5G時(shí)代通信電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)和解決思路

王 冕

（湖北中移通信技術(shù)工程有限公司，湖北 武漢 430014）

0 引 言

5G時(shí)代是一個(gè)科技更加發(fā)達(dá)的時(shí)代，促使各行業(yè)迎來了新的生產(chǎn)機(jī)遇。因此，在5G時(shí)代，各行各業(yè)必然面臨新的挑戰(zhàn)。目前，通信電源系統(tǒng)隨著5G時(shí)代的發(fā)展也遇到了很多問題。如何及時(shí)解決通信電源系統(tǒng)的問題，使其在5G時(shí)代獲得全面提高，是其獲得發(fā)展的一個(gè)基本條件。

1 5G網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)和供電挑戰(zhàn)

與4G網(wǎng)絡(luò)相比，5G網(wǎng)絡(luò)能夠在智能手機(jī)以及其他設(shè)備上提供相對(duì)運(yùn)行速度更快的體驗(yàn)，同時(shí)鏈接更加可靠，減少延遲性能源，降低成本，提升系統(tǒng)容量，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模設(shè)備連接的要求。在5G網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)領(lǐng)域，有3個(gè)最主要的業(yè)務(wù)應(yīng)用場景，分別是eMBB（增強(qiáng)移動(dòng)寬帶）、mMTC（海量物聯(lián)）以及uRLLC（高可靠低延時(shí)連接）[1]。此外，探索與發(fā)展云辦公、高清語音、高清視頻的接入也非常重要。網(wǎng)絡(luò)容量的大幅度提高，可以滿足一些智能家居和智能城市的使用，也將滿足大幅度增長的物聯(lián)網(wǎng)接入需要，并且能夠滿足移動(dòng)醫(yī)療、車輛網(wǎng)服務(wù)以及工業(yè)自動(dòng)化等各方面的應(yīng)用，提升連接場景的可靠性，滿足延時(shí)性需求。5G網(wǎng)絡(luò)在建設(shè)方面的需求以及網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)架構(gòu)的調(diào)整與優(yōu)化，都將對(duì)供電系統(tǒng)的要求更嚴(yán)格，也給通信電源系統(tǒng)提出了更多需要完成的任務(wù)。例如，由于站點(diǎn)數(shù)量進(jìn)一步增加，特別是Small Cell站點(diǎn)獲得爆炸式增長，造成站點(diǎn)的電力引入十分困難，同時(shí)電源需求也逐漸增加。然而，機(jī)房空間相對(duì)有限，電源系統(tǒng)的改擴(kuò)建比較困難，同時(shí)機(jī)房數(shù)量也有所增加，需要加強(qiáng)電源的可靠性與高效性。5G網(wǎng)絡(luò)擁有更多新業(yè)務(wù)，也將對(duì)供電的可靠性提出更加嚴(yán)格的要求，如自動(dòng)駕駛等。

2 5G網(wǎng)絡(luò)供電解決思路

5G網(wǎng)絡(luò)主要分成機(jī)房與無線測建設(shè)兩個(gè)部分。由于建設(shè)局站的不同，通信電源建設(shè)方案的解決思路也不同。

2.1 DC機(jī)房電源解決思路

目前，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步發(fā)展，核心網(wǎng)與數(shù)據(jù)等網(wǎng)源有所下沉[2]。在原本集中化與區(qū)域化的基礎(chǔ)上增加了邊緣機(jī)房。邊緣機(jī)房DC基本安裝在中心機(jī)房或者核心匯聚機(jī)房中，按照目前對(duì)設(shè)備的根本需求，會(huì)對(duì)直流設(shè)備使用雙電源系統(tǒng)進(jìn)行供電（如圖1所示），對(duì)交流設(shè)備目使用UPS并機(jī)系統(tǒng)（如圖2所示），或者使用UPS 2N系統(tǒng)（如圖3所示）對(duì)機(jī)房進(jìn)行供電，從而使主用與備用的網(wǎng)元設(shè)備不會(huì)同時(shí)掉線。

圖1 -48 V電源供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2 UPS并機(jī)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖3 UPS 2N供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展過程中，各網(wǎng)元的集成度不斷提升，同時(shí)網(wǎng)路的供電安全受到了更多重視。為了能夠提高DC機(jī)房的工地安全和穩(wěn)定性，傳統(tǒng)的直流供電系統(tǒng)使用雙電源系統(tǒng)進(jìn)行供電。為了能夠滿足更大電壓設(shè)備的供電，可以采用更加先進(jìn)且對(duì)交流設(shè)備使用UPS 2N系統(tǒng)進(jìn)行供電[2]。隨著科技的不斷進(jìn)步，國家的公共電網(wǎng)供電逐漸趨于更加可靠。可以認(rèn)為，目前我國公共電網(wǎng)的供電穩(wěn)定性變得更高，并且在此基礎(chǔ)上能夠打造效率更高、更加綠色環(huán)保的DC機(jī)房。以此為前提，以我國下發(fā)的相關(guān)指導(dǎo)意見為基礎(chǔ)參考，主要使用試電通信電源系統(tǒng)組成的混合供電組網(wǎng)模式進(jìn)行供電，如圖4所示。既能夠滿足在用電設(shè)備方面提出的建設(shè)需求，又可以讓緊張的電力機(jī)房在空間問題上得以解決，并且可以在一定程度上節(jié)約通信電源系統(tǒng)的建設(shè)和投資。

圖4 市電+通信電源供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

不僅如此，由于外市電、變配電系統(tǒng)以及油機(jī)系統(tǒng)在建設(shè)過程中的周期較長，DC機(jī)房需要能夠確保滿足不低于兩年建設(shè)需求的外市電、變配電以及油機(jī)系統(tǒng)的容量。如果一旦難以滿足，必須要進(jìn)行改造或者對(duì)其進(jìn)行增容建設(shè)。

2.2 無線側(cè)電源解決思路

無線側(cè)主要是在已有的2G、3G以及4G的網(wǎng)絡(luò)物理站點(diǎn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行5G通信設(shè)備的部署，也可以被叫做共址建設(shè)5G設(shè)備，需要嚴(yán)格按照建設(shè)的實(shí)際需求，以綜合成本最低的節(jié)省方式，盡量縮短改造周期，以更加便捷快速的形式，對(duì)目前網(wǎng)絡(luò)影響最小且作為核心的原則，對(duì)供電系統(tǒng)的通信進(jìn)行全面改擴(kuò)建。無線側(cè)的站點(diǎn)通過對(duì)市電、直流電源以及直流配電盒電池的情況等各方面進(jìn)行考察，結(jié)合5G設(shè)備負(fù)荷統(tǒng)計(jì)大概2 700萬，對(duì)室內(nèi)與室外不同的站點(diǎn)進(jìn)行分析，從而解決電源系統(tǒng)中的問題。

2.2.1 室內(nèi)改擴(kuò)建思路

開關(guān)電源系統(tǒng)的整流模塊空位一旦在兩個(gè)或兩個(gè)以上的時(shí)候，要能夠增加兩個(gè)或兩個(gè)以上的開關(guān)電源整流模塊。如果是組合式開關(guān)電源，則需要增加兩套50 A的整流模塊[3]。蓄電池一旦增加或是整體出現(xiàn)增容，如新增電池或者新舊電池之間加了隔離控制單元，那么需要能夠考慮到高于5 000 W的電力擴(kuò)容容量。按照需求增加直流配電單元或者直流空開，且對(duì)散熱能力并不能夠完全滿足的站點(diǎn)也要進(jìn)行空調(diào)改造與擴(kuò)容。這種方案的成本最低，也很容易實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 室外改擴(kuò)建思路

如果原本電源的系統(tǒng)插槽不足，需要增加機(jī)柜用于放置5G設(shè)備。需要配置嵌入式開關(guān)電源，同時(shí)要能夠有高于5 000 W的電力擴(kuò)容容量[3]，預(yù)留機(jī)柜的擴(kuò)容空間。這種方案比較簡單，不會(huì)影響目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的供電，也不存在目前網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的割接改造。如果遇到空間受到限制而無法增加機(jī)柜時(shí)，或者設(shè)備之間的距離較遠(yuǎn)時(shí)，原本機(jī)柜擁有的容量空間可以進(jìn)行5G設(shè)備的儲(chǔ)存，從機(jī)柜或者其他配電箱進(jìn)行引電，對(duì)5G設(shè)備機(jī)型實(shí)施近供電原則。這種方案實(shí)施起來比較簡單，避免了出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備改造的問題，且電源靠近設(shè)備供電的效率較高，不會(huì)占用一些額外的空間。

2.3 補(bǔ)充解決思路

對(duì)一些改造擴(kuò)容比較困難的站點(diǎn)，為了能夠順利建設(shè)5G網(wǎng)，其電源系統(tǒng)的建設(shè)思路需要能夠獲得一定的發(fā)散。比如，對(duì)市電容量存在缺口的站點(diǎn)，要能夠按照市電波谷的情況，在市電峰值的缺口使用電池進(jìn)行設(shè)備供電；對(duì)于市電波谷的情況，需要能夠以電池充電的方式進(jìn)行儲(chǔ)能，實(shí)施分時(shí)供電。這種方案的市電波谷情況沒有十分明確，供電穩(wěn)定性的保障相對(duì)較低，對(duì)一些自然能源相對(duì)豐富的區(qū)域，可以在市電供電的基礎(chǔ)上，使用風(fēng)能、太陽能相互疊加的方式供電。但是，使用風(fēng)能與太陽能補(bǔ)充電力缺口很容易受到地域的影響，且投資較大。

3 結(jié) 論

隨著科技的進(jìn)步，通信建設(shè)不斷發(fā)展，通信技術(shù)不斷優(yōu)化，5G已經(jīng)逐漸改變著人們的生活，5G正在重塑著人們?nèi)粘Ｉ钆c生產(chǎn)的各個(gè)方面。電源系統(tǒng)在能夠滿足5G網(wǎng)絡(luò)集中化與多樣化的供電需求下，

需要按照不同業(yè)務(wù)的可靠性進(jìn)行分級(jí)，從而實(shí)現(xiàn)精細(xì)化供電，降低網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本，達(dá)到降本增效的要求。未來5G網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展會(huì)給電源系統(tǒng)提出更多要求與挑戰(zhàn)，因此相關(guān)工作人員要不斷探索，打造一個(gè)更加穩(wěn)定且效率更高的電源基礎(chǔ)資源系統(tǒng)，幫助人們獲得更加便捷舒適的生活，使電源系統(tǒng)獲得更多發(fā)展動(dòng)力，從而全面提高人們的網(wǎng)絡(luò)生活水平。