5G基站电源改造的解决方案

龚戈勇，丁 远

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210009）

0 引 言

目前，5G网络已从标准制定进入实质性建设阶段。全球5G网络建设已经展开，国内三大运营商也在部分城市开始了试验网的建设。对于运营商，5G网络意义重大，如更好地树立品牌、提高用户感知及获得竞争优势。然而，若大规模部署独立5G网络，将面临站址资源稀缺和投资成本巨大的问题。因此，需利用现网站址资源，实现快速规模化建网，减少配套成本，提高投资效益。机房配套电源是基站配套资源的重要组成部分，5G网络的建设将对现网机房电源系统带来新的压力。

1 5G系统的电源需求

1.1 基站电源系统构成

基站电源系统一般由交流供电部分和直流供电部分组成，如图1所示。其中，交流供电部分包括一路市电、发电油机、浪涌保护器及交流配电箱；直流供电部分包括高频开关组合电源（含监控模块、整流模块及直流配电单元）和两组（或一组）蓄电池组。

目前，中国移动、中国电信及中国联通分别拥有自己的无线通信网络。同一基站内2G/3G/4G多系统、多制式共存，各系统的无线设备都需要电源系统提供相应的端子和后备电源，导致机房电源系统资源越来越紧张。

1.2 5G基站典型场景的电源需求

部署初期，5G网络主要采用CU和DU合设+AAU的设备方案，即在基站侧采用BBU+AAU单元的建设模式。其中，BBU单元安装在机房或室外机柜内，集成RRU和大规模天线阵列功能的AAU单元安装在室外天面。由于5G采用MIMO技术，BBU功耗将比现网4G系统的BBU功耗增加2倍，AAU功耗将比现网4G系统的AAU功耗增加2～3倍[1-2]。

图1 基站电源系统构成图

按一个5G基站无线设备配置1个BBU和3个AAU计算，加上新增的传输设备功耗（现有接入传送网PTN设备不能满足5G网络高速率、低时延的要求），它的功耗将不低于5 000 W[3]。考虑一般场景（基站内现有2套2G系统，2套4G系统，2组500 Ah蓄电池），新增1套5G系统设备后的机房的功耗如表1所示。其中，总功耗为21 800 W，直流功耗为13 800 W。

表1 改造后的机房功耗表

由表1可知新增5G设备后机房电源的各项参数需求。

（1）交流引入容量需求

三相市电电流容量I=1.25×21 800÷0.8÷（380×）=51.8 A。其中，1.25为安全系数，21 800 W为设备总功率，0.8为功率因素。

（2）开关电源电流容量需求（-48 V）

整流模块下，开关电源电流容量可表示为：21 800÷48+蓄电池总容量÷10=387.5 A。其中，21 800 W为设备总功率，正常蓄电池充电电流=蓄电池总容量÷10。若每个整流模板为50 A，考虑1+N冗余的情况下，需配置9块整流模块。

当5G系统采用与4G系统设备类似的电源接入方式时，即BBU+AAU单元接入对应的主设备配套电源模板DCDU单元，DCDU单元再接入开关电源柜，新增5G-BBU单元的DCDU单元对空开端子的容量需求可表示为：1.25×5 000÷48=130.2 A。其中，1.25为安全系数，5 000 W为设备功率，主线芯截面大于35 mm2。当BBU+AAU单元单独直接接入开关电源柜时，空开端子的容量需求为63 A，主线芯截面大于16 mm2。

2 5G基站电源改造的解决方案

在核算基站电源系统时，机房内新增的用电量不仅需要考虑新增的5G设备功耗，还需考虑新增设备后增加的空调、传输设备功耗以及可能产生的电能转换损耗和蓄电池组充电功耗等因素。在容量不满足要求时，需进行相应的改造。

2.1 交流市电的改造

核实机房市电引入总容量、空开容量及电缆是否满足需求。市电引入容量不满足时，应申请增容。交流配电箱主开关容量及相关连接电缆都不能满足要求时，则更换交流配电箱。

针对市电扩容难的问题，可以考虑引入梯次电池组（铁锂电池组），以减少对市电的容量需求。对梯次电池组进行智能控制，峰值时通过市电和蓄电池共同放电，以保证机房设备的用电容量；在波谷时，利用市电对蓄电池进行充电，从而在一定程度上减少市电容量的重新申请，降低基站的引电成本。

2.2 开关电源及端子的改造

2.2.1 室内组合开关电源

（1）-48 V电源系统的改造

新增设备直接利用现有直流系统供电。如果开关电源容量满足新增设备需求，只需增加整流模块进行扩容；如果开关电源容量不能满足需求，采用更换开关电源的办法予以解决。

（2）+24 V电源系统的改造

在机房面积、楼板荷载及市电容量等条件许可的条件下，为5G设备独立新增一套-48 V直流电源系统。在机房条件不允许时，新增1套+24 V/-48 V的DC/DC变换器为5G设备供电。此时，需考虑原有+24 V开关电源的容量，新增DC/DC直流变换器宜从原有开关电源架母线排引接，DC/DC直流变换器机架输出容量和变换器模块数量按本期负荷配置。

2.2.2 室外一体化机柜开关电源

现有一体化开关电源接入系统已有3个或3个以上，建议新增1套一体化开关电源，一般不在原电源系统上新增设备。现有一体化开关电源接入系统少于3个，容量满足的情况下可直接新增设备，设备空间不足的需要新增1个设备柜。

2.2.3 电源端子的改造

现有开关电源有剩余端子且容量满足要求的，直接引用剩余端子。有剩余端子但容量不能满足时，更换满足要求的空开或熔丝；无剩余端子但有可扩展槽位时，新增空开；无剩余端子且无可扩展槽位时，考虑新增直流配电箱，且直流配电箱的电源应从电源架母线排引接。

2.3 蓄电池的改造

不同场景的基站蓄电池组后备时间不同，可结合基站重要性、市电可靠性、运维能力以及机房条件等因素确定。一般建议市区、县城基站后备时间要求大于2 h，乡镇、农村基站后备时间要求大于4 h，偏远山区基站后备时间要求大于6 h。对于部分重要基站及地理位置较偏远、应急发电不便的山区和农村基站，可适当增加蓄电池组后备时间。部分机房条件受限或后备时间要求较小的基站，可适当减少蓄电池组的后备时间。

新增5G设备后，对于不能满足后备时间的站点，机房空间或承重足够的，替换为新的大容量电池；机房空间或承重不足的站点，将原有的铅酸蓄电池替换为新型铁锂电池。铁锂电池与传统铅酸蓄电池相比，重量更轻，体积更小，能有效解决机房空间和承载限制问题。

2.4 天馈AAU单元的电源改造

AAU单元的供电可分为-48 V集中供电、-48 V本地直流供电和高压直流远供。根据现场条件，结合AAU功耗、数量、与室内BBU安装距离、电源设备位置以及线缆敷设难易程度等因素，选择合适的供电方案。

当AAU距BBU的线缆长度小于设备厂家规定最大直流长度时，用标配的供电电缆从机房BBU处的直流电源为其供电。当AAU距BBU的线缆长度大于设备厂家规定最大直流长度时，可考虑如下供电方式：（1）通过加粗供电电缆线径，利用机房BBU处的直流电源为AAU供电；（2）楼面站点可考虑配置室外小型一体化电源柜为AAU供电；（3）AAU安装在安全性较高的地区如铁路沿线、城中村等相对封闭的区域，电源设备安装位置受限或外接市电困难时，可采用直流升压拉远技术为AAU供电。

2.5 典型场景改造示例

2.5.1 场景一

场景一：机房有多个老旧的2G系统BTS落地机柜，现有开关电源容量已很大且无多余端子，无空间安装新增开关电源。

解决方案：将现有2G系统BTS机柜替换为采用BBU+RRU架构的同厂家DBS系统。拆除原有4个落地机柜，原位安装1个19英寸的落地机柜。将2G系统GSM和DCS系统的2个BBU设备安装在落地机柜，对应的RRU设备从主设备除的DCDU单元进行取电。落地机柜空出的空间可安装新增5G BBU单元，新增设备可引用2G机柜拆除后空出来的电源端子取电。

2.5.2 场景二

场景二：机房空间有限，现有蓄电池容量不足，无空余位置更换大容量的蓄电池，机房内落地机架剩余空间较多。

解决方案：在落地机柜空余空间安装2组支持19英寸机柜安装100 Ah的梯次电池（高度约5U），原有铅酸蓄电池位置保持不动，接入新增的1个综合电池管理单元，电池管理单元对新增的梯次电池和原有蓄电池进行统一管理（如图3所示）[4]。通过新旧电池组共用管理器，实现梯次电池与铅酸电池合用，提升机房电池容量满足新增5G设备的后备时间要求。

图2 场景一解决方法示意图

图3 场景二解决方案示意图

3 结 语

在保证机房电源系统安全可靠的前提下，如何选择改造难度小、投资少、施工周期短的电源改造方案，是运营商5G网络建设面临的一个难题。本文提出了对现有基站电源系统进行相应的改造方案，为5G设备共址现网机房建设安装提供参考。随着技术的发展，5G系统BBU和AAU单元的功耗会进一步减少，对应的网络建设模式和配套电源需求将得到更好的解决。