5G無線網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)模式

蘭少勉

（廣西千萬里通信工程有限公司，廣西 南寧 530000）

0 引 言

隨著5G技術(shù)的快速發(fā)展，5G無線網(wǎng)絡(luò)基站的建設(shè)也在不斷提速。為了快速建成5G基站，需要對(duì)原先的2G、3G、4G基站進(jìn)行重新規(guī)劃利用，在宏觀層面上實(shí)現(xiàn)總體覆蓋，然后再規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)容量，根據(jù)實(shí)際情況來建設(shè)微基站。本文結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，提出了5G基站建設(shè)的模式，采取室內(nèi)和室外互相結(jié)合的方式，以微基站為主，宏基站與微基站相互協(xié)同工作，采用集中供電的方式，其中宏站的作用是保障周圍微站的電源供給，滿足它們之間不同的備電要求。在這個(gè)模式中，具體思路是：利用現(xiàn)有的宏基站或者新建一些新的宏基站，根據(jù)實(shí)際的情況來增加新的直流遠(yuǎn)供電源局端設(shè)備，這些設(shè)備能夠和5G基站中的一體化微站設(shè)備或者RRU進(jìn)行連接，有效解決傳輸與供電的問題。此外，還要根據(jù)不同設(shè)備之間的不同需求來準(zhǔn)備相應(yīng)的電池，防止發(fā)生意外導(dǎo)致供電出現(xiàn)問題。

1 直流遠(yuǎn)供技術(shù)

圖1為直流遠(yuǎn)供示意圖。局端設(shè)備是直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)的核心，局端設(shè)備具有N+1個(gè)功率模塊，1個(gè)控制模塊，功率模塊可以完成-48 V直流隔離升壓到215～410 V（DC/DC升壓），通過遠(yuǎn)供線纜輸出給遠(yuǎn)端設(shè)備。局端設(shè)備具備過壓、過載、欠壓、開路、短路、漏電、強(qiáng)電入侵等保護(hù)功能，一級(jí)系統(tǒng)的監(jiān)控功能（利用宏基站動(dòng)力監(jiān)控通道完成遠(yuǎn)供電源系統(tǒng)監(jiān)控）。遠(yuǎn)端設(shè)備將直流高壓變換輸出穩(wěn)定的直流-48 V電源或者交流220 V電源，為基站通信設(shè)備供電。本文的遠(yuǎn)供線采用光電混合纜，遠(yuǎn)端設(shè)備輸出-48 V電壓供電，給出了3種建設(shè)方式。

2 中心輻射式建設(shè)方式（星型）

星型的建設(shè)方式是把現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)宏基站或者新建的宏基站的站址資源當(dāng)作中心，圖2展示的就是星型結(jié)構(gòu)建設(shè)方式。通過增加局端設(shè)備，可以實(shí)現(xiàn)從中心一點(diǎn)向多個(gè)微站設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程供電，呈現(xiàn)星型放射的趨勢，而且局端設(shè)備提供的電源還有可靠的電池作為保障。

圖1 直流遠(yuǎn)供示意圖

圖2 星型結(jié)構(gòu)建設(shè)方式

以一個(gè)平均樓層高度不大于50 m的小區(qū)為例，在屋頂或者地下室內(nèi)建設(shè)機(jī)柜式宏基站，使用Massive MIMO多天線技術(shù)，64T64R（64發(fā)64收）天線陣列（3.5G頻段下的天線尺寸大約為820 mm×498 mm×120 mm），能夠有效對(duì)整個(gè)小區(qū)進(jìn)行覆蓋。而想要實(shí)現(xiàn)深度覆蓋，就需要在小區(qū)中使用內(nèi)置天線的一體化微站設(shè)備，并以樓宇為單位來劃分相應(yīng)的集中供電區(qū)。把小區(qū)內(nèi)的宏基站作為中心，把微站安裝在所有樓宇的電梯間以及地下室內(nèi)，再利用光電混合纜以及直流遠(yuǎn)供技術(shù)可以為遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行供電，而且每個(gè)遠(yuǎn)端設(shè)備之間是相互獨(dú)立的，它們各自為不同的微基站供電，但是不會(huì)互相影響。電梯內(nèi)需要安裝3個(gè)發(fā)射功率在1～3 W的一體化微站；地下室則要根據(jù)實(shí)際情況，每隔70 m安裝一個(gè)發(fā)射功率在3～5 W的一體化微站；樓梯間的微站需要安裝在外墻高度15 m和30 m處，發(fā)射功率大概為10W，用來實(shí)現(xiàn)樓宇間對(duì)打。根據(jù)這個(gè)配置，如果想要讓5G網(wǎng)絡(luò)完全覆蓋一個(gè)樓宇數(shù)量為4的小區(qū)，就需要1個(gè)宏基站以及二十幾個(gè)微基站。星型輻射建設(shè)的方式比較適用于公園、景區(qū)以及低層樓宇小區(qū)等場景[1-2]。

3 接力輻射式建設(shè)方式（總線型）

接力輻射式建設(shè)方式又稱總線型建設(shè)方式，供電方式和星型建設(shè)方式不同，它是利用一臺(tái)大功率的局端供電設(shè)備和光電混合纜作為總線，為線上的各個(gè)節(jié)點(diǎn)，即微基站進(jìn)行供電，而這個(gè)總線的起點(diǎn)就是現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)宏基站或者新建的宏基站。這種方式比較適合寬闊的地帶，如山地景區(qū)和荒野等場景。把宏基站當(dāng)作起點(diǎn)，利用光電混合纜連接遠(yuǎn)端設(shè)備，節(jié)點(diǎn)之間也是通過光電混合纜進(jìn)行連接，這樣就實(shí)現(xiàn)了把遠(yuǎn)端設(shè)備都變成節(jié)點(diǎn)的目的，供電開始的時(shí)候，第一個(gè)微站從宏基站取電，而后續(xù)的微站又從前一個(gè)微站進(jìn)行取電。按照這個(gè)方式進(jìn)行布置，每隔150～250 m就能夠安裝一個(gè)發(fā)射功率為10～15 W的外接天線的微站。此外，相距較短的幾個(gè)微站可以進(jìn)行光線級(jí)聯(lián)，但是總的輻射距離最好不要超過5 km。圖3展示的就是總線型結(jié)構(gòu)建設(shè)方式。

4 分層輻射式建設(shè)方式（樹型）

圖3 總線型結(jié)構(gòu)建設(shè)方式

最后一種建設(shè)方式是分層輻射式建設(shè)方式，可以稱為樹型建設(shè)方式，是把現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)宏基站或者新建的宏基站的站址資源當(dāng)作中心節(jié)點(diǎn)。在這種建設(shè)方式中，宏站通過光電混合線纜延伸出不同的路徑來連接遠(yuǎn)端設(shè)備，將它們作為節(jié)點(diǎn)，同時(shí)每個(gè)節(jié)點(diǎn)又可以向下延伸，連接多個(gè)節(jié)點(diǎn)，因此稱其為樹型結(jié)構(gòu)建設(shè)方式。在某種意義上，這種方式算作總線型結(jié)構(gòu)建設(shè)方式的拓展延伸，適合以室外輔助室內(nèi)進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)覆蓋的場所，如大型超商、機(jī)場以及火車站等人流量較大的場所。樹型結(jié)構(gòu)建設(shè)方式的供電是通過增加局端電源設(shè)備來實(shí)現(xiàn)的。在這個(gè)建設(shè)方案中，全部采用光口，分配單元與微站之間能夠相距300 m左右，是目前4G網(wǎng)絡(luò)采用電口進(jìn)行覆蓋的方式的3倍，這使得微站和分配單元安裝的靈活性大幅提高。其中，一個(gè)分配單元最多能夠連接15個(gè)發(fā)射功率為0.5～1 W的微站。此外，同一分配單元連接的微站之間最好進(jìn)行部分級(jí)聯(lián)或者光線級(jí)聯(lián)。

5 遠(yuǎn)供饋電線纜選擇

5G無線網(wǎng)絡(luò)直流遠(yuǎn)程供電的設(shè)計(jì)要考慮3個(gè)因素：遠(yuǎn)端設(shè)備的負(fù)載功耗、光電混合纜的饋電長度、光電混合纜中饋電線的材質(zhì)與線徑。負(fù)載的功耗是可以在規(guī)劃時(shí)預(yù)測的，這就需要在已知功耗的前提下，選擇合適的饋線材料和線徑滿足一定的供電需求。式（1）中，局端饋電電壓用U0來表示，電壓在280～380 V；而遠(yuǎn)端設(shè)備的輸入電壓則用V0表示，它的數(shù)值范圍是200～380 V，防止因?yàn)殡妷哼^低或者過高而出現(xiàn)欠壓或者過壓的情況；遠(yuǎn)端的輸出功率表示為p，它的物理單位是W；遠(yuǎn)端設(shè)備的能量轉(zhuǎn)換效率通常在90%的上下浮動(dòng)，用η來表示。根據(jù)式（1）可以算出遠(yuǎn)供系統(tǒng)的環(huán)阻，而根據(jù)式（2），只要知道電阻率以后就能夠算出遠(yuǎn)供系統(tǒng)的饋電距離。

銅和鋁是兩種最常用的導(dǎo)電材料，使用后者制成的電纜的電阻率是前者的1.89倍。文中以銅纜為例，其有關(guān)的信息詳見表1。根據(jù)表1可以知道，如果公式中U0和V0分別為380 V以及220 V，那么一個(gè)饋電距離為3 km的遠(yuǎn)端設(shè)備的功耗就是3 kW，進(jìn)而得出轉(zhuǎn)換效率是85%，根據(jù)公式可以算出最大電阻率是1.7 Ω/km，就需要選用16 mm2的銅纜，還有一定量冗余，可滿足3 km饋電、4.5 kW的供電。

6 集中供備電的特點(diǎn)

在上述的3種建設(shè)方式中，全部采用了光電混合纜，既能夠提供良好的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)又能夠滿足系統(tǒng)對(duì)于容量的需求，而且在建設(shè)的過程中，總體結(jié)構(gòu)決定了它們的供電方式都是集中供電。這樣光電混合纜不僅滿足了供電的需求，還滿足了信號(hào)的傳輸要求。此外，把這兩個(gè)問題放到一起解決，能夠有效降低建設(shè)的成本，提高建設(shè)的速度。相較于交流供電，直流供電更加穩(wěn)定而且傳輸過程并不存在干擾因素。

表1 銅纜參數(shù)

7 結(jié) 論

本文的5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方式，傳輸和引電同時(shí)解決快速建站，擴(kuò)容便捷，維護(hù)便利，網(wǎng)絡(luò)效果立竿見影。文中響應(yīng)節(jié)能減排、綠色通信和建設(shè)節(jié)約型社會(huì)的號(hào)召，只是給出3種5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方式，其實(shí)也可是這3種方式的組合，實(shí)際操作中要具體問題具體分析。本文所述是集中供電采用直流遠(yuǎn)供方式，可嘗試逆變器交流集中供電方式，在敷設(shè)交流電纜的同時(shí)敷設(shè)光纜，解決回傳問題。當(dāng)然，亦可因地制宜，采用分布式供電。