3G分布式基站直流远供系统研究

王尧

摘 要:通过3G分布式基站电源解决方案的对比分析，提供基站直流远供工程设计应用方案，形成对基站直流远供原理的进一步理解，更好地应用于工程设计与实施过程。

关键词:分布式基站供电；BBU+RRU；直流远供

1 引言

随着通信技术的进一步发展，受益于基带处理技术，高速接入技术及射频拉远技术等关键技术所取得的重大突破，3G基站的小型化及模块化正逐步得以实现。分布式基站得到了迅速的发展。

3G网络大量使用分布式基站架构，分布式基站具有低成本、环境适应性强、工程建设方便的优势，其中电源供给在系统稳定可靠运行中起到至关重要的作用。该文章介绍常用的几种供电方式，重点分析直流远供系统供电方式的特点。

2 分布式基站电源解决方案的比较

分布式基站的供电方式一般分两种：（1）48V直流远程馈电，适合耗电量小的小基站。（2）对于耗电量大的基站，则采用220V交流就地供电。

对于交流输入的基站设备，配置的开关电源有两种，一种是无APFC(Active Power Factor Correction)，即有源功率因数校正，该方式可靠性高且成本低，但是稳压精度稍差并对电网有一定的谐波电流污染；一种是有APFC电路的开关电源，该电源有更好的电网低压适用能力，甚至可以达到以110V电网（美国）和220V（中国）电网兼容，但对方波输入电压不合适。基站设备故障大部分是基站内电源问题，所以保证基站设备不因市电停电而间断成为运营商和主设备商必须考虑的问题。

3G分布式基站主要分为直流-48V（或24V）供电和交流220V 两种不同的供电方式，在基站设计选型上，根据基站建设的具体情况，可以选用交流或者直流供电方式。

2.1 太阳能供电系统

依靠太阳能光电板产生的能量对负载供电，电池直接供电或逆变为交流电提供工作电源，完全脱离市电局限，供电能量自给自足，具有安装地点灵活可变、绿色能源的特点。缺陷是初次投资大，太阳光能量密度较低，占地面积大。存在因昼夜、季节不同间歇性大，使用区域性有局限性。因此，该方案在有市电的地方一般很少采用。

2.2UPS供电系统

UPS根据电路拓扑结构不同，分为后备式、在线互动式、双变换式。

后备式：当市电正常时，UPS输出电压稳压精度基本能达到10％的指标。当市电超出范围时，由电池逆变成方波交流电给基站负载。控制电路简单并且工作在低压状态（电池电压一般为12V），可靠性很高。不足是逆变时输出是方波，不能带具有APFC开关电源的基站负载。

在线互动式：与后备式一样，当市电正常时，UPS输出电压稳压精度基本能达到10％的指标。当市电超出范围时，电池逆变为220V 交流给基站负载供电。不同的是，这个逆变输出波形已经是正弦波，即使是有APFC开关电源的基站，UPS也可以正常工作。在线互动式不足主要是交流工作时稳压精度一般是10％，偏大。

双变换式：是指交流经过AC/DC整流成直流，再经过逆变器DC/AC 变换成交流为负载供电，因为经过了中间直流环节，所以更全面地解决电源问题。

缺点分析：室外UPS中电池的容量和寿命与温度关系很大。一般12V的电池在20℃～25℃的环境下，寿命为3到5年，而在室外的高低温恶劣环境下，则寿命大为下降。

2.3 直流远供系统

3G分布式基站将基带部分（BBU）和射频部分（RRU）分开。BBU 单元供电由机房电源供给或者室外供电供给，而RRU单元处于楼顶或铁塔上，采用直流远供方式或者本地供电的方式。

直流远程供电相对于以上两种供电方式，有如下优势：

（1）直流供电干扰小、稳定、可靠、高效、安全。

（2）解决了市电停电的困扰和电源接入的困难，使得基站的安装更便利，选址更方便。

（3）易于安装维护、使用方便。

（4）相对节省投资和运营费用，基站设备体积小、重量轻、具有防盗功能。

（5）可控性和安全性更高，设备具有超载、空载、短路、过压保护功能。

3 分布式基站直流远供系统应用

分布式基站（BBU+RRU）以其站点选择灵活方便、建设成本低而逐步被运营商接受。针对不同的建设方案，也对应有不同的电源解决方案。

3.1 分布式基站供电的拉远距离和线路损耗

典型的分布式基站的供电解决方案采用的是室内开关电源为传输设备和BBU供电，同时还通过直流拉远的方式给楼顶或者铁塔上的射频拉远RRU供电，如图3.1.1 所示。

分布式基站供电涉及到电缆的拉远距离的问题，拉远距离和线路压降、损耗以及线径有关，需通过公式计算。根据图3.1.1拉远线路等效电路图，可推导公式如下：

由此可见，线路总长度（L）、负载的大小（P）、线路线径（相关r）、线路压降（U）、线路损耗等参数之间存在一定的关系。

综合考虑线路压降和线路损耗，建议实际拉远距离在60m以内，可以采取增大线径的方式，来实现拉远距离的延长，但是如果拉远距离过远的话，则可以采用就近增加电源的方式供电。

3.2BBU局端供电、RRU远端供电

该供电方式也称集中式，BBU安装在就近的端局或模块局接入点机房内，RRU通过远端供电安装在较远的有用户需求的区域。适用于直流远供距离不太远，一般在几十米内（主要是基于压降的考虑）。通过升压后的高压直流，可以进行较远的供电，原理如图3.2.1：

目前该方案多用一种复合馈电光缆解决，是一种把光纤与电缆进行复合封装的特种缆线，能够同时进行光信号传输和电压传输，由于技术的限制，该方案适用于不便于引电的室内分布系统中采用（室内分布多只有一个RRU，耗电较少）。目前最大输出额定功率为600W，只支持最多一台RRU远端设备，最远支持4.5km（2芯复合馈电光缆）。

虽然集中式供电简单易行、维护方便，但是严重受到传输距离的制约。当传输的距离大于100m时,功耗大大增加，集中式供电已经不适合。

为解决以上问题，可使用直流远供系统。该系统就是将通信机房的直流电源经过高效率DC/DC变换器，通过双绞线或者复合光缆传送到远端，为基站提供工作电源的供电系统。

直流远供系统分为局端模块和远端模块。机房直流-48V电源进入局端模块，通过高效率DC/DC变换器，将-48V转换为280～380VDC可调的高压直流电，通过远距离复合光缆把电源送到远端模块，远端模块把280～380VDC可调直流电转换为DC-48V输出，给RRU 单元提供电源。远端模块内置市电/直流电自动切换模块，可以解决100～3000m RRU单元供电的问题。

直流远供系统可以复用基站控制器和基站之间的U口信号电缆传送电源。带U复用功能的基站直流远供系统如图3.2.2所示。

图3.2.2带U口复用的基站直流远供系统示意图

直流远供电源系统优缺点分析：

（1）、直流远供电源可通过局端设备的报警显示判断远端设备的状态，设备的使用寿命可达5-6年。

（2）、直流远供的安全维护危险性较高，线路特别是U口复用情况下对双绞线有一定影响；局端设备线路需要有机房MDF上架，有一定安全隐患。

3.3BBU局端供电、RRU远端本地供电

BBU安装在就近的端局或模块局接入点机房内，RRU直接在有用户需求的区域引电。没有了电源距离的限制，BBU+RRU之间的光信号可以在几十公里内传输。

该方案主要是要解决RRU 室外型电源的可靠性和稳定性问题，尤其是蓄电池的散热问题。目前各厂家主要是通过在室外机柜内加装风扇，加快机柜内的空气流动来散热的。各厂家进行了设备改进，使得设备更为可靠成熟，一般要求具备防水、防尘、防腐蚀、防盗以及直通风散热等功能。

RRU远端就近采用220V市电，通过AC/DC 变换为-48V给RRU单元供电。该方式就近取电，损耗小。该方案同时也存在以下不足之处：

（1）交流供电电压不稳，供电电压受高峰负载影响较大，容易造成用电设备损坏，或进入保护状态而停机。

（2）交流电网要求同步运行，存在不稳定问题，输送的功率受电力网稳定限制。交流电网短路容量较大，事故停电的影响范围也较大。

3.4BBU室外供电、RRU远端/本地供电

工程上只要解决了室外型电源的问题，室外电源机柜内有可以安装BBU 以及传输设备的位置，该方案与以上两种方案在RRU 端的情况基本相同。

4 结束语

3G分布式基站的应用场景及相应的供电方案体现了明显的多样化特点，如应用环境有室内与户外之分，供电制式上直流与交流并存，供电理念上集中与分散同在，而对于基站设置也同时存在新建基站和既有基站扩容改造两种不同模式。

分布式基站无论从供电设备、方式还是从工程设计上都提出了新的要求，随着分布式基站的大规模商用，更多的供电场景将会出现，最终的目标是为通信网络提供可靠、安全、实用的动力保障。

值得注意的是，供电方案的多样化及差异化特点是与3G网络的多业务需求相适应的，每一种方案都适用于某一特定场景，但同时也会存在一定的局限性。因此，3G分布式基站供电方案的选择不能仅仅从某一角度出发，而是要对网络的应用场景、综合性能、覆盖性、可靠性、可维护性及全生命周期运营成本等因素进行全面分析与研讨，并在此基础上选择最合适的方案，以实现网络综合收益最大化。

参考文献:

[1] 中华人民共和国通信行业标准，《通信设备用直流远供电源系统》，YD T 1817-2008。

[2] 中华人民共和国通信行业标准，《室外型通信电源系统》，YD/T 1436-2006。

[3] 中华人民共和国通信行业标准，《通信电源设备安装工程设计规范》，5040-2005。

[4] 中华人民共和国通信行业标准，《通信局（站）电源系统总技术要求》，YD/T 1051-2000。

[5] 陈宁辉，《小型室外基站的UPS及直流远供技术应用研究》，2010。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。