5G現(xiàn)網(wǎng)電源配套系統(tǒng)改造分析

摘要：我國信息技術(shù)發(fā)展速度較快，尤其是5G技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)成為移動(dòng)通信的關(guān)鍵技術(shù)。5G技術(shù)融合了許多新興技術(shù)，提升了網(wǎng)絡(luò)傳輸速度，能夠進(jìn)行海量數(shù)據(jù)資源的傳輸，且傳輸?shù)难訒r(shí)較低。本文深入分析了5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)、5G現(xiàn)網(wǎng)電源的配套系統(tǒng)需求以及架構(gòu)演變，并提出了改造5G現(xiàn)網(wǎng)電源配套系統(tǒng)的方案，希望對(duì)5G通信技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展提供些許參考。

關(guān)鍵詞：5G現(xiàn)網(wǎng)電源；開關(guān)電源；機(jī)房電源

2018年我國就已經(jīng)進(jìn)入了5G技術(shù)的建設(shè)階段，三大運(yùn)營商投入了大量的資金進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，并在2020年實(shí)現(xiàn)了全面的5G網(wǎng)絡(luò)商用。5G網(wǎng)絡(luò)的大范圍部署，需要耗費(fèi)更多的成本，因此需要對(duì)現(xiàn)網(wǎng)資源的潛力進(jìn)行挖掘，從而實(shí)現(xiàn)5G網(wǎng)絡(luò)的規(guī)?；⒖焖倩赝瓿山ㄔO(shè)，對(duì)電源配套系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)。

一、5G網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

（一）主設(shè)備的特點(diǎn)

我國的5G網(wǎng)絡(luò)是在4G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，而無線接入的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)也是根據(jù)4G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研發(fā)的，主要的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括集中分布以及有源天線三個(gè)單元，也就是3級(jí)結(jié)構(gòu)[1]。在建設(shè)的過程中，5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)也經(jīng)歷了初期和中后期這兩個(gè)階段，但是這兩個(gè)階段的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)有所不同。在5G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)升級(jí)的時(shí)候，主設(shè)備的重量、體積和功率值等也在發(fā)生變化。工作人員在發(fā)展5G技術(shù)的時(shí)候，需要對(duì)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行密切的關(guān)注，需要對(duì)設(shè)備的功率、AAU尺寸等參數(shù)進(jìn)行合理控制，這樣才能保證設(shè)備應(yīng)用的合理性，從而避免主設(shè)備的負(fù)荷受到負(fù)面影響，對(duì)干擾因素進(jìn)行控制。

（二）網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)在應(yīng)用的時(shí)候需要使用到很多新型的技術(shù)，例如C-RAN或者是MIMO等，這些技術(shù)在應(yīng)用的時(shí)候?qū)镜膮?shù)有較高的要求。當(dāng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸與儲(chǔ)存時(shí)，工作人員需要對(duì)基站位置、各項(xiàng)參數(shù)的配比以及基站的分布數(shù)量等進(jìn)行確定。與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)在功能、算法以及參數(shù)上都有所提升，工作人員在對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究的時(shí)候，可以分析其與4G網(wǎng)絡(luò)的差異，然后引進(jìn)更加先進(jìn)的設(shè)備，從而對(duì)5G現(xiàn)網(wǎng)電源進(jìn)行科學(xué)改造。

二、5G基站電源的配套系統(tǒng)需求

5G網(wǎng)絡(luò)在功能、算法以及參數(shù)上都有所提升，導(dǎo)致其設(shè)備的功耗也有所增加，這就導(dǎo)致其對(duì)現(xiàn)網(wǎng)電源的配套系統(tǒng)提出了比之前更高的要求。在部署5G網(wǎng)絡(luò)的初期，我國的運(yùn)營商主要是使用CU/DU合設(shè)+AAU進(jìn)行部署，但是這種配置導(dǎo)致5G設(shè)備在功耗上比4G增加了3倍。因?yàn)楣牡脑黾?，運(yùn)營商就需要對(duì)其供電設(shè)備進(jìn)行改造，改進(jìn)電源的配套系統(tǒng)。

三、5G基站電源配套系統(tǒng)的架構(gòu)演變

在5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的過程中，會(huì)面臨更多的差異化業(yè)務(wù)場(chǎng)景，因此需要使網(wǎng)絡(luò)的速率更高、延時(shí)更低、連接的數(shù)據(jù)密度更大，這就要求運(yùn)營商對(duì)5G基站架構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化。首先，在進(jìn)行基站站址的選擇時(shí)，運(yùn)營商應(yīng)該選擇集中部署的方式，工作人員在進(jìn)行集中部署的時(shí)候可以使用BBU，這樣就能夠?qū)崿F(xiàn)資源的共享，并且有效地進(jìn)行成本的節(jié)約。因?yàn)椴渴鸱绞降募锌梢允咕W(wǎng)址的獲取更加容易，減少獲取的周期，從而縮短時(shí)間。運(yùn)營商在進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)時(shí)，可以將其各類協(xié)同特性開通，提升其邊緣效率，這樣就可以從各個(gè)方面提高網(wǎng)絡(luò)的性能。其次，在進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)的基帶架構(gòu)時(shí)，一般分為底層的處理單元和高層的處理單元。在運(yùn)行過程中，底層的處理單元可以對(duì)多種接入技術(shù)進(jìn)行處理，而高級(jí)的處理單元能夠在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)上靈活部署各項(xiàng)功能，使基站的擴(kuò)展性以及靈活性提升，使其在進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)候速度更快。在未來的發(fā)展中，5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)會(huì)更加虛擬化，從而實(shí)現(xiàn)快速、靈活地布網(wǎng)。

四、5G現(xiàn)網(wǎng)電源配套系統(tǒng)的改造方案

（一）機(jī)房電源的改造

1.交流外電的容量不足

當(dāng)機(jī)房交流的總輸入不足的時(shí)候，工作人員在改造的時(shí)候就要對(duì)交流的總輸入容量進(jìn)行擴(kuò)充，具體的做法是更換容量更大的變壓器，對(duì)前級(jí)空開的容量進(jìn)行更改或者是對(duì)電線電纜進(jìn)行更改。但是應(yīng)用這些方法進(jìn)行改造，改造的成本較大，并且施工的周期較長，還需要根據(jù)基站的具體情況進(jìn)行具體改造。如果開關(guān)的電源交流輸入存在不足的現(xiàn)象時(shí)，工作人員在改造的時(shí)候可以對(duì)開關(guān)電源的交流輸入容量進(jìn)行擴(kuò)充，或者對(duì)交流配電盒的輸出空開進(jìn)行更換，使其空開比開關(guān)電源的輸入空開小，這樣在改造的時(shí)候成本就比較低，而且施工的周期也較短[2]。

2.直流整流模塊的不足

工作人員在計(jì)算直流設(shè)備的總電流時(shí)，需要使用下面的公式：

（1）

在上面的公式中，直流設(shè)備在運(yùn)行過程中總功耗用P表示，而直流的電壓則用U表示，蓄電池的總體容量是K，在進(jìn)行實(shí)際的電流計(jì)算時(shí)，只需要將各個(gè)數(shù)值代入到公式中，就能夠求出總電流。一般而言，每一個(gè)整流模板的電流應(yīng)該是50A，冗余保護(hù)每增加一個(gè)，整流的模塊數(shù)就需要使用下面的公式進(jìn)行計(jì)算：

（2）

3.DC空開端子的容量不足

在進(jìn)行空開端子的容量計(jì)算時(shí)，工作人員可以使用下列公式：

（安全系數(shù)）×設(shè)備功率/48V ? ? ?（3）

在上面的公式中，I表示的是空開端子的最低值，ε表示的是冗余系數(shù)的安全值，一般都取1.25數(shù)值，而P則是設(shè)備的功率。工作人員在應(yīng)用這個(gè)公式計(jì)算出空開端子的最低電流值之后，就可以據(jù)此更換更合適的BBU-AAU電線電纜的主線芯的截面，使其尺寸更加適合。

4.DCDU的供電方案

在應(yīng)用AAU和BBU電線電纜的時(shí)候，都需要配置雙路電源，在AAU與DCDY的距離短于70m的時(shí)候，就要使用6mm2的電源，而距離在70-100m的時(shí)候，就要使用10mm2的電源，當(dāng)電源長于100m的時(shí)候，就要使用更粗的電纜，從而降低電壓，或者增加升壓的設(shè)備，避免壓降過低，對(duì)設(shè)備運(yùn)行造成不良影響。

（二）開關(guān)電源的改造

1.插框電源

當(dāng)前，我國的各個(gè)運(yùn)營商的基站建設(shè)以及接入網(wǎng)點(diǎn)等的建設(shè)都是采用組合式的開關(guān)電源進(jìn)行供電。在應(yīng)用的過程中，開關(guān)電源的型號(hào)眾多，生產(chǎn)廠家各異，在管理上存在一定的難度，而且一些設(shè)備在網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)間較長，已經(jīng)處于超齡服務(wù)的邊緣，出現(xiàn)了運(yùn)行不穩(wěn)定的現(xiàn)象，并且還沒有配品和配件，在修理的時(shí)候無法將其恢復(fù)到原來的功能。這就會(huì)導(dǎo)致原本的電源配套系統(tǒng)容量較低，沒有擴(kuò)容的空間的情況，而且設(shè)備還出現(xiàn)了性能下降、能耗較多且故障多發(fā)等問題，給5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行造成了極大的負(fù)面影響。工作人員在進(jìn)行插框電源的改造時(shí)，如果原有的電源機(jī)架滿足使用的要求，可以直接使用，并將其中的分流器、交流主輸入空開等進(jìn)行保留，但是原有的整流單元需要替換掉，更換更加具有普適性以及兼容性的整流單元。在具體改造中，工作人員需要保證改造的工程量較少，降低施工的難度，同時(shí)還要滿足蓄電組以及動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)的對(duì)應(yīng)功能[3]。

2.直流遠(yuǎn)供電源

直流遠(yuǎn)供電源的設(shè)備在應(yīng)用的時(shí)候可以將基站內(nèi)部的開關(guān)電源從-48V直流電變成240V-400V，然后再利用電纜將直流電送到遠(yuǎn)端基站的降壓設(shè)備處。局端設(shè)備、遠(yuǎn)端設(shè)備以及傳輸線路共同組成了直流遠(yuǎn)供電源設(shè)備，在應(yīng)用的時(shí)候，局端設(shè)備是核心，此設(shè)備能夠?qū)?48V的直流電變成240V-400V的直流電。局端設(shè)備一般會(huì)放在發(fā)電條件較好的機(jī)房內(nèi)。遠(yuǎn)端設(shè)備主要是將高壓直流電變成DC48V或者是AC22V直流電的設(shè)備。電源在遠(yuǎn)端設(shè)備以及局端設(shè)備進(jìn)行傳輸?shù)倪^程中，需要使用到傳輸線路，不僅可以實(shí)現(xiàn)小電流、高壓的電源傳輸，還能夠?yàn)橥ㄐ旁O(shè)備提供電源，傳輸?shù)木嚯x最遠(yuǎn)可以到達(dá)3000m。

3.微站電源

微站電源在使用的時(shí)候可以滿足功率較大的5GAAU設(shè)備的直流用電的實(shí)際需求，而且在應(yīng)用的時(shí)候可以采取市電直供的供電形式，使用室外直流電源進(jìn)行供電。在實(shí)際的應(yīng)用中，因?yàn)榧彝ビ秒娖毡槭?20V的交流電，在應(yīng)用微站電源的時(shí)候需要將這種電變成48V的直流電，在進(jìn)行微站電源設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員需要對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)設(shè)備在應(yīng)用中的功率進(jìn)行計(jì)算，從而合理設(shè)計(jì)微站電源，確定其具體的數(shù)量和容量。微站電源的設(shè)計(jì)還需要結(jié)合鋰電池的配置，工作人員需要對(duì)站址情況進(jìn)行了解，這樣才能合理進(jìn)行配置。在具體的設(shè)計(jì)中，工作人員應(yīng)該將微站電源設(shè)計(jì)成一體化機(jī)柜，在安裝的時(shí)候可以采取壁掛、路燈桿及環(huán)抱等多種方式，并滿足監(jiān)控桿、路燈桿以及信號(hào)桿等的建設(shè)。

4.開關(guān)電源系統(tǒng)的改造

開關(guān)電源系統(tǒng)在配置的時(shí)候主要用于電池管理、整流及配電。電源的管理主要涉及放電和充電，整流主要是將交流電變成直流電，而配電則是進(jìn)行交、直流電的輸送和分配。在實(shí)際的應(yīng)用中，開關(guān)電源的配置為N+1，并且n≤10 。在進(jìn)行電源容量的計(jì)算時(shí)，其公式為：

（4）

在上述的公式中，R代表在進(jìn)行電池管理的時(shí)候，電池的容量，而P則是設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的功率，Q是電池組的整體容量，η代表的是電池電容量系數(shù)。在5G網(wǎng)絡(luò)中，如果開關(guān)電源達(dá)不到系統(tǒng)的要求，一般和電源容量或者是電源模塊有關(guān)，如果二者無法滿足要求，可以采取添加或者替換的方式進(jìn)行改造。

（三）外市電源的改造

1.外市電源的改造原則

在進(jìn)行外市電源的改造時(shí)，需要對(duì)高壓引電的實(shí)際比例進(jìn)行控制，最好采用低壓直流供電的形式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的條件及運(yùn)營許可再采用高壓引電的形式。在引電的時(shí)候，工作人員需要就近取電，對(duì)引路電徑路進(jìn)行審核，避免繞遠(yuǎn)，當(dāng)繞路超過20%的時(shí)候，就要采用備用的引電路由及打火點(diǎn)[4]。在引電的時(shí)候還要對(duì)頂管的數(shù)量進(jìn)行控制，選擇合適的方法進(jìn)行電纜的敷設(shè)，盡量降低改造的成本。在引電的時(shí)候如果采用鋁合金電纜或者是鋁纜，工作人員需要在接入空開的時(shí)候使用銅鋁過渡的接線端子。

2.外市電源的配置

5G網(wǎng)絡(luò)在接入外市電源的時(shí)候，能夠獲得220V和380V的低壓電和10kW的高壓電，在供電的時(shí)候可以實(shí)現(xiàn)直流供電或者是轉(zhuǎn)供電。直流供電的電費(fèi)較低，需要將電費(fèi)上繳到電力公司，而轉(zhuǎn)供電的電價(jià)一般較高，并且需要將電費(fèi)上繳給業(yè)主。

3.外市電源的改造方法

在進(jìn)行外市電源的改造時(shí)，第一，工作人員可以選擇直接共享的方法，當(dāng)原市電的引入已經(jīng)達(dá)到容量的要求時(shí)，站點(diǎn)就可以直接進(jìn)行外市電的共享，不需要進(jìn)行改造，但是需要對(duì)電表進(jìn)行壓降及報(bào)裝容量。第二，在電表或者是空開的容量較低的時(shí)候，工作人員可以申請(qǐng)?jiān)鋈荩嗦菲骱碗姳砀鼡Q掉，利用原來的電纜進(jìn)行外市電的引進(jìn)。第三，如果基站市電的容量缺口很小，工作人員就可以使用電池進(jìn)行錯(cuò)峰，從而利用限流的形式進(jìn)行充電。在電池錯(cuò)峰充電的時(shí)候，工作人員需要對(duì)開關(guān)電源的功率進(jìn)行控制，從而降低市電的需求量。第四，在市電的缺口較大的基站，工作人員可以采取電池補(bǔ)電的方法，利用空調(diào)為電池供電，減少對(duì)市電的需求。工作人員可以使用鋰電池，讓其在負(fù)載較高的時(shí)候放電，而在負(fù)載較低的時(shí)候充電，對(duì)設(shè)備的波動(dòng)進(jìn)行改善。第五，工作人員在進(jìn)行外電改造的時(shí)候，需要確保處于搭火點(diǎn)位置的變壓器具有足夠的容量，如果電線的線路載流量不足，工作人員需要采取替換電線電纜的方法進(jìn)行改造，這樣既能保證容量，還能夠節(jié)省成本。如果變壓器不符合系統(tǒng)的要求，就要對(duì)其進(jìn)行替換，如果變壓器的性能沒有問題，也可以采取增容的辦法。最后，如果原來的搭火點(diǎn)不能進(jìn)行擴(kuò)容改造，工作人員就可以采取拉遠(yuǎn)的方法，引入220V的單相電，將其轉(zhuǎn)換成三相電，使用三相輸入電源對(duì)原有的電源進(jìn)行替換。

（四）交流配電箱的改造

交流配電箱在應(yīng)用的時(shí)候主要用于交流電的分配，使用的轉(zhuǎn)換開關(guān)以及電涌保護(hù)器主要是380V/A以及380V/100A，對(duì)應(yīng)的市電的最高引入量是37.3kW和23.5kW。在5G現(xiàn)網(wǎng)電源配套系統(tǒng)的改造中，如果容量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，就要更換交流配電箱，而如果容量能夠滿足要求，但是輸出空開的容量不滿足要求，就只需要對(duì)空開進(jìn)行替換。

（五）電池的改造

5G網(wǎng)絡(luò)基站的蓄電池一般是用于存放電能，保障基站內(nèi)各個(gè)系統(tǒng)的電能供給穩(wěn)定。在進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)電源的改造時(shí)，為了滿足系統(tǒng)的要求，需要對(duì)電容進(jìn)行擴(kuò)充。在這個(gè)過程中，工作人員需要對(duì)電池的規(guī)格進(jìn)行科學(xué)的選擇，避免它們之間產(chǎn)生相克的情況。如果電池的類型和規(guī)格不同而進(jìn)行混用，可能會(huì)導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)損壞，因此工作人員在選擇電池的時(shí)候，需要注意這一點(diǎn)[5]。當(dāng)前運(yùn)營商所使用的電池一般是梯次電池或者是鉛酸電池，在進(jìn)行電池容量計(jì)算時(shí)，梯次電池的算法是：

（5）

在上面這個(gè)公式中，Q指的是電池的容量，而K是電池在運(yùn)行的過程中的安全系數(shù)，其取值一般為1.25，a是電池在運(yùn)行時(shí)的溫度，P1、P2分別是一次和二次的通信設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的功率，T1、T2是一次和二次的通信設(shè)備在運(yùn)行時(shí)的備電時(shí)間。鉛酸電池的算法是：

（6）

公式中，Q是鉛酸電池的容量，K是安全系數(shù)，一般數(shù)值為1.25，T是電池放電的時(shí)間，而I則是電池的負(fù)荷電流，η是電池的放電容量，a是電池的溫度，t是電池的環(huán)境溫度的最低值。在進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)電源改造的時(shí)候，工作人員需要對(duì)電池的種類、容量等進(jìn)行檢查，然后確定改造的方案。當(dāng)原站的電池能夠滿足新的容量要求的時(shí)候，可以不進(jìn)行改造；當(dāng)電池的容量不足，而性能又較差時(shí)，就要更換電池；如果電池的容量不足，而機(jī)房的承受空間也不夠，無法增加電池，就可以更換電池。

（六）空調(diào)的改造

5G現(xiàn)網(wǎng)電源在進(jìn)行改造的時(shí)候，可以對(duì)空調(diào)進(jìn)行改造?？照{(diào)系統(tǒng)的類型有三相電和單相電兩種，并且它們都是單冷制式的。在進(jìn)行空調(diào)的設(shè)計(jì)時(shí)，工作人員需要合理設(shè)計(jì)負(fù)荷，還要考慮到基站對(duì)冷量的需求，選擇合適的空調(diào)種類和規(guī)格。在進(jìn)行設(shè)備負(fù)荷的計(jì)算時(shí)，其公式為：機(jī)房面積的0.15倍+設(shè)備功耗=制冷量。

在改造的時(shí)候，工作人員需要確定制冷量，然后就可以根據(jù)需求對(duì)空調(diào)的類型以及數(shù)量進(jìn)行選擇。同時(shí)，工作人員還要考慮到目前已有的空調(diào)是否符合要求，然后再確定是增加空調(diào)的數(shù)量，還是對(duì)原有的空調(diào)進(jìn)行替換。

五、結(jié)束語

在未來的5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中，網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)不斷向高頻、加密且立體分層覆蓋的方向轉(zhuǎn)變，使通信基站的距離更短，網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)乃俣雀?，但是同時(shí)對(duì)于電源配套系統(tǒng)的要求也越來越高，需要不斷進(jìn)行改造與創(chuàng)新。5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展及5G通信技術(shù)的進(jìn)步，要求運(yùn)營商根據(jù)實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)需要對(duì)5G基站的電源系統(tǒng)進(jìn)行改造，使其滿足相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行要求，確保5G網(wǎng)絡(luò)的暢通。

作者單位：高凱 山西信息規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

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