試述5G時(shí)代通信電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和解決方案

石 蕾

（國家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司 江蘇 泰州 225327）

1 引言

移動(dòng)數(shù)據(jù)流量的快速增長為人、物間的通信提供了便利，在構(gòu)建經(jīng)濟(jì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型過程中，5G技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中，通信電源系統(tǒng)屬于資源系統(tǒng)，在5G技術(shù)發(fā)展過程中要滿足不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境需求，同時(shí)也要適應(yīng)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求。

2 5G電源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)概述

2.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G網(wǎng)絡(luò)和4G網(wǎng)絡(luò)比較，加速網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男?，提高連接穩(wěn)定性，節(jié)省費(fèi)用和能源，增加了系統(tǒng)規(guī)模和容量。5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的業(yè)務(wù)場景主要是加強(qiáng)移動(dòng)寬帶、海量物聯(lián)以及高可靠、低延時(shí)連接的工作內(nèi)容，可通過應(yīng)用移動(dòng)車輛服務(wù)實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、超可靠的場景連接。5G接入網(wǎng)結(jié)構(gòu)包括AAU、DU、CU三級結(jié)構(gòu)。在5G建設(shè)初期，宏站作為RAN網(wǎng)絡(luò)工作部署，隨著5G技術(shù)的擴(kuò)展，對于超低時(shí)延業(yè)務(wù)需求量增加。因此，大量的AAU、DU和CU結(jié)構(gòu)的分離規(guī)模被CRAN廣泛應(yīng)用。機(jī)房網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)是由匯聚機(jī)房、機(jī)樓、接入節(jié)點(diǎn)等內(nèi)容組成，業(yè)務(wù)匯聚機(jī)房有著疏導(dǎo)和匯聚的作用，同時(shí)它也能集中部署節(jié)點(diǎn)。

2.2 通信電源系統(tǒng)運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)

通信電源系統(tǒng)作為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的資源系統(tǒng)，是5G時(shí)代發(fā)展中出現(xiàn)的新挑戰(zhàn)，它需要考慮如何在4G技術(shù)上實(shí)施5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)需求，同時(shí)滿足多樣化環(huán)境下發(fā)展需求，并提升優(yōu)化設(shè)計(jì)方案解決構(gòu)建5G通信電源系統(tǒng)存在的問題。通信電源系統(tǒng)的運(yùn)行情況和通信設(shè)備功能有著直接的聯(lián)系，通信電源系統(tǒng)運(yùn)行主要體現(xiàn)著穩(wěn)定性和可靠性特征。通信系統(tǒng)運(yùn)行若出現(xiàn)某些小設(shè)備故障，則會(huì)影響到通信系統(tǒng)，但此種影響范圍小，屬于局部性，被稱作基礎(chǔ)故障。因此，要根據(jù)故障設(shè)備制定解決措施，從而健全故障修復(fù)流程。但出現(xiàn)的故障若是通信電源系統(tǒng)自身，則會(huì)影響到系統(tǒng)運(yùn)行。

3 5G電源系統(tǒng)構(gòu)成

基站電源系統(tǒng)一般情況下包含直流供電和交流供電，交流供電包含市電引入、交流電、保護(hù)器等。直流供電分為傳輸設(shè)備、蓄電池組以及開關(guān)電源。5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)在部署基站時(shí)，使用的設(shè)備方案是經(jīng)BBU、AAU單元，單元建設(shè)在基站一側(cè)，此種方式在機(jī)房或室外機(jī)柜安裝的BBU單元。在室外安裝AAU單元，它有著天線大量陣列性能。在建設(shè)5G網(wǎng)絡(luò)基站時(shí)應(yīng)用MIMO技術(shù)，因此BBU單元消耗功能優(yōu)于4G網(wǎng)絡(luò)，AAU單元消耗的功能亦是如此。在基站中，添加的5G技術(shù)也要增加電源設(shè)備，提升了機(jī)房消耗的功率。

4 5G通信電源系統(tǒng)存在的問題

為推動(dòng)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)發(fā)展需求，需要調(diào)整網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)，因此對供電系統(tǒng)有著更嚴(yán)格的要求，同時(shí)也使通信電源系統(tǒng)有更多的標(biāo)準(zhǔn)。比如隨著站點(diǎn)數(shù)量的爆發(fā)式增加，導(dǎo)致引入站點(diǎn)電力困難、電源需求增加、致使擴(kuò)建電源系統(tǒng)困難、機(jī)房空間有限。由于受這些內(nèi)容的影響，對供電的可靠性有著更嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)。5G通信電源系統(tǒng)的架構(gòu)復(fù)雜性超出4G網(wǎng)絡(luò)，但有著連接設(shè)備可靠性的優(yōu)勢，同時(shí)提高了運(yùn)行速度。因此創(chuàng)建5G通信電源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)屬于必然趨勢。但目前5G通信電源系統(tǒng)面臨著技術(shù)難題，常見的問題便是供電問題有待健全，其網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)優(yōu)化，從而滿足供電系統(tǒng)技術(shù)的更高標(biāo)準(zhǔn)。比如，若增加5G網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)，則需要增加功能強(qiáng)大的站點(diǎn)，但引路電力也是較為困難的問題。在增加電源系統(tǒng)需求時(shí)也要擴(kuò)大機(jī)房的空間，從而為擴(kuò)建系統(tǒng)提供優(yōu)質(zhì)的條件。在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)下，DC機(jī)房數(shù)量不斷的增加，為電源穩(wěn)定運(yùn)行提供可靠性和安全性。比如5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)能夠提供更優(yōu)質(zhì)的業(yè)務(wù)內(nèi)容，常見的是自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)，此類業(yè)務(wù)內(nèi)容能夠增加供電的可靠性，健全5G通信電源系統(tǒng)。

5 優(yōu)化5G通信電源系統(tǒng)策略

在5G網(wǎng)絡(luò)時(shí)代，構(gòu)建通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)根據(jù)DC機(jī)房中的無線側(cè)建設(shè)和機(jī)房側(cè)建設(shè)開展，并且按照建設(shè)局站的差異，分析解決通信電源建設(shè)方案[1]。

5.1 無線側(cè)電源的解決策略

無線側(cè)電源的實(shí)施解決策略是探究無線側(cè)網(wǎng)絡(luò)類型所包含的傳統(tǒng)3G、4G網(wǎng)址，以及5G網(wǎng)址。在構(gòu)建5G設(shè)備網(wǎng)址時(shí)，應(yīng)根據(jù)需求節(jié)省建設(shè)的成本。在短期內(nèi)實(shí)現(xiàn)快速改造，降低影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營度。在市電直流電源直流配電中進(jìn)行調(diào)研，根據(jù)5G設(shè)備復(fù)合統(tǒng)計(jì)負(fù)荷情況，統(tǒng)計(jì)負(fù)荷量已接近3 000 W。因此，在制定無線側(cè)電源方案時(shí)，應(yīng)根據(jù)室內(nèi)、室外改擴(kuò)建思路進(jìn)行討論。

第一，室內(nèi)擴(kuò)建。室內(nèi)擴(kuò)建實(shí)施要滿足開關(guān)電源系統(tǒng)整流模塊的空位等于兩個(gè)或超出兩個(gè)的條件。如果開關(guān)電源系統(tǒng)整流模塊的空位小于兩個(gè)，則需要替換原系統(tǒng)，實(shí)施大容量系統(tǒng)，確保完成增容目標(biāo)。在此環(huán)節(jié)也需要分析電力擴(kuò)容的流入量，如果是散熱能力低，不滿足站點(diǎn)需求，則應(yīng)實(shí)施針對性的擴(kuò)容工作；第二，室外改擴(kuò)建。在室外改擴(kuò)建過程中，要考慮原電池系統(tǒng)存在的問題。因此，可將BBU模塊和AAU模塊在不同插槽模塊中使用，并且也要在機(jī)柜中安置5G設(shè)備，實(shí)時(shí)將開關(guān)電源嵌入5 000 W中。電流擴(kuò)容量有限，需要留出機(jī)柜的擴(kuò)容空間。此種方案便捷，不會(huì)影響到網(wǎng)絡(luò)設(shè)備供電情況，同時(shí)也不會(huì)有設(shè)備出現(xiàn)改造準(zhǔn)基問題。

由上述的室內(nèi)改擴(kuò)建和室外改擴(kuò)建分析可知，若是DC機(jī)房缺少額外機(jī)柜，則需要結(jié)合BBU機(jī)柜設(shè)備和AAU機(jī)柜設(shè)備間的距離進(jìn)行分析，兩設(shè)備的距離需要大于200 m，保證原機(jī)柜的空間能夠安放5G設(shè)備。從機(jī)柜或其他設(shè)備配電箱實(shí)施引電操作，或者可使用PAD電源電池改造現(xiàn)有的DC機(jī)房中的5G供電模式，采取就近供電模式。此種方案能夠有效改造網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，節(jié)省費(fèi)用。將PAD電源靠近設(shè)備，提高供電效率，且不會(huì)占用空間[2]。

5.2 解決DC機(jī)房電源策略

隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，5G規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，包含的技術(shù)內(nèi)容多種多樣，常見的核心網(wǎng)、PTN等數(shù)據(jù)內(nèi)容豐富，同時(shí)有著集中化、區(qū)域化的功能。此些邊緣化DC通常是在中心機(jī)房或核心匯聚機(jī)房中安裝，豐富的DC機(jī)房可以使5G通信電源系統(tǒng)運(yùn)營正常發(fā)展。分析直流設(shè)備，了解5G通信電源系統(tǒng)實(shí)施的是雙電源供電系統(tǒng)。針對交流供電設(shè)備實(shí)施UPS并機(jī)系統(tǒng)或UPS系統(tǒng)開展供電操作。通常情況下，運(yùn)用的網(wǎng)元設(shè)備能夠使交流供電設(shè)備不掉電。隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的快速發(fā)展，能夠使各網(wǎng)元有著較高的集成度，并且保證供電能夠安全進(jìn)行。在各類DC機(jī)房安全穩(wěn)定供電時(shí)，可為其配備傳統(tǒng)直流供電系統(tǒng)，從而滿足240 V、336 V供電設(shè)備的需求，在交流供電設(shè)備上，可實(shí)施UPS2N系統(tǒng)調(diào)整供電情況，從而優(yōu)化供電。

5.3 電力擴(kuò)容問題解決策略

為順利開展5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)建設(shè)，需要優(yōu)化調(diào)整建設(shè)電源系統(tǒng)。如果想解決電力擴(kuò)容難的問題，則需要結(jié)合市電容量的站點(diǎn)、市電峰谷狀況分析市電峰值的缺口。合理使用電池設(shè)備實(shí)施供電操作，將市電波谷作為儲(chǔ)能電池的備用平臺(tái)，并開展分段的供電操作，此方案存在的缺點(diǎn)是無法保證供電穩(wěn)定性和安全性。分析自然能源的豐富區(qū)域，保證正常供電基礎(chǔ)上分析太陽能和風(fēng)能的供電方式，從而補(bǔ)充電力運(yùn)營不足的問題。但此方案也受到地域的影響，如果投資過大，可能會(huì)使地方無法承受經(jīng)濟(jì)壓力。DC機(jī)房在5G通信電源系統(tǒng)建設(shè)中也存在著問題，主要是電纜的距離問題。如果是AUU設(shè)備和BUU機(jī)柜距離遠(yuǎn)，則需要增加電纜路徑，從而降低線路損耗。在相同設(shè)備損耗功率的情況下，要調(diào)整DC機(jī)房降壓和升壓的內(nèi)容，最大程度降低線路損耗。出現(xiàn)問題時(shí)，可使用智能鋰電池，確保放電過程的電壓能維持在60 V左右。合理避免電池因跌落產(chǎn)生的距離問題，并且要實(shí)施分布式供電產(chǎn)品電源配合電池設(shè)計(jì)的供電方案，從而解決距離產(chǎn)生的技術(shù)問題[3]。

5.4 拉遠(yuǎn)距離存在著問題

AAU設(shè)備和BBU機(jī)柜站點(diǎn)距離遠(yuǎn)，因此可以選擇添加電纜線徑的方法降低線路消耗。若是在DC升壓提升距離時(shí)，當(dāng)設(shè)備功率消耗相同時(shí)，則能夠降低線路消耗。通過智能鋰電池維持穩(wěn)定電壓在57V，禁止由于電壓降低而使距離縮短。實(shí)施分布式供電產(chǎn)品PAD電源和電池供電，從而更好地解決距離遠(yuǎn)站點(diǎn)的供電問題。

6 5G通信電源系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展趨勢

我國建設(shè)5G通信電源系統(tǒng)已邁向成熟，通信技術(shù)也在不斷優(yōu)化。目前，5G通信電源系統(tǒng)的技術(shù)體系已形成智慧家居、智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)的模式，為人們帶來最佳的體驗(yàn)。由此可知，5G技術(shù)和通信電源系統(tǒng)改變著人們生產(chǎn)生活方式，推動(dòng)各行各業(yè)的發(fā)展。5G通信電源系統(tǒng)從技術(shù)角度看，滿足了集中化、多樣化供電需求，同時(shí)也改善通信業(yè)務(wù)的可靠性、精細(xì)化的不足，降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營費(fèi)用，優(yōu)化建設(shè)系統(tǒng)效果。5G通信技術(shù)能夠?yàn)槿藗兇蛟斐鲂矢?、穩(wěn)定性強(qiáng)、安全性佳的節(jié)能電源系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。5G通信技術(shù)從今后發(fā)展情況看，有著更大的容量和更快的速度。從移動(dòng)寬帶角度分析，5G網(wǎng)絡(luò)的單站容量將高出4G網(wǎng)絡(luò)幾十倍，增加了數(shù)據(jù)流量。5G應(yīng)用場景除了在移動(dòng)寬帶中，也可使用在其他方面，比如常見低延時(shí)、海量物聯(lián)網(wǎng)連接和高可靠通信等內(nèi)容，因此5G時(shí)代網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)有著較大的流量，并且刺激著運(yùn)營商數(shù)據(jù)建設(shè)需求[4]。由此可見，數(shù)據(jù)中心電源系統(tǒng)需求的規(guī)模擴(kuò)大，技術(shù)方案的發(fā)展?jié)摿σ渤掷m(xù)增加，使5G技術(shù)發(fā)揮出更大的價(jià)值，追求新的技術(shù)突破。

7 結(jié)語

綜上所述，5G時(shí)代的通信網(wǎng)絡(luò)電源系統(tǒng)有著優(yōu)越性，能夠通過DC機(jī)房配備多種元件，升級通信技術(shù)，優(yōu)化通信數(shù)據(jù)和技術(shù)，為人們提供安全且高效率的節(jié)能通信空間，使人們生活更加便利。5G通信網(wǎng)絡(luò)電源在今后將會(huì)體現(xiàn)出其他價(jià)值，創(chuàng)新人們的生活方式，推動(dòng)社會(huì)發(fā)展進(jìn)程。