直流遠(yuǎn)供在4G分布式基站建設(shè)中的應(yīng)用研究

范翱杰

【摘要】 在移動通信網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的背景下，隨著站址獲取難度的加大，分布式基站以其靈活的建設(shè)方式在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中發(fā)揮著越來越大的作用，從而促使遠(yuǎn)端設(shè)備的電源保障方案顯得尤為重要。文章通過對直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)介紹，結(jié)合工程實(shí)踐中的應(yīng)用總結(jié)，探討直流遠(yuǎn)供在4G分布式基站建設(shè)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 直流遠(yuǎn)供 分布式基站 4G

一、概述

4G牌照的陸續(xù)發(fā)放，正推動我國LTE網(wǎng)絡(luò)建設(shè)駛?cè)肟燔嚨?。隨著建設(shè)的不斷深入，競爭加劇的不斷加劇，電信運(yùn)營商面臨著新一輪網(wǎng)絡(luò)建設(shè)大潮。4G時(shí)代的系統(tǒng)建設(shè)中，分布式基站得到了廣泛的應(yīng)用，伴隨著而來的拉遠(yuǎn)設(shè)備的后備電源保障，已成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)急需解決的難題之一。本文將結(jié)合4G建設(shè)規(guī)劃發(fā)展，對直流遠(yuǎn)供技術(shù)在分布式基站的建設(shè)應(yīng)用進(jìn)行研究。

二、傳統(tǒng)供電模式

傳統(tǒng)的分布式基站的供電模式，大體可以分為三類，如圖1所示：

圖1 傳統(tǒng)供電模式示意圖

1、本地供電，就近安裝小電源（小UPS、小開關(guān)電源）是目前分布式基站的主要保障模式，其優(yōu)點(diǎn)在于工程安裝方便，設(shè)備故障對其他遠(yuǎn)端的威脅小。但存在建站成本高，交流引入可靠性差，后備保障困難，電池運(yùn)行環(huán)境差，壽命短，監(jiān)控實(shí)現(xiàn)較難，維護(hù)管理難度增加；小UPS電源設(shè)備故障率高，保障效果差等問題。

2、48V集中供電，BBU、RRU由同一電源供電，其優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，拉線容易，保障可靠，但存在供電距離較短，受限于48V遠(yuǎn)供壓降大，對線徑要求高；當(dāng)距離過遠(yuǎn)，短路不能有效保護(hù)等問題。

3、交流遠(yuǎn)供，逆變器輸出遠(yuǎn)拉。其優(yōu)點(diǎn)在于供電距離遠(yuǎn)，交流受電的設(shè)備適應(yīng)性好，維護(hù)工程量小，便于集中監(jiān)控。但存在逆變器成本較高，簡單的單機(jī)遠(yuǎn)供安全性差，線損高，壓降大，故障率高，效率低等問題。

三、直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)原理

直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)是將-48V 的直流電源， 通過直流遠(yuǎn)供局端設(shè)備升壓至直流280V（250V～410V可調(diào)），采用相應(yīng)的電力電纜傳送至分布式遠(yuǎn)端設(shè)備或通過DC/DC 適配器進(jìn)行降壓（-48V）向分布式遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)行供電。系統(tǒng)原理圖如圖2所示。

直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)組成：主要包括提供通信設(shè)備正常運(yùn)行的直流電源系統(tǒng)及饋電線路，局端直流遠(yuǎn)供電源、遠(yuǎn)端降壓適配器單元以及局端與遠(yuǎn)端直接的復(fù)合光纜等組成。局端設(shè)備是遠(yuǎn)供系統(tǒng)的核心，可以完成-48V直流隔離升壓到250V～410V（DC/DC升壓），當(dāng)電壓升高到410V以后，相同線纜資源條件下，傳輸距離成倍提高；相同傳輸距離條件下，所需線纜資源線徑大大降低，從而解決資源投入。具備完整的保護(hù)功能，還可完成系統(tǒng)監(jiān)控。遠(yuǎn)端設(shè)備具備將直流高壓變換成穩(wěn)定的直流-48V（或DC320V）（DC/DC降壓或穩(wěn)壓）功能，直接為基站設(shè)備供電。局端與遠(yuǎn)端之間既可以使用復(fù)合光纜，完成直流電的遠(yuǎn)程傳輸，為遠(yuǎn)程RRU設(shè)備供電。

圖2 直流遠(yuǎn)程供電原理示意圖

四、直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)應(yīng)用

直流遠(yuǎn)供在分布式基站中應(yīng)用，主要是基站的室外站，例如機(jī)房不足、置不理想、供電距離遠(yuǎn)的密集城區(qū)站點(diǎn)；供電不穩(wěn)、備電成本高、供電距離遠(yuǎn)的農(nóng)村站點(diǎn)，BBU集中放置、RRU沿線布置、集中備電、供電距離遠(yuǎn)的干線覆蓋站點(diǎn)以及寫字樓、酒店、公共場館BBU集中部署，RRU拉遠(yuǎn)數(shù)量多，距離遠(yuǎn)的室分分布。

圖3 直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)應(yīng)用場景

對比目前分布式基站主要保障模式，交流市電引入供電方案，直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)從多個(gè)方面具有優(yōu)勢，詳見表1。

綜合對比項(xiàng)目、內(nèi)容 遠(yuǎn)程供電方案 交流市電引入供電方案 備注

市電接入及開戶費(fèi)用 無需新開戶 開戶費(fèi)用較高 特殊情況下交流市電開戶費(fèi)用很高，難度較大

敷設(shè)遠(yuǎn)供直流輸電線纜 需要、可與光纜、電纜、同鋼絞線等共架設(shè) 不需要 直流輸電線路較長，但不需新建桿路，投資較低

架設(shè)市電交流輸電線路 不需要 需要新建、不可與光纜、電纜、同鋼絞線等共架設(shè) 線路距離較短，但需新建桿路，主要由距離決定投資。

設(shè)備投資 較低，僅需遠(yuǎn)供網(wǎng)點(diǎn)蓄電池?cái)U(kuò)容 需要新建48V基礎(chǔ)電源 遠(yuǎn)供投資較低，基礎(chǔ)電源設(shè)備等投資較大

所需配套 單桿型、小平臺結(jié)構(gòu) H桿型、基站大平臺結(jié)構(gòu) 需UPS、配電等電源設(shè)備

集中管理 集中網(wǎng)管監(jiān)控、維護(hù)管理 集中動環(huán)監(jiān)控管理

基礎(chǔ)電源資源優(yōu)化整合 實(shí)現(xiàn)優(yōu)化整合、資源共享 需新建48V基礎(chǔ)電源 新建基礎(chǔ)電源投資較大，資源節(jié)約效益顯著

維護(hù)成本 較低 正常

表1 直流遠(yuǎn)供與交流引入方案對比

以黑龍江某基站為例，傳統(tǒng)就近電源保障方案，需要市電引入（含戶外一體化電源設(shè)備）投資18萬元，線纜投資0.32萬元，施工費(fèi)0.95萬元，整體投資19.27萬元。直流遠(yuǎn)程供電方案，需要新增直流遠(yuǎn)供局端遠(yuǎn)端設(shè)備投資0.95萬元，光電復(fù)合纜投資1.21萬元，施工費(fèi)1.32萬元，整體投資費(fèi)用為3.48萬元。

對比兩個(gè)方案，遠(yuǎn)程供電比傳統(tǒng)供電在電力引入費(fèi)用、停電影響、管理維護(hù)方面具有較大優(yōu)勢，同時(shí)在建設(shè)時(shí)具有投資少、周期短等優(yōu)勢。

五、直流遠(yuǎn)供系統(tǒng)勘察設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在確定基站供電方式為直流遠(yuǎn)供方案后，在勘察設(shè)計(jì)中有以下幾個(gè)方面需要重點(diǎn)考慮：

5.1直流遠(yuǎn)供電纜計(jì)算和選擇

電纜規(guī)格計(jì)算公式為：

式中，L是傳輸距離；是導(dǎo)線電阻率；Us是近端輸出電壓；Uo是遠(yuǎn)端輸入電壓；Po是遠(yuǎn)端設(shè)備功率。

例如，局端設(shè)備輸出電壓Us為280V，而遠(yuǎn)端設(shè)備額定允許輸入最低直流電壓Uo 為225V， 假設(shè)遠(yuǎn)端RRU遠(yuǎn)端設(shè)備最大峰值功耗Po為250W，布放電纜距離為2000 米，選用鋁芯電纜，50℃時(shí)電阻率為0.0314·m/mm2（因鋁芯復(fù)合電纜對比銅芯電纜單位重量輕，單位導(dǎo)電效果好，且銅纜易被偷盜，所以選用鋁芯電纜），那么通過公式計(jì)算出傳輸線纜的截面積S 為：

電纜線徑的選擇應(yīng)大于計(jì)算出的數(shù)值，則應(yīng)該選用線徑為4mm2 的鋁芯電纜。表2為通信設(shè)備功率與傳輸線截面積、最大傳輸距離對照表，可以看出當(dāng)設(shè)備功率不變，傳輸距離越遠(yuǎn)，傳輸線所需截面積越大。當(dāng)傳輸距離不變，設(shè)備功率越大，傳輸線所需截面積越大。

截面積（mm2）

距離（m） 1.0

mm2 1.5

mm2 2.0

mm2 2.5

mm2 3.0

mm2 3.5

mm2 4.0

mm2 4.5

mm2 5.0

mm2 5.5

mm2 6.0

mm2

最大功率

300W 2.05 3.05 4.10 5.10 6.10 7.15 8.15 9.20 10.20 11.20 12.20

500W 1.23 1.85 2.45 3.05 3.70 4.30 4.90 5.55 6.10 6.75 7.40

800W 0.77 1.15 1.54 1.92 2.30 2.70 3.07 3.45 3.85 4.20 4.60

1200W 0.51 0.77 1.02 1.28 1.60 1.80 2.05 2.30 2.55 2.80 3.05

1500W 0.41 0.61 0.82 1.02 1.23 1.43 1.63 1.85 2.05 2.25 2.45

2000W 0.30 0.46 0.61 0.77 0.92 1.08 1.22 1.38 1.54 1.68 1.85

表2 傳輸距離、設(shè)備功率與傳輸線截面積對照表

5.2局端機(jī)房蓄電池?cái)U(kuò)容

因?yàn)橹绷鬟h(yuǎn)供系統(tǒng)是局端提供電能，所以需要考慮局端及遠(yuǎn)端負(fù)載對電源容量的需求，以確定是否需對局端站點(diǎn)電源進(jìn)行擴(kuò)容。蓄電池組容量的計(jì)算公式如下：

Q：蓄電池總?cè)萘浚ˋH）；K：安全系數(shù)，取1.25；I：負(fù)荷電流（A）；T：放電小時(shí)數(shù)（H）；：放電容量系數(shù)，4小時(shí)0.79，8小時(shí)0.94；：10≥放電時(shí)間≥1小時(shí)，α=0.008；t：電池所在地最低環(huán)境溫度值。

在25℃溫度下，根據(jù)遠(yuǎn)端1500W功耗需求，近端機(jī)房直流遠(yuǎn)供局端需配置3000W功率，市內(nèi)基站按4小時(shí)考慮，需要配置2組300AH蓄電池組；郊區(qū)按8小時(shí)考慮，需要配置2組500AH蓄電池組。

5.3其他需要注意事項(xiàng)

直流遠(yuǎn)供遠(yuǎn)端：

1、屋面站點(diǎn)，建議抱桿安裝或者掛墻安裝，選擇與3個(gè)扇區(qū)RRU間最近位置；

2、鐵塔或增高架站點(diǎn)，直流遠(yuǎn)供遠(yuǎn)端需采用塔下或增高架下抱桿或掛墻，不建議直流遠(yuǎn)供遠(yuǎn)端上塔；

局端機(jī)房：

1、熔絲需要2個(gè)100A，一個(gè)供BBU，一個(gè)供直流遠(yuǎn)供局端設(shè)備；

2、模塊需擴(kuò)容60A（結(jié)合現(xiàn)有電流負(fù)載和模塊數(shù)、蓄電池?cái)U(kuò)容數(shù)，根據(jù)N+1原理擴(kuò)容）；

3、綜合柜空間需求，BBU需2U，DCPD需1U，局端設(shè)備需3U，因此綜合柜至少需要空間7U（32CM）以上。

六、結(jié)束語

直流遠(yuǎn)供技術(shù)作為分布式基站建設(shè)中電源保障，得到越來越廣泛的認(rèn)可和運(yùn)用，加快了工程進(jìn)度，降低了建設(shè)與維護(hù)成本，保障基站安全穩(wěn)定可靠供電，為4G無線覆蓋提供了強(qiáng)有力的支撐，同時(shí)取得較好的社會和經(jīng)濟(jì)效益。