直流远供在网络规划建设中的可行性研究

2014-03-06罗振友柯志伟李柳岸李宏略

数字通信世界 2014年11期

关键词：线缆站点直流

罗振友，柯志伟，李柳岸，谭峰，李宏略

（中国电信广东无线网络运营中心，茂名，广东 525000）

直流远供在网络规划建设中的可行性研究

罗振友，柯志伟，李柳岸，谭峰，李宏略

（中国电信广东无线网络运营中心，茂名，广东 525000）

本文针对目前在CDMA无线网络基站建设过程中投资压缩、谈点困难、建设周期长与成本高的问题，在不影响网络覆盖的前提下，探索一条以营销中心市场放号需求为导向，快捷、低成本、快速建设CDMA无线网络途径。

直流远程供电；输电距离；远端负载功耗；导线线质（电阻率）线径；铝芯线缆；铜芯线缆；复合光缆；近端；远端

1 引言

2012年中国电信集团推进的“行政村3G信号100%通达”村通工程工期紧、投资压缩、站点多、地形复杂（山区、丘陵、平原等）、站点偏远、施工困难，有限的资金与急需投入更多基站改善网络覆盖以达到“行政村3G信号100%通达”的需求矛盾凸显。茂名分中心深入研究CDMA无线网络规划建设情况，探索解决方案。

2 技术创新成果形成背景

2.1 地形复杂

“行政村3G信号100%通达”村通工程所涉及的地形地貌有山区、丘陵、平原等，其中，山区、丘陵地貌占80%以上，行政村一般依山而建，四面环山，面积小、人口相对集中。一个行政村一般管核15个自然村，自然村分布比较零散，星罗密布的分布在群山之间。在人口比例上，行政村的人口与自然村人口的比例一般为2∶8,大量的人口分布在自然村内。为了无线信号覆盖更多的人口，无线基站一般采用山顶土建的建设方式，投资大、建设周期长。

2.2 传统无线网络基站建设方案

传统无线基站建设一般采用“土建机房+铁塔”的方式，其中，高山站点总投资一般在75万元左右；平原站点投资一般在65万元左右，施工周期一般为180天。按照村通工程的规划预算要求，每个行政村投资12万元至15万元，远远无法满足传统建设的需求。

2.3 简易建设方式覆盖效果差

已有简易建设方案（直放站或RRU拉远），站点建设高度较低，覆盖半径只有200米左右，覆盖效果差，容易出现孤岛现象，特别是在还没有达到基本面覆盖的山区、丘陵地带。

2.4 站址获取与共享困难

随着社会的发展，基于对辐射的恐惧、风水的忌讳等原因，城乡居民对无线站台建设持激烈反对的态度，特别是居民区附近的区域，导致新建站址获取困难，获取时间长。

茂名地势北高南低，地貌以山地丘陵为主，兼有平原和沿海滩涂。总面积1.14万平方千米，平原占总面积13.8%，丘陵占55.8%，山地占11.2%，台地占6.6%。基站站间距一般为5至8千米（基站信号有效覆盖半径一般为3千米），农村区域整体有效覆盖率只有75%。部分较差区域不到70%。

在投资压缩的情况下，要加快农村区域，特别是山区、丘陵地带区域无线基站网络的建设，通过共建共享是最快、最便捷的途径。但是，在实际工作中，中国移动公司仅仅共享铁塔，不提供市电接入和机房，这给我公司通过共享的方式在山顶建站带来极大困难（建站成本依然很高）；用较少的资源快速解决农村区域的广覆盖是目前茂名CDMA网络市场发展的最迫切解决的瓶颈。

3 技术创新成果介绍

3.1 创新思路介绍

采用传统基站建设方式（“土建机房+铁塔”）是最好解决广大区域面覆盖的方案，其建设成本中，土建机房、外电引入的投资一般占总投资的40%～50%，在共建共享允许的前提下（区域内有中国移动或中国联通的铁塔），降低“土建机房”、“外电引入”的建设成本，将在很大程度上压缩建站的成本。

与茂名电信分公司、广东省电信规划设计院进行了多次讨论、研究，借鉴市面上成功运用的案例，挑选典型场景进行试点，最终确认采用技术已成熟的直流远程供电方式建设基站，以达到压缩投资、快速建站的目的。

3.2 直流远程供电方式

直流远程供电方式是通过在近端（一般选取现有的接入网机房或基站）利用升压模块将电压提升至280VDC/380VDC，然后通过输电线缆传输到远端，在远端利用降压模块变成-48V直流电后给基站设备供电，从而达到远程不间断供电的目的。

图1 系统组网远程供电方式

系统组网方式采用双端组网方式进行供电，能方便的实现监控和集中管理，系统详细连接图如图1所示。

3.3 直流远程电缆选择

铝芯线缆：较铜芯线缆电阻率高，在实际使用中需较铜芯线缆提高一个标准规格（见图3）。铝芯线缆比重低，工程造价较低，失盗率较低。但铝芯线的化学性质不稳定，容易氧化，即在施工和维护中对接头及成端的技术处理要求较高。

铜芯线缆：电阻率较低，化学性质稳定，机械强度大，但铜芯线硬度大，线径较大时不宜应用于复合光缆。且比重大，工程造价较高，失盗率较高，不适宜在农村地区及野外场景规模应用。

复合光缆：由于受厂家生产能力和制造工艺的限制，4平方及以上规格电源导线的复合光缆其生产制造和架设施工有一定的条件限制（见图2）。

在直流远供规划方案时，电缆的选取至关重要，使用规格过低，会导致功耗损耗严重；电缆使用规格过高，容易造成投资浪费。电缆导线截面积的选择由三个条件决定即：输电距离、远端负载功耗、导线线质（电阻率）线径，同时，供电电缆导线截面积及远供电源设备均须按照该站点终期供电容量（应该考虑小区扩容、增加小区覆盖面积后，该站点终期所有设备峰值功耗）计算。在实施工程时电缆线路须一次到位，而电源设备则宜根据站点负载扩容及增加情况分期、次（分机框、模块）逐步扩容。

图2 复合光缆结构示意图

图3 远供专用铝芯电缆结构示意图

选取远端平均功耗700W，3.2km输电距离计算。通过计算得出表1、表2数据。

表1 铝芯电缆线线路损耗对照表

表2 铝芯电缆造价对照表

通过以上对比分析，考虑到维护的安全性、远程供电的稳定性，通过讨论，决定采用传输线路、供电线缆分开的方式，其中，为了防止盗窃，供电线缆采用价格便宜的“铝芯线缆”，规格为2×16平方。

3.4 直流远程供电建站优点

相对于传统建站，在共享条件允许的前提下，采用直流远程供电方式建站施工简易、工期短、投资小等优点，具体见图4、图5、表3。

从建设成本来看，直流远供建站的建设成本明显低于传统供电方式：

⊙ 供电电缆可与通信光缆同路由敷设，不需要建设专用的交流供电杆路；

图4 传统建站方式

图5 直流远供建站方式

表3 不同建站方式投资对比

⊙ 直流电缆建设不需要向供电管理部门报批，节省了大量的协调工作和时间；

⊙ 基站远端不需要做机房等配套，大大缩短了基站施工周期，减少了单站投资；

⊙ 直流电没有对地回路，较交流电的中性点接地安全。

4 技术创新应用和成果体现

4.1 技术创新应用流程

应用流程：在工程规划或市场需求提出时，与分公司网络发展部、设计院规划人员根据现场勘查结果评审是否需要新建站点。若需要，确定新建站点类型（高山铁塔站、平原铁塔站、一般楼顶支撑杆等）后，根据投资、外电引入、共享资源许可等情况确定其外电引入方式。在外电引入困难、或供电无保障（经常断电）、或外电引入费用高昂等不利于传统引电方式的情况下，可以采用“直流远程供电”的方式（见图6）。

图6 直流远供引电方式流程示意

4.2 试点站“高州曹江周坡村”

4.2.1 环境描述

茂名市曹江周坡村附近方圆5千米没有CDMA基站，该区域属于丘陵地带，居民区分布零散，属于CDMA信号盲弱区（图7、图8）。

图7 “曹江周坡”试点站地理位置

图8 “曹江周坡”试点站现场图片

区域内有移动山顶铁塔站“曹江周坡”，通过协调，移动只允许共享铁塔，不同意共享机房、外电引入、传输等资源。

4.2.2 投资对比

为了解决该区域信号覆盖问题，保证该地区的通信质量，经过现场勘测，该点符合直流远程供方式建站。表4为现场勘查后传统供电方式与直流远程供电方式的投资预算对比，可见，使用“直流远程供电方式”的投资只有“传统供电方式”投资的31%。

表4 远程供电与传统供电投资对比

4.2.3 具体方案

局端：茂名市曹江上南山接入网机房，系统电源有-48V接线端子和备用熔丝各一，安装环境良好。

图9 “曹江周坡”试点站远供线路

远端：远端安装在“茂名市曹江周坡村基站”，负载为3个RRU，-48VDC，总功率为900W,架空布放电缆，距离机房约3 200米,简化路由图（上北下南）见图9。

在近端（曹江上南山接入网机房）利用GPER3803-A远供电源系统将电压提升至280VDC/380VDC，然后通过输电线缆传输到远端，再给通信设备进行供电，从而达到远程不间断供电的目的。试验基站现场图见图10～图13。

图10 近端采用的现有接入网机房

图11 远供设备装于网络机柜内

图12 远端共享移动铁塔

图13 塔顶设备及新装天线

“高州曹江周坡村”基站通过采用共享移动铁塔和直流远供的建设方式，很大程度上节约了成本投资，并缩短了建设周期，具体见表5。

表5 传统土建与直流远供对比

采用直流远供技术，可以快速解决CDMA无线信号覆盖问题，较快的响应了前端市场的放号需求，节省外电引入、机房建设以及新建杆塔的费用，提升投资收益比。

4.3 运行情况分析

截止2013年7月4日，茂名共建成投入运营的直流远供站点有46套，在试运行的1年多的时间，总体运行稳定。

（1）取2013年5月～6月，在网运行的46个直流远供站点，统计考核指标见表6，优于考核标准。

表6 直流远供站点维护指标

（2）取2011年至2013年新增的179个物理站址进行数据分析，时段为2012年10月～2013年6月，其中，非直流远供物理站址133个，直流远供站址46个。分析见表7。

表7 非直流远供站点与直流远供站点设备运行对比

以上统计信息中，共21个指标，17个指标优于传统供电方式，7个指标差于传统供电方式。总体上，直流远供站址传统供电方式运行稳定。

4.4 效益贡献率分析

截止2013年7月4日，茂名共建成投入运营的直流远供站点有46套，降低建设成本，缩短基站建设周期。实施的基站列表和投资分析见表8。

从表8分析结果可以看出，目前茂名共有46个基站采用直流远供技术，与传统基站建设方式相比，共节约成本投资1 217.55万元，效益贡献率为68.86%。

表8 传统建设方式与直流远供建设方式的外电引入投资对比

5 安全性分析

5.1 人身安全

⊙ 系统运行与市电网相对隔离；

⊙ 高压直流输电输电线缆与大地悬浮隔离、无漏电，即当人体接触单极性的高压时不会触电；

⊙ 当馈电运行出现任何异常状态时关闭输出并产生声、光告警；

⊙ 网络维护人员的网运维护全过程避免了与交流市电的接触，相对于传统的交流市电供电安全系数有所提高。

5.2 网络运行安全

5.2.1 线路安全

系统运行具备输入、输出，过流、过压、过温保护，开路、短路保护，AC搭接保护，反极性保护和防雷电保护等。设备运行中的任何异常都会关闭输出并产生告警。网管系统及设备自身具备各种故障告警、消警状态显示及相应正常工作状态显示。电源系统对馈电线缆工作状态实施自动扫描检测、在故障消除后设定时间内恢复正常输电（见表9）。

5.2.2 设备运行安全

电源系统4个整流模块互为热备份，由于系统是直流输电，输电线缆可与光缆同竖井、同管道（管孔）、同杆路、同钢绞线敷设，使传输环境的安全性和投资效益大大提高。同时，输电采用悬浮式供电，防雷效果好。

5.2.3 信号安全

由于电源系统是直流输出传输，传输过程中对通信信号不会产生电磁干扰。同时系统全程集中网管监控功能可通过网络自身网管系统实现，可通过动环监控系统实现，也可单独设置远供电源网管监控平台。

表9 直流远供线路安全性能指标

6 结束语

随着移动通信网络的发展，基础网络建设从原来的基础广覆盖逐渐演变到深度、细致性覆盖，投资成本的压缩与网络建设需求扩大的矛盾，市场需求的紧迫与施工周期的延长、施工难度的加大的矛盾很大程度是制约了移动网络的发展。

茂名电信针对这种矛盾，在不影响网络覆盖的前提下，经过近两年的实践，采用直流远程供电的方式，探索出一条快捷、低成本、安全可靠的无线网络基站规划建设途径。经过充分论证，直流远程供电的建设模式，适用于电源引入困难、投资成本高、市电不稳定、周边居民敏感的区域，适宜各种低功耗及室外型设备的供电管理，解决特定、特殊场景的网点设备供电，支持、促进网络资源优化整合，实现电源资源共享。

上海贝尔助力运营商应对云时代IP网络变革挑战

目前，在线视频及数据业务需求的快速增长，根据贝尔实验室的研究，到2017年，城市云和数据中心的流量将增长440%。传统的40G/100G平台路由器在应对上述挑战时，已力不从心。为应对大流量的冲击，运营商已开始向400G平台迁移，从长期的投资保护和平滑升级的角度看，未来还应支持向1T平台的演进；不仅可在有限的空间内提供更高的端口密度，也提供了未来支持更高速端口的可能。

在IP核心网面临容量剧增挑战的同时，骨干和与城域的流量比例也正在发生变化。根据贝尔实验室的研究显示，到2017年，城域流量将增长560%，其增速将超过骨干网的两倍。因此，核心路由的设计不仅要面向骨干，同样也应适用于城域核心，亦或是数据中心等多种网络位置。以同样的架构满足多种不同场景的需求，提升了设备的通用性，统一备品备件，简化运维并降低运维成本。

作为基础架构的演进，SDN代表着未来网络的方向，现网上的设备需要前瞻性地考虑今后能够支持以SDN的方式来运行，或者说至少应能够被SDN Controller控制，基于这样的设计，才能够保证在网络演进过程中，这些设备资产能够被充分利用，保护运营商的投资。上海贝尔中国区执行副总裁IP和传输事业部Kent Wong说，对于下一代的核心路由，上海贝尔总结出了三项性能特质：大容量400G/1T平台、功能多样能满足多种场景的需求、SDN就绪可支持未来演进。

Kent Wong说，作为下一代核心路由平台，7950 XRS于2012年发布，在仅仅2年多的时间里，取得了众多用户的认可，2013年已获得全球8个商业合同，并取得国内工信部入网证和多个商用试点，截至目前，全球商业合同已达32个。2014年，上海贝尔赢得中国三大运营商IP核心路由器招标项目，全球领先的核心路由器7950 XRS实现在中国的规模商用。在三大中国运营商集采中，上海贝尔中标了2014中国电信全以太400G平台核心路由器集采项目，获得5个招标省市中业务量最大的江苏和上海市场。此外，上海贝尔还独家中标了2014中国联通全以太网平台核心路由器集采项目以及2014中国移动高性能以太网路由器集采项目。

Kent Wong表示，全球用户对7950 XRS核心路由平台的高度认可，主要原因就在于这一平台满足了运营商对核心路由应对流量激增、不同场景按需部署，以及SDN就绪这三个方面的新需求。

Feasibility Study of DC Remote Supply in Network Planning and Construction

Luo Zhenyou, Ke Zhiwei, Li Liuan, Tan Feng, Li Honglve
(China Telecom Guangdong wireless network operations center, maoming, 510610)

Based on the current investment in CDMA wireless network base station construction in the process of compression, talk about something difficult, long construction period and the problem of high cost, on the premise of not affect network coverage, to explore a marketing center FangHao market demand oriented, fast, low cost, fast construction of CDMA wireless network.

remote power supply; DC power transmission distance; the remote load power consumption; wire line quality (resistivity) of wire diameter; alum inium core cable; copper core cable; composite cable; proximal and distal