浅谈移动通信室内覆盖的供电方案

郑轶鹏 中国移动通信集团江西有限公司 南昌市 330000

0 引言

移动通信的网络覆盖、容量、质量是运营商之间相互竞争的关键要素，也从本质上反映了运营商的网络能力和服务水平。随着4G网络的普及，数据业务需求井喷式发展。调查显示，移动通信发生在室内的业务占比达到近70%，数据业务发生在室内的业务占比已达80%，业务投诉的90%也是来源于室内覆盖的信号问题。由此可见，移动通信的室内覆盖将是未来网络发展的重点。

电源系统作为通信网络的心脏，对实现良好的室内覆盖具有关键性的作用。因此，室内覆盖网络的供电方案不仅要与通信设备相匹配，还应与网络质量的要求相适应，以满足室内覆盖网络质量的较高要求。

1 室内覆盖的原因

(1) 因建筑物本身对信号的屏蔽和吸收作用，导致无线电波较大的传输衰耗，从而产生移动通信信号的弱场强区和盲区。通过室内覆盖系统，实现室内信号的准确覆盖。

(2) 部分人流量大的建筑物，如大型购物广场、会展中心等，由于移动电话的利用率高，导致部分网络容量无法满足业务需求，造成基站拥塞现象。通过室内覆盖系统，提升通信网络容量。

(3) 建筑物的高层空间经常存在无线频率干扰，造成网络信号不稳定，产生“乒乓切换”效应，难以保证信号质量。通过室内覆盖系统，提高通信网络质量。

2 室内覆盖方案

室内覆盖系统的原理是采用室内天线分布系统，将基站信号均匀分布在室内每个角落，从而确保室内区域具备良好的信号覆盖。一般来说，实现室内覆盖的技术方案有以下三种：

2.1 宏蜂窝接入方式

以宏蜂窝基站作为信号分布系统的信号源。宏蜂窝信号源覆盖范围广、基站容量大、信号质量好，且便于网络优化，是室内分布系统常见的接入方式之一。尤其是分布式基站，BBU和RRU可以采用拉远方式分开安装，适合多种场景的覆盖要求，因此得到了广泛运用。

2.2 微蜂窝接入方式

以微蜂窝基站作为信号分布系统的信号源。与宏蜂窝接入方式相比，微蜂窝信号源的投资成本低、对安装环境要求不高、施工便利，因此运用也较为普遍。但是由于微蜂窝的自身功率较小，仅适合小面积的室内覆盖要求。

2.3 直放站接入方式

利用直放站设备对信号进行二次放大，从而为信号分布系统提供信号源，投入少、且安装灵活、快速部署。但与宏蜂窝和微蜂窝接入方式相比，直放站接入方式无法提升网络容量，易产生信号干扰，造成后续网络优化工作困难。

3 室内覆盖供电方案比较

根据室内覆盖系统信号源的供电是采用交流输入还是直流输入，以及是否需要备电，可以将供电方式分为以下四种情形：

3.1 交流供电，不需要备电

图1 信号源供电方案一

这种供电方式情况下，信号源需要支持交流输入，通过就近接入市电直接给信号源供电。如图1所示。

采用市电直接供电的主要优点是：投资小，建站速度快。

这种供电方式的缺点主要有：

3.1.1 信号源没有后备供电保障，市电一旦停电，则造成网络服务中止。随着用户对通信服务质量要求越来越高，用户投诉越来越多，容易导致用户流失。

3.1.2 信号源内部必须有内置电源，将220Vac交流电整流为直流电提供给芯片等内部元件。信号源其他部分器件的发热也会使电源工作在更高的温度，降低了电源的可靠性，容易造成基站设备损坏。

3.1.3 信号源将市电直接引入内部，需要自身对外部浪涌和恶劣电网条件具有比较强的自我保护能力，这对集成度很高的信号源来说是比较高的挑战。

综上所述，对于交流输入，不需要备电的场景，可采用市电直接供电的供电方式。这种方式适合服务质量要求一般，对信号源掉电不敏感的场景。

3.2 交流供电，需要备电

图2 信号源供电方案二

在这种供电方式下，信号源支持交流输入，通过小容量UPS为信号源供电。 在市电停电情况下，UPS所带蓄电池为信号源供电。如图2所示。

与市电直接供电的方式相比，采取UPS交流后备供电的优点有：可提供稳定纯净的交流输入，备电时间有保障，可以实现较远距离的供电。

采用UPS交流后备供电方案也存在一定的缺点：

3.2.1 采取UPS供电，电能需要经过多级转换，整体效率相对不高，提高了基站电费的支出。例如：某站点主设备功率为1kW，采用一台3kVA UPS供电，UPS转换效率为90%，不考虑电池充放电带来的影响，则该站点UPS每天耗电2.67度电，一年耗电974度。

3.2.2 基站须为交流输入，内部也须包含转换成直流的内置电源，方案一中的电源受其他器件发热影响的问题仍然存在。

3.2.3 采取UPS供电，蓄电池组连接在UPS的直流母线上，逆变后才为设备供电，降低了蓄电池组的使用效率，同时也会存在逆变电路失效时无法提供备电的问题，降低了系统供电的可靠性。

综上所述，UPS+电池的供电方式，比较适合于信号源为交流输入，并需要提供一定备电时间的场景。同时，对于直接市电供电的信号源的备电改造，UPS+电池的供电方式也是非常适合的。

3.3 直流供电，不需要备电

图3 信号源供电方案三

这种供电方式情况下，信号源支持直流输入，直接通过直流电源给给信号源供电。如图3所示。

与交流供电相比，采用直流供电具有以下优点：

3.3.1 直流电源可提供高质量的供电保障，网络服务质量高。

3.3.2 直流电源与信号源相互独立，直流电源不受信号源发热的影响，可靠性更高，同时维护与更换也更加方便。

3.3.3 直流电源方案结构简单，利用率更高。以场景二中的站点为例，如采用3KW直流电源，直流电源效率可达到95%以上，每年耗电464度，相比UPS可节省510度电。

3.3.4 直流电源一般有多个整流模块并联运行，方便进行容量冗余备份，单个整流模块的失效并不影响给信号源的供电，系统具有更高的可靠性。

3.3.5 直流电源具有较强的扩展性，而且结构形式灵活，可以比较好的满足室内覆盖灵活建网的要求。

由于不带蓄电池备电，所以在没有市电的情况下，这种供电方式不能为信号源提供电能。综上所述，直流输入不带备电的方案比较适合于信号源为直流输入，对服务要求不高的场景。

3.4 直流供电，需要备电

图4 信号源供电方案四

在这种供电方式下，信号源支持直流输入，通过直流电源为信号源供电。 在市电停电情况下，直流电源所带蓄电池为信号源供电。如图4所示。

直流电源+蓄电池的供电方案，除了具有场景三所介绍的直流供电的优点外，还具有以下优点：

3.4.1 蓄电池与信号源输入端是直接相连的，与UPS+蓄电池相比，减少了逆变环境，系统整体效率更高，可靠性也更高。

3.4.2 直流电源自身具有完善的蓄电池管理功能，可对蓄电池进行充放电管理，能有效延长蓄电池使用寿命，减少站点蓄电池投资和维护费用。

综上所述，直流电源+蓄电池的方案适合信号源为直流输入，对服务质量要求比较高的站点。该方式的可靠性和转换效率较高，且便于维护管理，可以有效保证通信网络服务质量。

4 结论

根据信号源是交流输入或直流输入，以及是否需要备电，室内覆盖网络的供电方式有以下四种可供选择。

（1）交流输入，无备电：采取就近接入市电的直接供电方式。这种方式最简单，适合对网络质量要求不高，同时信号源为交流输入的场景。

（2）直流输入，无备电：采取直流电源的直接供电方式。这种方式适合对网络质量要求不高，同时信号源为直流输入的场景。

（3）交流输入，有备电：采取UPS+蓄电池的供电方式。这种方式能为信号源提供高质量的交流电，并在市电停电时保证信号源的工作，适合对网络质量要求比较高，同时信号源为交流输入的场景。

（4）直流输入，有备电：采取直流电源+蓄电池的供电方式。这种方式能为信号源提供高质量的直流电，并在市电停电时保证信号源的工作，适合对网络质量要求比较高，同时信号源为直流输入的场景。

5 结束语

采用直流电源+蓄电池的供电方式，在提供高质量直流电的同时，还能具有运营成本低，灵活性高等特点，是目前室内覆盖供电的理想解决方案之一。