5G時(shí)代通信電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和解決思路

梁 軍

（泗水縣融媒體中心，山東 濟(jì)寧 273200）

1 5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展概述

5G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展使通信設(shè)備出現(xiàn)了極大變化。5G網(wǎng)絡(luò)比4G網(wǎng)絡(luò)具有更強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，除了提高智能終端設(shè)備的運(yùn)行速度外，可以減少時(shí)延，提升通信連接的穩(wěn)定性和可靠性，為通信行業(yè)的更新與發(fā)展提供了可能?，F(xiàn)階段，5G網(wǎng)絡(luò)在運(yùn)行過(guò)程中的成本不斷降低，系統(tǒng)容量也在逐漸擴(kuò)大，為相關(guān)設(shè)備的大規(guī)模連接奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)揮作用的過(guò)程中，主要涉及增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（enhanced Mobile Broadband，eMBB）、大規(guī)模機(jī)器通信（massive Machine Type Communication，mMTC）以及超可靠低時(shí)延通信（Ultra Reliable Low Latency Communication，URLLC）3種應(yīng)用場(chǎng)景，這是5G通信電源系統(tǒng)在優(yōu)化過(guò)程中需要重點(diǎn)關(guān)注的內(nèi)容。在5G通信電源系統(tǒng)的分析過(guò)程中，需要根據(jù)云辦公、高清語(yǔ)音和高清視頻的發(fā)展情況全面掌握5G技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。隨著網(wǎng)絡(luò)容量不斷提升，5G通信電源系統(tǒng)的發(fā)展與應(yīng)用除了可以滿足智能城市發(fā)展需求，也可以促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的完善發(fā)展，推動(dòng)交通、醫(yī)療以及工業(yè)自動(dòng)化等數(shù)字化發(fā)展，為提高連接場(chǎng)景的可靠性，滿足時(shí)延性需求提供可靠保證[1]。

2 通信電源系統(tǒng)應(yīng)用問題

現(xiàn)階段，通信電源系統(tǒng)的運(yùn)行水平受通信設(shè)備功能影響相對(duì)較大。因此，在系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，要按照穩(wěn)定性與可靠性要求保證設(shè)計(jì)方案的合理性。在通信系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，如果內(nèi)部有設(shè)備存在故障，就會(huì)直接影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性，若這種影響為局部性影響，則被稱為基礎(chǔ)故障，一旦發(fā)生故障，需要對(duì)相應(yīng)的設(shè)備采取有效解決才能夠?qū)崿F(xiàn)故障修復(fù)，促進(jìn)系統(tǒng)完善。但是如果出現(xiàn)的故障非局部故障，則會(huì)影響系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)非基礎(chǔ)性故障，無(wú)法單純利用應(yīng)急手段解決問題，通信電源系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)行。為了從穩(wěn)定的通信系統(tǒng)這一角度出發(fā)進(jìn)行設(shè)計(jì)，需要發(fā)揮備用電源的作用，利用備用電源與備用設(shè)施之間的有效配合，可以保證系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，方便通信系統(tǒng)備用電源直接與市電連接。

配置備用電源時(shí)，需要根據(jù)電源系統(tǒng)的運(yùn)行情況進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。在通信系統(tǒng)試點(diǎn)運(yùn)行過(guò)程中，如果出現(xiàn)問題則可以利用備用電源保證系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。除此之外，由于設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的電壓變化比較頻繁，穩(wěn)定性不足，特別是交流電壓的波動(dòng)相對(duì)較大，會(huì)對(duì)電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響，因此需要發(fā)揮穩(wěn)壓裝置的作用，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性[2]。

3 5G電源系統(tǒng)構(gòu)成

基站建設(shè)中，直流與交流供電作為主要的電源系統(tǒng)在應(yīng)用中存在一定差異。保護(hù)器、交流電、市電引入是交流供電系統(tǒng)的主要組成；而直流供電包含傳輸設(shè)備、蓄電池組合、開關(guān)電源等。布設(shè)5G通信電源系統(tǒng)時(shí)，基站設(shè)備主要利用有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）與室內(nèi)基帶處理單元（Building Base band Unite，BBU）進(jìn)行建設(shè)。安裝AAU設(shè)備時(shí)，還要考慮大量天線列陣性能，合理應(yīng)用多輸入多輸出（Multiple-Input Multiple-Output，MIMO）技術(shù)，保證BBU單元與AAU單元的消耗功能處于優(yōu)良狀態(tài)。此外，利用5G技術(shù)時(shí)，為了保證系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行，需要增加電源設(shè)備，可能會(huì)使機(jī)房消耗功率上升[3]。

4 5G通信電源系統(tǒng)存在的問題

為了保證通信電源系統(tǒng)與發(fā)展需求相適應(yīng)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行有效調(diào)整，嚴(yán)格按照相關(guān)要求開展供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，并全面掌握通信電源系統(tǒng)的各種標(biāo)準(zhǔn)，在選擇過(guò)程中可以從5G通信電源系統(tǒng)的具體情況進(jìn)行分析。

5G通信電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)與建設(shè)過(guò)程中存在的主要問題包括：（1）在站點(diǎn)數(shù)量增加的情況下，引入站點(diǎn)電力的難度比較大；（2）電源需求逐漸增加的狀況下，對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)建的難度比較大；（3）機(jī)房空間有限，擴(kuò)容原有的機(jī)房空間會(huì)增加成本投入。這些都會(huì)影響供電的可靠性。5G通信電源系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)的復(fù)雜度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)，為了確保連接設(shè)備的可靠性以及網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行速度，必須確保創(chuàng)建5G通信電源系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)具有較強(qiáng)的可行性，這也是未來(lái)通信電源系統(tǒng)發(fā)展的重要趨勢(shì)。

如今，5G通信電源系統(tǒng)在應(yīng)用過(guò)程中面臨的主要技術(shù)難題是供電問題，但是對(duì)網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化后，可以滿足供電系統(tǒng)技術(shù)的高標(biāo)準(zhǔn)要求。在具體操作過(guò)程中需要從實(shí)際問題出發(fā)，采取有針對(duì)性的措施進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。例如，增加5G網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)時(shí)，必須保證站點(diǎn)功能強(qiáng)大，盡可能擴(kuò)大機(jī)房空間，才能夠?yàn)橄到y(tǒng)擴(kuò)建提供可靠支撐[4]。

此外，在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)影響下，域控制器（Domain Controller，DC）機(jī)房數(shù)量越來(lái)越多，為電壓穩(wěn)定運(yùn)行提供了安全保障。5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)內(nèi)容更加豐富，質(zhì)量更加優(yōu)秀，更符合未來(lái)的智慧化生活需求，自動(dòng)駕駛、遠(yuǎn)程醫(yī)療服務(wù)等都屬于5G網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)新內(nèi)容。

5 優(yōu)化5G通信電源系統(tǒng)策略

5.1 DC機(jī)房電源優(yōu)化策略

現(xiàn)今，在5G網(wǎng)絡(luò)快速發(fā)展的背景下，電源系統(tǒng)的發(fā)展規(guī)模越來(lái)越大，涉及的技術(shù)內(nèi)容也越來(lái)越多，除了原有的集中化DC機(jī)房、區(qū)域化DC機(jī)房，邊緣化DC機(jī)房更加豐富，其發(fā)展越來(lái)越迅速。從客觀層面進(jìn)行分析，為了提高5G通信電源系統(tǒng)的發(fā)展水平，必須構(gòu)建更加豐富的DC機(jī)房。設(shè)計(jì)時(shí)需要利用不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）并機(jī)系統(tǒng)才能夠確保主備用網(wǎng)元設(shè)備處于正常供電范圍，避免出現(xiàn)掉電問題。在分析交流電供電模式時(shí)，需要對(duì)UPS/2N系統(tǒng)進(jìn)行合理應(yīng)用確保滿足供電需求。

隨著我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大、發(fā)展速度的加快，在建設(shè)過(guò)程中提升了各網(wǎng)元的集成度，可以保證網(wǎng)絡(luò)供電安全。在DC機(jī)房越來(lái)越豐富的背景下，為了保證供電系統(tǒng)的安全性，需要正確認(rèn)識(shí)雙電源系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。一部分設(shè)備可以滿足240 V/336 V需求，使用240 V/336 V高壓直流電（High Voltage Direct Current，HVDC）完成供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)即可[5]。

5.2 無(wú)線側(cè)電源優(yōu)化策略

在優(yōu)化無(wú)線側(cè)網(wǎng)絡(luò)時(shí)，除了傳統(tǒng)2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)站址外，還要增加5G網(wǎng)絡(luò)站址。在建設(shè)中，為了保證綜合效益，可以加強(qiáng)成本控制?？刂聘脑熘芷跁r(shí)，需要保證網(wǎng)絡(luò)經(jīng)營(yíng)效益，防止影響現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，對(duì)通信供電系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)擴(kuò)建。分析無(wú)線側(cè)電源站點(diǎn)的問題時(shí)，要研究直流電源以及直流配電、備用電源等內(nèi)容，確保分析結(jié)果的全面性與合理性。以此為基礎(chǔ)，根據(jù)5G設(shè)備在運(yùn)行中的負(fù)荷要求，全面分析不同屬性站點(diǎn)。

5.2.1 室內(nèi)站點(diǎn)優(yōu)化策略

在無(wú)線側(cè)優(yōu)化過(guò)程中需要解決室內(nèi)改擴(kuò)建問題。

（1）如果在系統(tǒng)中有2個(gè)及以上開關(guān)整流模塊空位，在空位改建時(shí)，必須增加2個(gè)以上開關(guān)電源整流模塊，同時(shí)還需要對(duì)組合式開關(guān)電源進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，使用2塊50 A整流模塊進(jìn)行設(shè)置，確保供電穩(wěn)定。一旦蓄電池出現(xiàn)增容情況，還需要及時(shí)隔離控制單元，對(duì)電池進(jìn)行合理設(shè)置。電力擴(kuò)容容量在5 000 W以上時(shí)，要科學(xué)確定直流配電單元與空開的數(shù)量，確保與實(shí)際需求相符合。如果設(shè)計(jì)的系統(tǒng)散熱能力不佳，則必須開展空調(diào)改造擴(kuò)容處理。該改造模式難度較低，投入成本在合理范圍內(nèi)。

（2）在空位改建時(shí)，如果開關(guān)電源整流模塊未超過(guò)2個(gè)，則需要對(duì)開關(guān)電源系統(tǒng)的容量進(jìn)行充分考慮，根據(jù)蓄電池能夠增加的底線值進(jìn)行合理設(shè)計(jì)。此外，對(duì)5 000 W以上的電力擴(kuò)容容量，如果散熱能力無(wú)法達(dá)到站點(diǎn)的需求，也要對(duì)空調(diào)進(jìn)行改造擴(kuò)容。這種方式可以滿足5G建設(shè)要求，但是成本相對(duì)較高，并且在增容器替換操作過(guò)程中必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行割接，實(shí)施難度相對(duì)較大。

5.2.2 室外站點(diǎn)優(yōu)化策略

在室外站點(diǎn)改擴(kuò)建過(guò)程中，需要對(duì)原有的電源系統(tǒng)插槽情況進(jìn)行分析。

（1）如果存在插槽缺乏情況，AAU設(shè)備和BBU設(shè)備間距為80 m（10 mm2）、125 m（16 mm2）以下時(shí)要增加機(jī)柜，并配備嵌入式開關(guān)電源[6]。在機(jī)柜增加過(guò)程中還要考慮5 000 W以上電力擴(kuò)容量，對(duì)機(jī)柜擴(kuò)容空間預(yù)留的實(shí)際情況進(jìn)行分析。這種改擴(kuò)建方案的可操作性比較強(qiáng)，效率也相對(duì)較高，并不需要對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行割接和改進(jìn)，也可以保證網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正常供電，經(jīng)濟(jì)效益相對(duì)突出。

（2）如果空間限制有一定問題，無(wú)法根據(jù)電源系統(tǒng)的需求增設(shè)機(jī)柜，則原有空間可以設(shè)置5G設(shè)備，通過(guò)直接引電的方式獲取電源即可。此外，AAU設(shè)備與BBU設(shè)備的距離超過(guò)200 m時(shí)也可以直接引出電源。為了保證供電的安全性，要對(duì)終端到主機(jī)連接服 務(wù)（Packet Assembler And Disassembler，PAD） 電源、電池進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，一般遵循就近供電原則，確保5G通信電源系統(tǒng)正常用電。這種供電模式不需要改造原有設(shè)備，更方便實(shí)現(xiàn)，PAD電源與設(shè)備較近，也可以保證供電效率[7]。

6 5G通信電源系統(tǒng)建設(shè)的發(fā)展趨勢(shì)

在5G通信電源系統(tǒng)相關(guān)理論更加豐富的背景下，我國(guó)完成了多個(gè)5G試驗(yàn)點(diǎn)建設(shè)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)也促進(jìn)了5G通信技術(shù)的發(fā)展和更新。在應(yīng)用5G通信電源系統(tǒng)時(shí)，相關(guān)技術(shù)體系越來(lái)越完善，如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)體系、遠(yuǎn)程醫(yī)療技術(shù)體系、智慧教育體系等。這些體系會(huì)影響人們現(xiàn)有的生產(chǎn)生活與學(xué)習(xí)方式，利用5G業(yè)務(wù)提升人們的生活質(zhì)量。此外，5G通信電源系統(tǒng)在不同程度上影響了人們的生活方式、工作方式以及移動(dòng)通信方式，加強(qiáng)了人們與世界的聯(lián)系，促使我國(guó)社會(huì)朝著數(shù)字化時(shí)代邁進(jìn)。

5G時(shí)代，為了確保通信電源系統(tǒng)符合5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展對(duì)供電模式的集中化需求，需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)的新業(yè)務(wù)需求建設(shè)合理的分級(jí)體系，保證供電技術(shù)在應(yīng)用中的精細(xì)化與完善化，科學(xué)控制網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本，確保通信系統(tǒng)的應(yīng)用效果[8]。

在5G技術(shù)越來(lái)越成熟和完善的情況下，需要根據(jù)發(fā)展實(shí)際對(duì)節(jié)能技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用，從可靠性與高效性出發(fā)科學(xué)設(shè)計(jì)通信電源系統(tǒng)，提升5G通信電源系統(tǒng)的整體技術(shù)水平，加快推動(dòng)eMBB、mMTC、uRLLC目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，才能夠發(fā)揮5G通信網(wǎng)絡(luò)電源系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)[9]。創(chuàng)新通信電源系統(tǒng)時(shí)，電源系統(tǒng)越來(lái)越先進(jìn)，在社會(huì)不同領(lǐng)域都有所應(yīng)用，可以提高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的可靠性，降低連接時(shí)延，根據(jù)用戶的具體需求構(gòu)建信息生態(tài)系統(tǒng)，確保人與人、人與物之間的有效聯(lián)系，形成更加完善的大移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，使萬(wàn)物互聯(lián)成為現(xiàn)實(shí)。這對(duì)于推動(dòng)我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)和繁榮，提升社會(huì)經(jīng)濟(jì)彈性，增強(qiáng)我國(guó)綜合國(guó)力具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

7 結(jié) 論

在5G時(shí)代發(fā)展過(guò)程中加強(qiáng)通信建設(shè)至關(guān)重要。為了確保5G通信電源系統(tǒng)在運(yùn)行中滿足5G網(wǎng)絡(luò)多樣化、集中化、高速化的建設(shè)需求，需要對(duì)5G時(shí)代通信電源系統(tǒng)進(jìn)行有效優(yōu)化。在實(shí)際的優(yōu)化過(guò)程中，根據(jù)5G通信電源系統(tǒng)應(yīng)用問題加強(qiáng)DC機(jī)房電源、無(wú)線側(cè)電源優(yōu)化管理工作，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化供電，從而確保5G技術(shù)能夠充分發(fā)揮作用，推動(dòng)我國(guó)5G技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。