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5G基站环境条件与供电解决方案探讨中国电信赖世能2018.12.14一、5G基站基本物理形态二、5G基站基础建设需求三、5G基站环境条件与对策四、5G基站供电解决方案目录一、5G基站基本物理形态•随着移动通信技术的发展，低频的使用接近饱和，移动通信的载波频率变得越来越高，意味着蜂窝系统的覆盖半径越来越小（因为频率越高，电磁波的衰减越大）。5G基站覆盖多少基站制式覆盖半径2G5-10km3G2-5km4G1-3km5G100-300m•覆盖半径不仅仅由载波频点决定的，还跟其他很多因素有关，比如自然环境、用户密度等。•5G基站数量相对于4G基站，数量要增加N倍（基站大小不同、类型不同）•具体数量：25个/km2宏基站微基站微基站皮基站皮基站皮基站皮基站一、5G基站基本物理形态•宏基站BBU（CU+DU）RRU（AAU）每个基站系统包括1个BBU+3个RRU5G基站功耗大小•微基站BBU（CU+DU）RRU（AAU）每个基站系统包括1个BBU+3个RRU•皮基站μRRU每个发射点一个小盒子不存在共享问题宏基站：单BBU达700W+以上，单RRU达900W+，一个系统3.5KW，一个共享站10~20KW微基站：单个BBU、RRU达500W+，一个系统2KW，一个共享站6~8KW皮基站：单个μRRU达20~50W个人想法：5G基站点多面广功耗大，似乎不大符合自然生态。一、5G基站基本物理形态二、5G基站基础建设需求三、5G基站环境条件与对策四、5G基站供电解决方案目录二、5G基站基础建设需求•基站设备功率比4G大：不管是宏基站、微基站，功耗都大幅度增加，对引市电的难度也大大增加了，如何削减基站功耗是一个大学问了。BBU集中池化部署，放在通信机房或大型基站，可以减少基站侧BBU功耗部分，值得大力推广。•基站直供电难度比4G大：直接从供电局电网拉市电难度太大，但转供电后遗症多，用高压直流远供代替转供电是一个值得研究的课题。•基站电池容量比4G大：后备蓄电池容量成倍增加，现有空间内无法容纳如此多蓄电池了，可选择更高密度电池：比如铁锂电池、三元锂电池。蓄电池成本太大，但5G基站业务差异化了，按业务备电、用多站共享模式解决蓄电池容量问题是一个值得研究的课题。电力供需矛盾二、5G基站基础建设需求•基站布局密度比4G大：基站间距从4G时代千米级压缩到百米级，每家运营商都要增加数百万个站，可见处处竖通信杆塔的可能性不大了，多杆合一、多规合一，统一建设智慧电杆是大趋势，研发与杆塔体型匹配的异形电源电池是迫切需求；•基站环境恶劣，造成空调使用和维护困难，免空调（自然散热）基站势在必行；免空调基站的瓶颈往往是电源和蓄电池，研究营造对蓄电池友好的物理环境也是一个新课题；•基站地质复杂，造成防雷地网建造困难，简易地网乃至无地的隔离式网等防雷接地模式值得探讨。物理条件困难一、5G基站基本物理形态二、5G基站基础建设需求三、5G基站环境条件与对策四、5G基站供电解决方案目录三、5G基站环境条件与对策•名义上说，路灯杆、监控杆、电力杆、交通杆都是5G基站杆塔潜在目标，但实际上这些杆塔体型以及地理条件、供电条件都是先天不足的。强度问题：抗台风强度差；抗震强度差；抗撞击强度差。大小问题：绝大部分杆塔太小（直径20-40cm），且无外爬梯，不利用工作人员攀爬。供电问题：绝大部分杆塔自身功率近数百W，供电能力远小于5G基站10+KW的需求。占地问题：5G基站落地柜体比原有功能柜体大得多，占地要求很难满足。接地问题：无法造标准地网，杆塔的地网基本不达标。•结论1：5G是近需求，智慧杆塔（路灯）是远需求，运营商要带头开展智慧杆塔的研究；•结论2：无论从耗电功率、杆体强度来看，路灯、监控、交通等功能对杆塔物理要求比5G基站简化得多，5G基站有“鸠占鹊巢”之嫌；•结论3：既然要规划、新建智慧杆塔代替传统杆塔，应该研究如何充分利用杆塔内腔空间的方法与匹配性产品（异形电池、异形电源）。传统杆塔与基站物理要求的不匹配问题三、5G基站环境条件与对策•基站引外电是一个困难活，以前基站少，可选择余地大，除了通过供电局拉线实现直供电外，尽量找政府、单位、大型物业沟通取电，实现友好转供电；现在5G时代站点密度大，供电容量大，免不了找私人物业取电，难免遇到沟通困难、电费价格后遗症多的问题。•基站电费包干是建立在电费价格透明、相对稳定的基础上，假如存在大量转供电基站，电费包干一定会有很大困难。•即使私人物业愿意转供电，基站需要容量达10多kW，很多物业建筑难以提供如此大容量的富余电力，必须进行电路改造。•减少外电容量需求是最有效对策，假如BBU能集中池化到通信机房或大型基站内，可减少20%~25%的基站耗电功率。基站功率过大带来的困难之一：取外电困难•结论1：转供电模式不是基站取电的长远之计，转供电模式改直供电模式或者改高压直流远供模式；•结论2：通过电源与电池的配合，让电池代替电源进行调峰供电，减少基站对外市电需求；•结论3：铁塔公司应当正向激励运营商采用BBU（CU+DU）集中池化到通信机房的做法，对电费进行定额套餐管理。三、5G基站环境条件与对策•5G时代基站该不该备电？如何备电？备多少电？是一个需要认真论证的问题。•假如不该备电，通信业务保障等级如何确定？或者说网络层面、业务层面有无自保策略？•假如应该备电，备多少小时？还是3小时吗？以传统铅酸蓄电池为例，按10KW计算，相当于833AH（接近1000AH），这是不可能的任务。•电池体积问题、重量问题、安全问题、温控问题，必将成为5G基站的主要难题。•改变之策：压缩需要备电的负载容量；改变电池种类；改变电池使用方式；营造电池友好环境（不用空调也能满足铅酸蓄电池基本生存环境）。基站功率过大带来的困难之二：电池备电困难•结论1：优化网络结构，实现网络侧调整能够摆脱或减少业务对电池备电的依赖；•结论2：改为锂电池或其他密度大、环境适应性好的电池；营造铅酸蓄电池友好环境；•结论3：采用远近配合备电，结合高压直流远供，在近端配调峰型小电池，在远端通信机房或大型基站配多站共享型大电池，实现蓄电池备电集中共享模式；•结论4：结合5G业务切片，实现按业务种类备电（或按业务种类下电），确保话音业务不断电。三、5G基站环境条件与对策•5G基站环境恶劣，大部分微基站不具备安装和使用空调的条件。安装位置：杆塔上不可能安装空调；地面不一定有机柜；地下不便于安装空调。维护困难：街边灰尘大，滤网除尘工作量大，风扇老化快。噪音扰民：5G基站杆塔可能靠近民居，空调噪音扰民易遭投诉。•尽量采用免空调、自然散热型设备，难点不在BBU和RRU（BBU和RRU一方面自身耐高温，另一方面已经按自然散热进行产品设计），而是在基站用电源和电池（既不耐高温，也未按自然散热设计）。•引入隔热、导热材料，一方面减少外部导入机柜内的热量，另一方面降低发热器件自身表面温度。基站环境导致空调使用困难•结论1：空调使用与否，更取决于电源和电池的需要，应大力开发自然散热的电源和电池；•结论2：采购电源和电池，应将不开空调降温、自然散热条件（相反应允许加热）下达到的寿命年限作为否决条款；•结论3：研发新型空调，在自动除尘方面，室外机降噪方面，自身电路耐高温方面，有所突破创新。三、5G基站环境条件与对策•基站要么在建筑顶上，要么在杆塔上，大部分场景都存在防雷地网达标困难。现成接地条件：不理想，可能根本没有地网。改造地网条件：不具备，不会允许开挖地沟。•改变之策：采用创新技术，允许简单地网或不需要地网。•高压直流远供的防雷要求与传统基站防雷要求不同，不能因为防雷而破坏线路对地绝缘监测，应加大对该问题的研究。基站地阻条件导致防雷地网达标困难•结论1：传统防雷接地技术成熟，但需要的接地条件苛刻。可以采用对于地网要求低的隔离式防雷接地技术；•结论2：加强高压直流远供用避雷器及隔离式防雷装置合理应用；•结论2：加强对自动重合闸自身的环境适应性研究，准确定位自动重合闸的作用（只应对漏电有反应，不应对其他电力和环境事件有主动反应或遭受损害）。一、5G基站基本物理形态二、5G基站基础建设需求三、5G基站环境条件与对策四、5G基站供电解决方案目录四、5G基站供电解决方案•专用金属导线远供方案场景选择：宏基站或者接入网周边的加密站远供距离：1~2km内为宜功率大小：点对点方式需满足单个加密站的需求，而串联级联方式则要满足多个加密站或小微站的需求线路电压：240V或-48V直流电压制式需要选择线经选择：4~8mm2为宜•复合光电缆方式原来的主流方式，但现在铁塔公司运作模式下，光缆私有、基站共享、电源归铁塔公司，可能会难以协调，有较大困难和不便。•专用铜电缆方式能满足电源独立运作的需求，且适合供更大电流，未来可能的主流方式，但可能存在铜材被盗的风险。•专用铝电缆方式能满足电源独立运作的需求，且适合供更大电流，也可降低被盗风险，但对铝合金电缆的寿命质量需要做进一步研究。240V高压直流远供方案•专用金属导线成缆方式复合光电缆方式专用铜电缆方式专用铝电缆方式•复合光电缆方式（远供电压240V）•专用铜电缆方式（远供电压240V）•专用铝电缆方式（远供电压240V）适合大功率负载远供场景-48VDC电源48V/240V远供模块48V通信负载48V电池组240V/48V远供模块48V通信负载宏基站加密站远供专用铜电缆-48VDC电源48V/240V远供模块48V通信负载48V电池组240V/48V远供模块48V通信负载宏基站加密站远供专用铝电缆-48VDC电源48V/240V远供模块48V通信负载48V电池组240V/48V远供模块48V通信负载宏基站加密站远供复合光电缆240V直流远供方案介绍四、5G基站供电解决方案240V高压直流远供方案•网线POE直流远供方案场景选择：皮基站μRRU供电距离：100m为宜，超过100m需要加延长器功率、电压：20~50W为宜、48V直流电压制式制式--线对数：超六类网线。低功耗基站可以采用单缆四对八芯线对方案，高功耗基站则应该采用双缆八对16芯线对方案。人机保护机制：断线、过载、短路、碰地均有检测、均有快速保护。微uRRU交换机BBUPOE供电系统组成•网线POE直流远供的限值POE标准规定单线电流最大不能超过600mA，大体上一条超六网线可以带71W，二条可以带142W的基站负载。线路感应雷电的防护措施：在皮微站μRRU和交换机两个设备上均需要满足网线设备防雷标准。-48VDC电源HUB内置48V远供电路48V电池组微基站基站或室分系统网线兼远供四、5G基站供电解决方案网线POE供电四、5G基站供电解决方案•电压选择：是以48V为基站电压平台好？还是以240V高压直流为基站电压平台好？电压平台影响两个问题：一个是直流电源系统负荷大小、体积大小、电流截面积大小问题；另一个是直流远供是从48V升压后远供输送到远端基站再降压回48V，还是240V直接远供输送到远端基站？用48V为基站电压平台的困难：电压低、功率大，必然造成电流很大。假如宏基站峰值功率达10KW，直流电流达210A；假如还要带4个加密站，则电流达410A。以240V为基站电压平台的困难：一是其他通信设备，比如传输设备、数据设备、动环监控设备、消安防设备都必须改用240V直流供电；二是维护人员要具备维护240V电源系统的能力素质；三是既然要用高压直流，必然也会遇到336V高压直流使用问题。-48VDC电源BBU48V电池组宏基站或加密站RRUONTIPRAN动环监控消安防监控240VDC电源BBU240V电池组宏基站或加密站RRUONTIPRAN动环监控消安防监控240VDC电源BBU240V电池组宏基站或加密站RRUONTIPRAN动环监控消安防监控240V/48V转换模块传统-48V直流平台电压基站设想240V直流平台电压基站设想240V直流平台电压加48V转换电压基站基站电源平台电压制式问题思考与讨论•结论：采用何种平台电压制式，是