分布式宏基站建设与应用研究

1、分布式宏基站建设与应用研究中 国 移 动 通 信 集 团 设 计 院 有 限 公 司 安 徽 分 公 司 二 一 一 年 八 月目 录1 前言 . 4 1.1 研究背景 . 41.2 研究目的及意义 . 42 分布式宏基站特点 . 4 2.1 分布式宏基站优点 . . 5 2.2 分布式宏基站缺点 . . 52.3 分布式宏基站应用原则 . 53.5 利弊分析小结 . . 104 分布式宏基站与 GRRU 比较分析 . 10 4.1 设备原理与兼容性对比 . 10 4.2 组网能力对比 . . 124.3 应用场景对比 . . 124.4 投资费用对比 . . 135.4 大型场馆及会展中心覆

2、盖 . 157 分布式宏基站建设案例 . 478 结论 . 491 前言1.1 研究背景随着移动通信业务迅猛发展和数据业务爆炸式增长, 对基站站址资源需求大 量增加,为满足日益增长的用户对移动网络的需求, 2G 及 TD-SCDMA 无线网络均 需建设大量基站,但随着城市建设快速发展,基站选址难以获得, 机房资源越来 越难获取,成为网络建设中一大难题, 机房租赁和建设成本越来越高, 运营成本 上升,传统基站建设模式已不能适应快速建站的要求。分布式宏基站具有选址难度低, 降低工程难度,加快建网速度,节约建设成 本等优势, 在后期的基站建设中所占比例会越来越大, 需对分布式宏基站建设与 应用进行研

3、究。1.2 研究目的及意义在选址越来越困难的情况下, 分布式宏基站的应用范围越来越大。 本课题将 针对分布式宏基站的建设与应用进行探讨, 提供新的无线通信基站建设思路, 以 利于移动基站选址及建设工作的开展。 重点研究分布式宏基站的建设方案, 对设 备安装、电源、防雷、接地、传输等进行研究,为后期大规模进行分布式宏基站 的建设打下基础,可以更好指导分布式宏基站建设。2 分布式宏基站特点分布式基站是指采用 BBU+RRU方式的基带拉远系统, BBU+RRU方式的 GSM 和 TD-SCDMA 光纤拉远系统基站解决方案主要包括室内单元和室外单元两个部分, 室内单元主要进行基带处理,一般称为 BBU

4、 (Base Band Unit 基带处理单元, 室外单元主要进行射频处理, 一般称为 RRU (Radio Remote Unit 射频拉远单元 , BBU 和 RRU 之间采用光纤连接,传输数字基带信号。 BBU+RRU方式的光纤拉远系 统结构示意图如下: 2.1 分布式宏基站优点分布式宏基站具有下面的优点:(1无需租用机房,减少电源等设备投资,降低建设和运营成本。(2降低基站能耗,节省机房空间资源,对站址资源要求低,建网灵活。(3支持近天线安装,节省馈线损耗,改善覆盖性能或降低整机功耗。(4降低施工难度,安装便捷、快速建设,易于搬迁,可重复利用。 2.2 分布式宏基站缺点同时分布式宏基站

5、具有下面的缺点:(1室外环境恶劣,对设备的稳定性、网络安全性要求高。(2站址资源作为战略资源,大量使用分布式基站会减少站址资源储备, 对后期市场竞争不利(3由于在室外,后备电源不可能配备太大,后备时间较短,断电时间太 长会造成断站的危险。(4由于分布式基站设备均安装在室外,对设备的防盗、防尘要求高,同 时设备在楼面安装时,需要考虑安装楼面的承重要求。2.3 分布式宏基站应用原则(1分布式宏基站是传统宏基站建设的有效补充,可适度开展建设。(2分布式宏基站建设原则: 城区站分布式宏基站建设原则建设量:限定分布式宏基站占当期工程城区新建站的比例不超过 20%。 站间距:密集城区小于 400米,一般城

6、区和高校园区小于 450米。建设密度:同一机房内的分布式宏基站数量不得超过 3个。当 6个最近 相邻站中,传统宏基站数量超过 4个(含时方能建设分布式基站。 农村站分布式宏基站建设原则业务量需求很低的偏远农村,推荐采用分布式基站实现无机房低成本建设。 要求站间距小于 3公里, 覆盖目标地区为偏远地区或山区, 建议覆盖自然村人口 总数不超过 500人,预测业务量低于 1Erl 。(3城区场景下远端 RRU 推荐使用就近供电方案,道路及农村场景下远端 RRU 推荐使用就近供电方案或基站电源逆变拉远供电。蓄电池后备时间可结合站 址现场条件选择 4小时或 8小时。同一机房内分布式宏基站(BBU 侧数量

7、不得 超过 3个。3 分布式宏基站与传统宏基站的利弊分析3.1 网络建设分布式宏基站基带单元和射频单元分开放置, 在工程建设方面比传统宏基站 具有更强的灵活性。由于光纤的远距离和快速部署特点, 使天线的位置调整不再受基站站房的制 约,可以依据周围环境特点,构建标准蜂窝结构,降低了网络优化的难度,提高 了灵活性。分布式宏基站的射频单元需要在室外放置, 因此比传统宏基站对室外环境的 要求更加苛刻,不能把射频单元放置在温度过高或过低、风沙粉尘多、 存在有害 气体、靠近易燃易爆物品、 易遭受雷击等环境中, 同时需要考虑安装楼面的承重 要求等。对于设备本身还需要具有防尘、防水、防潮、防霉、防腐蚀、防盗和

8、防 雷等多种功能。3.2 安全可靠性由于现网缺少大规模应用分布式的经验, 而且未进行大规模试验的验证, 在 远端设备的稳定性和可靠性方面得不到保证。传统宏基站基带单元和射频单元均安装在同一个站点, 断站时对整个网络安 全影响较小,且传统宏基站设备成熟度高,可靠性高,网络安全性高,与传统宏 基站相比,分布式基站基带单元比较集中, 断站时影响多个远端网络安全, 网络 安全性较传统宏基站低。由于分布式宏基站射频单元供电需求与传统宏基站相比更加复杂, 其特殊的 供电方案会给网络增加额外的故障点, 特别是逆变拉远供电方案还会在工程实施 和维护过程中带来一定的安全隐患。3.3 成本支出分别针对城区和道路、

9、 农村的典型传统宏基站和典型分布式宏基站为例, 对 比分析二者的投资建设成本差异,见下表:表 3.3-1 传统宏基站与分布式宏基站投资成本比较 由以上投资成本比较结果可以看出, 城区分布式宏基站通过对现有基站资源的合理利用和基带部分的集中放置, 降低了机房及机房内配套设备投资。 虽然由 于射频部分的供电需求,增加了一体化电源柜等的投资成本,但从总体来比较, 城区分布式宏基站要远比传统宏基站投资节省的多; 农村分布式宏基站的建设投 资成本相比传统基站要小, 对于农村可以选择业务量需求较低的区域实现无机房 低成本建设。针对分布式宏基站射频部分的不同供电方案,考虑到供电代维、发电成本、 拉远供电由于

10、电缆的长距离铺设而带来较大的线路损耗、 设备逆变损耗, 使得维 护成本增加。3.4 网络资源需求从光缆线路和传输设备两方面,对分布式宏基站和传统宏基站进行比较分 析,具体如下表所示。表 3.4-1 传统宏基站和分布式宏基站对比表 从表中可以看出,由于分布式宏基站的光缆结构存在链型、星形结构, 从而 可以引发不便于维护、安全等级降低及对源端传输设备压力大等相关问题。 单站 SDH/PTN设备可提供 16个 2M 或 8个 FE ,同时考虑传输本身的需求 及单个 RRU 对信源的传输需求, 建议一个 BBU 所带分布式宏基站数量不超过 3个 (如果是 RRU 级联使用则不受此限制 。分布式宏基站和

11、传统宏基站具体投资分析,如下表所示。表 3.4-2 分布式宏基站和传统宏基站投资分析表 相对于传统宏基站, 分布式基站提高了站址资源的有效利用率, 降低了建设 维护成本。鉴于现在的基站选址非常困难,如果用 RRU ,需要的空间比较小, RRU 就可以拉到任何的地方,因此它是一个因地制宜、灵活部署的调配的方案。 分布式基站 BBU 和 RRU 分离,室内的 BBU 设备只负责基带信号处理,没有射 频器件特别是功放模块,因此具有体积小、重量轻、功耗低、易于安装等特点。 在目前移动通信网建站选址越来越困难的状况下,分布式基站“ 0”机房占用的 特点相比于宏基站,可以达到节省机房空间、 降低网络建设成

12、本、 加快网络建设 速度的目的。 但是如果大规模应用分布式宏基站, 将会造成站址资源的储备减少, 从长远发展的角度来看,在同行业竞争中会逐渐失去优势。分布式基站把传统的宏基站设备按照功能划分为两个功能模块, 其中把基站 的基带、 主控、 传输、 时钟等功能集成在一个称为基带单元 BBU (Base Band Unit的模块上,基带单元体积小、安装位置非常灵活;把收发信机、功放等中射频集 成在另外一个称为远端射频模块上, 射频单元 RRU (Remote Radio Unit安装在天 线端。 射频单元与基带单元之间通过光纤连接, 形成全新的分布式基站解决方案。 在分布式基站的构成中, BBU 是

13、一种基带处理设备, 主要完成 Uu 接口的基 带处理功能(编码、复用、调制和扩频等、 RNC 的 Iub 接口功能、信令处理、 本地和远程操作维护功能,以及 Node B系统的工作状态监控和告警信息上报功 能。其中所有基带功能单元作为一个基带池, 通过配置, 每个基带处理模块可以 处理不同载扇的数据。在容量需求较大的地区,只通过在 BBU 增加基带板即可 实现容量的增加。这样, 一方面可以降低成本, 另一方面可以为组网提供充分的 灵活性,解决 3G 网络容量差异大的问题。射频拉远单元 (RRU分为 4个大模块:中频模块、收发信机模块、功放和滤 波模块。数字中频模块用于光传输的调制解调、数字上下

14、变频、 A/D转换等;收 发信机模块完成中频信号到射频信号的变换; 再经过功放和滤波模块, 将射频信号通过天线口发射出去。BBU 和 RRU 之间按照 Ir 接口协议通过光纤连接,完成基带数据的传输。 Ir 接口协议支持星型连接、链形连接和环形连接等网络拓扑结构,使 BBU+RRU更能灵活地组网。 Ir 接口定义了层一和层二协议来支持用户层的数据传输, BBU 和 RRU 单元间同步等控制信息的发送和接收。3.5 利弊分析小结通过以上分析,传统宏基站与分布式基站利弊分析比较如下表所示:表 3.5-1 传统宏基站与分布式宏基站利弊比较 由以上各方面对比可以看出, 分布式宏基站相比传统宏基站在目前

15、具有一定 的成本优势, 但从储备站址资源的战略性角度考虑, 建议适度的进行分布式宏基 站的建设。4 分布式宏基站与 GRRU 比较分析4.1 设备原理与兼容性对比GRRU 近端负责从基站引入下行射频信号, 并将射频信号转成中频, 由数字 处理单元调制为零频基带信号, 最后转换成光信号输出; 远端则接收光信号转为 基带信号并由数字处理单元将其解调为数字中频信号, 通过数字处理单元处理后 放大输出。信号类型采用基带(Um 口基带信号。 图 4.1-1 GRRU设备原理示意图分布式基站采用光纤将基站中的射频模块拉到远端射频单元, 基带信号下行 经变频、滤波,经过射频滤波、经线性功率放大器后通过发送滤

16、波传至天馈。上 行将收到的移动终端上行信号进滤波、 低噪声放大、 进一步的射频小信号放大滤 波和下变频,然后完成模数转换和数字中频处理等。信号类型采用基带(Ir 口基 带信号。 图 4.1-2 分布式基站设备原理示意图设备原理与兼容性对比如下表所示:表 4.1-1 分布式基站与 GRRU 设备原理及兼容性对比表 4.2 组网能力对比(1 GRRU 与分布式基站主要有星型、菊花链、环型、旁路或多种方式混 合等组网方式, 组网方式灵活。 GRRU 可承载的载波数量较大, 但不能增加容量。 (2 分布式基站具备增加独立载波的能力, 且机柜至少可安放 5-6个 BBU , 扩容较为简便。 图 4.2-

17、1 分布式基站组网示意图4.3 应用场景对比(1街道站、楼面站、边际站覆盖。由于业主的阻挠,造成征地困难,需 要采用小型化的拉远设备替代基站进行覆盖。分布式基站和 GRRU 都可应用。 (2高铁覆盖专网。共小区覆盖可减少切换频次,减少掉话,提升用户感 知。分布式基站和 GRRU 级联均受限制。 (3载波调度系统。大型楼宇覆盖需要较多的覆盖远端,利用潮汐话务互 补的方式进行载波池调度覆盖,以提高载波利用率,减少频率使用频次 (提高频 率复用率,减少干扰,并提高容灾应急能力。分布式基站通过调配 license ,在 RRU 载波数最大容量下的软容量的调度。 GRRU 可以在相同的载波容量在不同 的

18、设备之间实现调度。 4.4 投资费用对比分布式基站与 GRRU 投资费用对比如下表所示:表 4.4-1 分布式基站与 GRRU 投资费用对比表 5 分布式宏基站应用场景5.1 城区覆盖由于敏感区域选址困难,很难找到基站机房,采用 RRU 方式可以将机房选 在敏感区域以外,采用光纤拉远将 RRU 系统建设在敏感区域里,以完成对敏感 区域的覆盖。图 5.1-1 敏感区域覆盖在开发区、 高校园区等站址不容易获得的情况下, 使用分布式宏基站建设方 案,利用现有的机房, 将基带部分放置在现有机房中, 射频部分通过光纤拉远到 不同站址天面上,例如开发区、高校区等。 图 5.1-2 开发区、高校园区覆盖 5

19、.2 高速公路 /铁路覆盖在高速公路、 铁路覆盖时,沿线无法建设机房的情况下,可以使用分布式宏 基站,利用线性覆盖且话务量不高的特点,采取一个基带单元 +多个射频单元级 联的方式对道路进行覆盖。 图 5.1-3 高速公路 /铁路覆盖5.3 乡镇、农村覆盖在乡镇农村偏远地区或偏远山区用户分散和话务量不高的情况下, 而且增长 缓慢的地区,可以使用分布式宏基站,实现无机房低成本建设。 图 5.1-4 乡镇、农村覆盖5.4 大型场馆及会展中心覆盖大型场馆及会展中心的安全管理要求比较高,对于传统基站必须在场馆内进行机房建设,导致维护不方便,而采用 RRU 方式可以将基站机房设置在场馆安 保范围以外,从而

20、使维护问题得到解决 。图 5.1-5 大型场馆及会展中心覆盖6 分布式宏基站建设方案6.1 分布式宏基站设备安装方式(1 标准 19英寸机架安装采用这种安装方式时,应充分考虑其空间是否足够。一般每个 BBU 占 2U-3U 空间。如现场 19英寸机架无足够位置,但机房有空余空间, 可考虑增加 19英寸 机架来安装 BBU 。如果在考虑 GSM 传统宏基站的远期机柜位置后,基站内还有空余机柜位置, 则分布式基站 BBU 单独新增室内综合架, 否则优先利用已有 TD 综合架 , 其次利用 传输综合架安装 BBU 设备。在无线和传输共用综合架的情况下, 无线设备使用一次下电接口, 传输设备 使用二次

21、下电接口。当综合架只用于安装无线设备 BBU 时 , 综合架接一次下 电 ,BBU 直接从综合架的电源单元中取电。综合架内设备的安装顺序从下到上依次为盘纤单元、 ODF 单元、无线供电单 元、 BBU 单元、传输设备单元、 DDF 单元和电源单元。各单元间需要根据不同厂 家对设备的散热要求和线缆走线要求预留一定的空间。利用传输综合架安装 TD-SCDMA 基站和分布式基站的近端或远端设备的时候,还要考虑环境监控设备 的位置。 图 6.1-1 BBU 安装在综合架示例(2 挂墙安装如果机房既没有富余位置的机架, 也没有空余空间安装新的机架, 可考虑采 用挂墙的方式安装 BBU 。 图 6.1-2

22、 BBU 挂墙安装示例RRU 主要支持抱箍和壁挂两种安装方式,其中抱箍方式可以适应抱杆、单管 塔、角钢塔等多种塔的安装,部分塔型不具备条件的需要新建抱杆。(1 RRU安装注意事项(a 分布式基站室外需要安装 RRU 设备,每个室外 RRU 通过跳线与天线相 连, 安装位置可能受跳线长度限制, 在跳线长度允许的范围内可将 RRU 安装于抱 杆、铁塔、支架、楼顶平台等处。(b 当 RRU 安装于塔上时需要考虑铁塔和抱杆承重以及 RRU 自身风阻带来 的问题。(c 当多个小区共用 RRU 时, RRU 到天线的 1/2”跳线过长, 当跳线长度大 于 25米时建议使用 7/8”馈线。(d 基站扩容时,

23、当 RRU 个数增加时, RRU 跳线的位置可能有所变化,因 此在 RRU 安装时应考虑基站扩容时后期增加的 RRU 的安装位置, 同时 RRU 到天线 之间的跳线应留有一定的余量。(e 设备安装位置严格遵循设计图纸,注意满足安装空间要求,并预留维 护空间; RRU 设备安装在金属桅杆时,扣件安装牢固,模块安装在主扣件上,模 块和主扣件卡紧,没有松动现象。(f RRU 设备安装在墙面上时,附扣件的孔位对准膨胀螺栓的孔位,附扣 件紧贴墙面,安装牢固,手摇不晃动; RRU 设备配线腔未走线的导线槽中安装防 水胶棒,配线腔盖板锁紧 RRU设备的外壳紧固;各线缆标签正确、清晰、齐全。 (2 RRU安装

24、方式RRU 安装应尽量利用原铁塔平台支架。 如原铁塔平台支架无法满足使用要求, 应由具备相应设计资质的设计单位根据原设计图纸及已挂天线和拟加挂 RRU 的 重量、型号、数量及挂高等情况对铁塔及基础进行受力安全复核, 确认能满足受 力要求后方可安装。不能满足受力要求时,应提出相应的加固及改造方案。 当铁 塔塔上不具备条件时,可以将 RRU 安装在铁塔下,通过新建单根抱杆安装。 城区 RRU 主要采用的安装方案有挂墙、单根抱杆、组合抱杆、 景观塔上安装 四种。挂墙式主要用于天面没有合适安装位置用以安装抱杆的基站站点,把 RRU 直接用膨胀锚栓固定到外墙上; 对于单根抱杆, 可利用抱杆下部钢管的空余

25、位置 使用 U 型箍进行安装,位置以斜撑下部为宜;对于组合抱杆,主要用 U 型箍将 RRU 直接安装到组合抱杆的主杆上,也可以在组合抱杆上新增天线支架来安装 RRU ,建议一个组合抱杆最多安装 6个 RRU ,这三种形式都有安装简单、施工期 短等优点, 可以快速满足使用要求。 景观塔上 RRU 的安装由景观塔厂家负责设计 和安装固定支架抱杆。农村覆盖常采用角钢塔、 三管塔、 单管塔、 双 H 杆、 拉线塔等塔型。 角钢塔、 三管塔和单管塔作为集团标准化铁塔前期设计时已经考虑了 3个 RRU 的荷载, 且 有天线平台, RRU 可以直接安装到天线平台上,可满足荷载要求;对于山区所使 用的双 H

26、杆,在设计时已考虑后期设备的安装而建设有设备平台, RRU 和室外一 体化电源可以直接到设备平台上满足 RRU 安装要求;拉线塔主要受力靠拉线完 成, 在拉线塔塔身上安装 RRU 只需要新增天线支架就可以满足安装要求。 角钢塔、 三管塔和单管塔覆盖效果较好, 但在造价上相对提高很多, 双 H 杆和拉线塔广泛 应用在偏远山区等覆盖要求不高, 施工条件较差和施工难度较大的地区, 且造价 相对于以上三种塔型有了很大降低。(a 采用单根抱杆安装单根抱杆主要构件是用于安装天线的钢管,安装方式多种多样,可采取:直 接固定在墙面上; 预埋地脚螺栓安装在屋面上; 预埋地脚螺栓并增加双向斜撑安 装在屋面上(用于

27、较高抱杆;用配重安放在屋面上等。适合场景:居民小区、 高校、密集商业区。 图 6.1-3 单根抱杆上安装 RRU 的示意图(b 采用挂墙安装RRU 应固定在承重墙体,不宜固定在女儿墙等非结构主体,且不应固定在空 心砖砌筑墙体上;膨胀螺栓等连接构件应确保与结构主体可靠连接。 图 6.1-4 RRU 挂墙安装示例(c 采用组合抱杆安装RRU 使用 U 形箍安装到组合抱杆主杆上,位于天线下方 2米处,每个主杆最 多可以安装 2个 RRU ,每层最多安装 6个 rru 。组合抱杆水平截面从下至上均相同,体型有三面、四面、六面等,也可依现 场条件确定的不规则截面, 安装方式是依靠与楼面结构锚固和与建筑物

28、连接的钢 拉线保持稳定。 图 6.1-5 RRU 组合抱杆安装示例(d 采用景观塔安装开发区、 城市绿化带、 公园覆盖 . 景观塔 RRU 安装支架由景观塔厂家负责设 计和安装。 图 6.1-6 RRU 景观塔安装示例(e 采用落地塔安装落地塔塔型包括地面角钢塔、 地面单管塔、地面多管塔等。安装方式是依靠 塔脚锚栓落地与地面基础直接连接。角钢塔适合征地面积较大的地区,征地需要 10米×10米;单管塔适合场地 有限但大型车辆可以进入的地区,征地需要 3米×3米;三管塔适合场地有限的 地区,需要征地 5米×5米。RRU 安装到落地塔平台上,每个平台最多可以安装 3个

29、-6个 RRU 。 RRU 可安 装在铁塔平台围栏侧的槽钢或者角钢上, 若铁塔平台围栏侧无可安装的槽钢或者 角钢,则在平台围栏内侧加装抱杆, 将 RRU 安装在抱杆上, 如果平台围栏无合适 位置,则在平台塔身外侧上加装抱杆用以固定 RRU 安装。 图 6.1-7 RRU 落地塔安装示例(f 采用双 H 杆安装RRU 安装在平台就近天线位置的加固抱杆上。 图 6.1-8 RRU 双 H 杆安装示例(g 采用拉线塔安装RRU 使用 U 形箍安装到拉线塔塔身角钢上构件上,或者安装在拉线塔塔身加 装的支架抱杆上,每个挡风面最多可以安装 2个 RRU 。 图 6.1-9 RRU 拉线塔上安装示例6.2

30、分布式宏基站电源建设方案(1 BBU 安装在现网基站中BBU 如选择在现网基站中安装,宜优先选择安装在市电较好(三类市电或优 于三类市电的基站, 安装在有可靠市电基站时, 需要核算基站内电源设备容量 是否能满足增加的 BBU 和由基站供电 RRU 负荷的供电需求,并考虑 RRU 等设 备的线路损耗。如不能满足,需通过扩容开关电源整流模块或更换开关电源架, 增加蓄电池组容量等方式解决。(2 BBU 安装在新建基站中如根据网络规划需要,需新建独立的 3G 站点, BBU 选择在新建站点安装, 一般均采用 -48V 直流供电,在中心机房新增 1架 -48V 直流开关电源和 2组蓄电 池, 新增电源系

31、统的设备配置除需要考虑 BBU 设备的供电需求外, 还需要考虑由 基站电源集中供电或拉远供电的 RRU 等设备的供电需求和线路损耗。-48V 直流拉远供电模式是指 RRU 等拉远设备利用无线主设备 BBU 基站中 -48V 电源系统集中供电, RRU 等拉远设备采用直流 -48V 电压供电。 图 6.2-1 -48V 直流拉远供电系统框图(1 优缺点比较优点:方案简单,系统可靠性最高,可保证 RRU 不间断供电要求,供电集中 维护管理,扩容方便, 可接入多个远端 RRU 设备, 减少市电引入和相关配套电源 设备,成本低,节省投资。缺点:直流远供需考虑长距离直流供电条件下压降及线损, 直流供电涉

32、及到 电缆的拉远距离,拉远距离和线路压降、损耗以及线径有关,需通过公式计算。 线路总长度、负载的大小、线路线径、线路压降、线路损耗等参数之间存在一定 的关系。在线径相同的情况下,拉远距离越长,线路损耗越大;拉远距离一定的 情况下,线径越大,线路损耗越小。同时,直流电缆在室外长距离敷设,存在施 工难度较大和防雷等问题。(2 供电要求采用铠装电力电缆,电力电缆两端应作有效接地(接地应在进入机房之 前;应按 RRU 允许的最大压降校核电力电缆的截面;RRU 设备由基站内开关电源供电,电源从直流配电单元一次下电开关引 接。(3 -48V 直流拉远供电的最大允许距离直流集中供电的最大允许距离与 RRU

33、设备电源允许输入电压范围的最小值、 RRU 设备功耗、电力电缆截面积等因素相关,计算公式如下:式中:L 集中供电模式最远允许单程距离(m ;Umin RRU 等拉远设备直流输入电压范围的最小值(V ; Pe RRU等拉远设备直流功耗(W ; S 电力电缆截面积(mm 2;电力电缆电导率m/(·mm 2 , 25时,铜线 铜=57m/(·mm 2 ,铝线 铝=34m/(·mm 2 。根据以上计算公式,可以得出 RRU 直流集中供电的最大允许距离。表 6.2-1 不同功率、不同截面积条件下直流集中供电的最大允许距离 由于 -48V 直流拉远供电主要应用于城区场景,城区

34、拉远站点需同时满足 TD 和 2G 设备拉远供电需求, 2G 拉远 RRU 设备压降范围大部分为 -40VDC -57VDC , 考虑到 2G 和 TD 拉远设备需同时满足要求, RRU 的最低供电电压范围考虑为 40V , 所以最大允许压降按 3.2V 考虑。 对于只有 TD 设备拉远的站点, 可以根据主设备min/(2min 2. 43(=U Pe SU L -厂家的 RRU 设备压降范围调整最大允许压降,选择合适的电缆线径和拉远距离。中心基站新增升压设备,将中心机房 -48V 升压为直流 280V(可调 传送至远 端 (可选:远端侧安装电源适配器,降压至 -48V 。 图 6.2-2 直

35、流升压远供系统结构图(1 优缺点比较优点:系统可靠性较高,可保证 RRU 不间断供电要求,供电集中维护管理, 可远距离供电,施工难度低,施工周期短,减少市电引入和相关配套电源设备, 成本较低。缺点:机房中需新增升压设备,存在故障点,对升压设备的可靠性要求高, 存在逆变损耗和线路损耗,同时, 电缆在室外长距离敷设, 存在防雷和防盗等问 题。(2 供电要求(a 采用铠装电力电缆,电力电缆两端应作有效接地(接地应在进入机房 之前。(b 为保证远程供电设备的用电质量,直流远程供电设备的电源模块应采 用 N+1冗余方式配置,监控模块进行实时监控。(c 考虑到远程供电线路敷设的成本因素,远程供电线路的电缆

36、线径不宜 超过等效 25mm 2铜芯电缆的规格,每条供电线路长度一般情况下不宜越过 3km,特殊情况下不宜超过 5km 。(d 280V 直流远程供电通信电源系统采用全程浮地方式,严禁在线路中将 其正极或负极接地。(e 考虑防盗,建议使用铝缆,必须注意做好铜铝转换处的抗氧化工作, 以防止接头处老化造成的线路故障。(f 线路进出机房或室外敷设至通信设备应尽量采用埋地方式敷设,埋地 距离宜达到 50m ;当埋地距离不能达到 50m 时,最短埋地距离不宜小于 15m ,并 应加装防雷设备。(3 安全性考虑(a 悬浮供电,正负极均不接地,人触碰任何一极均不会触电。(b 局端设备采用 N +1冗余备份方

37、式, 当一个模块故障时不影响对远端设 备的正常供电,提高系统运行的可靠性。(c 安全保护技术应用:漏电保护:当电缆破损或通信设备故障导致单极对地漏电,系统能自动 保护,确保设备的运行安全; 因故障造成单极接地时, 人体触碰另一极会有电流 产生,系统能自动保护,确保人身安全。短路保护:当设备或线路故障造成某一路短路时,系统能及时中断该路 的输出,确保系统运行安全。强电入侵保护:当有外市电搭接到远供线缆上, 系统能中断输出并告警, 确保系统运行和维护操作人员的安全。其他特殊场景的安全保护:开路保护、人体同时接触正负极保护。 (d 采用专用电缆,提高电缆的防护等级,如用铠装电缆、在电缆上打上 警示标

38、志等。(e 防雷、防盗措施:对室外系统,增加专用的防雷组件;采用防盗夹、 防攀爬装置和警示牌,提高架空线缆的防盗性。(4 拉远的最大允许距离直流升压远供的最大允许距离与线路允许最大压降、 RRU 设备功耗、电压损 失计算系数等因素相关,拉远最大允许距离如下表所示:表 6.2-2 直流升压远供的最大允许距离 由于 -48V 直流拉远供电存在拉远距离限制,由于部分基站之间距离很远, 无法直接采用直流电源供电, 只能选择交流供电方式。 在 BBU 中心机房新增 1架 通信专用模块化逆变电源设备,将中心机房的 -48V 直流逆变为 220V 交流电源, 采用交流电缆沿光缆杆路架设,在无光缆杆路的情况下

39、,可通过电力杆、 新增杆 路或地埋的方式为远端 RUU 供电 (城区无光缆杆路资源, 可沿光缆管道穿钢管敷 设电缆, RRU 较多时,只需增加中心机房开关电源和蓄电池容量来满足 RRU 用 电需求。 图 6.2-3 基站电源逆变拉远供电系统框图(1 优缺点比较优点:方案较简单,系统可靠性较高,可保证 RRU 不间断供电要求,供电集 中维护管理,可远距离供电,扩容方便,可接入多个远端 RRU 设备,减少市电引 入和相关配套电源设备,成本较低。缺点:机房中需新增逆变器设备,存在故障点,对逆变器的安全性要求高, 逆变器系统转变效率较低,占用机房空间,增加设备投资,同时,交流电缆在室 外长距离敷设,

40、存在施工难度大和防雷等问题。 采用基站电源逆变拉远供电模式 时,线路损耗较大,逆变效率较低,将产生较多能耗。(2 供电要求采用铠装电力电缆,电力电缆架空敷设时需要考虑电缆自重;电力电缆两端应作有效接地(接地应在进入机房之前;为防止雷击, 电力电缆两端在连接设备之前应埋地, 埋地长度不小于 50m ; 当埋地长度 50m 有困难时,可以就近埋地绕圈后引接至设备;电力电缆最大压降不宜超过 20%(即设备端最低电压不宜低于 176V ; RRU 设备宜采用交流 220V 电源供电, RRU 设备中集成整流设备;逆变器输入电压等级为直流 48V ,输出电压为交流 220V ;逆变器应具有监控模块,逆变

41、模块应采用 N+1备份;逆变设备由基站内开关电源供电,电源从直流配电单元一次下电开关引 接;逆变器容量选择应考虑线路损耗和远端整流设备效率; RRU 远端在室外应设置交流配电单元设备,并具有防雷功能。 (3 拉远最大允许距离基站电源逆变拉远供电的最大允许距离与线路允许最大压降、 RRU 设备功耗、 电压损失计算系数等因素相关,计算公式如下:100=%NU UUP SC U L 100%=式中:L 基站电源逆变拉远供电模式最远允许单程距离(km ; U%线路允许最大压降百分比(%; P RRU等拉远设备交流功耗(W ; C 电压损失计算系数,取值见下表; S 电力电缆截面积(mm 2;表 6.2

42、-3 线路电压损失的计算系数 C 值 (cos=1 1. 20时 值 (·mm2/m, 铝导线、 铝母线为 0.0282; 铜导线、 铜母线为 0.0172, =1/。 2. 计算 C 值时, 导线工作温度为50, 铝导线 值 m /(·mm2为 31.66, 铜导线为 51.91; 导线工作温度为65,铝导线 值m /(·mm2为 30.05,铜导线为 49.27。 3. UN 为标称线电压,单位:kV ; Unph 为标称线电压,单位:kV 。根据以上计算公式, 可以得出不同功率、 不同截面积条件下基站电源逆变拉远供电的最 大允许距离如下表所示:表 6.2-4

43、 基站电源逆变拉远供电的最大允许距离 考虑到电缆投资、 施工难度和费用,根据经济性原则,基站电源逆变拉远供 电的最大供电范围为 5公里, 供电距离超过 5公里原则上不建议采用逆变拉远供 电方式。(4 基站电源逆变拉远供电线缆布放基站电源逆变拉远供电较适合 RRU 远端无市电或引入市电困难, 且距离中心 机房较远站点的情况,基站电源逆变拉远供电线缆布放示意图如下图所示: 图 6.2-4 基站电源逆变拉远供电模式示意图图例:1-电力电缆; 2-传输电缆; 3-无线主设备机房; 4-无线主设备 (包含原机房 无线设备、 BBU ; 5-电源主设备 (包含组合开关电源、蓄电池组、 DC 变换设备、逆变

44、器 ; 6 -传输主设备; 7-RRU ; 8-天线; 9-避雷针; 10-水泥杆; 11-土壤示意电力电缆和光缆共杆敷设要求及示意图如下图所示: 图 6.2-5 电力电缆和光缆共杆敷设要求及示意图电缆在室外敷设时,应采用铠装电力电缆。就近供电模式是指 RRU 等拉远设备由本地引接的市电电源供电。 RRU 拉远建 设处有可以引接的较可靠市电电源且引入费用不高时, 可以就近引入一路市电电 源为 RRU 等拉远设备供电。 RRU 拉远建设处采用室外型的直流一体化电源或交流 一体化 UPS 电源,从供电安全性、可靠性、逆变效率和投资考虑,建议尽量采用 室外型的直流一体化电源。 图 6.2-6 就近供

45、电系统框图(1 优缺点比较优点:此方案可保证 RRU 不间断供电要求,无需长距离布放电缆, 施工难度 小,无电缆损耗,无需新建独立机房,不占用机房空间,无需电缆投资,不影响 中心机房的供电安全。缺点:需要引入市电,系统可靠性一般,主要与引入市电质量有关,供电分 散维护管理, 可接入远端 RRU 设备数量有限, 需增加市电引入和一体化室外电源 设备费用,成本较高。此方案由于需新增室外电源设备,需考虑防尘、防雨雪等 要求,同时需要配置蓄电池组,需要考虑承重要求。(2 供电要求RRU 远端建设地就近有可引入的市电质量较好的市电电源;采用就近引接电源供电模式时, RRU 等拉远设备宜采用 -48V 直

46、流电压供 电,蓄电池后备时间按照相关要求配置;采用就近引接电源供电模式时,需要对比直流集中供电和基站电源逆变 拉远供电两种方案的投资、施工难度等;一体化室外电源需考虑温湿度、防尘和防水、防盗等要求;市电引入电缆引入端需增加避雷器,以保证引电设备安全。远端就近引入一路市电作为主用电源,中心机房引出远供电源作为备用电 源,平时由市电供电,市电停电后,由远供电源进行供电。 图 6.2-7 近供远备供电系统结构图优点:供电可靠性高 (主备用电源 ,市电正常工作时,无电缆损耗,远端无 需新建独立机房,减少室外一体化电源设备投资。以上五种供电方案的优缺点比较汇总如下表所示:表 6.2-5 五种供电方案优缺

47、点比较汇总表 通过对以上五种供电方案的优缺点比较汇总, 根据供电方案不同特点, 得出 以下基本结论:-48V 直流拉远供电:适合应用在供电距离较短,设备负荷低的场合,如:同楼内、室内分布系统等站点。直流升压远供:适合应用在市电引入困难、 引入费用高, 需快速建网的重要 覆盖站点或话务量较高的站点,如:高速铁路、公路,隧道、地铁等交通干线覆 盖站点。基站电源逆变拉远供电:适合应用在市电引入困难、 引入费用高, 以覆盖为 主要目的站点,如:山区基站覆盖、农村低话务量等覆盖站点。就近供电:适合应用在市电引入容易、 引入费用低, 以吸收话务为主要目的 站点,如:城区等高话务量站点。近供远备:适合应用在

48、密集城区高话务密度站点, 站点重要性高, 应急油机 发电比较困难的站点。由于目前切换设备无成熟产品,处于测试阶段, 可考虑在 城区先进行试点。(1 TD 基站拉远主设备现网 TD 主设备厂家主要包括华为、大唐、诺西、中兴和新邮通五家,五厂 家 TD 拉远主设备供电方式及需求如下表所示:表 6.2-6 TD拉远设备供电方式及需求表 (2 2G 基站拉远主设备现网 2G 主设备厂家主要包括华为、诺西、爱立信、阿尔卡特和中兴五家, 五厂家 2G 拉远主设备供电方式及需求如下表所示:表 6.2-7 2G拉远设备供电方式及需求表 考虑到节省市电引入、 配套电源设备投资和供电安全, 推荐 BBU 设备安装

49、在 市电引入和配套电源容量较大的现网基站, 只需通过增加开关电源整流模块容量 或增加蓄电池组容量满足新增 BBU 设备的供电需求。(1投资成本比较城区场景下四种供电方案投资成本比较如下表所示 :表 6.2-8 城区场景供电方案投资成本比较表 1. 远端功耗按 1800W(6个 RRU ,远供电缆按 800米考虑;2. 线路损耗和设备逆变损耗按一年的损耗考虑;3. 远供电缆按 2*10平方铠装铝缆;4. 设备折旧年限按 10年考虑;5. 近供远备方案按一个中心站点备份一个远端站点考虑。(2投资差异分析城区场景下,以上四种供电方案投资成本差异分析如下:(a 设备材料投资差异远供和近供远备方案中心机

50、房需新增开关电源模块, 就近供电不需新增。 远供和近供远备方案中心机房需新增升压或逆变设备,就近供电需新增 室外一体化直流电源设备,室外直流电源设备投资比升压或逆变设备投 资高。远供和近供远备方案需增加远供电缆投资,就近供电不需新增。(b 运维成本投资差异基站电源逆变拉远供电比直流升压远供逆变和线路损耗高,就近供电无 相关损耗。远供和近供远备方案无供电代维费用,就近供电需供电代维费用。 远供方案发电成本比就近供电高。远供供电方案设备折旧费用比就近供电低。(c 工程成本投资差异城区市电质量较高,引入方便,就近供电市电引入投资较低。远供方案无需市电引入,需施工远供电缆,投资较低。近供远备方案需市电

51、引入和远供电缆施工两项投资。(3供电方案比较城区场景下,以上四种供电方案比较如下表所示:表 6.2-9 城区场景供电方案比较表 (4推荐方案城区场景分布式宏基站供电需综合考虑以下几个因素:市电引入质量和方便程度:光纤拉远基站在城区使用,城区大楼一般都 有比较稳定可靠的市电电源,市电引入容易获得,市电引入费用不高。 占用管孔资源:城区一般为管道传输, 拉远供电电缆敷设占用管孔资源。 电源系统可靠程度:目前 -48V 直流电源可靠性最高,产品最成熟。 节能减排:由于直流升压远供和基站电源逆变拉远供电均为长距离供电, 线路损耗较大,不利于节能减排。供电安全性:拉远长距离电缆供电,如电缆被破坏,将需要

52、重新布放电 缆,基站被断站。一体化电源成熟度:目前电源设备厂家一体化电源设备产品已成熟,安 全性高。综合以上几个因素考虑, 城区场景分布式宏基站供电方案推荐采用就近供电 方式,如 BBU 和 RRU 在同一楼宇内,或 BBU 机房和 RRU 站点路由距离不超过 100米则应该使用直流拉远供电。(1投资成本比较高铁等交通干线场景下三种供电方案投资成本比较如下表所示 :表 6.2-10 高铁等交通干线场景供电方案投资成本比较表 1. 每 BBU 按照 6个远端设置,每个远端设置 1个 RRU(300W,新建站点按 1.3公里 /个 考虑;2. 远供电缆按 1.5km/站考虑;3. 线路损耗和设备逆

53、变损耗按一年的损耗考虑;4. 远供电缆按 2*16平方铠装铝缆;5. 设备折旧年限按 10年考虑。(2投资差异分析高铁等交通干线场景下,以上三种供电方案投资成本差异分析如下: (a 设备材料投资差异远供方案中心机房需新增开关电源模块 (投资分摊到 6个远端 ,就近供 电不需新增。远供方案中心机房需新增升压或逆变设备 (投资分摊到 6个远端 , 就近 供电需新增室外一体化直流电源设备,室外直流电源设备投资比升压或逆变设备投资高。远供方案需增加远供电缆(1.5km/站,投资较大,就近供电不需新增。 (b 运维成本投资差异远供逆变和线路损耗较小,就近供电无相关损耗。远供无供电代维费用,就近供电需供电代维费用。远供方案发电成本 (投资分摊到 6个远端 比就近供电低。远供供电方案设备折旧费