基于5G网络的配套改造方案

王盛军

渊福建省邮电规划设计院有限公司袁福建省福州市350001冤

摘

要

随着4K电视节目的出现尧VR和AR技术的发展尧自动驾驶和无人驾驶技术开

展研究与测试袁现有的4G网络已经无法满足此类业务的发展需求袁5G网络将成为重要的载体遥由于5G网络的特点会使得其设备功耗变大袁对配套设备的要求与3G尧4G有明显的不同遥文章通过对5G无线网网络架构尧设备规格和功耗进行分析袁对市电尧开关电源尧电池和空调等配套设备容量做出计算袁并提出配套改造建议遥关键词

5G网络曰配套

0引言

2016年12月袁印发叶野十三五冶国家信息

技术的应用提高了系统接收增益袁可用来克服由于高频段带来的路径损耗增大导致的接收信号恶化情况遥

按照网络容量需求分布特点袁在郊区和农村将会使用MassiveMIMO技术袁实现4尧5G网络同覆盖曰在密集城市环境将会部署超密集网络袁通过建设微站增加网络覆盖密度袁提高覆盖区域内的信噪比袁抬升系统容量遥

化规划曳袁其中明确提出要加快高速宽带网络建设遥加快光纤到户网络改造和骨干网优化升级袁扩大4G网络覆盖袁开展5G研发试验和商用袁主导形成5G全球统一标准遥推进下一代互联网演进升级袁加快实施下一代互联网商用部署遥

5G是面向2020年以后移动通信需求而发展的新一代移动通信系统遥根据业务发展需求袁5G将具有超高的频谱利用率和能效袁在传输速率和资源利用率等方面较4G移动通信提高一个量级或更多袁其无线覆盖性能尧传输时延尧系统安全和用户体验也将得到显著的提高遥

如何快速部署5G网络成为铁塔公司和三家基础运营商迫切关心的话题袁通过对现网配套设备的扩容改造袁保证5G设备的顺利安装和开通遥

25G网络无线接入侧架构

根据5G网络业务高速率尧低时延和高可靠性

的特点袁5G设备架构从4G的BBU渊基带处理单元冤和RRU渊射频拉远单元冤两级结构将演进到CU渊集中单元冤尧DU渊分布式单元冤和AAU渊有源天线处理单元冤三级结构遥

CU是从原BBU的非实时部分中分割出来袁处理非实时协议和服务曰DU是负责处理物理层协议和实时服务袁考虑节省RRU与DU之间的传输资源袁部分物理层功能可上移至RRU曰AAU是BBU的部分物理层处理功能与原RRU和天线结合遥

5G基站部署方式如图1所示袁包括CU与DU合设尧CU云化与DU分布式部署尧CU云化与DU集中部署三种方式袁鉴于目前运营商受限于光纤资源和节点机房设置情况袁网络建设初期一般选择方

15G传播特点

为了满足流量要求袁5G需要获得更多的频谱

和更为灵活有效的频谱利用技术袁工信部发布信息

野第一批将会使用3.3~3.6GHz以及4.8~5.0GHz两个5G黄金频段冶遥相对于低频段袁高频段在传播过程中路径损耗尧穿透损耗尧植被损耗和人体损耗等都将增大遥MassiveMIMO渊TR冤渊大规模天线冤

2019年第1期论文选粹图15G基站部署方式图

式一进行设置遥挂高原则上不低于20m遥4G与5G系统天线垂直距离建议2~5m遥从5G试验网工程建设的情况来看袁5G基站AAU风荷与4G天线基本相当袁具体建设要求如下院

1冤普通抱杆安装空间要求

AAU底部应预留600mm布线空间袁为方便维护建议底部距地面至少1200mm袁AAU顶部应预留300mm布线和维护空间袁AAU左侧应预留300mm布线和维护空间袁AAU右侧应预留300mm布线和维护空间遥

2冤屋面美化方柱的安装空间要求

AAU于屋面美化方柱罩体内安装时袁要求罩体具备通风散热能力袁其空间要求如下遥

a冤标高40m左右及以下的建渊构冤筑物屋面美

3设备工参

5G基站AAU采用了T/R天线阵列袁相

比传统8T/8R的4G天线袁单通道的平均功耗虽然下降袁但通道数量大幅度提升袁AAU功耗明显上升袁CU/DU合设功耗也比BBU增加较多袁导致单系统功耗是原有4G设备的数倍袁5G基站设备功耗见表1遥各厂家设备仍在不断优化中袁功耗仍有下降空间遥

4

4.1

配套改造建议

塔桅天面改造要求

根据5G链路预算和测试结果袁5G网络AAU

表1

CU/DU合设功耗

/W14003900166018501700规格TRTRTRTRTR5G基站设备功耗表

AAU功耗/W11501900150017001200尺寸/mm860伊395伊190799伊399伊161900伊480伊1445伊490伊142520伊978伊150重量/kg40404743厂家华为中兴诺基亚贝尔大唐爱立信

单系统功耗/W48509600616069505300论文选粹化方柱场景袁AAU设备下倾角需求0~12毅袁方位角依30毅时袁方柱尺寸渊截面长伊宽冤院900mm伊650mm遥

b冤标高60m以上的建渊构冤筑物屋面美化方柱

时间/h终止电压/V放电系数

2019年第1期表2

11.80.45放电容量系数取值

21.80.6131.80.71.80.7961.80.8881.80.94101.81场景袁AAU设备下倾角需求0~依20毅袁方位角依30毅时袁方柱尺寸渊截面长伊宽冤院750mm伊1050mm遥

3冤地面景观塔场景美化罩安装空间安装要求AAU设备于地面景观塔美化罩内安装时袁安装的罩体要求通透率不小于60%袁美化罩上下通风袁其空间要求为院以30~40m灯杆景观单管塔为例袁在AAU设备下倾角需求0~依7毅时袁将AAU安装在美化罩最下段袁子抱杆截面圆心到美化罩内壁的距离应不小于469mm袁AAU设备上边缘切线绕塔轴心直径不应小于1840mm遥4.2

市电改造要求

结合5G设备功耗情况袁通过外电容量计算公

10>放电小时率逸1时袁取琢=0.008曰当放电小时率机房所需空调制冷量由设备发热量Q1尧开关电空调改造要求

分组成袁如已确定设备的耗电量估算值袁优先考虑采用设备发热估算

机房需制冷量Q=Q1+Q2+Q3源及蓄电池发热量Q2尧机房环境热负荷Q3等三部

+P其他冶确定5G站点的外电需求遥式中浊为整流模块转换效率袁当整流模块为普效模块时浊取值4.3

开关电源改造要求

结合5G设备功耗情况袁确定5G基站的开关电0.85袁当整流模块为高效模块时浊取值0.95遥

式野市电引入容量=渊P通信设备+P电池充电冤/浊+P空调+P照明关电源及蓄电池发热量=空载损耗+运行损耗=0.04伊电源系统配置容量+0.06伊通信设备负载功在室外的发热设备渊如RRU等冤袁不应计入机房内的热负荷遥4.6

配套改造标准方案

5G试验网设备功耗增加袁对机房空间尧市电容量尧电源配置及空调散热等提出更高的要求遥以中兴设备为例袁5G网络配套改造参考标准见表3遥4.7

配套改造建议

若现网基站配套设备无法满足上述需求袁则建议进行如下改造院

1冤铁塔

对于天线平台已占满袁或空余平台挂高不足的情况下袁通过合路改造袁将运营商原有天馈系统合路袁腾出空余天线支架袁将最优位置用于5GAAU的安装遥

2冤市电

耗曰Q3要环境热负荷=0.18kW/m2伊机房面积遥安装

式中院Q要总制冷量曰Q1要设备发热量曰Q2要开

源容量需求院I=I通信设备+I蓄电池充电遥式中袁I蓄电池充电按充电10个小时来计算遥4.4

蓄电池改造要求

根据5G设备功耗情况和运营商提出的后备时长等因素确定蓄电池改造方案遥电池容量计算公式院Q逸K窑I窑T/浊咱1+琢渊t-25冤暂遥

式中院Q要电池容量渊Ah冤曰K要安全系数袁取1.25曰I要负荷电流渊A冤曰T要放电时长渊h冤曰浊要放电容量系数袁放电容量系数取值见表2曰t要实际电池所在地区最低环境温度值袁所在地有采暖设备时袁按15益考虑袁无采暖设备时袁按5益考虑曰琢要电池温度系数渊1/oc冤袁当放电小时率逸10时袁琢取0.006曰当

表3

设备空间要求10~15U交流负荷/kW11.295G网络配套改造参考标准

开关电源/A300蓄电池/AH800空调制冷量/kW4.29直流电源负荷/A200注院本表蓄电池后备时长按3小时统计且为5G设备单系统需求

2019年第1期论文选粹5

结束语

5G网络速度加快尧连网能力增强袁将带动遍布城市的多种传感器与设备袁产生前所未见的庞大数据袁提高对网络支撑能力的要求袁进而考验配套设备的后备能力遥

随着5G网络规划的启动袁5G网络逐渐进入建设前准备阶段袁本文分析5G基站的设备特性袁并加以计算袁提出了配套改造建议袁为5G网络建设配套设备改造提供参考遥

王盛军渊1982要冤袁男袁工程师袁主要从事移动无线网规划工作遥

收稿日期院2018-08-17

替换更大容量的空气开关对市电进行扩容袁或从公共电网引入一路380V的交流电源遥

3冤开关电源

依据N渊N逸2冤配置方式的原则袁对整流模块进行扩容袁扩容模块必须与原有型号完全一致曰若满架容量较小袁无法扩容袁则考虑替换或新增开关电源曰若现有电源整流模块停产无法扩容袁也考虑替换或者新增遥

4冤蓄电池

根据现网机房空间和承重能力可以选择新增或替换电池方案曰用梯级电池替换原铅酸电池袁同等面积尧同等重量梯级电池容量是铅酸电池1.5～2倍遥

5冤空调

根据现网机房空间按需新增或替换原有空调遥

渊上接第29页冤

略尧企业发展乃至人们生活不可或缺的重要组成部分袁也是国家信息化发展以及通信尧金融尧电力尧尧互联网等各行业实现野数据集中化尧系统异构化尧应用多样化冶的有力支撑和重要保障遥据此袁本文的研究成果将全力支撑深化企业战略转型袁实现节能降耗尧降本增效袁促进企业的可持续发展袁也履行企业的社会责任遥

参考文献

1中华人民共和国.GB50016-2006建筑设计防火规

范咱S暂.2006.

2中华人民共和国信息产业部.YD5002-2005邮电建筑防火设计标准咱S暂.2005.

3中华人民共和国.GB50045-95高层民用建筑设计

防火规范咱S暂.2001.

a冤高效设备的选取院IT设备尧高低压配电尧电

源尧制冷设备及相关配套设备曰

b冤设计方案院选用优化配置并在负载分配上尽可能提高设备运行效率遥

c冤运行优化负载率院DCIM渊数据中心基础设施管理冤中与能耗相关的如能耗平台尧群控系统等袁通过智能化日常监管尧分析袁找出影响效率点位进行优化遥

在数据中心建设中袁应鼓励并有具体措施引导客户采购节能IT产品遥除IT设备外袁供电尧制冷设备耗电最多遥由于外租数据中心机房中的IT设备绝大部分由客户自行购买袁电信运营商在引导客户购买绿色节能的IT设备外袁还应提升供电尧制冷上的能效遥

3结束语

未来袁打造绿色尧有核心竞争力的数据中心是市

周媛媛渊1983要冤袁女袁工程师袁主要从事通信电源研究尧通信能源管理等工作

陈月琴渊1978要冤袁女袁高级工程师袁主要从事通信电源研究尧IDC基础设施研究等工作

收稿日期院2018-08-27

场规律下的趋势袁研究数据中心综合造价是重要的一环遥随着信息大爆炸和各行各业对数据中心依赖程度日益加深袁构建绿色数据中心袁已经成为国家战