5G時代通信供電系統(tǒng)面臨的問題和解決思路

普天信息工程設計服務有限公司 田雨春 李敏 呂雪瑋

在信息時代發(fā)展的背景下，5G技術給人們的生活和工作帶來了便利，提升了效率。自從5G技術應用和發(fā)展以來，各網(wǎng)絡運營商不斷建設安裝5G基站，而基站運行需要大量的供電需求，因此必須對基站的供電系統(tǒng)進行改造，以適應和推動5G技術的發(fā)展，滿足5G全網(wǎng)覆蓋的需求。基于此，首先闡述了5G技術的優(yōu)勢和基站供電系統(tǒng)架構，并分析了當前通信電源系統(tǒng)面臨的問題，最后提出了相關的解決方案，以期為相關專業(yè)人士提供參考。

5G通信技術的應用，使通信系統(tǒng)網(wǎng)絡信息交互速度得到了提高。在網(wǎng)絡資源建設中，工程技術人員必須總結通信電力系統(tǒng)的難點，分析電力系統(tǒng)的技術要點、使用條件和維護保養(yǎng)等內容，有效提高其電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性。使信息網(wǎng)絡和智能化技術為各行業(yè)提供新的發(fā)展和實踐方向。尤其是在傳統(tǒng)網(wǎng)絡建設中，存在電源輸入、電源系統(tǒng)架構等問題。因此，相關網(wǎng)絡工程技術人員必須不斷積極更新和完善信息網(wǎng)絡建設原則，有效融入5G技術框架，全面解決供電系統(tǒng)發(fā)電機、變壓器等電力傳輸困難的問題。提高通信電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性，滿足在模塊協(xié)調過程中，控制電力傳輸?shù)难舆t要求。

1 5G網(wǎng)絡架構與供電系統(tǒng)概述

5G網(wǎng)絡加快網(wǎng)絡傳輸效率，提高數(shù)據(jù)連接的穩(wěn)定性，同時還節(jié)約了成本和電力能源，增加相互兼容系統(tǒng)的規(guī)模和容量。5G網(wǎng)絡技術的業(yè)務，主要是加強移動寬帶、大物聯(lián)網(wǎng)、低時延連接等內容。5G技術接入網(wǎng)結構，包括AAU、DU、CU三層。其建設的第一階段，實施為RAN網(wǎng)絡。隨著技術擴展，對超低時延服務的需求不斷增加。因此，CRAN使用于多個離散尺度的AAU和CU結構。機房網(wǎng)絡架構由融合機房、設備機房、網(wǎng)絡接入節(jié)點等組成。機房具有旁路和融合功能，也可實現(xiàn)集中分布節(jié)點設備。通信供電系統(tǒng)作為資源系統(tǒng)，是當前發(fā)展5G技術的新挑戰(zhàn)。要在4G網(wǎng)絡基礎上上實現(xiàn)5G建網(wǎng)要求，滿足各種環(huán)境條件下的發(fā)展。電源系統(tǒng)直接關系到通信設備的功能發(fā)揮，5G通信電源系統(tǒng)中的設計方案必須進行有效的改進和優(yōu)化。

2 5G技術應用的優(yōu)勢

5G技術的信息交換和傳輸速度比較快，其最快可以達到10Gbit/s。因此，在該技術的應用中，其信號傳輸延遲低，信息載體容量較低。5G技術可更快地進行信息交換，為設備提供持續(xù)的信號。同時5G技術還可以使來自物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、虛擬技術的信息資源得到整合。采用信息交互方式實現(xiàn)信號傳輸、直流配電等數(shù)據(jù)通信的有效轉換方式，極大的方便了監(jiān)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)與通信電源部件的協(xié)調。同時，系統(tǒng)運行會與供電功能產(chǎn)生聯(lián)系，在信號傳輸過程中，利用信息技術可識別和修復相關故障點，使技術管理人員根據(jù)信號指標配置相應的應急控制模式。監(jiān)控通訊系統(tǒng)的定位和各電源系統(tǒng)的運行狀態(tài)，使供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到了很大提高，技術人員應用5G技術，可以分析確定供電系統(tǒng)的運行，并及時傳輸信號，測量系統(tǒng)的運行狀態(tài)[1]。

3 5G時代通信電源系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)與基本設計要求

5G技術應用的時代，開創(chuàng)了智能手機、智能控制終端一體化等控制模式。其信號傳輸比4G網(wǎng)絡快得多。在5G技術影響下，其控制成本和能源效率、系統(tǒng)容量較高，而設備連接成本較低。因此，5G技術體現(xiàn)了在物聯(lián)網(wǎng)、低時延連接應用的優(yōu)勢，幫助系統(tǒng)通過遠程訪問、監(jiān)控系統(tǒng)和云的支持，實現(xiàn)語音、視頻等大數(shù)據(jù)的協(xié)同應用。滿足遠程醫(yī)療、遠程操作、智能家居等功能的基本需求。同時，在物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的時期，5G系統(tǒng)通過發(fā)送、接收信息給相關系統(tǒng)，滿足端口配置和優(yōu)化供電的信息交互需求。如不能有效滿足信息的存儲和交互的要求，會造成能源信息輸入、分析和操縱的困難。在能源信息化擴容以及重組時，如不能很好的進行配合，直流機房數(shù)量會增加中央供電架構的壓力。在整合高級業(yè)務資源時，技術管理人員需協(xié)調不同項目的供電需求，分析其使用要點，如自動駕駛和醫(yī)療服務范圍，在這些服務中，其供電系統(tǒng)資源供應和配置往往會出現(xiàn)困難，設計時需從整體上考慮。

3.1 原有電源系統(tǒng)勘察設計

以特定運營商機房電源系統(tǒng)設計圖為例。在方案設計初期，技術人員要對機房資源進行全面調研，如果發(fā)現(xiàn)無法滿足可用現(xiàn)有機房和新電氣系統(tǒng)的要求。要及時調整機房原有電源，以滿足電力系統(tǒng)運行的要求。在檢查相關用電設備時，舊設備不連接任何業(yè)務，占用了機房資源和電能，阻礙了企業(yè)實現(xiàn)資源優(yōu)化配置的目標。針對機房電力系統(tǒng)存在的問題，技術人員要統(tǒng)計和整理機房舊設備，拆除過時設備以及脫機的設備，整合電力機房資源，重新審核機房資源和建設內容設計方案，清空了無用的機房資源，為后期建設增加資源配置的空間。

3.2 關于新建機房電源系統(tǒng)設計

在新建機房和數(shù)據(jù)處理中心的規(guī)劃時期，技術管理人員要考慮供電系統(tǒng)的發(fā)展前景。進行科學的計算，確保在機房和數(shù)據(jù)處理中心運行時具有足夠的資源。要合理計算新建園區(qū)最終裝機能耗，據(jù)此規(guī)劃機房面積，同時預留設備面積。在供電系統(tǒng)的設計中，要考慮動力機房安裝方案。動力機房內新增動力設備須合理，盡量避免浪費機房資源。電源走線須正確、設計清晰，防止動力設備、機房電源線交叉和堆放。以某數(shù)據(jù)處理中心通信電源設計為例，機房設計根據(jù)最終裝機容量進行規(guī)劃，電源系統(tǒng)安裝以按需構建為原則。設置高低壓配電變電機房和數(shù)據(jù)處理中心發(fā)電機房。并在高低壓配電室和發(fā)電機房在節(jié)能、節(jié)材方面進行充分設計。機房每層預留電機房，同時低壓供電系統(tǒng)，用兩級配電形式。因為低壓配電系統(tǒng)通常遠離機器電氣系統(tǒng)。對樓房供電線路較長，因此應用低壓二次配電系統(tǒng)，使其與主配電系統(tǒng)沒有接觸柜。在二級配電系統(tǒng)中要配備接觸柜，以滿足未來的發(fā)展需要。其項目機房等級可按國標A、B確定。根據(jù)規(guī)范，網(wǎng)絡類別須滿足一類要求，由兩個獨立電源進行線路供電，且兩條電源線不能同時用于停電。另外，數(shù)據(jù)處理中心考慮到電力輸入時，會受到市政審批、建設補償?shù)纫蛩氐挠绊?，可以使用外城的電力輸入，在預計裝機容量機房建設的中期，外城電力電纜線徑根據(jù)需求進行制造。由于數(shù)據(jù)中心入網(wǎng)分階段建設，其入網(wǎng)項目將包括高壓配電系統(tǒng)的中斷風險、設備兼容性以及針對相關配套項目的挑戰(zhàn)。因此，低壓配電系統(tǒng)分期建設，要根據(jù)機房實際需求進行分期建設。關于通信電源系統(tǒng)設計圖，要按電力系統(tǒng)進行分類，其建設過程要按以下原則進行。UPS系統(tǒng)發(fā)展和業(yè)務需，要求采用3N雙母線，以提高設備的有效利用率，節(jié)省設備配置。自用機房要根據(jù)其服務質量和水平進行劃分，采用3N雙總線運行模式。也可以考慮高頻UPS，其機型比較經(jīng)濟實用。

3.3 動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)設計

動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在通信電源系統(tǒng)中發(fā)展著重要作用。監(jiān)控系統(tǒng)實現(xiàn)了對機房環(huán)境及用電設備的實時監(jiān)控。在電力系統(tǒng)運行設計中，要充分考慮電力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的影響。舊機房的設備沒有電力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，無法進行實時監(jiān)控。以機房空調系統(tǒng)為例：其運行缺乏合理的方法，造成大量電能的浪費。因此，針對空調系統(tǒng)設計了動態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)。根據(jù)機房空調的運行狀態(tài)，以及不同類型的空調，設計出科學的設計方案，如增加空調智能控制器，將空調自帶的通訊動態(tài)回路管理模塊接口和監(jiān)控空調的智能控制結合，遠程向控制器發(fā)送命令，實現(xiàn)啟動和停止空調開關。對于非智能空調系統(tǒng)，可以增加紅外遙控器，取代手動遙控器，也可以通過動態(tài)回路監(jiān)控系統(tǒng)管理模塊，模擬手動按鍵動作，發(fā)出紅外信號，開啟和停止空調開關，實現(xiàn)空調系統(tǒng)的智能化控制[2]。

4 優(yōu)化5G通信電源系統(tǒng)的措施

4.1 解決直流機房電源問題

隨著5G網(wǎng)絡技術的發(fā)展，其規(guī)模在不斷擴大，其技術服務內容也多種多樣。包括公共核心網(wǎng)、PTN數(shù)據(jù)等內容。這些邊緣CC常安裝于中央機房。必須通過直流機房實現(xiàn)5G通信系統(tǒng)的正常運行。因此技術人員要全面分析直流設備，了解5G通信供電系統(tǒng)的雙供電系統(tǒng)。應用并聯(lián)UPS系統(tǒng)或交流設備進行供電操作。通常，使用網(wǎng)元設備可有效防止交流設備關機。隨著5G技術的應用，網(wǎng)絡元素都在高度集成，保證其安全進行供電。通過直流機房提供穩(wěn)定的電源，滿足了240V和336V供電設備交流電源的需要，優(yōu)化了5G通信電力供電條件。

4.2 解決大功率擴容問題

為開展5G網(wǎng)絡體系建設，須對其電力運行系統(tǒng)進行優(yōu)化調整。因此必須解決電力擴容困難帶來的問題。技術人員要根據(jù)電力容量位置和用電峰谷情況，分析功率最大值的差距。使用相關電池設備進行作業(yè)，同時也可利用電源通道作為儲能電池作為后備平臺，分段進行供電作業(yè)。但該方案的缺點是，無法保證電源的穩(wěn)定性。要全面分析自然能源的富集區(qū)，在正常供電的基礎上，充分利用太陽能或風能等環(huán)保型的供電方式，解決電力不足的問題。但該措施也受地區(qū)影響，如果投資過大，企業(yè)可能承受不住相應的經(jīng)濟壓力。同時直流機房，在5G通信電力系統(tǒng)的建設存在一定的問題，尤其是在偏遠地區(qū)。如AUU設備與BOU外殼間的距離長，則必須需要增加走線以全面減少線損。因此，在功率損耗相同的情況下，必須要調整直流機房的降壓和升壓容量減少線損。當出現(xiàn)問題時，可及時使用智能鋰電池，保證放電電壓保持在60V左右。同時應用分布式電源產(chǎn)品供電配合電池設計，解決因距離過遠而造成的技術問題。

4.3 無線側供電優(yōu)化和控制

無線側電源應在4G網(wǎng)絡的基礎上，分配5G通信技術，在公共電源方向的基礎增加關聯(lián)網(wǎng)絡，使總電路始終在可檢測、可控制狀態(tài)下。同時還要檢查無線側供電設備對網(wǎng)絡的影響。技術管理人員應分析各網(wǎng)絡站點的工作狀態(tài)和特點，調查使用設備的充電狀態(tài)。直流配電箱要在設計上，通過功能分析整體規(guī)劃裝置、設備功能、系統(tǒng)應用以及運行協(xié)調等問題，并有效進行功能優(yōu)化，技術人員要結合不同區(qū)域的電路和元器件的特性，明確了整流模塊的功能，協(xié)調和保證電池的基本功能。為了有效提高供電系統(tǒng)功能，要在電池間增加絕緣元件，以區(qū)分不同電池的電力狀態(tài)。由于機組功率擴展會超過5000W。因此，要注意不同地區(qū)的供電情況和開關影響。通過探索相關設備的加熱效果，優(yōu)化站點的基本功能，在低成本控制中解決無線側供電問題。要注意的是，如電流校正間隔小于2小時，技術管理人員需要對核心電源進行擴展，保證擴展后其容量超過200Ah。同時，在新舊電池隔離控制單元安裝中，要明確其擴展容量，確保總容量在5kW以上，使電池冷卻系統(tǒng)及功能滿足通信電源應用要求。當在中心位置安裝5G系統(tǒng)網(wǎng)絡時，技術人員要明確控制電壓的難度，確保電源設計數(shù)據(jù)符合法規(guī)的要求。如須配置五個整流器和一組直流配電板設備，以有效支持電池組的電源需求。另外，在室外電網(wǎng)改造和擴建中，必須注意電源槽位的安裝數(shù)量與增設機柜位置的整體關系。應全部使用內置開關，來控制相關5G設備。以保證功率擴展的容量在5000W以上[3]。

5 5G通信電力系統(tǒng)建設未來發(fā)展趨勢

目前國內的5G通信供電系統(tǒng)建設已經(jīng)基本成熟，同時其通信技術也在不斷優(yōu)化。通過5G通信電力系統(tǒng)技術，已經(jīng)形成了智能家居、智慧農(nóng)業(yè)等模式，給人們帶來了全新的生活和工作體驗。由此，5G技術和通信供電系統(tǒng)，正在推動著各行業(yè)的發(fā)展。從技術角度看，應用5G通信電力系統(tǒng)，滿足了當前集中化、多元化的供電需求，提高通信服務的可靠性，優(yōu)化了系統(tǒng)建設效果。從未來發(fā)展來看，5G通信容量更高，速度更快。其容量將是4G網(wǎng)絡的數(shù)十倍以上。因此，在5G時代，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)大量傳輸，對數(shù)據(jù)處理中心的電力系統(tǒng)需求越來越大，使其技術方案的發(fā)展?jié)摿σ苍谠鰪姟?/p>

6 結語

總之，5G技術時代的通信網(wǎng)絡，要通過良好電力系統(tǒng)才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢。要通過直流機房配備相關部件，升級通信技術以及優(yōu)化電力系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)和技術等方式，為5G基站的運行提供安全和高效的動力支持。實現(xiàn)5G網(wǎng)絡供電系統(tǒng)的重要價值，不斷促進人們的生活方式的進步，全面推動未來社會科技術的發(fā)展。