面向5G的中国铁塔配套改造探究

2020-01-05张豪诚

通信电源技术 2020年15期

郝浪，张豪诚

（1.中国铁塔股份有限公司延安市分公司，陕西延安 716000；2.华信咨询设计研究院有限公司，浙江杭州 310052）

0 引言

2018年6月，5G NR独立组网（SA）标准冻结，正式构建了5G核心网到5G基站端的5G网络，也正式标志5G NR独立部署能力成为5G技术的标配，为5G商用成为现实创造了可能。从全球范围来看，5G试验网的建设和预商用进程在持续推进中。以实际例子来看，5G试商用在2018年韩国平昌冬奥会上取得了较大成果。同时，日本和欧盟对5G通信技术的重视程度与日俱增，在2020年可以大面积实现5G通信技术的推广和正式商用。在这样的背景下，我国三大运营商开始在5G试验网的建设上投入更多的建设力量。在2019年，5G通信技术进入预商用阶段，2020年则基本实现大规模商用[1]。

中国铁塔成立于2014年，集合了三大运营商大量基础配套存量资源的优势，涵盖电源、机房以及铁塔等。历经数年的建设发展，中国铁塔为运营商基础配套设施的供应做出了重大贡献。中国铁塔致力于共站的建设，实现了资源共享，防止出现基础配套设施的重复建设问题而造成资源浪费。但是，5G技术在不断发展，因此中国铁塔的配套能力在未来仍然会经受巨大考验。能否满足5G建设需要，是中国铁塔未来建设中应当重视的重大问题。

1 网络现状和需求分析

1.1 三大运营商现状

首先，在网络建设与运营方面，三大运营商数据通信、语音、应急保障以及运营能力较为成熟。其次，在网络覆盖方面，无论市区、乡镇、郊区、农村以及铁路干线等地，三大运营商几乎实现了全覆盖。最后，在网络类型方面，2G、3G以及4G相辅相成，全面保证了用户的数据体验，为用户实现各种功能提供了便捷。具体而言，在2G网络上，中国移动和中国联通主要以GSM和DCS1800为主，中国电信则以CDMA为主；在3G网络上，中国移动为TDSCDMA，中国电信为CDMA，中国联通为WCDMA；在4G网络上，中国移动以TD-LTE为主，中国电信和中国联通则分别以FDD-LTE和TD-LTE为主[2]。

对三大运营商而言，在城市市区内和县城通常呈现3个系统并存的态势。例如，中国移动主要为DCS1800、GSM、TD-SCDMA以及TD-LTE系统并存，中国联通主要为WCDMA、DCS1800、GSM以及FDD-LTE系统并存，中国电信主要为CDMA、800 MHz FDD-LTE以及1 800 MHz FDD-LTE系统并存。可以看出，对运营商共享站点来说，鉴于系统相对多样，复杂性较强，在塔桅、电源以及机房方面通常具有较高的利用率。因此，在规划与建设5G时应进行严格的普查分析，进行针对性的扩容与改造[3]。

1.2 5G网络架构变化

5G无线网实现了对BBU的拆分与重构，基于内容处理的实时性，完成从BBU到中央单元CU与分布单元DU两部分功能实体的过程。CU设备在功能上主要包含非实时无线高层协议栈功能、核心网功能（UP）下沉以及部署MEC边缘应用业务等。与之相对，DU设备则主要包含物理层处理功能和实时性需求两层功能。在此基础上，为了最大限度节约RRU和DU之间传输资源，RRU可以承担一部分物理层功能，将天线和RRU合设成AAU，以最大程度降低两者之间的跳线连接情况。不仅可以减少传输时延，而且能降低故障点出现的概率，为后期维护带来便捷。

1.3 三大运营商需求探讨

中国铁塔是运营商基础设施的供应商，在正式建设5G前一定要深入分析运营商需求，考虑方向应集中于机房、电源以及塔桅3个方向[4]。

1.3.1 机房空间需求

结合5G无线网络三层架构情况，机房空间需求的重点包括安装工艺、集中度大小以及CU/DU尺寸等方面。基于当前主流厂商数据实际情况来看，很多5G的CU/DU都呈现一体化状态，实质为商用4G BBU状态，大小与4G BBU保持一致。如果从模块化与标准化的思维考虑问题，后期CU与DU形态上不会有较大差别，可以依照BBU大小进行考虑。

当前，各家运营商传输机房都是自有产权。因此，CU和DU集中机房都超出了中国铁塔考虑的范围。若DU集中机房规模较小，以4个站点为例，机房想要满足要求，只需提供约3个安装空间[5]。

1.3.2 电源需求

当前技术发展背景下，主流厂商在单个5G 64T64R的AAU功率消耗上大约可达到1 000 W，CU/DU一体化状态功率消耗为300 W左右。相较于4G设备，5G设备在功率消耗上增加明显。以主流站型中的S111拉远配置为例，若要多增加一个运营商的5G站点，在功率消耗上会增加3 000 W。若站点是很多运营商共享，则消耗的功率往往会增加更多。

1.3.3 塔桅需求

当前5G AAU在宽度上和4G 800 MHz的4端口天线相差不多，增加厚度的同时减少了长度。在重量方面，AAU和4G 8端口天线与RRU相对接近。对铁塔而言，增加迎风面会产生更大负荷，尤其当各家运营商共享塔桅时，需要统筹思考铁塔风荷平台应用状况[6]。

1.4 中国铁塔共享现状

相关资料显示，在2018年年初站点中，站点由一家独享的情况达65%，由两家共享的情况达27%，由三家共享的情况达8%。由此可以看出，总体共享率达到了35%。伴随5G建设的持续推进和发展，相较于4G站点，5G站点在分布上具有较大密集度。因此，很多站点由两至三家运营商共享，而此类站点在未来的创新改造上会存在更大的压力。

2 配套改造方案探讨

中国铁塔应成为三家运营商基础设施的后备力量，因此应重视当前站点的需求分析，落实摸底调研工作，保证配套改造方案的实用性[7]。

2.1 现场调研内容

2.1.1 机房

第一，要重视机房类型、称重以及面积，科学预估机房可扩容能力。第二，应分析运营商在本站的共享情况，以及2G、3G以及4G系统的数量，以便从整体出发，细致考虑站点利用与负荷情况，从而初步评估5G共享程度。第三，应考虑空余机位数，便于安装标准机柜，正确评估机房可扩容能力。第四，应考虑当前综合柜内部设备安装情况，分析剩余空间情况，为预估综合柜的新增情况提供便利。第五，应考虑馈线窗、走线架以及接地排等设施占用状况，一旦确定方案，可以第一时间启动，从而保质保量完成施工任务[8]。

2.1.2 电源

在电源方面，首先应考虑开关电源配置容量与额定容量，严格核实开关电源当前的可扩容空间与供电能力。其次，应考虑蓄电池类型和配置容量，方便在增加5G系统后核算蓄电池供电保障时间的情况。再次，应考虑本站负载电流和开关电源模块配置与增加的5G系统的匹配性。最后，应考虑蓄电池供电保障时间，方便对电源模块与蓄电池进行配置。

2.1.3 塔桅

在塔桅方面，首先应考虑塔桅类型与平台适应状况。其次，应考虑本站运营商共享状况、天线挂高情况以及2G/3G/4G系统数量等。再次，应考虑铁塔平台的占用状况，查看抱杆是否存在空余现象，从而初步确定改造方案。最后，应确定楼面天线布放状况。

2.2 改造方案探讨

通过对现网进行摸底，可以对现网资源建立清晰的认识，从而全面掌握各个站点空间资源、负荷情况以及塔桅资源等信息，以便在各家运营商的需求基础上进行改造[9]。

2.2.1 机房改造方案

机房主要有电源和DU两项因素影响机房空间需求，因此机房改造主要有以下几个措施。第一，如果电源无法达到要求，则需要视情况增加蓄电池组或电源。第二，如果本站为拉远站点，不用额外考虑DU安装空间需求。第三，如果本站为普通站点，即本站存在一家或几家运营商的DU安装情况，计算标准为DU占用3U安装空间，则安装空间大概需要1U～9U。第四，如果当前综合柜有富余的空间，可以直接利用旧设备，反之则需要综合考虑对综合柜安装空间的预留。第五，如果本站为DU小集中站点，则需要视DU配置具体情况，确定6U～27U的安装空间。若实际站点为此类情况，则应尽量增加综合柜的数量。第六，在开关电源与蓄电池组方面，应当依照增加的5G系统数量、设备功率消耗以及蓄电池供电保障时间，对系统额外新增情况的实用性进行核算，进而保障空间需求的科学性。第七，如果总功耗增加，还需要进一步核算空调制冷能力，保证机房温度适合和通风降温能力达到要求[10]。

2.2.2 电源改造方案

在当前站点增加5G设备，应当充分考虑电源负荷的影响因素。由当前主流厂商的设备参数可以看出，单个AAU功率消耗在1 000 W左右，CU/DU一体化形态功耗为300 W左右，单个DU在功耗上需要按照200 W进行考虑。本站点有一家或一家以上运营商5G设备共同存在时，在电池容量和功耗方面若是一家独享，则新增功耗会达到3 000 W，蓄电池保障时间会达到3 h，最低新增电池容量需求可达到372 Ah；若是两家共享，则新增功耗会达到6 000 W，蓄电池保障时间会达到3 h，最低新增电池容量需求可达到774 Ah；若为三家共享，则新增功耗会达到9 000 W，蓄电池保障时间会达到3 h，最低新增电池容量需求可达到1 116 Ah。

举例来说，某省机房站点具备额定容量为600 Ah的开关电源、配置容量200 Ah以及1部500 Ah蓄电池组。据前文可知，在保障3 h断电时间情况下，此开关电源只能达到一家运营商新建5G设备的要求。因此，很多站点都应当实现大容量蓄电池的替换。在开关电源方面，计算时应需要充分考虑额外扩容蓄电池容量和增加的系统功耗，视具体情况扩增开关电源模块。此外，检测并替换空气开关与开关电源熔丝，以保证每家运营商在5G设备上都能至少保证一路100 A或160 A的空气开关或熔丝。如果开关电源型号较老，鉴于额定容量不高，应当视具体情况更换开关电源[11]。

2.2.3 塔桅改造方案

通过对现场进行摸底，在核实塔高、塔型、挂高、平台空间、平台数量、天线类型以及抱杆等状况后进行分类归并，通常可分成3种情况。首先，如果存在空余抱杆则可以利旧，应先核算可利旧抱杆数量，可以利旧的部分应当直接利旧，如果可利旧数量无法有效与新增AAU安装需求匹配，则超出的部分应当按照没有空余抱杆的情况处理。其次，如果不存在空余抱杆但是存在新增条件时，为了安装AAU，应核算可新增抱杆数量，如果不足，应按照没有空余抱杆无新增标准处理。最后，无空余抱杆且无新增条件的情况。一方面，如果一家运营商有很多系统天线，可在替换问题上利用多端口多频段进行替换，空余抱杆用作AAU的安装。另一方面，可以利用长抱杆完成对短抱杆的替换，将原来的天线和AAU统一到长抱杆上进行安装。不管采用何种改造方式，在确定方案时都应当核算高度、承重、风荷以及天线隔离度等问题，防止破坏铁塔结构，给铁塔带来安全隐患。