较

4.1 设备重量及额定功耗（均为平均值）

2G RRU重量≤21kg，额定功耗≤240W；3G RRU重量≤18kg，额定功耗≤280W。

4.2 不同场景下建筑楼面均布活荷载的标准值

弱电竖井，其均布活荷载的标准值2.0kN/m2（约为200kg/m2）；电梯机房，其均布活荷载的标准值7.0kN/m2（约为700kg/m2）；其他场景建筑楼面均布活荷载接近弱电竖井对应的标准值。

4.3 蓄电池、UPS的相关计算公式

铅酸蓄电池的总容量应按下公式计算：Q≥KIT/η[1+α（t-25)]

式中：Q-蓄电池容量（Ah）；K-安全系数，取1.25；I-负荷电流（A）；T-放电小时数（h）；η-放电容量系数，取0.45；t-实际电池所在地最低环境温度数值：无采暖设备时，按5℃考虑；α-电池温度系数（1/℃）：当放电小时率＜1时，取α=0.01。

UPS电池的总容量，应按UPS容量采用以下公式估算出蓄电池的计算放电电流I，再根据计算蓄电池容量的公式算出蓄电池的容量。

I=S*0.8/μU

式中：S-UPS额定容量（kVA）；I-蓄电池的计算放电电流电流（A）；μ-逆变器的效率；U-蓄电池放电时逆变器的输入电压（V）。

4.4 不同条件下后备供电解决方案比较

（1）2/3G RRU各一个

RRU重量≤39kg，额定功耗≤520W

若采用UPS方式：后备时间按1小时考虑，UPS额定容量按1kVA考虑，蓄电池规格24Ah*3节（按36V直流输出考虑），重量≤27kg，总重量（主机和蓄电池是一体机）≤92kg，因此建议设备落地安装。

若采用壁挂式开关电源（蓄电池与开关电源为一个机柜）方式：蓄电池容量≥20Ah，总重量≤46.4kg，放电时长≥0.53个小时，因此建议设备壁挂安装。

（2）2/3G RRU各两个

RRU重量≤78kg，额定功耗≤1040W

若采用UPS方式：后备时间按1小时考虑，UPS额定容量按2kVA考虑，蓄电池规格24Ah*8节（按36V直流输出考虑），重量≤72kg，总重量（主机和蓄电池是一体机）≤172kg，因此建议设备落地安装。

若采用壁挂式开关电源（蓄电池与开关电源为一个机柜）方式：蓄电池容量≥40Ah，总重量≤79.4kg，放电时长≥0.53个小时，因此建议设备落地安装。

5.结束语

从以上的分析不难看出，随着BBU+RRU信源的大量应用，信源设备供电保障系统的建设也需要加强。具有后备供电的供电系统具有明显优势，但要受到设备安装位置环境等因素（如机房墙壁、地面承重等）的制约，加之现在相当多的建筑楼宇安装有后备供电系统或具备油机发电的能力，后备供电的供电方式不宜大规模上马，要针对具体情况酌情考虑。

在后续的探索中，我们将通过具体案例不断积累和完善，根据楼宇分类制订出一套信源设备供电保障系统建设策略、分析思路及实施步骤，逐步固化信源设备供电保障系统解决流程。

[1]陆健贤,叶银法,卢斌,林衡华,蒋晓虞,邱涌泉.移动通信分布系统原理与工程设计[M].机械工业出版社,2008.

[2]周志敏,周纪海,纪爱华.UPS应用与故障诊断[M].中国电力出版社,2008.