5G站點電源面臨的挑戰(zhàn)及解決方案研究

黃勤學(xué)

（中國電信股份有限公司 廣州分公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

5G作為目前最先進的通信技術(shù)，其網(wǎng)絡(luò)能力遠超4G。在網(wǎng)絡(luò)能力大幅提升的同時，意味著5G基站對設(shè)備功耗、容量等電源要求相比4G基站也有了較大的提高。目前，大部分現(xiàn)有的機房電源系統(tǒng)僅能滿足4G的用電需求，在此情況下如何用科學(xué)的方法解決電源問題，對5G技術(shù)的建設(shè)運營起到一定的推動作用。

1 5G站點電源如今所面對的挑戰(zhàn)

1.1 基站對電源的依賴性高

隨著5G通信技術(shù)的發(fā)展進步，國內(nèi)3大運營商相繼開展5G建設(shè)工作。在5G建設(shè)運營的過程中，由于業(yè)務(wù)需求，5G基站設(shè)備容量及供電服務(wù)需求有所提高，造成基站用電量驟增。因此，5G站點建設(shè)也必須要完成好外電引入以及電源配套等方面的準備性工作。研究發(fā)現(xiàn)，實際中存在5G基站發(fā)生某些錯誤服務(wù)或是服務(wù)中斷的問題。而傳輸與主設(shè)備原因在其中占據(jù)有較大的比例，其中半數(shù)以上的網(wǎng)絡(luò)中斷事件都與能源供應(yīng)的連續(xù)性具有密切的聯(lián)系。在2G和3G網(wǎng)絡(luò)中，主要的業(yè)務(wù)是語音業(yè)務(wù)，發(fā)生較小范圍的通信中斷情況，所造成的影響較低，可以采取相關(guān)的措施控制損失[1]。在4G網(wǎng)絡(luò)中，主要的業(yè)務(wù)由原先的語音業(yè)務(wù)拓展為移動支付和視頻通話等，但是由于人們對于網(wǎng)絡(luò)依賴程度不高，所產(chǎn)生的影響也較低。然而在5G網(wǎng)絡(luò)主要使用的范圍人工智能和虛擬技術(shù)等高可靠、低時延業(yè)務(wù)中出現(xiàn)斷網(wǎng)，將會出現(xiàn)較大的安全問題。所以，5G基站當中的通信電源保障上的壓力也非常大，在進行5G基站建設(shè)期間必須要配備有基站備用電源，才可以更好地保障其使用情況。

1.2 機房電源系統(tǒng)改造壓力大、成本高

分布式的基站中實現(xiàn)了射頻單元和基帶單元的分離，將基帶單元用集中的方式放置。集中的放置方式能降低租賃機房和新建機房的需求，大幅減少了協(xié)調(diào)物業(yè)的問題，同時在5G網(wǎng)絡(luò)的新要求下有利于運營商共享。集中放置點需要容納50個以上的BBU，因此當前機房普遍存在空間不足和散熱不足問題，而且由于BBU采取堆疊形式放置，因此機房需要具備較高的承重壓力。此外，因為運營商引入5G新頻段，對機房的供電能力的要求也將更加嚴格，再加上如今5G基站站點容納量增加，其總功耗也會相應(yīng)增加，一般會高于100 kW[2]。在這一情況下，如果依舊采取現(xiàn)有通信機房，將會出現(xiàn)超負荷的情況，因此必須對基站電源系統(tǒng)進行全面的改造升級。這就造成機房尤其機房電源系統(tǒng)的改造成本高、改造壓力大。通信機房外觀如圖1所示。

圖1 通信機房外觀

2 5G站點電源面臨問題的解決措施

2.1 直流遠程供電方式

遠端設(shè)備、局端設(shè)備以及光電混合纜共同組成了直流遠程供電系統(tǒng)。直流遠程供電系統(tǒng)具有很好的普適性，適用于多種場景，可在住宅小區(qū)、超市以及商場等點對多的場景中使用，同時也可以滿足火車站、高速公路、政府事業(yè)單位、商務(wù)寫字樓以及村通工程等點對點的場景需求[3]。在實際的應(yīng)用過程中，直流遠程供電系統(tǒng)的優(yōu)點突出。在市電出現(xiàn)停電問題時，基站依舊能正常運轉(zhuǎn)，可以節(jié)約額外費用。在選址過程中，選址范圍更廣，不受市電供電問題約束，同時該方式能簡化選址流程。直流遠程供電系統(tǒng)的維護成本比較低，后期基本實現(xiàn)零維護工作，在進行線路施工期間具有極大的便利性[4]。此外，使用復(fù)合電纜不需要專門敷設(shè)傳輸電纜，可節(jié)省線路投資成本，而且直流遠程供電系統(tǒng)的可靠性和安全性較高，可以避免傳輸線路因為雷電、強電入侵、漏電以及短路等情況影響到其正常的運行。一旦運行線路出現(xiàn)了故障，局端將會停止輸出電壓，只保留小于40 V的線路檢測電壓輸出，并在1 min內(nèi)恢復(fù)供電，有效保證維護人員安全以及線路安全。

2.2 直流系統(tǒng)升壓方式

直流系統(tǒng)升壓傳輸方式是將-48 V的直流供電系統(tǒng)電壓提升到57 V輸出，給5G大功率模塊供電。這一做法優(yōu)勢在于，在系統(tǒng)電壓升高后，負載功耗一致的情況下，電纜的流經(jīng)電流會降低，則可適當減小所需的電纜線徑，從而達到降低線纜采購成本的目的。同時，這種方式的可操作性強，對其他設(shè)備的干擾小。在實際的升壓操作下只需要設(shè)定好直流供電系統(tǒng)電壓值，無需新增供電設(shè)備，無額外成本，同時不會影響到用電設(shè)備的正常運行[5]。

2.3 鐵鋰電池備電方式

相比于鉛蓄電池，鐵鋰電池的優(yōu)勢在于能量體積、工作溫度以及循環(huán)放電次數(shù)方面。在同樣的體積條件下，鐵鋰電池的備電能力高于鉛蓄電池兩倍，當前機房當中承重不足的問題就可以得到解決[6]。此外，鐵鋰電池的工作溫度范圍較大，對環(huán)境溫度要求較低，可適當提升機房的空調(diào)設(shè)定溫度，實現(xiàn)節(jié)能減排的效果。

如今，通信基房中使用鐵鋰電池的模式大致分為如下3種。第一種模式，單獨使用鐵鋰電池備電。這種模式適用于機房空間存在一定限制或機房樓板承重能力低的場景。第二種模式，采用鉛酸、鐵鋰電混搭，不同廠家、型號以及不同時期的蓄電池都不能直接混接。在實際工作中，通常采用電池合路器實現(xiàn)鉛酸蓄電池以及鐵鋰電池的混搭，在投資受限的情況下，提高了電池的備電能力高，降低網(wǎng)絡(luò)維護、建設(shè)以及運營成本。第三種模式，多電池組梯式備電，利舊可用的電池單體，按需求對電池進行配對，重新組成電池組。

3 結(jié) 論

通信電源及設(shè)備應(yīng)用創(chuàng)新有利于推進5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和發(fā)展。在5G網(wǎng)絡(luò)蓬勃發(fā)展的道路上，對于5G的配套電源建設(shè)和運行方式也提出了更高的要求。5G電源系統(tǒng)不僅要滿足更高容量的需求，而且要滿足不間斷的供電需求，還要考慮備電時長等需求。在未來5G建設(shè)中，要積極做好通信電源新設(shè)備與新技術(shù)相結(jié)合，為5G技術(shù)能夠在我國發(fā)揮出更大的作用打下堅實的基礎(chǔ)。