5G時(shí)代通信電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和解決思路

王 羅

（中國(guó)鐵塔股份有限公司 重慶市分公司，重慶 401121）

0 引 言

信息化技術(shù)的發(fā)展進(jìn)步推動(dòng)著5G時(shí)代的到來(lái)，5G技術(shù)的應(yīng)用為人們?nèi)粘Ｉ詈投鄠€(gè)領(lǐng)域的生產(chǎn)提供技術(shù)支撐，為各個(gè)領(lǐng)域發(fā)展提供更加廣闊的空間，但同時(shí)在發(fā)展中也出現(xiàn)新挑戰(zhàn)，如通信電源系統(tǒng)運(yùn)行中存在電力引入和機(jī)房空間受限等問題。所以，在研究中需要充分了解5G架構(gòu)，確保及時(shí)處理通信電源系統(tǒng)中存在的問題，以提升5G技術(shù)的應(yīng)用效率。

1 5G技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

隨著信息技術(shù)和社會(huì)的不斷發(fā)展進(jìn)步，必將帶動(dòng)通信技術(shù)和通信建設(shè)領(lǐng)域全面發(fā)展，5G技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。5G時(shí)代的到來(lái)為人們?nèi)粘Ｉa(chǎn)生活提供了極大的便利性，在智能家居、智能城市、醫(yī)療、交通以及農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域凸顯智能化特點(diǎn)，促使社會(huì)多個(gè)領(lǐng)域逐漸向智能化和自動(dòng)化方向發(fā)展。5G技術(shù)的應(yīng)用通過引用新型無(wú)線傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)資源利用率的有效提升，為人們的學(xué)習(xí)工作提供了更加豐富的資源。引入新型體系結(jié)構(gòu)，如超密集小區(qū)結(jié)構(gòu)，對(duì)智能化技術(shù)加以深化，提升系統(tǒng)吞吐率25倍。深度挖掘新型毫米波、高頻段以及可見光等頻率資源，可將無(wú)線移動(dòng)通信頻率資源拓展4倍。人們的生產(chǎn)生活受大數(shù)據(jù)技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等新興技術(shù)的影響逐漸發(fā)生變化，為確保人們的日常生活需求得到保障，需要積極建設(shè)通信電源系統(tǒng)，順應(yīng)時(shí)代發(fā)展需求[1]。供電時(shí)全面考慮不同業(yè)務(wù)特征，促進(jìn)業(yè)務(wù)向合理化和精細(xì)化方向發(fā)展?；诖耍ㄐ烹娫聪到y(tǒng)的有效運(yùn)行能夠控制網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營(yíng)成本，在降低成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)效率和經(jīng)濟(jì)效益的提升，該發(fā)展目標(biāo)不僅是5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的必然方向，而且是確保通信電源穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵措施，以實(shí)現(xiàn)安全、穩(wěn)定、節(jié)能三位一體電源系統(tǒng)建設(shè)。

2 5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和供電挑戰(zhàn)

2.1 5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)發(fā)展進(jìn)步為通信設(shè)備運(yùn)行提供新體驗(yàn)。相比于4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，5G技術(shù)能夠有效提高電子設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)速度，大幅度降低時(shí)延，確保鏈接的可靠性與穩(wěn)定性。除此之外，5G技術(shù)運(yùn)行成本較低并增大了系統(tǒng)容量，為有關(guān)設(shè)備大規(guī)模的連接提供技術(shù)支撐。對(duì)于5G技術(shù)的應(yīng)用主要涉及到uRLLC、mMTC以及eMBB 3個(gè)業(yè)務(wù)場(chǎng)景。其中uRLLC應(yīng)用場(chǎng)景具有可靠性高和延時(shí)低的特征；mMTC應(yīng)用場(chǎng)景為海量物聯(lián)；eMBB能夠提升移動(dòng)寬帶。同時(shí)，對(duì)于高清視頻、高清語(yǔ)音以及云辦公的研究發(fā)揮著重要作用。除此之外，網(wǎng)絡(luò)容量的有效提升契合現(xiàn)代智能城市的發(fā)展需求，滿足物聯(lián)網(wǎng)的接入需求，為醫(yī)療行業(yè)和工業(yè)生產(chǎn)向自動(dòng)智能方向發(fā)展提供技術(shù)支撐，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景的可靠連接，并符合時(shí)延需求[2]。

2.2 5G網(wǎng)絡(luò)供電挑戰(zhàn)

隨著5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)建設(shè)不斷完善，建設(shè)水平隨之提升，基于此，供電系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模以及技術(shù)要求也逐漸提升。因?yàn)槭芏喾N因素的影響，對(duì)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行產(chǎn)生較大的影響，這也成為電源系統(tǒng)建設(shè)首要解決的問題。隨著站點(diǎn)建設(shè)數(shù)量的增加，特別是相比于以往SC站點(diǎn)數(shù)量增加，導(dǎo)致電力引入工作的開展受到限制，電力電源的需求量也大幅增加。另外，隨著電源需求逐漸增加，機(jī)房空間存在局限性，在現(xiàn)有資源情況下進(jìn)行供電系統(tǒng)改擴(kuò)建工程有著大量的制約因素。除此之外，機(jī)房數(shù)量的增加，同樣對(duì)電源高效、穩(wěn)定運(yùn)行提出了新的要求，為滿足用戶需求，5G網(wǎng)絡(luò)不斷推出新業(yè)務(wù)，但業(yè)務(wù)數(shù)量的增加使供電系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性面臨更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。

3 5G網(wǎng)絡(luò)供電解決思路

3.1 DC機(jī)房電源解決思路

5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展可以帶動(dòng)核心網(wǎng)和PTN等環(huán)節(jié)下沉，保持原有區(qū)域化DC和集中化DC同時(shí)增加大量邊緣DC。一般情況下，邊緣DC安裝在核心匯聚或中心機(jī)房。同時(shí)5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展進(jìn)步帶動(dòng)各個(gè)網(wǎng)元集成度有效提升，對(duì)網(wǎng)絡(luò)供電的安全性重視度逐漸提升。就供電而言，不同設(shè)備類型所產(chǎn)生的供電需求也有差異，通常應(yīng)用-48 V雙電源供電系統(tǒng)為直流設(shè)備供電[3]。就交流設(shè)備而言，多選擇UPS2N或UPS并機(jī)供電系統(tǒng)開展供電工作。為滿足240 V/360 V要求設(shè)備選擇240 V/360 V HVDC方式供電，避免主網(wǎng)元設(shè)備和備用設(shè)備出現(xiàn)掉電故障，為DC機(jī)房運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性提供保障。

科學(xué)技術(shù)進(jìn)步發(fā)展，我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，系統(tǒng)運(yùn)行的安全性也逐漸有所提升。2020年，我國(guó)多數(shù)城市的正常供電穩(wěn)定率高達(dá)99.9%，充分表明我國(guó)電力網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)供電穩(wěn)定性和運(yùn)行可靠性大幅度提升。為確保DC機(jī)房穩(wěn)定運(yùn)行，應(yīng)當(dāng)積極采用市電、通信電源混合方式，設(shè)備的建設(shè)問題將有效緩解機(jī)房空間過于擁擠的問題。另外，油機(jī)、變配電以及外市電系統(tǒng)項(xiàng)目工程建設(shè)周期較長(zhǎng)，所以需要選擇相對(duì)應(yīng)的DC機(jī)房來(lái)滿足建設(shè)需求，提供至少兩年的容量供應(yīng)[4]。例如，中國(guó)移動(dòng)在2018年提出通信電源系統(tǒng)和市電混合組網(wǎng)供電模式，不僅能夠滿足設(shè)備用電需求，同時(shí)可以解決機(jī)房占地緊張問題，對(duì)同等負(fù)載需求加以充分了解的基礎(chǔ)上進(jìn)行改擴(kuò)建工程，減少40%機(jī)房占地需求。相比于UPS2N或UPS并機(jī)供電系統(tǒng)，此供電系統(tǒng)的運(yùn)行效率更高，在同等容量基礎(chǔ)上能夠節(jié)約50%電池和UPS主機(jī)成本投入。

3.2 無(wú)線側(cè)電源解決思路

無(wú)線側(cè)的建設(shè)模式是在以往物理站點(diǎn)建設(shè)的基礎(chǔ)上所展開的5G系統(tǒng)建設(shè)，在建設(shè)中對(duì)建設(shè)周期和建設(shè)成本均有明確要求。建設(shè)中需要按照工程具體情況選擇高性價(jià)比方式，降低建設(shè)成本，縮減工程周期。另外，應(yīng)當(dāng)遵循降低網(wǎng)絡(luò)影響和高效便捷的原則，全方位改造供電系統(tǒng)。無(wú)線側(cè)站點(diǎn)建設(shè)應(yīng)當(dāng)綜合直流配電盒電池、直流電源以及市電等多方面因素，并考察5G設(shè)備負(fù)荷，充分檢查室內(nèi)和室外站點(diǎn)系統(tǒng)運(yùn)行中存在的問題，采取相應(yīng)措施進(jìn)行有效解決。

對(duì)于室內(nèi)的改擴(kuò)建應(yīng)當(dāng)確保預(yù)留兩個(gè)或兩個(gè)以上的整流模塊空位。如果電源的類型屬于組合式，則應(yīng)當(dāng)添置兩套50 A整流模塊。另外，若電池間設(shè)置有隔離單元，則將導(dǎo)致蓄電池存在增容情況，所以電力容量擴(kuò)增需要大于5 000 W，其余部分設(shè)置配電單元。同時(shí)散熱性能不滿足站點(diǎn)實(shí)際需求時(shí)則應(yīng)當(dāng)針對(duì)具體情況進(jìn)行改造和擴(kuò)容，此類措施具有較高的經(jīng)濟(jì)性。當(dāng)整流模塊空位小于兩個(gè)，則對(duì)原有開關(guān)系統(tǒng)加以更換或擴(kuò)容。新更換電池和舊電池間應(yīng)設(shè)置隔離單元，并確保擴(kuò)容量≥5 kW[5]。

在室外改擴(kuò)建中主要需要解決電源系統(tǒng)插槽不足的問題，對(duì)此可通過增加機(jī)柜數(shù)量的方式，添加嵌入式電源，保證電力容量的擴(kuò)容量＞5 000 W，為機(jī)柜預(yù)留足夠的擴(kuò)容空間。此類改擴(kuò)建工程具有操作便捷的優(yōu)勢(shì)，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備正常供電所產(chǎn)生的影響較小。如果存在空間不足或距離較遠(yuǎn)問題，則將導(dǎo)致機(jī)柜改擴(kuò)建相關(guān)工作的開展受到影響，對(duì)于此問題的處理可借助5G設(shè)備進(jìn)行容量空間的擴(kuò)充。按照就近原則，利用周圍的配電箱進(jìn)行引電，實(shí)現(xiàn)供電高效運(yùn)行。此改擴(kuò)建措施具有便捷簡(jiǎn)單的優(yōu)勢(shì)，可以有效提升就近設(shè)備的電源供電效率，以免發(fā)生額外空間占用和改擴(kuò)建工程中存在的問題。

3.3 電力擴(kuò)容系統(tǒng)優(yōu)化

在改擴(kuò)建工程中還會(huì)出現(xiàn)其他問題影響電力系統(tǒng)的整體運(yùn)行質(zhì)量，因此需要優(yōu)化擴(kuò)容系統(tǒng)建設(shè)和銜接性存在的問題，確保5G技術(shù)網(wǎng)絡(luò)順利建設(shè)，優(yōu)化思路主要從以下兩方面著手。

3.3.1 解決電力擴(kuò)容中存在的問題

難以擴(kuò)容情況存在的原因?yàn)槭须姷娜萘看嬖谌笨冢槍?duì)該問題可全面調(diào)查市電使用的峰值期和谷值期。市電處于用電峰值期時(shí)借助電池為系統(tǒng)供電，但是該方式的應(yīng)用需要全面了解市電用電的峰谷，難以實(shí)現(xiàn)對(duì)供電穩(wěn)定性和可靠性的相關(guān)要求。對(duì)此，可以根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀磺闆r建設(shè)太陽(yáng)能和風(fēng)能供電系統(tǒng)提升供電穩(wěn)定性，但是投資成本較大，具體選用某種方式進(jìn)行改造需要結(jié)合實(shí)際情況開展。

3.3.2 解決拉遠(yuǎn)距離不足問題

對(duì)于此類問題的處理可從以下4方面著手：（1）當(dāng)機(jī)柜和設(shè)備距離站點(diǎn)較遠(yuǎn)的情況下，可以增電纜線路的橫截面積，降低電力輸送中的線損；（2）設(shè)備功耗大致相同時(shí)可借助DC/DC升降對(duì)線路損耗加以有效控制；（3）可借助智能鋰電池的放電來(lái)穩(wěn)定電壓，以免發(fā)生電壓跌落情況；（4）可以通過就近供電方式有效解決站點(diǎn)較遠(yuǎn)問題[6]。

4 結(jié) 論

5G時(shí)代為新時(shí)代通信系統(tǒng)的建設(shè)提出新要求，為實(shí)現(xiàn)通信系統(tǒng)建設(shè)滿足時(shí)代發(fā)展的需求，需要對(duì)通信電源系統(tǒng)加以優(yōu)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集中化、多樣化以及高速化發(fā)展。本文簡(jiǎn)要分析DC機(jī)房電源、無(wú)線側(cè)電源、電力擴(kuò)容系統(tǒng)改擴(kuò)建工程中存在的問題以及解決措施，全面分析了原有系統(tǒng)建設(shè)情況，結(jié)合實(shí)際情況開展改擴(kuò)建，實(shí)現(xiàn)了5G技術(shù)的有效應(yīng)用，為人們的生產(chǎn)生活提供更高質(zhì)量的技術(shù)服務(wù)。