中國移動5G基站電源線徑分析

［古亦聰 陳儒］

1 引言

為應對爆炸性的移動數(shù)據流量增長、海量的設備連接、不斷涌現(xiàn)的各類新業(yè)務和應用場景，第五代移動通信技術（5G）應運而生。5G網絡面向增強型移動寬帶、大規(guī)模機器通信、高可靠低時延通信三大業(yè)務場景，以全新的網絡架構，提供至少十倍于4G的峰值速率、毫秒級的傳輸時延和千億級的連接能力，開啟萬物廣泛互聯(lián)、人機深度交互的新時代。通過近5年的網絡建設，中部某省基本實現(xiàn)城區(qū)、縣城、鄉(xiāng)鎮(zhèn)連續(xù)覆蓋，農村熱點區(qū)域覆蓋，高鐵、3A以上景區(qū)、工業(yè)園、高校等重點場景全覆蓋，“5G部署，配套先行”，存量機房的配套梳理和排查勢在必行，5G網絡部署的基站配套中機房空間不足、電源系統(tǒng)不足、天面空間不足等情況成為配套先行的主要短板，尤其5G單基站功耗約為4G的3倍，導致機房電源系統(tǒng)承擔較大壓力，交流引入線徑不足、蓄電池線徑不足問題成為機房配套改造最易忽視、最難改造部分，各種電源系統(tǒng)連接電纜如圖1所示。

圖1 5G基站電源系統(tǒng)瓶頸

2 基站電源系統(tǒng)現(xiàn)狀

基站電源系統(tǒng)主要由：交流引入、開關電源、蓄電池組、電源分配單元4個部分構成[1]。引入5G基站部署后，基站電源系統(tǒng)主要存在容量不足問題也在于這4個部分，某省省會城市通過大量基站摸排后總結分析，交流引入線徑不足、蓄電池線徑不足不但不能滿足5G基站正常運轉負荷，線徑不足引起的電源線自燃可能造成基站重大安全隱患。

2.1 交流引入容量及線徑現(xiàn)狀

自有基站：密集城區(qū)基站，交流市電引入容量為25～30 kW，一般市區(qū)、城郊及縣城基站交流市電引入容量建議為20 kW，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農村基站交流電源引入容量為15 kW（自建變壓器的基站，變壓器容量建議按照20 kVA選定）。

鐵塔基站：一般市區(qū)、城郊及縣城基站，交流市電引入容量要求不小于20 kW（自建變壓器的基站，變壓器容量按照30 kVA 選定），農村和鄉(xiāng)鎮(zhèn)偏遠末端基站，交流電源引入容量要求不小于10 kW（自建變壓器的基站，變壓器容量按照20 kVA 選定）。

以某省省會城市為例，自有機房比例約5%，現(xiàn)網城區(qū)站點基本實現(xiàn)交流引入在20～25 kW配置，交流引入線徑約70%機房采取4×25 mm2配置，20%機房采取4×16 mm2配置，少量匯聚機房采取4×35 mm2配置。

2.2 蓄電池容量及線徑現(xiàn)狀

自有基站：城區(qū)及縣城基站按照2小時備電時長考慮蓄電池配置，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農村基站按照4小時備電時長考慮容量配置，存量機房約85%蓄電池線徑為70 mm2配置，少量采取95 mm2配置。

鐵塔基站：城區(qū)及縣城基站按照3小時備電時長考慮蓄電池配置，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農村基站按照5小時備電時長考慮容量配置，存量機房約90%蓄電池線徑為70 mm2配置，少量采取95 mm2配置。

3 基站電源系統(tǒng)線徑分析

基站電源系統(tǒng)主要分為直流供電系統(tǒng)和交流供電系統(tǒng)，在市電供電正常時，直流供電系統(tǒng)主要通過開關電源實現(xiàn)基站交流轉直流，實現(xiàn)基站機房5G設備、其他無線設備、傳輸設備、監(jiān)控設備等直流設備供電；市電斷電時，則由蓄電池組為基站設備提供直流供電保護，如圖2所示。蓄電池線徑配置主要滿足斷電前開關電源所帶設備載流量；基站交流供電系統(tǒng)主要由市電引入后進行交流分配，實現(xiàn)基站機房空調、照明及其他交流設備的電源供電。在機房供電系統(tǒng)測算過程中，由于考慮交流引入、蓄電池線徑無法多次擴容，建議交流引入容量及斷路器開關大小、蓄電池線徑按照設備最大功耗取定（設備滿配置滿負荷情況下考慮一定冗余的功耗值），但開關電源、蓄電池可采取多種靈活方案擴容，可按照設備典型功耗配置（設備在一般配置正常負荷情況下的實際平均功耗值）。

圖2 基站電源供電系統(tǒng)

3.1 開關電源容量（計算蓄電池線徑）

開關電源容量=（無線/傳輸/監(jiān)控設備典型功耗+電池組充電功耗）/開關電源效率（一般取90%）

其中無線/傳輸/監(jiān)控設備典型功耗=5G設備功耗+其他無線設備功耗+傳輸設備功耗+監(jiān)控設備功耗

其中電池組充電功耗=充電電流×48=電池組容量×0.1×48

電池組容量=（無線設備電流/傳輸及監(jiān)控設備典型功耗/48）×1.25×放電時長/容量系數(shù)/溫度補償系數(shù)

3.2 交流引入容量（計算交流引入線徑）

交流引入容量=開關電源容量（設備按最大功耗計）+空調電功耗+照明及其他功耗

其中開關電源容量計算方式如3.1。

其中空調電功耗=冷負荷/能耗效比（2.5）

空調冷負荷=機房面積×0.1+無線/傳輸/監(jiān)控設備負荷

通過計算交流引入容量和開關電源容量方式獲得導線電流，根據RVVZ多芯電纜線徑和載流量對應表查詢相關線徑配置，如表1所示。

表1 多芯電纜載流量與線徑對應表[2]

3.3 典型滿配基站（不含拉遠BBU）電源線線徑配置

目前由于各廠家基站設備芯片研發(fā)尚未完全成熟，5G基站設備功耗顯著高于4G基站水平，5G基站設備引入對現(xiàn)有的機房配套提出較高的要求，S111站型單站點5G無線設備最大功耗建議可按照4.5 kW考慮，典型功耗按照3.2 kW考慮，4G基站設備、2G基站設備、NB基站設備、傳輸設備、監(jiān)控設備、照明及其他設備功耗通過綜合某省現(xiàn)網情況進行綜合確定，基站設備功耗如表2所示，其他設備功耗如表3所示。

表2 5G基站設備功耗

表3 其他直流設備功耗

（1）5G+F+D+FDD900+FDD1800基站（不含拉遠BBU）蓄電池線徑配置。

①無線設備功耗

最大功耗=1+1.2×3+0.175×2+0.884×6+0.57×2+0.9 49×6=17 kW

典型功耗=0.7+1×3+0.55×2+0.68×6+0.21×2+0.73×6=13.7 kW

②傳輸設備功耗（考慮PTN+SPN）

最大功耗=0.375+0.65=1 kW

典型功耗=0.25+0.5=0.75 kW

③直流負載電流（直流功耗/48）

最大電流=18×1 000/48=375 A

典型電流=14.45×1 000/48=301 A

查表得可得典型滿配基站（不含拉遠BBU）蓄電池線徑配置應不低于120 mm2

（2）5G+F+D+FDD900+FDD1800基站（不含拉遠BBU）交流引入線徑配置。

①開關電源容量=（17+1+1000×0.1×48/1 000）/0.9=25.3kW

②空調電功耗=（15×0.1+17+1）/2.5=7.8 kW

③交流引入電流[3]=交流引入容量/（交流引入電壓××cos（0.8））/0.8（安全系數(shù)）

④交流引入電流=(25.3+7.8)×1000/(380××cos（0.8）)/0.8=91 A

查表得可得典型滿配基站（不含拉遠BBU）交流引入線徑配置應不低于4×25 mm2，空開配置不低于100 A

4 小結

綜上分析，5G基站設備高功耗導致基站機房電源系統(tǒng)承壓，對存量基站機房配套改造提出了較高的要求，各省公司可根據本省自有基站機房、鐵塔基站機房配套現(xiàn)狀通過上述電源線徑測算法，對可能存在的交流引入線徑不足、蓄電池線徑不足的問題機房提前進行更新改造。