5G基站机房电源传输改造研究

李家乾，丁 远

（1.中国移动通信集团广东有限公司，广东 广州 510623；2.中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210009）

0 引 言

随着工信部为三家运营商商用组网划分了频谱，2019年国内3大运营商开始在部分大城市开展5G试验网建设。其中,中国联通和中国电信5G使用了3.5 GHz高频段组网，必然需要新增大量基站，而共享中国移动基站将有效提高站址利用率，节省投资，减少选址困难，缩短建设周期[1]。但在提高共享率的同时，必然会给原有机房带来了一系列问题，如外电容量不足、整流模块不足、机房空间不足等。因此,铁塔部门必须对原有机房开展改造，包括机房空间、机房电源及机房传输的改造。

1 机房空间改造

5G-BBU与LTE-BBU尺寸一致，均为19英寸宽、2U高的标准插框，支持2G、3G、4G、5G和NB系统。图1为华为BBU5900。因此，5G-BBU安装方式与LTE-BBU安装方式一致。

图1 BBU5900实务和模拟图

1.1 空间现状

目前，机房中多系统、多运营商共存，GNF900、GNF1800、LTE-D、LTE-F频、BBU+微小拉远BBU+室分拉远BBU等BBU主设备较多。对于宽敞的机房，增加5G BBU无困难，对于空间狭小的机房和一体化柜站点，增加BBU困难。此外5G需新增或改造交流电源、直流电源、蓄电池和传输设备等，需更大的操作空间。

1.2 改造方案

在空间充裕的条件下，BBU可安装于落地主设备机架、挂墙安装、传输机柜或一体化柜；在空间有限情况下，将多系统整合，如LTE-D频和F频整合成一个BBU、GNF和LTE整合成一个BBU，但割接时应注意风险。

2 机房电源改造

由于联通电信采用3.5 GHz频段开展5G建设，需要建设比4G更多的基站，必将优先共享中国移动机房，这将给机房供电带来新的挑战。以中国联通和中国电信共享中国移动机房为例，若原机房共有2套系统，现需新增3套5G-NR系统，华为和中兴设备满负荷运行时功耗情况，如表1所示。

5G承载容量增至原有LTE的10倍，因此BBU运行功耗增加了3倍，AAU功耗对应原有LTE-RRU也增加了3倍[2]。因此，需重新核对原有机房的交流端子容量、直流空开端子、直流整流模块数量主线芯截面积是否满足新增NR的需求。

电缆截流量表如表2所示，其中左则为交流电载流量表，右侧为直流电载流量表。

2.1 外电计算

外电采用三相电为例，为[3]：

表1 机房设备功耗表

表2 电缆截流量表

其中，α为安全系数，一般取值为1.25；γ为冗余损耗，一般为0.8；P为设备总功率，这里取值为22 300 W。于是，有I=1.25×22 300÷0.8÷380÷1.73=53 A，即外电交流空开端子必须大于53 A。经查表2，电缆主线芯截面需大于16 mm。

此外，由于机房一路外电为20 kW，而新增3套5G系统后，华为设备总功耗达到22.3 kW，中兴设备总功耗达到30.1 kW，因此必须委托铁塔新增一路外电。

2.2 直流整流模块数量计算

直流设备总电流[4]：

其中，P为直流设备总功耗，W为蓄电池总容量。代入数值，即Q=(18 300/48+2×500/10)=481.25 A。

若每个整流模板50 A，增加1个冗余保护情况下，共需整流模块数n=481.25 A/50 A+1=11个。

目前，大部分机房无法达到此要求，必须委托铁塔新增整流模块或新增DC整流柜。

2.3 5G空开端子容量计算

由于I=1.25（安全系数）×设备功率÷48 V，即I=1.25×（1 200×3+1 000）÷48=119 A，即 5G空开端子必须大于119 A，工程上一般选用160 A的空开端子。经查表2，即电缆主线芯截面大于25 mm。

2.4 BBU-AAU线缆直径计算

工程上，常用固定压降分配法，计算公式为：

其中，ΔU为压降；γ为铜的电导率，取值57；I为电流值；L为线长。

下面以表1的华为设备功耗为例，说明机房电源设备的需求计算过程。

（1）对于华为AAU，根据I=1.25（安全系数）×设备功率÷48 V，有I=1.25×1 200÷48=32 A。查表2，线径大于4 mm，不可行，此线径无法满足压降要求。

（2）对于中兴AAU，根据I=1.25（安全系数）×设备功率÷48 V，有I=1.25×1 500÷48=39 A。查表2，线径大于6 mm，不可行，此线径无法满足压降要求。

若电源线长50 m，按照式（1）计算，则华为压降和中兴压降分别为：

由于压降应不大于8 V，因此建议小于50 m内的电缆直径：①华为AAU线径采用10 mm，ΔU=2×I×L//S=2×32×50/57/10=5.6V；②中兴AAU线径采用10 mm，ΔU=2×I×L//S=2×39×50/57/10=6.8V。若线路过长，无法通过增大线径来减少压降时，可在线路中间点加装外置升压设备来补充压降。

2.5 节能措施

虽然5G-BBU和AAU功耗较大，但通过多载频智能关断和射频通道关断技术措施，可依据业务容量大小灵活开启或关闭部分AAU通道电源以节省用电，缓减用电瓶颈。

经测试，射频通道关断的收益为7%，符号判断收益为15.7%，载载关断收益为14%，三个同时开启时综合收益为25%[5]。虽然关闭了部分通道，但对流量KPI无明显负增益。

3 机房传输改造

5G将采用切片分组网SPN技术建设一张全新的传输网络来承载5G业务。SPN面向PTN演进升级、互通，4G与5G业务互操作，需前向兼容现网PTN功能；面向大带宽和灵活转发需求，需进行多层资源协同，同时融合L0～L3能力；而针对超低时延和垂直行业，需支持软、硬隔离切片，需融合TDM和分组交换。

前传纤芯需求：若采用D-RAN方式，则5G采用速率为25 Gb/s光模块和2芯多模光纤或1根6芯单纤单向光纤。光纤采用eCPRI，解决了大带宽和光纤部署受限的挑战。

回传纤芯需求：采用站点机房跳接到中心机房的裸纤，单站需2芯光纤，采用10 Gb/s或50 Gb/s。

5G单小区频谱效率峰值为40 bit/Hz，均值10 bit Hz，另10%传输封装开销、20%Xn流量，1: 3 TDD上下行占比。

单小区带宽=频宽×频谱效率×（1+封装开销）×TDD下行占比，即：

峰值 =100 MHz×40 bit/Hz×1.1×0.75=3.3 G

均值 =100 MHz×10 bit/Hz×1.1×0.75×1.2=0.99 G

DU对接入环带宽需求计算如下：

单小区峰值：6 Gb/s×1.1×1.2=3.3 Gb/s

单小区均值：0.7 Gb/s×1.1×1.2=0.9 Gb/s（Xn流量主要用于为两站交界处覆盖薄弱区增强带宽，只发生在均值场景中）。

站点峰值=3.3 Gb/s+0.9 Gb/s×（3-1）=5.28 Gb/s站点均值=0.99×3=2.97 G

因此，对于传输接入网，5G单基站的峰值需求达到了5.3 Gb/s，是LTE基站需求的5～10倍。建议gNB回传接口（NG/F1接口）采用10G以上光模块（LTE采用1GE光接口，GSM采用FE百兆电口）。为预防将来容量出现爆炸性增长，实际工程上将采用25G/50G光模块。

若集中机房8个BBU组成环，汇聚层6个节点成环，核心层6个节点成环，则传输骨干网的带宽需求如图2所示。

因此，接入层传输设备将替换升级为25G/50G带宽需求的光口，如华为PTN960替换升级为PTN970。对于汇聚层（A设备、B设备）和核心层（ER设备），除部分老旧设备需升级外，大部分设备近期将保持不动，待后期依据网络的需求替换升级。

图2 传输骨干网带宽需求计算

4 结 论

随着技术的发展，AAU单元功耗、重量和尺寸将进一步减少，有助于提高5G天馈系统的可部署性。实际部署过程中会遇到各种物业阻扰和天面受限的困难，需要物业协商单位、设计单位、施工单位以及建设单位共同努力，通过“1+1”天馈方案最终实现将复杂多样的天面简洁化和有序化。