現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造的研究與應(yīng)用

王海峰

（中通服咨詢?cè)O(shè)計(jì)研究院有限公司，江蘇 南京 210019）

1 5G網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用特點(diǎn)

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備特點(diǎn)

5G通信技術(shù)是在4G通信技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，因此4G通信技術(shù)是5G通信技術(shù)的基礎(chǔ)。5G網(wǎng)絡(luò)中使用的無(wú)線接入網(wǎng)架構(gòu)是在傳統(tǒng)4G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基礎(chǔ)上演變而來(lái)的，為集中單元、分布單元以及有源天線單元三級(jí)結(jié)構(gòu)。5G網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)使用的天線為射頻模塊和天線一體化集成模式。在5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的建設(shè)與使用過程中，經(jīng)歷了建網(wǎng)初期與中后期兩個(gè)階段。在不同階段，它的結(jié)構(gòu)存在一定的差異。例如，隨著大規(guī)模物聯(lián)網(wǎng)等新型業(yè)務(wù)需求的增加，主設(shè)備架構(gòu)也會(huì)發(fā)生一定的變化。在建網(wǎng)初期階段，一般會(huì)選用CU/DU合設(shè)與AAU的結(jié)構(gòu)，而到了中后期階段，需要采用CU、DU以及AAU的三級(jí)結(jié)構(gòu)[1]。在網(wǎng)絡(luò)升級(jí)結(jié)構(gòu)的變化過程中，主設(shè)備的體積、重量以及一些功率值都會(huì)隨之發(fā)生變化。在當(dāng)前5G通信技術(shù)快速發(fā)展的過程中，相關(guān)部門必須要在參與5G項(xiàng)目建設(shè)時(shí)關(guān)注AAU尺寸、重量以及功率等各種參數(shù)，通過對(duì)各種不同類型設(shè)備的研究來(lái)掌握網(wǎng)絡(luò)主設(shè)備負(fù)荷的影響因素，進(jìn)而采取必要的控制措施降低干擾。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

5G網(wǎng)絡(luò)在實(shí)際應(yīng)用過程中為保障正常使用，往往需要使用其他的一些新型技術(shù)，如多輸入多輸出系統(tǒng)和C-RAN技術(shù)。這些技術(shù)在具體應(yīng)用過程中存在局部頻率重復(fù)使用和智能微小分區(qū)等問題，因此對(duì)5G基站參數(shù)提出了更高的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。在實(shí)際的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)運(yùn)行過程中，數(shù)據(jù)傳輸與存儲(chǔ)時(shí)不僅需要考慮基站位置和分布數(shù)量的因素，還需要考慮一些干擾和能效等因素[2]。對(duì)比5G通信技術(shù)與4G通信技術(shù)發(fā)現(xiàn)，5G通信技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)功能、參數(shù)以及算法都得到了有效改進(jìn)與提升。相關(guān)企業(yè)在5G網(wǎng)絡(luò)的開發(fā)過程中，必須要科學(xué)控制成本，在技術(shù)改進(jìn)和設(shè)備引進(jìn)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)網(wǎng)基站電源的配套改造。

2 現(xiàn)網(wǎng)基站電源配套核算及面向5G改造建議

5G網(wǎng)絡(luò)下，現(xiàn)網(wǎng)基站配套設(shè)施必須要滿足技術(shù)發(fā)展的實(shí)際需求。在整個(gè)運(yùn)行過程中，現(xiàn)網(wǎng)基站配套設(shè)施主要包含交流市電引入線路、油機(jī)發(fā)電機(jī)組、交直流配電設(shè)備、整流設(shè)備以及蓄電池組等，如圖1所示。

圖1 基站電源配套結(jié)構(gòu)示意圖

建設(shè)5G基站時(shí)，由于需要使用的各種設(shè)備數(shù)量相對(duì)較多，且這些設(shè)備在運(yùn)行過程中存在較高的設(shè)備消耗，因此現(xiàn)網(wǎng)基站電源配套已經(jīng)無(wú)法滿足5G基站的建設(shè)要求，必須要在其基礎(chǔ)上實(shí)施相應(yīng)的改造。根據(jù)相應(yīng)的改造要求，如果僅僅考慮一處基站新增5G的前提下，外市電需改造站點(diǎn)、交流配電箱以及空調(diào)等，改造占比分別在26%、18%以及25%等。

3 5G對(duì)電源配套系統(tǒng)的影響及改造

3.1 電池的配置

在現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套的運(yùn)行過程中，電池是其構(gòu)成的關(guān)鍵。只有保障電池的改造效果，才能夠維持不間斷的供電，進(jìn)而使5G網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)前，5G通信技術(shù)尚處于發(fā)展的初期階段，很多地區(qū)的5G網(wǎng)絡(luò)采用的電池依舊為傳統(tǒng)的4G電池裝置。由于條件限制，4G電池裝置難以滿足5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的技術(shù)需求。在整體運(yùn)行過程中，由于5G網(wǎng)絡(luò)的能耗非常大，若采用4G電池裝置，將會(huì)給相應(yīng)的設(shè)備造成嚴(yán)重危害。因?yàn)殡姵亻L(zhǎng)期處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下極易出現(xiàn)過熱問題，引發(fā)嚴(yán)重的安全事故。在電池安裝配置的過程中，需結(jié)合5G通信技術(shù)對(duì)現(xiàn)網(wǎng)基站電源配套的基本要求合理選擇和應(yīng)用電池，使電池的負(fù)荷能夠充分滿足日常需求。在對(duì)電池實(shí)行改造時(shí)，還應(yīng)當(dāng)結(jié)合附近的環(huán)境情況選取電池類型。

3.2 開關(guān)電源的配置

開關(guān)在整個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路中電流變化的科學(xué)控制，根據(jù)系統(tǒng)對(duì)電流的具體需求合理分配電路中的電流資源。在現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造的過程中，開關(guān)電源的配置與改造極為關(guān)鍵。通過科學(xué)的開關(guān)電源配置，可以有效降低5G基站運(yùn)行時(shí)的能源損耗。電源開關(guān)的存在能夠科學(xué)控制電流流向，科學(xué)分配交直流電，使得不同的設(shè)備可以在開關(guān)電源的控制下維持其正常的運(yùn)轉(zhuǎn)。城市中，居民用電一般為交流電流，發(fā)電機(jī)的電流卻大多為交變電流，而蓄電池類的又為直流電流，且絕大多數(shù)的通信設(shè)施設(shè)備為直流電流。因此，在實(shí)行開關(guān)電流的配置與改造過程中，必須要明確各種設(shè)備所需的電流類型，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的改造。開關(guān)電流的功能主要體現(xiàn)在配電、整流以及電池管理方面。現(xiàn)網(wǎng)基站電源配套改造的過程中，若受到開關(guān)電源總?cè)萘亢碗娫茨K的限制，可能會(huì)導(dǎo)致開關(guān)電源改造難以滿足實(shí)際的需求。一般情況下，5G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)下的直流負(fù)荷需求達(dá)到了150 A，其中含有充電電流。當(dāng)現(xiàn)有組合開關(guān)容量和端子無(wú)法有效滿足具體需求的情況下，可以采用以下改造策略。第一，可以采用擴(kuò)容整流模塊的方式。擴(kuò)容后能夠滿足實(shí)際的使用需求，在此過程中需盡量保持?jǐn)U容模塊與原有模塊的一致性。第二，若需增加的整流模塊已經(jīng)停產(chǎn)，在開關(guān)電源的改造過程中，可以考慮采用替換或者新增開關(guān)電源的方式。第三，在擴(kuò)容后難以滿足其實(shí)際需求，同樣可以考慮新增或者替換開關(guān)電源。

3.3 外市電的配置

5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程中，對(duì)于電容量的需求量相對(duì)較大，因此傳統(tǒng)的電容量已經(jīng)無(wú)法滿足當(dāng)下的要求，必須要在傳統(tǒng)電容量的基礎(chǔ)上加以適當(dāng)改造。在具體的改造過程中，為了保障電容量符合需求，需直接調(diào)用相應(yīng)的公式進(jìn)行計(jì)算，并適當(dāng)采取必要的方式擴(kuò)大計(jì)算得出的電容量。相較于4G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，5G網(wǎng)絡(luò)會(huì)消耗更多的能源來(lái)確保通信的穩(wěn)定和正常。每處基站只要新增加一個(gè)5G功能，便會(huì)同步增加相較于原來(lái)2倍的外市電量消耗。為了減少改造期間的成本，應(yīng)當(dāng)實(shí)行有效的資源共享措施，通過資源共享準(zhǔn)確計(jì)算所有基站所需配置的具體電容量[3]。通常狀況下，對(duì)于不同的改造地點(diǎn)需實(shí)施不同的外市電改造措施。如果在實(shí)際改造過程中需對(duì)原基站進(jìn)行擴(kuò)容改造，可以在相應(yīng)的部位添加一些其他裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，將重點(diǎn)部位增設(shè)變壓器和電流開關(guān)提升其電容量，也可在對(duì)應(yīng)的變壓器與開關(guān)部位設(shè)置外市電設(shè)備以增加電容量。在將外市電低壓引進(jìn)電纜時(shí)，應(yīng)當(dāng)要符合載流量、壓降以及機(jī)械強(qiáng)度等需求。相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)中明確提出，通信電源設(shè)備若采取交流供電，則設(shè)備電源輸入端子處測(cè)量電源的合理變動(dòng)范圍為額定電壓值的-15%～+10%。若是在設(shè)計(jì)期間存在取電費(fèi)用太高和拉電困難等問題，則在實(shí)際運(yùn)行過程中需選用直流遠(yuǎn)供設(shè)備實(shí)現(xiàn)供電。

4 現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造的相關(guān)策略

4.1 電池的有效配置

電能是5G功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。在實(shí)際的建設(shè)過程中，為滿足系統(tǒng)的運(yùn)行需求，需進(jìn)行適當(dāng)?shù)碾娙輸U(kuò)充。通過科學(xué)選擇電池規(guī)格，能夠避免各種不同規(guī)格電池使用時(shí)的相克現(xiàn)象。例如，磷酸鐵鋰電池與鉛酸電池在使用時(shí)不能夠混合使用。如果在使用過程中出現(xiàn)了不同類型和規(guī)格的電池混用情況，可能會(huì)造成設(shè)備的損壞。電池電容的選擇要遵循合理性的原則，避免過大或者過小。一旦電容過大，將會(huì)導(dǎo)致電能浪費(fèi)，難以維持資源的合理應(yīng)用，而電容過小將難以保障設(shè)備的正常運(yùn)行，嚴(yán)重的甚至?xí)斐稍O(shè)備損壞。在電池的配備過程中，必須要嚴(yán)格加強(qiáng)資金的科學(xué)控制，盡量以最小的成本獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益。在電池的配備過程中，相關(guān)人員必須要對(duì)比分析停電數(shù)據(jù)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的資金投放與控制。電池配置需利用模塊化實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容，在資金控制的基礎(chǔ)上滿足電池?cái)U(kuò)容的需求。在電池之間的相互連接方面，相關(guān)人員需密切關(guān)注與之相匹配的電流圖，分析二者之間的兼容性，通過對(duì)充電與放電狀態(tài)下的電流和電壓峰值統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，保障電池?cái)U(kuò)容的合理性，避免出現(xiàn)雪崩效應(yīng)。

4.2 開關(guān)電源的創(chuàng)新運(yùn)用

現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造過程中，開關(guān)電源的改造極為重要。在開關(guān)電源的改造過程中，必須要從實(shí)際需求出發(fā)，保障現(xiàn)網(wǎng)基站電源配套設(shè)施的完整性。開關(guān)電源的使用可以提升和改造電源的性能，科學(xué)控制電流性質(zhì)，使得在5G網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)行過程中，開關(guān)電源能夠根據(jù)實(shí)際需求科學(xué)分配交變電流與直流電流。開關(guān)電源的改造過程中，必須要嚴(yán)格遵守相應(yīng)的配置原則。對(duì)于超過10個(gè)以上的模塊，需要配備一個(gè)開關(guān)電源來(lái)加以控制。隨著5G通信技術(shù)的快速發(fā)展，必須要在原有基站的基礎(chǔ)上，加強(qiáng)對(duì)開關(guān)電源的創(chuàng)新與改造。

4.3 外市電的創(chuàng)新解決

外市電改造是現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造的重點(diǎn)。外市電改造相對(duì)復(fù)雜，在整個(gè)改造過程中，常常會(huì)耗費(fèi)較大的人力和物力資源。為保障外市電改造的合理性，相關(guān)人員在改造過程中必須要加大對(duì)改造環(huán)節(jié)的分析與研究，統(tǒng)計(jì)與分析專業(yè)的數(shù)據(jù)。外市電的改造效果將會(huì)影響基站的穩(wěn)定運(yùn)行。傳統(tǒng)基站市電容量一般為通信設(shè)備、蓄電池充電以及空調(diào)的最大負(fù)荷的總和。若要降低負(fù)荷數(shù)，可以采用市電削峰技術(shù)。高峰期時(shí)，要盡量避免對(duì)電池充電，否則極易發(fā)生停電現(xiàn)象。外市電改造過程中，成本費(fèi)用投入相對(duì)較低，更適用于偏遠(yuǎn)地區(qū)，有效緩解資金壓力。

5 結(jié) 論

近年來(lái)，隨著5G網(wǎng)絡(luò)的日益普及，5G技術(shù)發(fā)展日益成熟。為滿足網(wǎng)絡(luò)需求，必須要加強(qiáng)現(xiàn)網(wǎng)5G基站電源配套改造，保障基站內(nèi)的相關(guān)設(shè)備設(shè)施能夠符合實(shí)際需求，促進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)快速發(fā)展，推進(jìn)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步。