电联竞合对地铁民用通信供电方案的影响研究

王浩　李云鹏　李斯博

【摘要】    随着“十四五”新基建建设规划的发布，大力发展数字经济，拓展5G应用，加快工业互联网等建设成为重点。地铁作为民生工程，5G网络的覆盖更是让乘客感受时代的进步。伴随5G的高速发展，5G设备带来的高能源损耗也逐渐日益明显，电信、联通通过共建共享，在5G网络上共建一张网络，同时通过在5G网络的共建延伸到3G/4G网络的共建，探索出了节能、高效的新建设思路。本文通过对电联竞合前后地铁民用通信供电方案的对比分析，介绍了电联竞合对供电系统的影响，为后续地铁线路是否采用电联竞合提供了参考依据。

【关键字】    电联竞合    地铁    民用通信    供电方案

引言：

2019年6月6日，工信部正式向三家運营商发放了5G牌照，因为5G网络设备的高能耗等问题，电信、联通在9月9日签署了《5G网络共建共享框架合作协议书》，正式决定在全国范围内共同合建一张5G网络，随后电信、联通秉持共建共享效益最大化，对于1800M、2100M频段也提出了竞合需求。随着电信、联通在3G/4G/5G全网络的竞合，利于双方的可持续合作[1]。对于目前的地铁民用通信建设，当电联竞合后，对于供电需求将造成较大的影响，本文通过基于单车站及隧道区间进行竞合前后的方案对比分析，对电联竞合后对供电方案的影响进行研究。

一、电联竞合后功耗对比分析

在电联竞合前，地铁民用通信设计需按照三家运营商提出的覆盖的需求进行设计，其中移动提出2G/3G/4G/5G共5个制式的需求，电信提出2G/3G/4G/5G共4个制式的需求，联通提出2G/3G/4G/5G共5个制式的需求，共计14个不同制式的需求。不同的制式对应不同的设备，较多的制式需求意味着需安装的设备较多，对地铁民用通信的供电能力也提出了更高的要求。

电联竞合后，移动的制式需求不变，仍然是2G/3G/4G/5G共5个制式需求，但是电信、联通不再提出2G的需求，同时3G/4G/5G均采用竞合的方式，由竞合前共计9个制式的需求降低为竞合后3个制式的需求。制式的减少，同样减少了设备数量，降低了用电需求。详细的功耗对比如表1所示。

根据上表运营商设备功耗竞合前后对比，可明显看出，随着电信、联通的竞合，无论无源分布还是有源分布，都因为制式的减少，减少了需安装的设备数量，电源需满足的功耗负荷也明显降低，对于地铁民用通信供电系统利于降低配置，择优选择电缆，在满足建设需求的同时可大幅度降低投资。

二、电联竞合后供电方案对比分析

本文选取一个车站及该车站所覆盖的隧道区间对电联竞合前后的供电方案进行对比分析。其中车站部分考虑对站厅台公共区、设备区及出入口进行民用通信覆盖，隧道区间按左右线四个设备点区域进行民用通信覆盖[4]。根据竞合前后不同的无线覆盖方案，结合需安装的运营商设备，对竞合前后的供电方案进行对比分析，其中对比分析可分为竞合前后直流供电方案对比分析及交流供电方案对比分析。

（一）直流供电方案对比分析

地铁直流供电系统，通过机房内组合式开关电源，向机房内直流配电屏供电，运营商综合柜连接至直流配电屏，满足综合柜内运营商BBU设备的供电，同时运营商RRU统一由直流配电屏供电[3]。机房内的传输设备直接由组合式开关电源供电。机房内的所有设备均需设计后备电源，运营商的主设备按一次下电备电设计，机房内传输设备按两次下电备电设计。隧道内设备点交流配电箱及机房内UPS供电。隧道内设备通过隧道交流配电箱供电，不考虑后备电源，站厅台皮基站通过UPS供电，需考虑后备电源。直流供电系统如图1所示。

电联竞合前，在满足站厅台及隧道民用通信覆盖的情况下，该车站移动需配置无源分布直流BBU共计5台、直流RRU共计5台，有源分布直流BBU共计2台，功耗合7310W;电信需配置无源分布直流BBU共计4台、直流RRU共计4台，有源分布直流BBU共计1台，功耗合计3215W;联通需配置无源分布直流BBU共计5台、直流RRU共计4台，有源分布直流BBU共计1台，功耗合计4850，运营商设备直流负荷合计15375W。机房内由铁塔共建一套传输设备、一套动环系统，功耗合计650W。该车站直流负荷合计16025W。根据直流负荷，通过计算在不考虑整流模块N+1配置下，机房内组合式开关电源需配置-48V/600A机架，配置9个整流模块。根据地铁民用通信机房采用双路一级市电供电，机房内后备电源时长按0.5小时设计，根据国标GB 51194-2016《通信电源设备安装工程设计规范》蓄电池组备电要求，配置后备电池组可采用2组300Ah阀控铅酸蓄电池组。

电联竞合后，在满足站厅台及隧道民用通信覆盖的情况下，该车站移动需配置无源分布直流BBU共计5台，直流RRU共计5台，有源分布直流BBU共计2台，功耗合7310W;电联需配置无源分布直流BBU共计3台、直流RRU共计3台，有源分布直流BBU共计1台，功耗合计2785W;联通不再单独接入设备，运营商设备直流负荷合计10095W。机房内由铁塔共建一套传输设备、一套动环系统，功耗合计650W。该车站直流负荷合计10745W，较竞合前降低了32.95%。根据直流负荷，通过计算在不考虑整流模块N+1配置下，机房内组合式开关电源需配置-48V/600A机架，配置7个整流模块。根据地铁民用通信机房采用双路一级市电供电，机房内后备电源时长按0.5小时设计，配置后备电池组可采用2组200Ah阀控铅酸蓄电池组。

通过对竞合前后直流供电系统方案分析，虽然方案模式没有区别，但是因为竞合后运营商设备大幅度减少，运营商负荷降低，对应的机房内直流供电设备配置降低，在同样满足民用通信覆盖的情况下，可大幅度降低建设投资，同时降低能耗。

（二）交流供电方案对比分析

地铁交流供电系统，通过机房内总交流配电屏，向隧道内设备点交流配电箱及机房内UPS供电[3]。隧道内运营商设备通过隧道交流配电箱供电，不考虑后备电源，站厅台运营商皮基站通过UPS供电，需考虑后备电源设计。交流供电系统图如图2所示。

电联竞合前，隧道内通过漏缆及RRU进行覆盖，根据运营商需求，每个设备点移动需安装5台RRU、联通需安装5台RRU、电信需安装4台RRU[2]，功耗合计6405W。站厅台部分通过皮基站进行覆盖，根据测算，三家运营商各需8套RHUB+PRRU进行覆盖，功耗合计24kW。根据皮基站设备功耗，需配置40kVA UPS，根据国标GB 51194-2016《通信电源设备安装工程设计规范》蓄电池组计算要求，后备电池需配置一组100Ah阀控铅酸蓄电池组。隧道区域根据设备点设备功耗，需配置380V/40A交流配电箱。电力电缆对于远端供电尤为重要，从设备点到机房架设按500米计算，根据行标YD/T 1051-2018《通信局（站）电源系统总技术要求》关于压降损耗不低于15%测算，电力电缆需采用WDZBN-RYY23-1kV 4*10mm²。根据直流供电方案设备功耗、交流供电方案设备功耗合计，可以计算出总的交流配电屏需选用不小于380V/200A配置。

电联竞合后，电信、联通设备进行竞合，隧道内覆盖方式不变，但运营商设备每个设备点移动仍是5台RRU，电联需安装3台RRU，功耗合计3835W。站厅台部分之前每家都需建设一套皮基站，通过电联竞合后，每家运营商仍需8套RHUB+PRRU进行覆盖，但仅需要建设两套，功耗合計16kW。根据皮基站功耗，仅需配置30kVA UPS，根据国标测算，后备电池仍需配置一组100Ah阀控铅酸蓄电池组。隧道区域根据设备点设备功耗，仅需配置一台380V/32A交流配电箱。按相同路径供电电缆，根据行标YD/T 1051-2018《通信局（站）电源系统总技术要求》关于压降损耗不低于15%测算，仅需配置WDZBN-RYY23-1kV 4*6mm²电力电缆满足压降损耗需求。根据竞合后的交直流总功耗，可以计算出总的交流配电屏需选用不小于380V/160A配置。

通过对电联竞合前后，交流供电方案的对比，整个交流供电系统没有变化，但是因为运营商竞合，造成设备减少，对于隧道内交流供电设备、电力电缆的配置可有效降低，节省投资。

结合对交直流供电方案竞合前后的对比分析，在整个交直流供电系统的模式上没有变化，但是因为竞合后的设备大幅度减少，整体功耗降低，可有效减少地铁机房及隧道内的空间占用，同时对于交直流设备的选型、电力电缆的线径选择都有所降低，整个电源方案的投资下降，对整个工程的造价有很大影响。

三、电联竞合后供电方案造价对比分析

根据本文竞合前后交直流供电方案的对比分析可知，竞合后的设备选型、电力电缆选型等相关设备均大幅度降低，相关主要设备及电缆的型号如表2所示：

根据所选设备的型号，对相关厂家进行询价，竞合前后方案选用相同厂家不同型号设备的报价测算。竞合前后的供电方案预算对比如表3所示：

根据预算测算，竞合前后的主要是相关设备、电力电缆型号的降配产生的投资降低，本文所讨论的单站测算，可有效降低供电投资9.59%。由此可知在5G网络大规模发展的现在，电联竞合不但有效节约地铁空间资源，降低能耗，同时可有效地降低建设成本。

四、结束语

目前5G网络已经大范围覆盖，5G网络设备带来的能源损耗愈发明显，对于地铁场景，轨道公司多次提出隧道民用通信设备点设备过多，安全隐患较大等问题。本文通过对电联竞合前后的供电方案对比分析、造价对比分析，介绍了电联竞合对于供电方案及建设成本的影响。进一步说明了电联竞合对于地铁民用通信建设的影响有积极作用，不但对空间位置进行了节省，降低了设备总功耗，同时降低了建设成本。为其他地铁线路是否采用电联竞合方案提供了参考依据。

作者单位：王浩    李云鹏    李斯博    广东省电信规划设计院有限公司

参  考  文  献

[1] 韩建芳，姚利民.地铁中民用通信系统供电方式探讨[J].通信电源技术，2020，37（10）：246-251.

[2] 隋智君，杨振华，王伟，等.创新室内电联竞合载波扩容研究[J].电信技术，2019（03）：34-39.

[3]信劲松，霍励，李云鹏，等.地铁民用通信机房解决5G基站电源方案研究[J].数字技术与应用，2019，37（07）：24+26.

[4]李斯博，毕猛，李云鹏.地铁新建线路民用通信5G建设思路探讨[J].信息通信，2020（12）：211-213.