5G极简站建设方案的研究与优化

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摘  要：
为进一步推进改造升级5G现有存量站点，实现降本增效的目的，温州铁塔在技术和管理上进行建设方案的研究与优化。在制定5G极简建设方案，着重就站点建设及设备运营上寻求更多的简化、节能降耗手段。极简方案采用全室外化部署，通过同运营商的分工界面清晰化，实现降租金、省成本，但利润不降的集约化管理。对5G极简站点与传统站点的电费分摊成本、租赁服务费和建设投资进行分析对比，比对短板和不足，从而探讨调整优化方案，实现降本增效的根本目的。
关键词：5G极简站；建设方案；全室外化；租赁服务费；降本增效；
一、引言
随着国家网络强国战略的不断实施，5G的日趋普及化，通信运营商在市场竞争趋于白热化。在资费不升返降，国内疫情反复的影响下，通信运营商运营成本压力巨大，OPEX大幅增长。5G设备是4G设备的功耗的3-4倍，同时建设密度和新增设备的加大，随之而来的电费和铁塔租赁服务费面临逐年增长，运营成本压力巨大。在如此的背景下，华为等公司都相继为运营商提供5G极简新改造优化方案，共用资源来提升站点运行效率，助力运营商建设性能优、部署快速、运营成本低的5G基础设施网络。
二、5G极简站建设方案的研究
5G传统基站建设是采用机房、一体化机柜、RRU拉远等方式建设。而5G极简站建设是将运营商BBU设备集中部署的方式，外移到室外，免去空调、机房等配套设施，采用“一站一刀”——微电源（刀片电源）极简站点模式，减少基站机房数量，极大的节省了占地面积，降低空调等配套设备的能耗损失，实现电费等成本的下浮。5G极简站视产品功能可分为三类：（1）形态极简，从传统机房到机柜，再到刀片式电源，极大的节省了占地面积、降低了能耗损失。（2）供电极简，交流、直流一体化供电，多种供电制式输出，电源与储能系统进一步融合联动，带来能源供电进一步极简。（3）传输极简，从室内到室外，全面实现站点全室外极简化。
5G极简站视场景可分为三类：CRAN站点、全室外刀片极简站点和全室外机柜站点。图1左图所示为传统基站建设方式，对应的铁塔租赁服务费类型为机房+配套；图1右图中所示为5G全室外刀片极简站，对应的铁塔租赁服务费类型为无机房+无配套。通过微电源（刀片电源）给AAU供电。

图1 5G传统基站与5G极简站类型
以WZ铁塔公司为例，运营商要求分批次分场景对5G室外型极简站新建和改造。如图2所示为新建和改造后的5G室外型极简站图例。
         
图2 新建和改造后的5G室外型极简站图例
（一）        全室外型极简站新建场景：
WZ铁塔负责新增交流计量箱之前的建设，不负责微电源建设，目前5G极简站点普遍采用微电源（刀片电源），原则上不再新建机房。如图3所示为5G新建极简站点拓扑图。

图3 5G新建极简站拓扑图
1、建设施工铁塔公司负责：
（1）交流计量箱安装（含电表等箱内安装，通常电表、断路器、防雷器已集成在交流计量箱内）；
（2）外市电接入交流计量箱（外市电线缆已由外市电施工单位布放到位）；
（3）机房站点，使用4*16方铜线接入机房内交流配电箱；
（4）材料：4*16方铜线甲供，其余线缆、交流计量箱安装支架（镀锌角铁）、铜鼻子、PVC管乙供。
2、建设施工运营商负责：（1）刀片电源、刀片电池安装及连线；（2）微机柜（若运营商需要）安装。
3、建设施工要求
（1）外市电引入单位负责施工交流计量箱安装及外市电引入，配套设备安装单位负责施工交流计量箱之后的设备安装及线缆布放；
（2）交流计量箱内设备装置布局应科学合理，走线规范工整；
（3）交流计量箱安装应符合以下要求：①一体化机柜站点，严禁将交流计量箱安装固定在机柜外侧。新建机柜基础时应预留一定空间供交流计量箱安装，交流计量箱应安装在基础上，底座高度≥15cm，安装位置不应影响一体化机柜日常工作及维护，不得安装在一体化柜通风口；②交流计量箱应用不小于16mm²的黄绿铜线进行接地。
（4）交流计量箱至刀片电源的电缆，应根据设计要求套管敷设。
（5）为保证塔桅安全、避免交流电缆漏电引起人身伤害事故，微刀片电源原则上不应安装在塔桅（需人上塔维护的塔桅严禁安装）上，具体安装要求参考以下场景：①场景一：美化外罩+刀片电源。刀片电源应在女儿墙内侧或就近安装在可用的墙壁上。② 场景二：3米抱杆+刀片电源。刀片电源应优先安装在女儿墙内侧或其他就近墙体。如确实无安装条件的，可绝缘安装在抱杆底部。③场景三：其他楼面塔+刀片电源。刀片电源应优先安装在女儿墙内侧或其他就近墙体。如确实无安装条件的，应自立抱杆安装，严禁在塔上直接安装刀片电源。④场景四：地面塔+刀片电源。刀片电源应远离人群或与人群有效隔离，不得壁挂安装于机柜柜体上或者彩钢板机房墙体上。不得安装于塔身上。建议将刀片电源安装于微机柜内。
（6）设备的安装应满足GB 51194《通信电源设备安装工程设计规范》、GB 51199《通信电源设备安装工程验收规范》其他相关要求。
（二）        全室外型极简站改造场景：
全室外型极简站改造场景与新建场景类似，WZ铁塔也是负责新增交流计量箱之前的建设，不负责微电源建设，如图4所示为改造站点割接拓扑图。

图4 5G极简站改造割接拓扑图
1、通信运营商和铁塔公司建设施工界面新增一条“原机房、机柜交流配电箱或交流配电单元从交流计量箱输出端指定位置接线”。
2、建设施工要求
（1）原则上由配套设备安装单位负责施工。
（2）应根据原外市电引入情况确定交流计量箱的安装位置，以尽量靠近原外市电引入的位置，原则上不得进行外市电线缆接驳。如确实无法避免，则外市电引入部分需进行线缆替换，外市电替换改造相关施工由外市电引入单位负责，并将外市电施工费传导起租。
（3）机房站点：①土建机房挂外墙；②租用机房挂内墙；③彩钢房严禁挂墙。
（4）机柜站点：①原基础尚余安装空间时，交流计量箱应安装在基础上，底座高度≥15cm；②原基础无安装空间时，应使用镀锌角钢支架固定于地面上，计量箱底部应高于地面30cm，支架应牢固不得晃动。
三、新改建5G极简站在WZ市应用效果
实施本地5G极简站新改建方案以来，主设备电费和空调电费下降约30%，铁塔租赁服务费下降约40%，减少碳排放约20%，实际现场占地面积减少，对原机房内资源进行整合，初步达到了降本增效的目的。5G极简站的主要目的是去机房，减少机房设备，减少空调等配套设备的电费分摊成本，节省支付铁塔的站点租赁服务费。现对5G极简站点建设方式与传统站点对比，从电费分摊成本、铁塔租赁服务费、建设投资三方面进行效益分析。
1、电费分摊成本下降。通过电表测试将在机房内的电源柜输入端安装电能表对基站能耗进行的测试。在一定的测试时间段内通过计算内电表的读数差值，来了解电源柜在测试时间段内的耗电，以此对基站的功耗值作出判断。
单点试验点测试完成后，结果如下：
（1）单站主设备年节省能耗：10.45×51.1×24×365/90%/1000=5198千瓦时。
（2）空调关闭节约能耗：10220千瓦时/年（实测，每天28千瓦时）
（3）总节能：5198+10220=15418千瓦时。
根据WZ市全网情况估算1000个站点的效益如表1所示：
      表1 站点电费分摊成本——节能效益
站点数        主设备节能/千瓦时        空调节能/千瓦时
1        5198        10220
1000        5198000        7843792
注：（1）电费单价：按照0.85元/千瓦时计算；（2）空调节能：按照设备用电+设备用电×0.6因子计算；（3）空调关闭节能：按照全部进行全室外改造计算，直接关闭空调。
根据表1，考虑改造成全室外站点，可以计算出节能收益：主设备节能收益5198000×0.85=4418300元，空调关闭节能收益7843792*0.85=6667223元，综述，全室外化改造完成后，主设备节能441.83万元，空调节能666.72万元，其中：单站节约电费分摊成本约1.1万元/年。
2、铁塔租赁服务费下降。从铁塔+机房+配套，变成铁塔+无机房+无配套模式，单站租赁服务费下降11670元/年。如表2所示。
表2 铁塔租赁服务费收益                 元/年
铁塔公租赁服务费模型        站点类型
        独享        2家共享        3家共享
1->4        11736        8215        7041
2->4        5185        3629        3110
3->4        2605        1824        1563
1->5        18497        12948        11098
2->5        11946        8362        7167
注：铁塔公司租赁服务费模型包括5种：模型1（铁塔+自建机房+配套）；模型2（铁塔+租赁机房+配套）；模型3（铁塔+一体化机柜+配套）；模型4（铁塔+RRU拉远+配套）；模型5（铁塔+无机房）。
3、建设投资下降。使用铁塔标准建造成本，如表3所示，对比自建机房、租赁机房、RRU拉远、一体化机柜，无机房配套可节省3.25-9.9万元/站。
表3 标准建造成本对比               单位：万元
投资类型        自建机房        租赁机房        一体化机柜        RRU拉远        无机房及配套
塔投资        1.21        1.21        1.21        1.21        1.21
机房投资        5.34        1.64        0.59        0.44        0
配套投资        4.65        4.65        4.06        2.81        0
总投资        11.2        7.5        5.86        4.46        1.21
无机房配套较之可节省投资        9.99        6.29        4.65        3.25        0
综上，5G 极简方案的推行可节省总支出，是降本增效的有效途径。
四、5G极简站存在的弊端及优化建议
（一）5G极简站存在的弊端
1、存在属地政策壁垒。当前5G基础设施建设依据温政办〔2018〕109号《温州市人民政府办公室关于加快布局建设5G移动通信基础设施的通知》由铁塔公司统筹运营商需求后统一审批、统一建设、统一验收，但在5G室外新建极简站试行期间，铁塔公司按铁塔+无机房+无配套去政府层面审批，运营商要在绿地外加柜子放刀片电源等设备，会存在一处绿地、人行道等公共资源，多单位对接政府审批。
2、多方短期投资压力加大。运营商需额外一次性改造投资，单站改造成本含一体化电源等设备及设计、施工费，共计约6万元，无形中增加了短期资金压力；铁塔对存量机房运营商撤离引起的场租空转缺乏应对措施。
3、应用场景有限，不能满足特定需求。并不是所有的场景都适用5G极简站建设模式，需要制定“一场景一方案”，更加灵活的建立极简站建设应用场景库。
（二）5G极简站优化建议及应用
1、统筹政策审批，提高站点性能，降本增效。继承原属地政策依据，商讨铁塔与电信运营商的商务平衡点，由铁塔统筹电信运营商审批建设，新建5G极简站运营商自建柜站点按照模式4（铁塔+RRU拉远+配套）收取租赁服务费。
2、共建共享，平衡多方利益。5G极简站点方案通过牺牲建设投资，即RRU 室外电源改造为代价，来实现租金及电费的节省，并且随着年限增加，经济效益也逐年增加。在此背景下，建议运营商额外一次性改造投资，统一由一家单位（比如华为公司）来共建共享，他们有全套的设备解决方案，可以保证改造方案的质量满足要求，同时华为公司拥有强大的研发实力和人员储备，刨去华为应得利润部分按照特殊商务优惠的形式返还给通信运营商，后续通信运营商可以用来采购华为运营商全套产品和服务。
3、优化5G极简站的资源管理。通过对网络简化和站点的产品手段优化等的有效应用，可以协助运营商更加有效地完成5G极简站的资源的管控。对5G极简站建设应用场景库优化总结如表4所示。
表4   5G极简建设产品手段及方案建议
专业        分类        应用建议
主设备        天馈极简（多频多端口）        适用于天面不足或者平台无法新增抱杆、5G挂高低的场景
动力        环抱式一体化电源        适用于路灯杆，监控杆等微站场景
配套        5G楼面一体化集成配套装置        适用于平屋面安装，如住宅小区、商业建筑、办公楼、校园、医院楼顶

五、结束语
总而言之，针对5G通信技术上的极简站建设方案的研究与优化，其实质是较传统建设方式的优化，通过快速部署、缩短施工周期、减少空间占有、简化产品和手段和减少能耗损失来实现降本增效，这种站点极简是今后的大趋势，它将极大的缓解5G时代，运营商高密度建设带来的成本压力和维护运营成本，此举的不断推广具有相当重要的理论意义和现实作用。

参考文献
[1] 胡丹.5G极简站点方案探讨及实践[J].广东通信技术,2021,41(10):45-48.
[2] 黄彬,莫景善.极简站点创新改造方案探究和应用[J].移动通信,2019,43(12):79-83.
[3] 党博文. 极简5G 700M网该如何炼成？[N]. 通信产业报,2021-06-21(011).DOI:10.28806/n.cnki.ntxcy.2021.000219.
[4] 华为技术有限公司．绿色5G白皮书．广东．华为技术有限公司[EB/OL].[2022-06-24] https://www.huawei.com/cn/techno ... reen-5g-white-paper．
[5] 平殿伟,周立群.面向5G的极简光网络建设探讨[J].中国新通信,2019,21(20):50.
[6] 黄海峰.5G发展速度与规模超预期 华为发布5G极简解决方案[J].通信世界,2019(06):38.DOI:10.13571/j.cnki.cww.2019.06.022.

（收稿日期：2022.7.18）


作者简介：
黄陈建：工程师，硕士研究生，毕业于浙江理工大学，现任职于中国铁塔股份有限公司温州市分公司，主要从事无线网络建设工作。