基于TD-LTE的C-RAN電源解決方案*

羅新軍，徐舜堯

（1.中通服咨詢設(shè)計研究院有限公司，江蘇 南京 210019；2.中國移動通信集團廣東有限公司中山分公司， 廣東 中山 528403）

0 引 言

后TD-LTE時代的規(guī)模建網(wǎng)基本完成，形成了基于宏微結(jié)合的整體立體網(wǎng)絡(luò)。TD-LTE網(wǎng)絡(luò)技術(shù)特點[1]、用戶數(shù)量的猛增以及用戶分布的不均衡等，對網(wǎng)絡(luò)的覆蓋、容量、質(zhì)量等深度覆蓋健康度指標提出了更高要求，TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需加速。國家對移動通信網(wǎng)絡(luò)提速降費戰(zhàn)略的提出，對運營商網(wǎng)絡(luò)建設(shè)與運維的降本增效提出了更高要求。 TD-LTE使用頻段相對高，站點密集，需要大量的機房、電源、電池及相關(guān)配套資源，投資大[2]。C-RAN具有集中化、協(xié)作化、云化以及節(jié)能等特點[3]，利于節(jié)省網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本、加快建設(shè)進度，可有效解決目前TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中存在的投資大、建站難以及能耗高等困難。因此，基于C-RAN部署的TD-LTE 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)越來越受到運營商的重視。C-RAN組網(wǎng)模式存在對網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備供電的建設(shè)難點，因此C-RAN電源解決方案成為人們關(guān)注的重點。

1 C-RAN技術(shù)特點及挑戰(zhàn)

C-RAN具有鮮明的技術(shù)特點[4]，通過集中式BBU池部署，擴展靈活，加快了網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提供了更大帶寬和更靈活的運營。通過BBU協(xié)作化，多個小區(qū)間靈活進行協(xié)作調(diào)度、協(xié)作處理[5]以及異構(gòu)網(wǎng)下的分層協(xié)作、對抗干擾[6]，可提高系統(tǒng)性能，易于實現(xiàn)CA、CoMP、Super Cell以及D-MIMO等功能。它引入標準IT硬件平臺，通過云計算技術(shù)構(gòu)建“軟”基站，支持多標準通信和各種應(yīng)用層業(yè)務(wù)，增強了系統(tǒng)的靈活性和可擴展性。它通過集中化共享配套資源，構(gòu)建更低能源消耗、更低運維成本、更短建設(shè)周期的綠色無線接入網(wǎng)?；谪撦d的自適應(yīng)資源分配，它可動態(tài)調(diào)度資源，提高了資源利用率。未來無線網(wǎng)向云化、虛擬化方向發(fā)展，BBU將以邏輯形式集中，因此C-RAN部署更易于未來演進。

C-RAN采用BBU集中式放置，RRU側(cè)無需新建站點或租賃機房，大大減少了機房數(shù)量，可節(jié)約大量租借或購買站址資源的成本。在BBU及其配套的投資中，C-RAN可以實現(xiàn)配套資源共享，如GPS、傳輸?shù)扰涮踪Y源，其中機房及機房配套投資一般占總建設(shè)投資60%以上，可通過減少機房及配套數(shù)目，縮短建網(wǎng)周期，控制運營和維護的開銷?？梢?，C-RAN能夠顯著節(jié)省投資。對于容量擴容，只需在中心機房插入基帶板即可完成；對于新增站點覆蓋，只需將RRU室外安裝至覆蓋點，通過光纜網(wǎng)絡(luò)就近接入BBU所在中心機房；對承載，只需要調(diào)整帶寬，不需要上站維護。

C-RAN與D-RAN組網(wǎng)模式對機房、光纖及電源等關(guān)鍵資源需求的對比分析，如表1所示。

表1 關(guān)鍵資源需求對比

可見，C-RAN組網(wǎng)建設(shè)方案需特別考慮機房、電源及光纖因素，設(shè)備高度集中，需從機架、承載、供電以及備電等方面出發(fā)，評估機房的面積、供電能力和承重能力等。C-RAN組網(wǎng)下，RRU采用拉遠建設(shè)，對RRU供電及光纖資源等提出了更高要求，是C-RAN建設(shè)面臨的挑戰(zhàn)。

2 C-RAN電源解決方案

C-RAN電源解決方案包括BBU、RRU及相關(guān)輔助設(shè)備（交換機等）的供電解決方案。

BBU集中放置在C-RAN機房。BBU供電方案統(tǒng)一采用集中供電方式。

RRU電源解決方案是C-RAN建設(shè)中的重點及難點。在D-RAN組網(wǎng)中，RRU與BBU距離較近，RRU基本可以從BBU機房直接取電，或者從BBU室外一體化柜取電。采用C-RAN組網(wǎng)后，BBU集中放置，RRU拉遠，RRU供電一般無法直接從機房取電，需要提供相應(yīng)的整體解決方案。RRU電源解決方案包括不含備電和含備電兩種解決方案。根據(jù)現(xiàn)場站點重要程度和運營商需求進行選擇，RRU電源系統(tǒng)通常包括局方配電箱（含空開）、電源設(shè)備等。含備電的電源系統(tǒng)需要配備電池，其電源設(shè)備具有對電池進行管理的能力。

RRU電源解決方案包括傳統(tǒng)室外柜方案、高壓直流遠供方案、近場小電源方案、交流直供方案、一體化UPS電源方案以及48 V低壓直供方案等。

2.1 傳統(tǒng)室外柜供電方案

傳統(tǒng)室外柜供電方案中的機柜采用廠家定制化電源柜，可以內(nèi)置電源，配置電池（鉛酸電池等）。電源及電池數(shù)量根據(jù)站點備電需要進行配置。該方案設(shè)計、施工簡單，應(yīng)用廣泛，但需要天面現(xiàn)場具備足夠的安裝位置。

傳統(tǒng)室外柜供電方案架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)室外柜供電方案架構(gòu)

隨著電源技術(shù)和電池技術(shù)的不斷進步，傳統(tǒng)室外柜供電方案逐步朝著智能化和小型化方向發(fā)展，已經(jīng)涌現(xiàn)了小型化的電源+電池方案，可以掛墻安裝。其中，電池采用鐵鋰電池，極大方便了電源設(shè)備的安裝。

2.2 高壓直流遠供方案

RRU供電距離機房200 m以上，可將機房48 V 電壓升壓至280 V或更高（最高為380 V）后送至各個遠端RRU進行供電。在規(guī)劃站點需要后備電源保障要求下，多個站點連片優(yōu)先選擇高壓直流遠供方案。該方案具有安全、可靠、高效、靈活以及維護方便等特點，但通常需要進行管道開挖等，施工較復(fù)雜，成本較高。

高壓直流遠供方案架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 高壓直流遠供方案架構(gòu)

2.3 近場小電源方案

當路由、線徑以及設(shè)備功率等因素?zé)o法滿足48 V直供、高壓直流遠供方案以及現(xiàn)場天面場地受限的情況下，可以在遠端直接配置小電源為遠端設(shè)備供電。該方案采用模塊化設(shè)計、統(tǒng)一的安裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計思想，模塊間距極小，提供緊湊的安裝空間，能夠覆蓋中小容量電源需求。相關(guān)電源設(shè)備和電池等支持抱桿、掛墻和旗裝等多種安裝方式?；诎踩紤]，需要注意安裝高度，特別適于需要后備電源保障要求、零散站點等場景。

近場小電源方案架構(gòu)，如圖3（不含備）和 圖4（含備）所示。

圖3 不含備電近場小電源方案

圖4 含備電近場小電源方案

2.4 一體化UPS電源方案

一體化UPS電源使用交流220 V或轉(zhuǎn)換為直流給設(shè)備供電。當RRU距離機房較遠、電纜造價又偏高時，可使用一體化UPS/開關(guān)電源方案。該方案應(yīng)用廣泛，設(shè)計、施工簡單，但需要現(xiàn)場天面具備相應(yīng)的安裝位置等條件。

一體化UPS電源方案，如圖5所示。

圖5 一體化UPS電源方案

2.5 48 V低壓直供方案

當RRU附件有基站機房且距離在200 m內(nèi)時，可從附近機房直接取48 V直流電對RRU進行供電。該方案可充分利舊現(xiàn)網(wǎng)資源，具備后備電源保障能力，施工簡單，成本低，但受限于現(xiàn)場資源、供電距離有限。

48 V低壓直供方案，如圖6所示。

圖6 低壓直供方案

2.6 交流直供電源方案

采用市電直接對設(shè)備進行供電，實施方便，但無后備電源保障。對于不需要后備電源保障要求的場景，優(yōu)先選擇交流直供。隨著國家電力的迅猛發(fā)展與成熟，停電現(xiàn)象已變得越來越少，為促進網(wǎng)絡(luò)降本增效，越來越多的設(shè)備采用交流直供電源方案。

交流直供電源方案，如圖7所示。

圖7 交流直供電源方案

2.7 C-RAN電源解決方案投資分析

對各種典型電源方案的投資分析如下。

2.7.1 高壓直流遠供方案

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE典型RRU功耗按400 W考慮，通常一個物理站點采用3扇區(qū)，共用3臺RRU設(shè)備，其高壓直流遠供方案投資如表2所示。

表2 高壓直流遠供方案投資的相關(guān)數(shù)據(jù)

一般單套遠供設(shè)備可保障多個物理站，以上按每套遠供設(shè)備平均保障2個物理點考慮?？梢姡S著保障物理站點數(shù)量的增加，單點平均造價下降。

2.7.2 近場小電源方案

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE典型RRU功耗按400 W考慮，通常一個物理站點采用3扇區(qū)，共用3臺RRU設(shè)備，近場小電源方案投資如表3所示。

表3 近場小電源方案投資的相關(guān)數(shù)據(jù)

需要說明的是，表3中的費用未考慮市電引入可能涉及的協(xié)調(diào)費用。

2.7.3 交流直供

根據(jù)現(xiàn)網(wǎng)TD-LTE典型RRU功耗按400 W考慮，通常一個物理站點采用3扇區(qū)，共用3臺RRU設(shè)備，交流直供方案投資如表4所示。

表4 交流直供方案投資的相關(guān)數(shù)據(jù)

2.8 C-RAN電源解決方案選擇

從不同維度對各電源技術(shù)解決方案進行性能特點分析，建議應(yīng)用場景如表5所示。

表5 RRU端電源方案特點及選擇

3 結(jié) 語

C-RAN的特點使得C-RAN在TD-LTE網(wǎng)絡(luò)覆蓋應(yīng)用方面具有得天獨厚的優(yōu)勢，是減少建設(shè)投資、減低運維成本、減少機房選址、增強網(wǎng)絡(luò)協(xié)同、對抗干擾的有效手段，得到了移動運營商的高度重視。隨著3D-MIMO等技術(shù)[7]及5G大帶寬的應(yīng)用[8]，人們對電源容量的要求越來越高，推動著電源及電池技術(shù)的不斷進步。未來，電源及電池方案將朝著大容量、小型化以及智能化方向發(fā)展，進一步促進了C-RAN建設(shè)模式的發(fā)展與落地。通過對現(xiàn)有電源技術(shù)方案及其演進技術(shù)進行深入研究，結(jié)合C-RAN的技術(shù)特點及現(xiàn)場電源資源優(yōu)勢，將電源技術(shù)、資源與C-RAN建設(shè)全面融合，以構(gòu)建全新、全面的C-RAN電源解決方案，更好地推動TD-LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。