5G基站环境条件与供电解决方案探讨

1、,5G基站环境条件与供电解决方案探讨,中国电信 赖世能 2018.12.14,1,PPT学习交流,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,2,PPT学习交流,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,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

2、站,微基站,微基站,皮基站,皮基站,皮基站,皮基站,3,PPT学习交流,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RRU, 5G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 RRU 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1020KW,微基站：单个BBU、RRU达500W+，一个系统2KW，一个共享站68KW,皮基站：单个RRU 达2050W,个人想法：5G基站点多面广功耗大，似乎不大

3、符合自然生态。,4,PPT学习交流,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,5,PPT学习交流,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

4、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,6,PPT学习交流,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

5、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,7,PPT学习交流,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,8,PPT学习交流,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1

6、0+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,9,PPT学习交流,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，

7、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

8、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。,10,PPT学习交流,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

9、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。,

10、11,PPT学习交流,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

11、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。,12,PPT学习交流,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

12、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）。,13,PPT学习交流,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,14,PPT学习交流,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

13、的加密站 远供距离：12km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：48mm2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

14、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,15,PPT学习交流,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,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,16,PPT学习交流,网线POE直流远供方案 场景选择：皮基站RRU 供电距离：100m为宜，超过100m需要加延长器 功率、电压：2050W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

15、、短路、碰地均有检测、均有快速保护。,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RRU和交换机两个设备上均需要满足网线设备防雷标准。,四、5G基站供电解决方案, 网线POE供电,17,PPT学习交流,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

16、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。,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，是一个牵一发而动全

17、身的重大决策，需要谨慎考虑。,18,PPT学习交流,四、5G基站供电解决方案,外电取电方式的思考 直供电：5G基站应尽一切可能实现直供电，直供电便于实现基站电费包干，但现实表明大部分基站不可能做到直供电。 转供电：容易实现，但后期维护管理极难（业主单位或个人诚信度、友好关系难保证），无奈之举，不敢做电费包干。 远供电：实现难度有，但不太大，优点是自己可以控制电源，有条件做电费承包。,远供电缆成缆方式的思考 复合光电缆：适合传输与供电一家的场景，但现在大多数基站是传输线路与供电产权分离的情况，未来5G基站较不适合。 专用铜或铝电缆：供电单位可以自己控制电源设备和线路，且可输送大功率电源，适合传输

18、线路与供电产权分离的5G大功率基站需求。,高压直流远供电压制式的思考 48V直流做远供，明显不是5G大功率基站需求，但适合用网线做基站传输的POE供电场景。 240V直流做远供，能较好解决5G大功率基站需求。,基站平台电压制式的思考 鉴于改变电压平台的困难太大，目前不宜贸然提出全面改变电压平台的动议。 应该对240V平台电压加48V转换电压模式或对 -48V开关电源小型化模式（密度高、效率高、散热好、操作安全、配电紧密）做更多研究。, 进一步思考与讨论,19,PPT学习交流,三、5G基站供电方法,基站备电模式创新的思考 作为5G基站场景，除了宏基站外，无论是位置空间还是环境条件，都难以支持配置电池备电模式。 采用240V直流远供+集中备电方式，大大增加了备电可靠性和灵活性。作为一般常见的停电事件，都是短时间停电；集中备电可以完全解决；作为特殊大面积停电事件，完全可以通过先在一些重点基站保障供电，其他基站采用选择性放弃（包括时间长度选择和站点选择）。,基站远供设备监控手段简单化的思考 如果采用直流远供方式，基站侧出现极端简单化配置：无空调、无蓄电池，只有电源转换设备。 监控建议采用高压直流电力猫（PLC）方式，只要通过监控确认高压直流电源到了基站输入端，就是完成监控目的，也大大节约成本。,