5G基站環(huán)境條件與供電解決方案探討ppt課件

1、5G基站環(huán)境條件與供電解決方案探討,中國電信 賴世能 2018.12.14,一、5G基站基本物理形態(tài)二、5G基站基礎(chǔ)建設(shè)需求三、5G基站環(huán)境條件與對策四、5G基站供電解決方案,目 錄,一、5G基站基本物理形態(tài),隨著移動通信技術(shù)的發(fā)展，低頻的使用接近飽和，移動通信的載波頻率變得越來越高，意味著蜂窩系統(tǒng)的覆蓋半徑越來越?。ㄒ驗轭l率越高，電磁波的衰減越大,5G基站覆蓋多少,覆蓋半徑不僅僅由載波頻點決定的，還跟其他很多因素有關(guān)，比如自然環(huán)境、用戶密度等,5G基站數(shù)量相對于4G基站，數(shù)量要增加N倍（基站大小不同、類型不同） 具體數(shù)量：25個/km2,宏基站,微基站,微基站,皮基站,皮基站,皮基站,皮基站

2、,一、5G基站基本物理形態(tài),宏基站 BBU（CU+DU） RRU（AAU） 每個基站系統(tǒng)包括1個BBU+3個RRU,5G基站功耗大小,微基站 BBU（CU+DU） RRU（AAU） 每個基站系統(tǒng)包括1個BBU+3個RRU,皮基站 RRU 每個發(fā)射點一個小盒子 不存在共享問題,宏基站：單BBU達700W+以上，單RRU達900W+，一個系統(tǒng)3.5KW，一個共享站1020KW,微基站：單個BBU、RRU達500W+，一個系統(tǒng)2KW，一個共享站68KW,皮基站：單個RRU 達2050W,個人想法：5G基站點多面廣功耗大，似乎不大符合自然生態(tài),一、5G基站基本物理形態(tài)二、5G基站基礎(chǔ)建設(shè)需求三、5G基

3、站環(huán)境條件與對策四、5G基站供電解決方案,目 錄,二、5G基站基礎(chǔ)建設(shè)需求,基站設(shè)備功率比4G大：不管是宏基站、微基站，功耗都大幅度增加，對引市電的難度也大大增加了，如何削減基站功耗是一個大學(xué)問了。 BBU集中池化部署，放在通信機房或大型基站，可以減少基站側(cè)BBU功耗部分，值得大力推廣。 基站直供電難度比4G大：直接從供電局電網(wǎng)拉市電難度太大，但轉(zhuǎn)供電后遺癥多，用高壓直流遠供代替轉(zhuǎn)供電是一個值得研究的課題。 基站電池容量比4G大：后備蓄電池容量成倍增加，現(xiàn)有空間內(nèi)無法容納如此多蓄電池了，可選擇更高密度電池：比如鐵鋰電池、三元鋰電池。 蓄電池成本太大，但5G基站業(yè)務(wù)差異化了，按業(yè)務(wù)備電、用多站共

4、享模式解決蓄電池容量問題是一個值得研究的課題,電力供需矛盾,二、5G基站基礎(chǔ)建設(shè)需求,基站布局密度比4G大：基站間距從4G時代千米級壓縮到百米級，每家運營商都要增加數(shù)百萬個站，可見處處豎通信桿塔的可能性不大了，多桿合一、多規(guī)合一，統(tǒng)一建設(shè)智慧電桿是大趨勢，研發(fā)與桿塔體型匹配的異形電源電池是迫切需求； 基站環(huán)境惡劣，造成空調(diào)使用和維護困難，免空調(diào)（自然散熱）基站勢在必行；免空調(diào)基站的瓶頸往往是電源和蓄電池，研究營造對蓄電池友好的物理環(huán)境也是一個新課題； 基站地質(zhì)復(fù)雜，造成防雷地網(wǎng)建造困難，簡易地網(wǎng)乃至無地的隔離式網(wǎng)等防雷接地模式值得探討,物理條件困難,一、5G基站基本物理形態(tài)二、5G基站基礎(chǔ)建設(shè)

5、需求三、5G基站環(huán)境條件與對策四、5G基站供電解決方案,目 錄,三、5G基站環(huán)境條件與對策,名義上說，路燈桿、監(jiān)控桿、電力桿、交通桿都是5G基站桿塔潛在目標，但實際上這些桿塔體型以及地理條件、供電條件都是先天不足的。 強度問題：抗臺風(fēng)強度差；抗震強度差；抗撞擊強度差。 大小問題：絕大部分桿塔太小（直徑20-40cm），且無外爬梯，不利用工作人員攀爬。 供電問題：絕大部分桿塔自身功率近數(shù)百W，供電能力遠小于5G基站10+KW的需求。 占地問題：5G基站落地柜體比原有功能柜體大得多，占地要求很難滿足。 接地問題：無法造標準地網(wǎng)，桿塔的地網(wǎng)基本不達標,結(jié)論1：5G是近需求，智慧桿塔（路燈）是遠需求，

6、運營商要帶頭開展智慧桿塔的研究； 結(jié)論2：無論從耗電功率、桿體強度來看，路燈、監(jiān)控、交通等功能對桿塔物理要求比5G基站簡化得多，5G基站有“鳩占鵲巢”之嫌； 結(jié)論3：既然要規(guī)劃、新建智慧桿塔代替?zhèn)鹘y(tǒng)桿塔，應(yīng)該研究如何充分利用桿塔內(nèi)腔空間的方法與匹配性產(chǎn)品（異形電池、異形電源,傳統(tǒng)桿塔與基站物理要求的不匹配問題,三、5G基站環(huán)境條件與對策,基站引外電是一個困難活，以前基站少，可選擇余地大，除了通過供電局拉線實現(xiàn)直供電外，盡量找政府、單位、大型物業(yè)溝通取電，實現(xiàn)友好轉(zhuǎn)供電；現(xiàn)在5G時代站點密度大，供電容量大，免不了找私人物業(yè)取電，難免遇到溝通困難、電費價格后遺癥多的問題。 基站電費包干是建立在電費

7、價格透明、相對穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，假如存在大量轉(zhuǎn)供電基站，電費包干一定會有很大困難。 即使私人物業(yè)愿意轉(zhuǎn)供電，基站需要容量達10多kW，很多物業(yè)建筑難以提供如此大容量的富余電力，必須進行電路改造。 減少外電容量需求是最有效對策，假如BBU能集中池化到通信機房或大型基站內(nèi)，可減少20%25%的基站耗電功率,基站功率過大帶來的困難之一：取外電困難,結(jié)論1：轉(zhuǎn)供電模式不是基站取電的長遠之計，轉(zhuǎn)供電模式改直供電模式或者改高壓直流遠供模式； 結(jié)論2：通過電源與電池的配合，讓電池代替電源進行調(diào)峰供電，減少基站對外市電需求； 結(jié)論3：鐵塔公司應(yīng)當(dāng)正向激勵運營商采用BBU（CU+DU）集中池化到通信機房的做法，對電

8、費進行定額套餐管理,三、5G基站環(huán)境條件與對策,5G時代基站該不該備電？如何備電？備多少電？是一個需要認真論證的問題。 假如不該備電，通信業(yè)務(wù)保障等級如何確定？或者說網(wǎng)絡(luò)層面、業(yè)務(wù)層面有無自保策略？ 假如應(yīng)該備電，備多少小時？還是3小時嗎？以傳統(tǒng)鉛酸蓄電池為例，按10KW計算，相當(dāng)于833AH（接近1000AH），這是不可能的任務(wù)。 電池體積問題、重量問題、安全問題、溫控問題，必將成為5G基站的主要難題。 改變之策：壓縮需要備電的負載容量；改變電池種類；改變電池使用方式；營造電池友好環(huán)境（不用空調(diào)也能滿足鉛酸蓄電池基本生存環(huán)境,基站功率過大帶來的困難之二：電池備電困難,結(jié)論1：優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實

9、現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)側(cè)調(diào)整能夠擺脫或減少業(yè)務(wù)對電池備電的依賴； 結(jié)論2：改為鋰電池或其他密度大、環(huán)境適應(yīng)性好的電池；營造鉛酸蓄電池友好環(huán)境； 結(jié)論3：采用遠近配合備電，結(jié)合高壓直流遠供，在近端配調(diào)峰型小電池，在遠端通信機房或大型基站配多站共享型大電池，實現(xiàn)蓄電池備電集中共享模式； 結(jié)論4：結(jié)合5G業(yè)務(wù)切片，實現(xiàn)按業(yè)務(wù)種類備電（或按業(yè)務(wù)種類下電），確保話音業(yè)務(wù)不斷電,三、5G基站環(huán)境條件與對策,5G基站環(huán)境惡劣，大部分微基站不具備安裝和使用空調(diào)的條件。 安裝位置：桿塔上不可能安裝空調(diào)；地面不一定有機柜；地下不便于安裝空調(diào)。 維護困難：街邊灰塵大，濾網(wǎng)除塵工作量大，風(fēng)扇老化快。 噪音擾民：5G基站桿塔可能靠近民

10、居，空調(diào)噪音擾民易遭投訴。 盡量采用免空調(diào)、自然散熱型設(shè)備，難點不在BBU和RRU（BBU和RRU一方面自身耐高溫，另一方面已經(jīng)按自然散熱進行產(chǎn)品設(shè)計），而是在基站用電源和電池（既不耐高溫，也未按自然散熱設(shè)計）。 引入隔熱、導(dǎo)熱材料，一方面減少外部導(dǎo)入機柜內(nèi)的熱量，另一方面降低發(fā)熱器件自身表面溫度,基站環(huán)境導(dǎo)致空調(diào)使用困難,結(jié)論1：空調(diào)使用與否，更取決于電源和電池的需要，應(yīng)大力開發(fā)自然散熱的電源和電池； 結(jié)論2：采購電源和電池，應(yīng)將不開空調(diào)降溫、自然散熱條件（相反應(yīng)允許加熱）下達到的壽命年限作為否決條款； 結(jié)論3：研發(fā)新型空調(diào)，在自動除塵方面，室外機降噪方面，自身電路耐高溫方面，有所突破創(chuàng)新,

11、三、5G基站環(huán)境條件與對策,基站要么在建筑頂上，要么在桿塔上，大部分場景都存在防雷地網(wǎng)達標困難。 現(xiàn)成接地條件：不理想，可能根本沒有地網(wǎng)。 改造地網(wǎng)條件：不具備，不會允許開挖地溝。 改變之策：采用創(chuàng)新技術(shù)，允許簡單地網(wǎng)或不需要地網(wǎng)。 高壓直流遠供的防雷要求與傳統(tǒng)基站防雷要求不同，不能因為防雷而破壞線路對地絕緣監(jiān)測，應(yīng)加大對該問題的研究,基站地阻條件導(dǎo)致防雷地網(wǎng)達標困難,結(jié)論1：傳統(tǒng)防雷接地技術(shù)成熟，但需要的接地條件苛刻?？梢圆捎脤τ诘鼐W(wǎng)要求低的隔離式防雷接地技術(shù)； 結(jié)論2：加強高壓直流遠供用避雷器及隔離式防雷裝置合理應(yīng)用； 結(jié)論2：加強對自動重合閘自身的環(huán)境適應(yīng)性研究，準確定位自動重合閘的作用

12、（只應(yīng)對漏電有反應(yīng)，不應(yīng)對其他電力和環(huán)境事件有主動反應(yīng)或遭受損害,一、5G基站基本物理形態(tài)二、5G基站基礎(chǔ)建設(shè)需求三、5G基站環(huán)境條件與對策四、5G基站供電解決方案,目 錄,四、5G基站供電解決方案,專用金屬導(dǎo)線遠供方案 場景選擇：宏基站或者接入網(wǎng)周邊的加密站 遠供距離：12km內(nèi)為宜 功率大小：點對點方式需滿足單個加密站的需求，而串聯(lián)級聯(lián)方式則要滿足多個加密站或小微站的需求 線路電壓：240V或-48V直流電壓制式需要選擇 線經(jīng)選擇：48mm2為宜,復(fù)合光電纜方式 原來的主流方式，但現(xiàn)在鐵塔公司運作模式下，光纜私有、基站共享、電源歸鐵塔公司，可能會難以協(xié)調(diào)，有較大困難和不便。 專用銅電纜方式

13、 能滿足電源獨立運作的需求，且適合供更大電流，未來可能的主流方式，但可能存在銅材被盜的風(fēng)險。 專用鋁電纜方式 能滿足電源獨立運作的需求，且適合供更大電流，也可降低被盜風(fēng)險，但對鋁合金電纜的壽命質(zhì)量需要做進一步研究,240V高壓直流遠供方案,專用金屬導(dǎo)線成纜方式 復(fù)合光電纜方式 專用銅電纜方式 專用鋁電纜方式,復(fù)合光電纜方式（遠供電壓240V） 專用銅電纜方式（遠供電壓240V） 專用鋁電纜方式（遠供電壓240V） 適合大功率負載遠供場景,240V直流遠供方案介紹,四、5G基站供電解決方案,240V高壓直流遠供方案,網(wǎng)線POE直流遠供方案 場景選擇：皮基站RRU 供電距離：100m為宜，超過10

14、0m需要加延長器 功率、電壓：2050W為宜、48V直流電壓制式 制式-線對數(shù)：超六類網(wǎng)線。低功耗基站可以采用單纜四對八芯線對方案，高功耗基站則應(yīng)該采用雙纜八對16芯線對方案。 人機保護機制：斷線、過載、短路、碰地均有檢測、均有快速保護,網(wǎng)線POE直流遠供的限值 POE標準規(guī)定單線電流最大不能超過600mA，大體上一條超六網(wǎng)線可以帶71W，二條可以帶142W的基站負載。 線路感應(yīng)雷電的防護措施：在皮微站RRU和交換機兩個設(shè)備上均需要滿足網(wǎng)線設(shè)備防雷標準,四、5G基站供電解決方案,網(wǎng)線POE供電,四、5G基站供電解決方案,電壓選擇：是以48V為基站電壓平臺好？還是以240V高壓直流為基站電壓平臺

15、好？ 電壓平臺影響兩個問題：一個是直流電源系統(tǒng)負荷大小、體積大小、電流截面積大小問題；另一個是直流遠供是從48V升壓后遠供輸送到遠端基站再降壓回48V，還是240V直接遠供輸送到遠端基站？ 用48V為基站電壓平臺的困難：電壓低、功率大，必然造成電流很大。假如宏基站峰值功率達10KW，直流電流達210A；假如還要帶4個加密站，則電流達410A。 以240V為基站電壓平臺的困難：一是其他通信設(shè)備，比如傳輸設(shè)備、數(shù)據(jù)設(shè)備、動環(huán)監(jiān)控設(shè)備、消安防設(shè)備都必須改用240V直流供電；二是維護人員要具備維護240V電源系統(tǒng)的能力素質(zhì)；三是既然要用高壓直流，必然也會遇到336V高壓直流使用問題,傳統(tǒng)-48V直流平

16、臺電壓基站,設(shè)想240V直流平臺電壓基站,設(shè)想240V直流平臺電壓加48V轉(zhuǎn)換電壓基站,基站電源平臺電壓制式問題思考與討論,結(jié)論：采用何種平臺電壓制式，是一個牽一發(fā)而動全身的重大決策，需要謹慎考慮,四、5G基站供電解決方案,外電取電方式的思考 直供電：5G基站應(yīng)盡一切可能實現(xiàn)直供電，直供電便于實現(xiàn)基站電費包干，但現(xiàn)實表明大部分基站不可能做到直供電。 轉(zhuǎn)供電：容易實現(xiàn)，但后期維護管理極難（業(yè)主單位或個人誠信度、友好關(guān)系難保證），無奈之舉，不敢做電費包干。 遠供電：實現(xiàn)難度有，但不太大，優(yōu)點是自己可以控制電源，有條件做電費承包,遠供電纜成纜方式的思考 復(fù)合光電纜：適合傳輸與供電一家的場景，但現(xiàn)在大

17、多數(shù)基站是傳輸線路與供電產(chǎn)權(quán)分離的情況，未來5G基站較不適合。 專用銅或鋁電纜：供電單位可以自己控制電源設(shè)備和線路，且可輸送大功率電源，適合傳輸線路與供電產(chǎn)權(quán)分離的5G大功率基站需求,高壓直流遠供電壓制式的思考 48V直流做遠供，明顯不是5G大功率基站需求，但適合用網(wǎng)線做基站傳輸?shù)腜OE供電場景。 240V直流做遠供，能較好解決5G大功率基站需求,基站平臺電壓制式的思考 鑒于改變電壓平臺的困難太大，目前不宜貿(mào)然提出全面改變電壓平臺的動議。 應(yīng)該對240V平臺電壓加48V轉(zhuǎn)換電壓模式或?qū)?-48V開關(guān)電源小型化模式（密度高、效率高、散熱好、操作安全、配電緊密）做更多研究,進一步思考與討論,三、5G基站供電方法,基站備電模式創(chuàng)新的思考 作為5G基站場景，除了宏基站外，無論是位置空間還是環(huán)境條件，都難以支持配置電池備電模式。 采用240V直流遠供+集中備電方式，大大增加了備電可靠性和靈活性。作為一般常見的停電事件，都是短時間停電；集中備電可以完全解決；作為特殊大面積停電事件，完全可以通過先在一些重點基站保障供電，其他基站采用選擇性放棄（包括時間長度選擇和站點選擇,基站遠供設(shè)備監(jiān)控手段簡單化的思考 如果采用直流遠供方式，基站側(cè)出現(xiàn)極端簡單化配置：無空調(diào)、無蓄電池，只有電源轉(zhuǎn)換設(shè)備。 監(jiān)控建議