探索5G 時代通信電源系統的挑戰和解決思路

滕遠林

中通服節能技術服務有限公司

0 引言

信息化技術的發展帶領人們進入了5G 領域的大門，這也為生產生活的各個領域帶來了更廣闊的發展空間，各行各業也面臨著新的機遇與挑戰。例如在通信電源系統運行時往往會遇到電力引入困難或者機房空間有限等問題，因此在實際研究的過程中，應不斷加強對5G 架構的了解，進而保證在第一時間解決通信電源系統運行中的問題，使其可以在5G 時代中得到全面的提升，為我國5G 發展進入新的領域提供條件。

1 通信電源系統的基本內容

1.1 通信電源系統的基本構成

在通信電源系統的運行過程中，往往是借助自身的電源組成形式以及基本構成來實現相應的電力功能，進而為通信系統的正常、穩定運行提供保障。通常情況下，通信電源系統主要由五個部分構成，分別為交流引入環節、開關整流環節、直流分配環節、蓄電池組以及監控系統，通過這五個環節的協調運行實現通信電源系統功能的實現。

1.2 通信電源系統的運行要求

通信電源系統的運行水平會直接受到通信設備功能性的影響，因此通信電源系統的基本運行要求也主要體現在穩定性和可靠性兩方面上。在通信系統正常運行的過程中，如果內部個別的設備出現故障，則會對通信系統產生一定的影響，但這種影響是較的、局部性的，因此這樣的故障也被稱之為基礎故障，只要根據發生故障的設備采取相對應的解決措施就可以有效實現故障的修復與系統的完善。但是出現故障的如果是通信電源系統本身，就會直接影響到整個系統的運行，只是采取相應的應急手段是遠遠不夠的。在這樣的情況下，為了進一步提升通信系統運行的可靠性與穩定性，需要有效保障通信電源系統備用電源以及其他備用供電設施可以隨時保持良好的狀態，尤其是針對直接接入市電部分的通信系統來說，備用電源更是凸顯出了其至關重要的意義。與此同時，在完善備用電源配置的基礎上還要加強對蓄電池的優化設計，進而在通信系統在市電運行出現問題以后依然可以實現其運行可靠性與穩定性的基本要求。另外，由于設備電壓有時會出現不穩定的情況，交流電壓的本身也會產生一定波動，這要求通信電源系統在運行過程中需要配備一定的穩壓裝置，進而為通信電源系統的穩定運行打下堅實基礎。

2 5G 網絡的架構及其面臨的挑戰

2.1 5G 網絡的架構

5G 網絡的發展為通信設備的運行帶來了新的體驗，相較于傳統的4G 網絡，5G 網絡可以顯著提升智能手機以及其他設備的運行速度，同時可以在原有的基礎上減少時延，顯著提升鏈接的穩定性與可靠性。而且5G 網絡的運行可以進一步降低運行成本、提升系統容量，進而為相關設備的大規模連接奠定堅實基礎。在5G 網絡發揮作用機制的過程中，會涉及到三個最為主要的業務應用場景，分別是eMBB、mMTC 以及uRLLC。其中，eMBB 指的是增強移動寬帶，mMTC 指的是海量物聯，而uRLLC 指的則是高可靠低延時連接。同時，針對云辦公、高清語音以及高清視頻的研究在其中也發揮了巨大的功效；網絡容量的大幅度提高不僅可以滿足現階段智能城市發展的實際需求，還進一步符合了物聯網接入的運行需要，從而更好地推動交通、醫療以及工業自動化等領域的發展，為提升連接場景可靠性以及滿足相關的延時性需求提供保障。

2.2 通信電源系統面臨的挑戰

隨著5G 網絡在組網架構方面的不斷優化，其建設水平也得到了顯著提升，在這樣的情況下，對供電系統提出了更為嚴格的要求，同時通信電源系統的運行也面臨著更為嚴峻的挑戰。一方面站點數量的持續增加，尤其是Small Cell 站點較之前相比大幅度提升，大大增加了開展電力引入的難度，同時對電源的需求量也呈現出爆炸式增長的趨勢。而另一方面，相對于大量增長的電源需求，機房的空間是相對有限的，而在現有基礎上開展電源系統的改擴建難度也較大。另外，如果增加機房的數量，那么對電源運行的可靠性與高效性也會提出更高的要求。現階段，5G 網絡的運行過程中開發出更多的全新業務，這使得供電系統的可靠性與穩定性面臨著更大的挑戰，例如車輛的自動駕駛等領域發展都會受到相應的影響。

3 5G 時代通信電源系統挑戰的有效解決思路

當前，5G 網絡的建設重點主要可以分為DC 機房側和無線側建設兩個環節，針對不同的環節所采取的通信電源建設方案也是不同的。

3.1 DC 機房電源解決思路

5G 網絡的發展帶動PTN、核心網等環節持續下沉，在保持原有的集中化DC 與區域化DC 的同時更增加了大量的邊緣DC，通常情況下，邊緣DC 的主要安裝位置為中心機房或者核心匯聚機房。5G 網絡的發展同時也進一步帶動了各網元集成度的提升，在此過程中人們對網絡供電安全的重視程度不斷提升。對于供電來說，不同類型的設備也會產生不同類型的供電需求，一般采用-48V（見圖1）雙電源系統對傳統直流設備進行供電；對于交流設備來說，更多會采用UPS（見圖2）并機系統或者UPS 2N（如圖3 所示）系統實施供電任務；而對于符合240V/336V 要求的設備則采用240V/336VHVDC 供電方式進行供電，進而有效保障主網元設備以及備用設備不會同時發生掉電的情況，為各DC 機房供電的安全性和穩定性奠定基礎。由于科技水平的不斷提升，國家公共電網的供電可靠性從90 年代初期開始不斷提升，一直到2020 年，其重要城市供電的可靠性已經達到了99.965%，這也更為直接地表明了國家公共電網的供電系統運行水平與穩定程度都在不斷提升。在此基礎上，為進一步提升我國DC 機房的運行水平，應進一步采取市電與通信電源系統混合的供電組網方式，從而有效實現滿足用電設備建設需求、緩解機房空間緊張問題以及減少通信電源系統建設投資的目的。另外，因為在進行外市電、變配電系統以及油機系統建設行業的過程中需要的工程周期比較長，因此相對應的DC 機房需要有效滿足可以為其建設提供兩年以上的容量供應，如果無法滿足則需要進行提前增容與擴建。

圖1 -48V 電源供電系統結構圖

圖2 UPS 并機供電系統結構圖

圖3 UPS2N 供電系統結構圖

3.2 無線側電源解決思路

無線側電源的建設模式主要是通過在現有的2G、3G 以及4G 網絡物理站點的基礎上進行5G 通信網絡的建設，這樣的過程也可以被稱之為共址建設5G 設備。共址建設5G 設備對建設成本以及建設周期都有著較為明確的要求，因此在實際開展建設的過程中應結合工程的實際情況采用性價比最高的方式，有效實現節約綜合成本、縮短改造周期的目的。同時，應不斷遵守便捷高效、減網絡影響的原則，對供電系統通信實施全方位地改造。無線側的站點的建設需要結合市電、直流電源以及直流配電盒電池等多方面的因素，同時考察5G設備的負荷，進而有效解決室內與室外不同站點的電源系統運行問題。

（1）室內改擴建的相關思路

當開關電源系統的整流模塊空位在兩個或者兩個以上時，需要相對應地增加兩個或兩個以上的開關電源整流模塊，如果電源類型為組合式開關電源，則需要增加的是兩套50A 的整流模塊。同時，如果在電池之間增加了隔離控制單元，那么就會使得蓄電池出現增容的情況，因此電力擴容容量應該保持在5000W以上。另外，對于其余一部分增加直流配電單元，且散熱能力不滿足實際需求的站點也需要開展相應的改造與擴容，相比來說這樣的方法是成本最低也是最簡單的。而當開關電源系統整流模塊空位在兩個以下時，則要將原有的開關電源系統進行更換與擴容，同時保證蓄電池增容在200～300Ah以上，對于最新更換的電池則要與舊電池之間增加隔離控制單元。同時還要對擴容容量等于或高于5kW，且散熱能力不滿足實際需求的站點進行改造或擴容。這樣的方法可以有效滿足5G 的建設需求，但相較于其他方法則存在成本較高且實施難度較大的弊端，表1為具體通信電源系統設計的相關參數。

表1 標準通信電源系統設計參數示意表

（2）室外改擴建的相關思路

室外改擴建面臨的主要問題是電源的系統插槽不足，當出現類似問題時，則需要增加機柜的數量，同時要配置嵌入式的開關電源，保證電力擴容容量高于5000W，為機柜留有足夠的擴容空間。這樣的方法實施起來具備著操作便捷、且不會對網絡設備的供電造成影響的優勢。當空間較或者距離較遠的時候，增加機柜會受到阻礙，這時原有的機柜容量空間可以進行5G 設備儲存，同時按照就近實施供電的原則，從其他配電箱進行引電，以有效完成供電的運行。該方法實施起來同樣比較簡單，同時大大提升了電源靠近設備的供電效率，避免出現占用額外空間以及網絡設備改造的問題。

3.3 其余補充解決思路

另外，在開展站點改造擴容的過程中還會出現其他方面的困難，為進一步表彰5G 網絡的順利建設，應主要從以下兩個方面為電源系統建設提供思路。

（1）電力擴容困難問題的解決

當出現電力擴容困難問題，主要是因為市電容量存在缺口，對于這樣的問題可以結合市電峰谷的實際情況，在市電峰值缺口處借助電池進行供電，同時在市電波谷為電池儲能，推動分時段供電的有效實施。但該方法因市電峰谷難以判斷，所以可靠性與穩定性都相對較低。如果供電區域的自然資源比較豐富，則可以用風能和太陽代替電池進行供電，但使用風能和太陽能疊加的方法需要的投資也比較大。

（2）拉遠距離不足問題的解決

4 5G 時代通信電源系統的未來發展暢想

就現階段的發展形勢來看，社會發展與信息化技術的不斷推進，勢必會引領通信建設以及通信技術領域得到全方位地提升，而在此過程中，5G 技術也將更加全面地融合其中，其參與的廣度與深度也將得到顯著提升。5G 時代的帶來改變了人們日常生活的各個方面，不論是智慧城市、智能家居，還是交通、醫療以及農業領域的智能化，都顯示著社會發展已經不斷朝向全新與智能的方向發展，同時人們的生活生產也正廣泛地被物聯網以及大數據的應用所影響。在這樣的環境下，通信電源系統也應得到進一步地發展與提升，從而有效適應5G 時代的發展需求，不斷滿足集中化與多樣化的供電特點。同時在進行供電工作的過程中應有效對不同業務的特征進行考慮，有效推動其精細化與合理化發展。在此基礎上，通信電源系統的運行也可以進一步實現降低網絡運營成本、實現降本增效的目的，這不僅會成為5G 網絡在未來發展的重點方向，還會在多角度給電源系統的運行提出更高的要求和挑戰，進而為安全性、穩定性與節能性三位一體電源基礎資源系統的打造奠定基礎。

5 結束語

綜上所述，5G 時代的到來給通信建設的發展提出了更高的要求，因此為不斷滿足時代建設的通信需求，應不斷加強對通信電源系統的建設與優化，進而不斷推動相關系統運行的高速化、多樣化以及集中化發展。在實際建設的過程中，要加強對通信電源系統面臨挑戰的了解，有效解決其在DC 機房電源、無線側電源、電力擴容以及拉遠距離等方面的技術問題，進而不斷提升電源基礎資源系統的穩定性與安全性。