5G對電源配套設施的影響及應對措施

楊 振

（華信咨詢設計研究院有限公司，浙江 杭州 310052）

0 引 言

隨著信息化技術的快速發展，第五代移動通信技術即5G應運而生，其主要的性能目標是實現數據高速低延遲傳輸、節能降耗以及大規模設備的可靠連接。在對5G技術進行普及的過程中存在一些問題，主要體現在基站設備的配置方面，尤其是現有4G基站的電源配套設施無法滿足5G通信的需求，必須及時對其進行優化改造。

1 5G技術的特點

相較于傳統的3G與4G網絡，5G網絡具備更高的數據傳輸速率和更短的響應時間（低于1毫秒），能為用戶提供更好更優的網絡通信服務。此外，5G網絡的容量很大，可以提供千億設備的連接，有效滿足物聯網通信需求，大幅提升流量密度和連接密度，具備更高的系統協同化和智能化水平[1]。對比4G承載網結構，5G承載網結構的變化如圖1所示。

圖1 5G承載網架構的變化

5G網絡是在4G網絡的基礎上演變而來，在原本室內基帶處理單元（Building Base band Unite，BBU）和遙控射頻單元（Remote Radio Unit，RRU）架構之外，創建了CU、DU、AAUC等全新架構，其中有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）是在天線端借助射頻模塊與天線的聯系而產生的網絡結構。在5G推廣初期，可以采用CU/DU聯合AAU的方式，在發展過程中根據實際供求關系，朝著CU、DU以及AAU這3個不同的層面發展[2]。當前，我國5G主流廠商設備的功耗如表1所示。

表1 5G主流廠商設備功耗

2 5G對電源配套設備的影響

2.1 對電池配置的影響

電池可以保證5G基站設備的持續運行，但是目前很多5G基站依然是沿用4G基站的電池配置，導致其并不能很好的滿足5G基站中大功率設備的運行需求[3]。相較于4G網絡，5G網絡的能量損耗偏高，如果繼續使用之前的電池配置，則會引發設備的折損問題。此外，電池長期超負荷運行，會導致設備過熱，給系統帶來安全隱患。因此，配置5G基站的電池時，需要充分考慮設備運行的現實需求，不能盲目選擇。例如，根據5G基站周邊的環境條件，選擇鉛酸電池或磷酸鐵鋁電池，若地面條件有限，則優先選擇磷酸鐵鋁電池[4]。

2.2 對開關電源的影響

開關電源能夠調節控制電路中的電流，優化電流分配，改善5G能耗偏高的問題。開關作為電源系統的關鍵組成部分，能夠對直流電進行合理分配，為不同的設備提供不同的電流，確保其能夠實現穩定運行。現代城市電力系統中傳輸的是交流電流，各類發電機配備的同樣是交流電流，而蓄電池以及多數通信設備運行需要的是直流電流，通過合理配置開關電源能夠滿足不同設備對于電流類型的不同需求，保證設備安全運行[5]。在實際應用中，開關電源具備配電、整流以及電池管理的核心功能，而在現網改造過程中，受自身容量、電源模塊以及空開端子數量的限制，開關電源并不滿足實際需求。在考慮充電電流的情況下，5G系統的直流負荷需求可以達到150 A[6]。

2.3 對外市電配置的影響

5G需要更多的電容量，通訊運營商在推廣5G的過程中要對電容量進行改造，通過套用電容量需求公式計算實際需求的電容量，然后做好電容量的擴容工作。5G網絡在運行中需要消耗較多的能量去維持優越的通信效果，而基站每增加一個功能，其對于外市電量的需求都會增加，為了降低基站升級改造的成本，可以對相關設備進行共享，在完成一個基站的改造后帶動周邊多個供電設備的共享，借助共享電容測算的方式獲取每一個基站需要配備的電容數量，再根據改造地點的不同選擇相應的外市電改造方法[7]。如果是在現有基站的基礎上擴容改造，可以在關鍵位置增加變壓器或電流開關以獲取更多電容量，也可以在變壓器或開關位置引入外市電設備，引入的電纜要同時滿足載流量、壓漿以及機械強度等方面的要求。根據相關技術標準，通信電源設備在使用交流供電的情況下，設備電源輸入端子位置測量得到的電源允許變動范圍應該在額定電壓值的-15%～10%之間，如果拉電難度大且用電費用高，則可以借助直流遠供設備供電。

3 5G對電源配套設備影響的應對措施

3.1 優化電池配置

5G網絡功能的實現需要更多電能作為支撐，因此建設基站時需要做好電容擴充工作，合理選擇電池的規格，避免不同規格電池相互影響。如果將鉛酸電池和磷酸鐵鋰電池混用，兩者在性能方面存在巨大差異，則很容易出現設備損壞的問題。電池容量如果過大會導致電能浪費，容量過小則會導致設備無法正常運行，因此需要結合實際情況進行選擇。電池優化配置過程中，應該做好資金控制，盡可能以較低的成本來獲取最高收益。對一些性能優越但是容量無法滿足要求的電池，可以設置相應的電池合路器或者引入梯次電池。對于受到基站空間限制且容量不足的電池，可以將其改造成梯次電池，在改造的過程中需要明確最大限流范圍[8]。

3.2 優化開關電源配置

合理使用開關電源可以對一些電池性能優越但是電容量不符合規定的蓄電池進行改造，有效控制其蓄電能力，實現對交變電流和直流電流的分配與控制。在對開關電源進行優化配置的過程中應當考慮配置數量，1個開關電源控制10個以上的電源模塊，通過這種方式能夠實現對電能的優化配置，節約資金成本。隨著5G通信的普及，通訊運營商需要對大量的4G基站進行改造，選擇科學的改造方案，能夠在保證改造效果的同時，減少資源浪費問題，推動5G技術普及應用[9]。

3.3 優化配置外市電

外市電的優化配置任務繁重，相關人員必須對其足夠重視。在傳統基站中，市電容量主要取決于通信設備、蓄電池以及空調設備的最大負荷值之和，可以引入市電削峰技術來降低負荷數。此外，電池充電盡可能避開用電高峰，以免引發停電問題。外市電改造所需的費用不高，技術簡單，可以有效縮短改造所需的時間[10]。

4 結 論

總而言之，在5G時代，通信速率的增大給人們的日常工作和生活帶來了很大便利，對電源配套設施也提出了更高的要求，有關單位要做好電源的優化改造，以更好地滿足設備運行需求。