5G時(shí)代通信電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和解決思路

梁 鋒

（中國(guó)電信桂林分公司，廣西 桂林 541001）

1 通信電源系統(tǒng)的重要性

通信電源是通信系統(tǒng)中的重要組成部分，能夠?yàn)橥ㄐ旁O(shè)備提供穩(wěn)定安全的電能，避免通信設(shè)備出現(xiàn)斷電現(xiàn)象，這也是5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的有力支撐。一旦通信電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障，就會(huì)中斷供電，導(dǎo)致通信系統(tǒng)無(wú)法正常穩(wěn)定運(yùn)行，進(jìn)而帶來(lái)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失與嚴(yán)重的社會(huì)影響。因此，各大電信運(yùn)營(yíng)商需要高度重視通信電源系統(tǒng)，將其作為工作重點(diǎn)，采取有效的措施確保通信電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，這樣才能拓展通信業(yè)務(wù)發(fā)展，提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。

在通信電源系統(tǒng)運(yùn)行中一般存在兩種故障問(wèn)題：一是內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的小設(shè)備發(fā)生故障，此種故障雖然會(huì)影響到通信系統(tǒng)的正常運(yùn)行，但是這種影響波及范圍不廣，影響程度比較低，屬于常見(jiàn)的基礎(chǔ)故障。二是通信電源系統(tǒng)本身出現(xiàn)故障，這種影響比較大，單單依靠應(yīng)急手段是無(wú)法有效解決故障問(wèn)題的。針對(duì)第一種基礎(chǔ)故障，工作人員需要確定好故障設(shè)備，找到故障位置，分析故障原因，采取有針對(duì)性的解決措施，就能夠及時(shí)修復(fù)故障，恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。針對(duì)第二種故障，要想確保通信系統(tǒng)穩(wěn)定可靠運(yùn)行，就需要確保通信電源系統(tǒng)的備用電源、其他的備用供電設(shè)施處于正常工作狀況，確保它們的正常功能性，讓備用電源在直接接入市電部分的通信系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。同時(shí)，需要對(duì)備用電源配置進(jìn)行優(yōu)化完善，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化設(shè)計(jì)好蓄電池，這樣一旦市電電源出現(xiàn)故障，備用電源能夠進(jìn)行短時(shí)間的供電，提高通信電源系統(tǒng)的可用性、穩(wěn)定性、可靠性，為各種通信設(shè)備提供不間斷的動(dòng)力需求，確保通信網(wǎng)絡(luò)暢通運(yùn)行。此外，偶爾也會(huì)存在設(shè)備電壓不穩(wěn)定的情況，再加上交流電壓本身就有一定的波動(dòng)范圍，因此，在通信電源系統(tǒng)的正常運(yùn)行中，為了確保它的穩(wěn)定性和可靠性，還需要配備好穩(wěn)壓裝置，保持輸出電壓的穩(wěn)定性。

2 5G應(yīng)用場(chǎng)景以及通信電源系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

2.1 5G的應(yīng)用場(chǎng)景

5G網(wǎng)絡(luò)提高了通信設(shè)備的運(yùn)行速度和信號(hào)傳輸速度，在4G網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上降低了網(wǎng)絡(luò)時(shí)延，同時(shí)提供了安全、可靠、穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)鏈接。此外，5G網(wǎng)絡(luò)具有大帶寬、低時(shí)延、高容量等優(yōu)勢(shì)，為各種終端大規(guī)模連接的實(shí)現(xiàn)提供基礎(chǔ)條件。因此，建設(shè)5G通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)整個(gè)社會(huì)發(fā)展來(lái)說(shuō)具有重要意義?？傮w而言，5G網(wǎng)絡(luò)在eMBB、mMTC、uRLLC這三個(gè)業(yè)務(wù)應(yīng)用場(chǎng)景中發(fā)揮著重要作用。eMBB是指大流量移動(dòng)寬帶業(yè)務(wù)，mMTC是指大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)，uRLLC是指超高可靠超低時(shí)延通信，無(wú)人駕駛業(yè)務(wù)就屬于此應(yīng)用場(chǎng)景。同時(shí)，5G通信網(wǎng)絡(luò)在大數(shù)據(jù)、云辦公、高清視頻等方面也發(fā)揮著重要價(jià)值，網(wǎng)絡(luò)容量的大幅度提高不僅可以滿(mǎn)足現(xiàn)階段智能電力、智能建筑、智能家庭的發(fā)展需求，還能進(jìn)一步滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)接入的運(yùn)行需要，推動(dòng)交通、醫(yī)療以及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的發(fā)展，全面提升城市生產(chǎn)、管理、運(yùn)行的現(xiàn)代化水平。

2.2 通信電源系統(tǒng)面臨的挑戰(zhàn)

目前，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，5G網(wǎng)絡(luò)也在不斷改善優(yōu)化，網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量與服務(wù)水平也在不斷提升，由此對(duì)5G供電系統(tǒng)要求也在不斷提高，這就導(dǎo)致通信電源系統(tǒng)面臨著更大的挑戰(zhàn)。一是持續(xù)增加的站點(diǎn)數(shù)量。SmallCell站點(diǎn)的應(yīng)用功能是比較強(qiáng)大的，導(dǎo)致Small Cell站點(diǎn)數(shù)量持續(xù)增加，站點(diǎn)電力引入難度加大，同時(shí)電源系統(tǒng)需求也呈現(xiàn)出遞增趨勢(shì)。二是電源需求不斷增加，而機(jī)房的空間是有限的，在原有的基礎(chǔ)上拓展機(jī)房空間、改擴(kuò)建電源系統(tǒng)是很難的。同時(shí)伴隨著機(jī)房數(shù)量的增加，也需要大大提升原有電源運(yùn)行的可靠性和高效性。三是在5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過(guò)程中，隨著各種全新業(yè)務(wù)的不斷開(kāi)發(fā)，對(duì)供電系統(tǒng)的可靠性與穩(wěn)定性提出了更高的要求。拿無(wú)人駕駛技術(shù)來(lái)說(shuō)，車(chē)輛需要像人一樣具有“環(huán)境感知、分析決策、行動(dòng)控制”這三個(gè)功能，而每項(xiàng)功能必須分解到每一個(gè)微小環(huán)節(jié)，才能達(dá)到極致安全和可靠的地步，時(shí)刻都需要5G網(wǎng)絡(luò)的支持，因此，5G供電系統(tǒng)要求更加嚴(yán)格。

3 5G通信電源系統(tǒng)的解決思路

3.1 DC機(jī)房電源解決思路

目前，5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展速度比較快，發(fā)展規(guī)模也在不斷擴(kuò)大，涉及多種多樣的技術(shù)內(nèi)容，不僅保留了固有的集中化、區(qū)域化DC，而且在此基礎(chǔ)上添加了相當(dāng)豐富的邊緣化DC，中心機(jī)房與核心匯聚機(jī)房位置是邊緣化DC安裝的常見(jiàn)位置。站在客觀的角度上，為了確保5G通信電源系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)發(fā)展，就需要建立豐富多樣性的DC機(jī)房。通過(guò)分析設(shè)備需求，我們可以發(fā)現(xiàn)，為了滿(mǎn)足直流設(shè)備的用電需求，主要采用的供電系統(tǒng)是-48 V直流雙電源，為了滿(mǎn)足交流設(shè)備的用電需求，可以使用UPS并機(jī)系統(tǒng)或者UPS/2N系統(tǒng)，為主備用網(wǎng)元設(shè)備的正常供電提供科學(xué)合理的保障，避免出現(xiàn)掉電情況。

目前，我國(guó)5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度、發(fā)展規(guī)模都位居全球第一，顯著提升了各網(wǎng)元的集成度，能夠有效保障網(wǎng)絡(luò)供電安全。DC機(jī)房比較豐富，為了提高DC機(jī)房供電安全與穩(wěn)定性，在進(jìn)行供電時(shí)，我們可以采用-48 V雙電源系統(tǒng)。如果部分設(shè)備滿(mǎn)足240 V/336 V，在進(jìn)行供電時(shí)可以使用240 V/336 V HVDC供電系統(tǒng)。交流設(shè)備的供電需求可以直接使用UPS2N系統(tǒng)。

3.2 無(wú)線(xiàn)側(cè)電源解決思路

無(wú)線(xiàn)側(cè)網(wǎng)絡(luò)的主要類(lèi)型不僅包含傳統(tǒng)的2G、3G、4G網(wǎng)絡(luò)物理站址，還包含在此基礎(chǔ)上增加的5G網(wǎng)絡(luò)站址。根據(jù)實(shí)際的建設(shè)需要，為了提高綜合效益，降低綜合成本，縮短改造周期，確保網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)，降低對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)的影響，就需要科學(xué)合理地改擴(kuò)建通信供電系統(tǒng)。針對(duì)無(wú)線(xiàn)側(cè)站點(diǎn)問(wèn)題，我們需要調(diào)研分析市電直流電源、市電直流配電、備用電源等內(nèi)容，確保調(diào)研分析結(jié)果全面合理，在此基礎(chǔ)上，再根據(jù)5G設(shè)備的負(fù)荷，有針對(duì)性地分析兩種不同屬性的站點(diǎn)，即室內(nèi)站點(diǎn)、室外站點(diǎn)，由此我們能夠得到無(wú)線(xiàn)側(cè)電源的解決思路。

首先是室內(nèi)改擴(kuò)建應(yīng)用。其一，如果是2個(gè)或者2個(gè)以上的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)整流模塊空位，就需要增加2個(gè)及以上的開(kāi)關(guān)電源整流模塊。針對(duì)組合式開(kāi)關(guān)電源，2塊50 A整流模塊才能滿(mǎn)足需求。如果出現(xiàn)增加蓄電池或者整體增容的情況，比如將隔離控制單元設(shè)置在新增電池或者新舊電池中間，那么電力擴(kuò)容容量就必須超過(guò)5 000 W。同時(shí)按照實(shí)際需求提高直流配電單元或者直流空開(kāi)單位的數(shù)量，且要保證散熱能力滿(mǎn)足站點(diǎn)需求。如果散熱能力達(dá)不到站點(diǎn)的應(yīng)用需求，就需要改造空調(diào)或者進(jìn)行擴(kuò)容，此種方案不僅經(jīng)濟(jì)效益高，花費(fèi)的成本不高，而且實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易。其二，如果是2個(gè)以下的開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)整流模塊空位，替換開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)就需要較大的容量，200～300 Ah是蓄電池增加或整體增容的底限值。同時(shí)，針對(duì)超過(guò)5 000 W的電力擴(kuò)容容量，如果散熱能力達(dá)不到站點(diǎn)的應(yīng)用需求，也需要改造、擴(kuò)容空調(diào)。此種方案雖然能夠滿(mǎn)足5G建設(shè)需求，但是會(huì)花費(fèi)較高的成本，并且在實(shí)施系統(tǒng)增容替換操作時(shí)，需要割接系統(tǒng)，實(shí)施起來(lái)比較困難，加大了實(shí)施難度。

其次是室外改擴(kuò)建思路。如果原來(lái)的電源系統(tǒng)存在插槽缺乏情況，AAU設(shè)備與BBU設(shè)備間的距離小于80 m（10 mm2）或者125 m（16 mm2），為了合理放置5G設(shè)備，不僅需要增加機(jī)柜，還需要同時(shí)配備好嵌入式開(kāi)關(guān)電源。在機(jī)柜增加實(shí)施過(guò)程中，我們還需要考慮到高于5 000 W以上的電力擴(kuò)容容量，確保機(jī)柜擴(kuò)容空間預(yù)留的合理性。此種方案不僅實(shí)施簡(jiǎn)單容易，實(shí)施效率也比較高，而且不需要割接或改造現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，也不會(huì)對(duì)現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的正常供電產(chǎn)生任何影響。如果因?yàn)榭臻g限制問(wèn)題導(dǎo)致機(jī)柜增加不現(xiàn)實(shí)，或者AAU設(shè)備與BBU設(shè)備間的距離大于200 m，而原有機(jī)柜的剩余空間能夠滿(mǎn)足5G設(shè)備的放置要求，我們就可以采用引電方式，從機(jī)柜或其他配電箱中引出電源，再使用PAD電源和電池進(jìn)行就近供電，滿(mǎn)足5G AAU設(shè)備的用電需求。此種方案實(shí)施操作方便容易，不需要割接或改造現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，同時(shí)PAD電源距離設(shè)備比較近，大大提升了供電效率。

3.3 其他問(wèn)題解決思路

第一，電力擴(kuò)容困難問(wèn)題的解決思路。如果發(fā)現(xiàn)電力擴(kuò)容比較困難，市電容量缺口站點(diǎn)就成為解決問(wèn)題的突破點(diǎn)?？梢愿鶕?jù)市電峰谷的用電狀況有效分析市電峰值缺口，針對(duì)市電峰值缺口問(wèn)題，為了滿(mǎn)足此階段的供電需求，可以直接使用電池設(shè)備，而電池充電儲(chǔ)能備用平臺(tái)可以直接利用市電波谷為其提供充電、儲(chǔ)能功用，確保分時(shí)段供電操作順利實(shí)施。此方案也存在一定的缺陷，由于市電峰谷判斷難度比較大，使用此方案就無(wú)法有效保證供電的可靠性與穩(wěn)定性，如果供電區(qū)域擁有豐富多樣的自然資源，就需要在保證市電供電穩(wěn)定的基礎(chǔ)上，合理分析風(fēng)能和太陽(yáng)能疊加供電方式，以此來(lái)替代原有的電池供電方式，確保電力運(yùn)營(yíng)缺口能夠得到合理有效補(bǔ)充。地域因素對(duì)此方案的影響比較大，再加上風(fēng)能和太陽(yáng)能疊加供電方式的投資成本過(guò)高，會(huì)大大增加地方電網(wǎng)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)壓力。

第二，電纜拉遠(yuǎn)距離不足問(wèn)題的解決思路。在構(gòu)建5G通信電源系統(tǒng)時(shí)，經(jīng)常出現(xiàn)DC機(jī)房電纜拉遠(yuǎn)距離不足問(wèn)題，通俗來(lái)講，就是AAU設(shè)備與BBU設(shè)備之間的距離比較遠(yuǎn)。面對(duì)此種情況，以下解決思路供工作人員參考：①針對(duì)設(shè)備與機(jī)柜距離較遠(yuǎn)的站點(diǎn)，為了大大降低線(xiàn)路損耗，可以使用增加電纜路徑的方式。②在同等設(shè)備功耗狀況下，為了盡可能降低線(xiàn)路損耗，可以有效分析DC機(jī)房的升壓、降壓內(nèi)容并對(duì)其進(jìn)行合理調(diào)整。③可以使用智能鋰電池，在使用過(guò)程中需要注意鋰電池放電時(shí)需要保證穩(wěn)定的電壓，電壓控制在60 V，避免電池出現(xiàn)跌落導(dǎo)致電纜拉遠(yuǎn)距離不足問(wèn)題。④為了滿(mǎn)足站點(diǎn)距離較遠(yuǎn)的供電需求，可以使用就近供電方案，采用PAD電源+電池的方式。

4 5G通信電源系統(tǒng)的發(fā)展前景

目前，5G通信電源系統(tǒng)發(fā)展建設(shè)愈發(fā)成熟，在通信建設(shè)新發(fā)展理念的推動(dòng)下，我國(guó)建立了多個(gè)5G試驗(yàn)點(diǎn)和示范點(diǎn)，現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作正在穩(wěn)步進(jìn)行中，通信技術(shù)也發(fā)生了日新月異的變化。在5G通信電源系統(tǒng)的支持下，國(guó)內(nèi)逐步形成了多種新型的技術(shù)體系，比如物聯(lián)網(wǎng)、智慧教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療等，這些技術(shù)體系密切聯(lián)系著人們的日常工作和生活，讓人們感受到與4G不同的體驗(yàn)差異，為人們帶來(lái)更多的智慧生活體驗(yàn)。這也從側(cè)面說(shuō)明了5G通信電源系統(tǒng)正在改變?nèi)藗兊纳罘绞?、工作方式和移?dòng)方式，加強(qiáng)了與世界的聯(lián)系，讓社會(huì)邁入數(shù)字轉(zhuǎn)型時(shí)代，為其他行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)新的機(jī)遇和發(fā)展活力。

站在技術(shù)層面考慮，5G通信電源系統(tǒng)不僅能夠滿(mǎn)足5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展集中化、多樣化的供電需求，還能打造全新的通信業(yè)務(wù)，建立可靠的分級(jí)體系，這樣就能精細(xì)化完善優(yōu)化供電技術(shù)，從而為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本的降低帶來(lái)積極影響作用，同時(shí)還能確保通信系統(tǒng)整體建設(shè)效果得到進(jìn)一步提升。當(dāng)然，在持續(xù)發(fā)展過(guò)程中，人們還需要加強(qiáng)研究節(jié)能電源基礎(chǔ)資源系統(tǒng)，確保整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性、安全性和高效性，這樣才能突破原有的技術(shù)瓶頸，提高技術(shù)水平。同時(shí)還需要加快推動(dòng)三大用例目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)移動(dòng)寬帶（eMBB），建設(shè)大規(guī)模機(jī)器類(lèi)通信（mMTC），做到高可靠低延遲通信（uRLLC），這樣才能促進(jìn)5G通信網(wǎng)絡(luò)電源系統(tǒng)的持續(xù)優(yōu)化發(fā)展。

我們預(yù)計(jì)，未來(lái)5G通信系統(tǒng)將會(huì)滲透到社會(huì)發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域，以其高可靠性、低延遲連接為用戶(hù)打造全方位的信息生態(tài)系統(tǒng)，形成人與人、人與萬(wàn)物間的強(qiáng)大移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，讓人與萬(wàn)物的智能互聯(lián)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，從而更好地造福人類(lèi)，促進(jìn)我國(guó)數(shù)字經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)和繁榮，提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)彈性和競(jìng)爭(zhēng)力，持續(xù)增強(qiáng)我國(guó)的綜合實(shí)力。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，5G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)能夠提升原有的通信技術(shù)和通信速度，提高日常生活和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的智能化水平，還會(huì)帶來(lái)商業(yè)模式的變革，帶動(dòng)各行各業(yè)爆發(fā)式增長(zhǎng)。在不遠(yuǎn)的將來(lái)，5G通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)必將會(huì)發(fā)揮更大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)技術(shù)創(chuàng)新，為消費(fèi)者、產(chǎn)業(yè)鏈和運(yùn)營(yíng)商提供更多益處。因此，需要高度重視5G通信電源系統(tǒng)，確保其為5G提供穩(wěn)定和可靠的電力。