5G无线网络基站建设模式

兰少勉

（广西千万里通信工程有限公司，广西 南宁 530000）

0 引 言

随着5G技术的快速发展，5G无线网络基站的建设也在不断提速。为了快速建成5G基站，需要对原先的2G、3G、4G基站进行重新规划利用，在宏观层面上实现总体覆盖，然后再规划网络容量，根据实际情况来建设微基站。本文结合5G网络的特点，提出了5G基站建设的模式，采取室内和室外互相结合的方式，以微基站为主，宏基站与微基站相互协同工作，采用集中供电的方式，其中宏站的作用是保障周围微站的电源供给，满足它们之间不同的备电要求。在这个模式中，具体思路是：利用现有的宏基站或者新建一些新的宏基站，根据实际的情况来增加新的直流远供电源局端设备，这些设备能够和5G基站中的一体化微站设备或者RRU进行连接，有效解决传输与供电的问题。此外，还要根据不同设备之间的不同需求来准备相应的电池，防止发生意外导致供电出现问题。

1 直流远供技术

图1为直流远供示意图。局端设备是直流远供系统的核心，局端设备具有N+1个功率模块，1个控制模块，功率模块可以完成-48 V直流隔离升压到215～410 V（DC/DC升压），通过远供线缆输出给远端设备。局端设备具备过压、过载、欠压、开路、短路、漏电、强电入侵等保护功能，一级系统的监控功能（利用宏基站动力监控通道完成远供电源系统监控）。远端设备将直流高压变换输出稳定的直流-48 V电源或者交流220 V电源，为基站通信设备供电。本文的远供线采用光电混合缆，远端设备输出-48 V电压供电，给出了3种建设方式。

2 中心辐射式建设方式（星型）

星型的建设方式是把现有的无线网络宏基站或者新建的宏基站的站址资源当作中心，图2展示的就是星型结构建设方式。通过增加局端设备，可以实现从中心一点向多个微站设备进行远程供电，呈现星型放射的趋势，而且局端设备提供的电源还有可靠的电池作为保障。

图1 直流远供示意图

图2 星型结构建设方式

以一个平均楼层高度不大于50 m的小区为例，在屋顶或者地下室内建设机柜式宏基站，使用Massive MIMO多天线技术，64T64R（64发64收）天线阵列（3.5G频段下的天线尺寸大约为820 mm×498 mm×120 mm），能够有效对整个小区进行覆盖。而想要实现深度覆盖，就需要在小区中使用内置天线的一体化微站设备，并以楼宇为单位来划分相应的集中供电区。把小区内的宏基站作为中心，把微站安装在所有楼宇的电梯间以及地下室内，再利用光电混合缆以及直流远供技术可以为远端设备进行供电，而且每个远端设备之间是相互独立的，它们各自为不同的微基站供电，但是不会互相影响。电梯内需要安装3个发射功率在1～3 W的一体化微站；地下室则要根据实际情况，每隔70 m安装一个发射功率在3～5 W的一体化微站；楼梯间的微站需要安装在外墙高度15 m和30 m处，发射功率大概为10W，用来实现楼宇间对打。根据这个配置，如果想要让5G网络完全覆盖一个楼宇数量为4的小区，就需要1个宏基站以及二十几个微基站。星型辐射建设的方式比较适用于公园、景区以及低层楼宇小区等场景[1-2]。

3 接力辐射式建设方式（总线型）

接力辐射式建设方式又称总线型建设方式，供电方式和星型建设方式不同，它是利用一台大功率的局端供电设备和光电混合缆作为总线，为线上的各个节点，即微基站进行供电，而这个总线的起点就是现有的无线网络宏基站或者新建的宏基站。这种方式比较适合宽阔的地带，如山地景区和荒野等场景。把宏基站当作起点，利用光电混合缆连接远端设备，节点之间也是通过光电混合缆进行连接，这样就实现了把远端设备都变成节点的目的，供电开始的时候，第一个微站从宏基站取电，而后续的微站又从前一个微站进行取电。按照这个方式进行布置，每隔150～250 m就能够安装一个发射功率为10～15 W的外接天线的微站。此外，相距较短的几个微站可以进行光线级联，但是总的辐射距离最好不要超过5 km。图3展示的就是总线型结构建设方式。

4 分层辐射式建设方式（树型）

图3 总线型结构建设方式

最后一种建设方式是分层辐射式建设方式，可以称为树型建设方式，是把现有的无线网络宏基站或者新建的宏基站的站址资源当作中心节点。在这种建设方式中，宏站通过光电混合线缆延伸出不同的路径来连接远端设备，将它们作为节点，同时每个节点又可以向下延伸，连接多个节点，因此称其为树型结构建设方式。在某种意义上，这种方式算作总线型结构建设方式的拓展延伸，适合以室外辅助室内进行5G网络覆盖的场所，如大型超商、机场以及火车站等人流量较大的场所。树型结构建设方式的供电是通过增加局端电源设备来实现的。在这个建设方案中，全部采用光口，分配单元与微站之间能够相距300 m左右，是目前4G网络采用电口进行覆盖的方式的3倍，这使得微站和分配单元安装的灵活性大幅提高。其中，一个分配单元最多能够连接15个发射功率为0.5～1 W的微站。此外，同一分配单元连接的微站之间最好进行部分级联或者光线级联。

5 远供馈电线缆选择

5G无线网络直流远程供电的设计要考虑3个因素：远端设备的负载功耗、光电混合缆的馈电长度、光电混合缆中馈电线的材质与线径。负载的功耗是可以在规划时预测的，这就需要在已知功耗的前提下，选择合适的馈线材料和线径满足一定的供电需求。式（1）中，局端馈电电压用U0来表示，电压在280～380 V；而远端设备的输入电压则用V0表示，它的数值范围是200～380 V，防止因为电压过低或者过高而出现欠压或者过压的情况；远端的输出功率表示为p，它的物理单位是W；远端设备的能量转换效率通常在90%的上下浮动，用η来表示。根据式（1）可以算出远供系统的环阻，而根据式（2），只要知道电阻率以后就能够算出远供系统的馈电距离。

铜和铝是两种最常用的导电材料，使用后者制成的电缆的电阻率是前者的1.89倍。文中以铜缆为例，其有关的信息详见表1。根据表1可以知道，如果公式中U0和V0分别为380 V以及220 V，那么一个馈电距离为3 km的远端设备的功耗就是3 kW，进而得出转换效率是85%，根据公式可以算出最大电阻率是1.7 Ω/km，就需要选用16 mm2的铜缆，还有一定量冗余，可满足3 km馈电、4.5 kW的供电。

6 集中供备电的特点

在上述的3种建设方式中，全部采用了光电混合缆，既能够提供良好的网络信号又能够满足系统对于容量的需求，而且在建设的过程中，总体结构决定了它们的供电方式都是集中供电。这样光电混合缆不仅满足了供电的需求，还满足了信号的传输要求。此外，把这两个问题放到一起解决，能够有效降低建设的成本，提高建设的速度。相较于交流供电，直流供电更加稳定而且传输过程并不存在干扰因素。

表1 铜缆参数

7 结 论

本文的5G无线网络建设方式，传输和引电同时解决快速建站，扩容便捷，维护便利，网络效果立竿见影。文中响应节能减排、绿色通信和建设节约型社会的号召，只是给出3种5G网络的建设方式，其实也可是这3种方式的组合，实际操作中要具体问题具体分析。本文所述是集中供电采用直流远供方式，可尝试逆变器交流集中供电方式，在敷设交流电缆的同时敷设光缆，解决回传问题。当然，亦可因地制宜，采用分布式供电。