創(chuàng)新電源技術(shù)在5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用研究

周曉偉，張曉宇

（吉林吉大通信設(shè)計(jì)院股份有限公司，吉林 長春 130000）

0 引 言

目前我國已經(jīng)步入了信息化、網(wǎng)絡(luò)化時代，在現(xiàn)代社會發(fā)展的過程中，無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已經(jīng)成為人們?nèi)粘９ぷ髋c生活均會使用到的重要技術(shù)。隨著現(xiàn)代社會對5G基站的要求越來越高，電源系統(tǒng)的功能性與穩(wěn)定性需要進(jìn)一步優(yōu)化，因此必須創(chuàng)新電源技術(shù)，促使5G基站能夠滿足現(xiàn)代社會發(fā)展對無線網(wǎng)絡(luò)的使用需求。

1 5G關(guān)鍵技術(shù)

1.1 大規(guī)模天線陣列技術(shù)

大規(guī)模天線陣列技術(shù)（Massive MIMO）是一種應(yīng)用于信號發(fā)送和信號接收的技術(shù)，該技術(shù)能夠提升信號傳遞與信號接收的效率，并保證信號在傳輸過程中的安全性。總體而言，現(xiàn)階段在5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中應(yīng)用Massive MIMO技術(shù)時，主要是將天線通道拓展為64通道、128通道和256通道。該技術(shù)通過提升天線規(guī)模的方式來提高系統(tǒng)頻譜效率，拓展天線信號的傳輸空間，同時提升信號傳遞量[1]。

1.2 超密集組網(wǎng)技術(shù)

超密集組網(wǎng)（Ultra Dense Networks，UDN）技術(shù)是一種有效提升系統(tǒng)容量的技術(shù)，也是確保5G無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量能夠滿足現(xiàn)代社會發(fā)展需求的關(guān)鍵技術(shù)。該技術(shù)通過增加基站部署密度的方式提升無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)容量。UDN技術(shù)主要利用頻率干擾、站址資源部署來增加基站的部署密度，通過在某區(qū)域內(nèi)增加基站的建設(shè)量來提升系統(tǒng)容量。該技術(shù)的應(yīng)用能夠滿足密集城市人口對無線網(wǎng)絡(luò)的使用需求，是保證5G網(wǎng)絡(luò)能夠被正常使用的重要技術(shù)[2]。

1.3 全頻接入技術(shù)

在5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的過程中，應(yīng)用全頻接入技術(shù)能夠進(jìn)一步提升信號傳遞效率與系統(tǒng)容量。該技術(shù)主要是通過調(diào)節(jié)信號傳遞頻率的方式提升傳遞效率并增加系統(tǒng)容量，以促使5G無線網(wǎng)絡(luò)能夠滿足現(xiàn)代社會人們的使用需求。通過調(diào)節(jié)高低頻段、對稱與非對稱頻率等移動通信頻譜，促使頻譜能夠得到有效應(yīng)用，進(jìn)而在實(shí)現(xiàn)資源的合理利用時提升信號傳遞效果。

1.4 自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

自組織網(wǎng)絡(luò)（Self-Organized Network，SON）技術(shù)的主要應(yīng)用目的是降低網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維成本和改善網(wǎng)絡(luò)性能，在提升網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定性的同時減少企業(yè)的運(yùn)營成本，幫助企業(yè)實(shí)現(xiàn)良好的經(jīng)濟(jì)效益。SON技術(shù)方案是在智能網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化，以保證用戶的使用效果，并保證5G無線網(wǎng)絡(luò)能夠得到進(jìn)一步優(yōu)化。

1.5 網(wǎng)絡(luò)云化技術(shù)

網(wǎng)絡(luò)云化技術(shù)是幫助電源系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)資源合理分配的重要技術(shù)。該技術(shù)主要應(yīng)用了實(shí)時云構(gòu)架系統(tǒng)軟件，在軟件的控制下電源系統(tǒng)能夠拓展豐富資源并形成一個龐大的實(shí)時云構(gòu)架資源池，該資源池內(nèi)的資源能夠滿足電源系統(tǒng)的各類需求。同時，每個接入的射頻單元能夠針對性地處理資源，在一定程度上可以減少資源浪費(fèi)。此外，對各個接入單元分別支配資源的方式能夠促使各個接入單元實(shí)現(xiàn)良好的協(xié)同作業(yè)。

2 5G基站對電源系統(tǒng)的挑戰(zhàn)

2.1 5G基站對電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性提出了更高的要求

根據(jù)筆者調(diào)查研究，在網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的過程中會存在一些網(wǎng)絡(luò)中斷問題，而55%以上網(wǎng)絡(luò)中斷問題產(chǎn)生的原因均與電源系統(tǒng)相關(guān)。其中，最常出現(xiàn)的問題便是電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性受到了影響。隨著我國移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在人工智能、無人駕駛等領(lǐng)域得到了大量的應(yīng)用，而一旦5G網(wǎng)絡(luò)發(fā)生網(wǎng)絡(luò)中斷問題，則會導(dǎo)致通信受到影響，從而對各類生產(chǎn)運(yùn)營活動帶來較大的影響。在5G基站建設(shè)的過程中，必須注重網(wǎng)絡(luò)中斷問題，提升電源的穩(wěn)定性，確保電源系統(tǒng)能夠?yàn)?G網(wǎng)絡(luò)提供充足、穩(wěn)定的電力能源，進(jìn)而保證5G無線網(wǎng)絡(luò)功能的正常發(fā)揮。因此，在進(jìn)行5G網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)的過程中，必須提升對電源系統(tǒng)的重視度，對后備電源進(jìn)行重點(diǎn)規(guī)劃，以確保原電源系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法正常使用時，備用電源能夠替代原電源的工作[3]。

2.2 5G供電需求增加，基站電源建設(shè)需要提前規(guī)劃

近年來，隨著我國移動互聯(lián)網(wǎng)用戶不斷增多，中國電信、中國移動、中國聯(lián)通3家無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的網(wǎng)建需求不斷擴(kuò)大。為滿足現(xiàn)代社會發(fā)展對移動互聯(lián)網(wǎng)的需求，3家無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商不斷開展擴(kuò)建工作，對電力能源的需求越來越高。相較于3G、4G網(wǎng)絡(luò)而言，5G網(wǎng)絡(luò)采用的是3D MIMO制式設(shè)備，該設(shè)備對電能的消耗更大，這就使得基站對電源系統(tǒng)的要求進(jìn)一步提高。在5G無線網(wǎng)絡(luò)基站建設(shè)時，一定要根據(jù)移動互聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際使用情況，結(jié)合5G設(shè)備功耗大的特點(diǎn)提前做好規(guī)劃。

在制定5G基站電源建設(shè)計(jì)劃時，首先考慮未來5G移動互聯(lián)網(wǎng)用戶增多的情況，要保證為交流空開保留足夠的裕度；其次，5G基站選擇使用大功率電源，以滿足基站運(yùn)行工作時對電源系統(tǒng)的需求，同時能夠留有余量來面對電源需求擴(kuò)增的情況；最后，需要預(yù)留足夠的后備電源。在電源系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行中，可能會存在電源系統(tǒng)設(shè)備出現(xiàn)故障的情況，在對故障進(jìn)行檢修與維修時需要停止故障電源系統(tǒng)的工作，此時需要使用備用電源設(shè)備暫時替代故障電源設(shè)備，以確保基站能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.3 UDN技術(shù)的應(yīng)用需要基站在建設(shè)前做好綜合規(guī)劃

通過上文分析可知，在使用UDN技術(shù)時，基帶處理單元（Building Base band Unit，BBU）的數(shù)量會增多，設(shè)備的占地面積也會隨之增大。從成本控制的角度出發(fā)，在5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)之前必須做好綜合規(guī)劃，合理規(guī)劃BBU的空間布局，為企業(yè)降低建設(shè)成本與運(yùn)營成本。通常情況下，BBU的安置方式為集中放置，且5G網(wǎng)絡(luò)集中放置站點(diǎn)容量BBU的數(shù)量通常在50個以上。

3 5G創(chuàng)新電源技術(shù)在5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中的應(yīng)用

隨著5G基站對電源系統(tǒng)的要求不斷提升，在5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中必須提升對基站電源系統(tǒng)的重視度，對電源技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新與優(yōu)化，提升電源系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。現(xiàn)階段，應(yīng)用效果最佳的5G創(chuàng)新電源技術(shù)為市電削峰技術(shù)和新型集中供電技術(shù)[4]。

3.1 市電削峰技術(shù)

市電削峰技術(shù)根據(jù)實(shí)際的5G移動互聯(lián)網(wǎng)使用波動情況合理地調(diào)控電源系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，在移動互聯(lián)網(wǎng)使用用戶較多時對市電進(jìn)行補(bǔ)償供電，而在移動互聯(lián)網(wǎng)使用用戶較少時則需要對蓄電池進(jìn)行充電，從而保證電源系統(tǒng)的運(yùn)行穩(wěn)定性[5-7]。根據(jù)相關(guān)研究，5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)過程中市電削峰技術(shù)具體的制定方案主要包括以下4種。

（1）備電電池錯峰充電。備電電源錯峰充電主要通過降低電池充電電流的方式實(shí)現(xiàn)電池的錯峰充電。當(dāng)5G移動互聯(lián)網(wǎng)用戶增加時，電源的電流將會增大，此時基站電源系統(tǒng)將處于負(fù)荷高峰期，故可采用降低電池充電電流的方式優(yōu)先對通信設(shè)備進(jìn)行供電，以確保通信設(shè)備能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。該方案適用于市電缺口小的城市，最大削峰能力能夠達(dá)到16%。

（2）備用電池錯峰+限流充電。備用電池錯峰+限流充電的方式是在備電電池錯峰充電的基礎(chǔ)上進(jìn)一步壓縮電池充電的電流，在電池充電的過程中對電流進(jìn)行限流。該方式同樣適用于市電缺口較小的城市，最大削峰能力能夠達(dá)到29%。

（3）備電電池錯峰充電+儲能電池削峰。該方式主要促使儲能電池在用電需求量較高時放電，而在用電需求量較低時充電，可以抑制通信負(fù)載的波動對電源系統(tǒng)的影響。該方式適用于市電缺口較大的城市，對城市電力系統(tǒng)穩(wěn)定性的要求較高，最大削峰能力能夠達(dá)到42%。

（4）儲能電池削峰。該方式主要利用儲能電池錯峰充電、放電的原理，即儲能電池在高峰時期放電、在低谷時期充電。該方案適用于市電缺口較小的城市，尤其是停電較為頻繁的基站，最大削峰能力為16%。由于該方案全年啟用次數(shù)有限，不可一直使用，投資回報率較低，因此很少采用。

在實(shí)際進(jìn)行5G基站電源系統(tǒng)的削峰方案時，需要根據(jù)實(shí)際情況合理選擇，以保證削峰方案的適用性。表1為4種削峰方案的對比分析。

表1 4種削峰方案對比分析

3.2 新型集中供電技術(shù)

集中供電系統(tǒng)由局端設(shè)備、遠(yuǎn)端設(shè)備以及電纜3部分組成，可以將機(jī)房內(nèi)穩(wěn)定的直流48 V電源隔離升壓到直流250～410 V，并通過電力電纜以最大效率遠(yuǎn)距離輸送至遠(yuǎn)端設(shè)備，遠(yuǎn)端設(shè)備進(jìn)而將直流高壓變換成直流 48 V[8-10]。直流 280 V 或交流 220 V 電壓為負(fù)載、微基站以及室外綜合接入機(jī)柜等設(shè)備提供24 h穩(wěn)定且在惡劣條件下免維護(hù)的供電。圖1為新型集中供電技術(shù)原理圖。

圖1 新型集中供電技術(shù)原理

4 結(jié) 論

綜上所述，5G網(wǎng)絡(luò)基站對電源系統(tǒng)的要求不斷提升，而且對電源系統(tǒng)的穩(wěn)定性也提出了更高的要求。在5G無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中若想對電源技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新，首先需要采用市電削峰技術(shù)提升電源系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，其次需要利用新型集中供電技術(shù)來確保電源系統(tǒng)能夠滿足5G基站的運(yùn)行要求，以此才能保證5G無線網(wǎng)絡(luò)基站能夠良好的發(fā)揮其功能與價值。