5G現網電源配套系統改造分析

摘要：我國信息技術發展速度較快，尤其是5G技術的發展，已經成為移動通信的關鍵技術。5G技術融合了許多新興技術，提升了網絡傳輸速度，能夠進行海量數據資源的傳輸，且傳輸的延時較低。本文深入分析了5G網絡的特點、5G現網電源的配套系統需求以及架構演變，并提出了改造5G現網電源配套系統的方案，希望對5G通信技術的應用發展提供些許參考。

關鍵詞：5G現網電源；開關電源；機房電源

2018年我國就已經進入了5G技術的建設階段，三大運營商投入了大量的資金進行5G網絡的建設，并在2020年實現了全面的5G網絡商用。5G網絡的大范圍部署，需要耗費更多的成本，因此需要對現網資源的潛力進行挖掘，從而實現5G網絡的規模化、快速化地完成建設，對電源配套系統進行改進。

一、5G網絡的特點

（一）主設備的特點

我國的5G網絡是在4G通信技術的基礎上發展起來的，而無線接入的網絡架構也是根據4G網絡進行研發的，主要的網絡架構包括集中分布以及有源天線三個單元，也就是3級結構[1]。在建設的過程中，5G網絡的架構也經歷了初期和中后期這兩個階段，但是這兩個階段的網絡架構有所不同。在5G網絡結構升級的時候，主設備的重量、體積和功率值等也在發生變化。工作人員在發展5G技術的時候，需要對各項參數進行密切的關注，需要對設備的功率、AAU尺寸等參數進行合理控制，這樣才能保證設備應用的合理性，從而避免主設備的負荷受到負面影響，對干擾因素進行控制。

（二）網絡特點

5G網絡在應用的時候需要使用到很多新型的技術，例如C-RAN或者是MIMO等，這些技術在應用的時候對基站的參數有較高的要求。當進行數據的傳輸與儲存時，工作人員需要對基站位置、各項參數的配比以及基站的分布數量等進行確定。與4G網絡相比，5G網絡在功能、算法以及參數上都有所提升，工作人員在對5G網絡進行研究的時候，可以分析其與4G網絡的差異，然后引進更加先進的設備，從而對5G現網電源進行科學改造。

二、5G基站電源的配套系統需求

5G網絡在功能、算法以及參數上都有所提升，導致其設備的功耗也有所增加，這就導致其對現網電源的配套系統提出了比之前更高的要求。在部署5G網絡的初期，我國的運營商主要是使用CU/DU合設+AAU進行部署，但是這種配置導致5G設備在功耗上比4G增加了3倍。因為功耗的增加，運營商就需要對其供電設備進行改造，改進電源的配套系統。

三、5G基站電源配套系統的架構演變

在5G網絡發展的過程中，會面臨更多的差異化業務場景，因此需要使網絡的速率更高、延時更低、連接的數據密度更大，這就要求運營商對5G基站架構進行改進和優化。首先，在進行基站站址的選擇時，運營商應該選擇集中部署的方式，工作人員在進行集中部署的時候可以使用BBU，這樣就能夠實現資源的共享，并且有效地進行成本的節約。因為部署方式的集中可以使網址的獲取更加容易，減少獲取的周期，從而縮短時間。運營商在進行5G網絡的架構時，可以將其各類協同特性開通，提升其邊緣效率，這樣就可以從各個方面提高網絡的性能。其次，在進行5G網絡的基帶架構時，一般分為底層的處理單元和高層的處理單元。在運行過程中，底層的處理單元可以對多種接入技術進行處理，而高級的處理單元能夠在各個網絡節點上靈活部署各項功能，使基站的擴展性以及靈活性提升，使其在進行數據傳輸的時候速度更快。在未來的發展中，5G網絡的架構會更加虛擬化，從而實現快速、靈活地布網。

四、5G現網電源配套系統的改造方案

（一）機房電源的改造

1.交流外電的容量不足

當機房交流的總輸入不足的時候，工作人員在改造的時候就要對交流的總輸入容量進行擴充，具體的做法是更換容量更大的變壓器，對前級空開的容量進行更改或者是對電線電纜進行更改。但是應用這些方法進行改造，改造的成本較大，并且施工的周期較長，還需要根據基站的具體情況進行具體改造。如果開關的電源交流輸入存在不足的現象時，工作人員在改造的時候可以對開關電源的交流輸入容量進行擴充，或者對交流配電盒的輸出空開進行更換，使其空開比開關電源的輸入空開小，這樣在改造的時候成本就比較低，而且施工的周期也較短[2]。

2.直流整流模塊的不足

工作人員在計算直流設備的總電流時，需要使用下面的公式：

（1）

在上面的公式中，直流設備在運行過程中總功耗用P表示，而直流的電壓則用U表示，蓄電池的總體容量是K，在進行實際的電流計算時，只需要將各個數值代入到公式中，就能夠求出總電流。一般而言，每一個整流模板的電流應該是50A，冗余保護每增加一個，整流的模塊數就需要使用下面的公式進行計算：

（2）

3.DC空開端子的容量不足

在進行空開端子的容量計算時，工作人員可以使用下列公式：

（安全系數）×設備功率/48V ? ? ?（3）

在上面的公式中，I表示的是空開端子的最低值，ε表示的是冗余系數的安全值，一般都取1.25數值，而P則是設備的功率。工作人員在應用這個公式計算出空開端子的最低電流值之后，就可以據此更換更合適的BBU-AAU電線電纜的主線芯的截面，使其尺寸更加適合。

4.DCDU的供電方案

在應用AAU和BBU電線電纜的時候，都需要配置雙路電源，在AAU與DCDY的距離短于70m的時候，就要使用6mm2的電源，而距離在70-100m的時候，就要使用10mm2的電源，當電源長于100m的時候，就要使用更粗的電纜，從而降低電壓，或者增加升壓的設備，避免壓降過低，對設備運行造成不良影響。

（二）開關電源的改造

1.插框電源

當前，我國的各個運營商的基站建設以及接入網點等的建設都是采用組合式的開關電源進行供電。在應用的過程中，開關電源的型號眾多，生產廠家各異，在管理上存在一定的難度，而且一些設備在網運行的時間較長，已經處于超齡服務的邊緣，出現了運行不穩定的現象，并且還沒有配品和配件，在修理的時候無法將其恢復到原來的功能。這就會導致原本的電源配套系統容量較低，沒有擴容的空間的情況，而且設備還出現了性能下降、能耗較多且故障多發等問題，給5G網絡的運行造成了極大的負面影響。工作人員在進行插框電源的改造時，如果原有的電源機架滿足使用的要求，可以直接使用，并將其中的分流器、交流主輸入空開等進行保留，但是原有的整流單元需要替換掉，更換更加具有普適性以及兼容性的整流單元。在具體改造中，工作人員需要保證改造的工程量較少，降低施工的難度，同時還要滿足蓄電組以及動環監控系統的對應功能[3]。

2.直流遠供電源

直流遠供電源的設備在應用的時候可以將基站內部的開關電源從-48V直流電變成240V-400V，然后再利用電纜將直流電送到遠端基站的降壓設備處。局端設備、遠端設備以及傳輸線路共同組成了直流遠供電源設備，在應用的時候，局端設備是核心，此設備能夠將-48V的直流電變成240V-400V的直流電。局端設備一般會放在發電條件較好的機房內。遠端設備主要是將高壓直流電變成DC48V或者是AC22V直流電的設備。電源在遠端設備以及局端設備進行傳輸的過程中，需要使用到傳輸線路，不僅可以實現小電流、高壓的電源傳輸，還能夠為通信設備提供電源，傳輸的距離最遠可以到達3000m。

3.微站電源

微站電源在使用的時候可以滿足功率較大的5GAAU設備的直流用電的實際需求，而且在應用的時候可以采取市電直供的供電形式，使用室外直流電源進行供電。在實際的應用中，因為家庭用電普遍是220V的交流電，在應用微站電源的時候需要將這種電變成48V的直流電，在進行微站電源設計時，工作人員需要對5G網絡的相關設備在應用中的功率進行計算，從而合理設計微站電源，確定其具體的數量和容量。微站電源的設計還需要結合鋰電池的配置，工作人員需要對站址情況進行了解，這樣才能合理進行配置。在具體的設計中，工作人員應該將微站電源設計成一體化機柜，在安裝的時候可以采取壁掛、路燈桿及環抱等多種方式，并滿足監控桿、路燈桿以及信號桿等的建設。

4.開關電源系統的改造

開關電源系統在配置的時候主要用于電池管理、整流及配電。電源的管理主要涉及放電和充電，整流主要是將交流電變成直流電，而配電則是進行交、直流電的輸送和分配。在實際的應用中，開關電源的配置為N+1，并且n≤10 。在進行電源容量的計算時，其公式為：

（4）

在上述的公式中，R代表在進行電池管理的時候，電池的容量，而P則是設備在運行時的功率，Q是電池組的整體容量，η代表的是電池電容量系數。在5G網絡中，如果開關電源達不到系統的要求，一般和電源容量或者是電源模塊有關，如果二者無法滿足要求，可以采取添加或者替換的方式進行改造。

（三）外市電源的改造

1.外市電源的改造原則

在進行外市電源的改造時，需要對高壓引電的實際比例進行控制，最好采用低壓直流供電的形式，根據現場的條件及運營許可再采用高壓引電的形式。在引電的時候，工作人員需要就近取電，對引路電徑路進行審核，避免繞遠，當繞路超過20%的時候，就要采用備用的引電路由及打火點[4]。在引電的時候還要對頂管的數量進行控制，選擇合適的方法進行電纜的敷設，盡量降低改造的成本。在引電的時候如果采用鋁合金電纜或者是鋁纜，工作人員需要在接入空開的時候使用銅鋁過渡的接線端子。

2.外市電源的配置

5G網絡在接入外市電源的時候，能夠獲得220V和380V的低壓電和10kW的高壓電，在供電的時候可以實現直流供電或者是轉供電。直流供電的電費較低，需要將電費上繳到電力公司，而轉供電的電價一般較高，并且需要將電費上繳給業主。

3.外市電源的改造方法

在進行外市電源的改造時，第一，工作人員可以選擇直接共享的方法，當原市電的引入已經達到容量的要求時，站點就可以直接進行外市電的共享，不需要進行改造，但是需要對電表進行壓降及報裝容量。第二，在電表或者是空開的容量較低的時候，工作人員可以申請增容，并將斷路器和電表更換掉，利用原來的電纜進行外市電的引進。第三，如果基站市電的容量缺口很小，工作人員就可以使用電池進行錯峰，從而利用限流的形式進行充電。在電池錯峰充電的時候，工作人員需要對開關電源的功率進行控制，從而降低市電的需求量。第四，在市電的缺口較大的基站，工作人員可以采取電池補電的方法，利用空調為電池供電，減少對市電的需求。工作人員可以使用鋰電池，讓其在負載較高的時候放電，而在負載較低的時候充電，對設備的波動進行改善。第五，工作人員在進行外電改造的時候，需要確保處于搭火點位置的變壓器具有足夠的容量，如果電線的線路載流量不足，工作人員需要采取替換電線電纜的方法進行改造，這樣既能保證容量，還能夠節省成本。如果變壓器不符合系統的要求，就要對其進行替換，如果變壓器的性能沒有問題，也可以采取增容的辦法。最后，如果原來的搭火點不能進行擴容改造，工作人員就可以采取拉遠的方法，引入220V的單相電，將其轉換成三相電，使用三相輸入電源對原有的電源進行替換。

（四）交流配電箱的改造

交流配電箱在應用的時候主要用于交流電的分配，使用的轉換開關以及電涌保護器主要是380V/A以及380V/100A，對應的市電的最高引入量是37.3kW和23.5kW。在5G現網電源配套系統的改造中，如果容量達不到標準，就要更換交流配電箱，而如果容量能夠滿足要求，但是輸出空開的容量不滿足要求，就只需要對空開進行替換。

（五）電池的改造

5G網絡基站的蓄電池一般是用于存放電能，保障基站內各個系統的電能供給穩定。在進行5G網絡電源的改造時，為了滿足系統的要求，需要對電容進行擴充。在這個過程中，工作人員需要對電池的規格進行科學的選擇，避免它們之間產生相克的情況。如果電池的類型和規格不同而進行混用，可能會導致設備出現損壞，因此工作人員在選擇電池的時候，需要注意這一點[5]。當前運營商所使用的電池一般是梯次電池或者是鉛酸電池，在進行電池容量計算時，梯次電池的算法是：

（5）

在上面這個公式中，Q指的是電池的容量，而K是電池在運行的過程中的安全系數，其取值一般為1.25，a是電池在運行時的溫度，P1、P2分別是一次和二次的通信設備在運行時的功率，T1、T2是一次和二次的通信設備在運行時的備電時間。鉛酸電池的算法是：

（6）

公式中，Q是鉛酸電池的容量，K是安全系數，一般數值為1.25，T是電池放電的時間，而I則是電池的負荷電流，η是電池的放電容量，a是電池的溫度，t是電池的環境溫度的最低值。在進行5G網絡電源改造的時候，工作人員需要對電池的種類、容量等進行檢查，然后確定改造的方案。當原站的電池能夠滿足新的容量要求的時候，可以不進行改造；當電池的容量不足，而性能又較差時，就要更換電池；如果電池的容量不足，而機房的承受空間也不夠，無法增加電池，就可以更換電池。

（六）空調的改造

5G現網電源在進行改造的時候，可以對空調進行改造。空調系統的類型有三相電和單相電兩種，并且它們都是單冷制式的。在進行空調的設計時，工作人員需要合理設計負荷，還要考慮到基站對冷量的需求，選擇合適的空調種類和規格。在進行設備負荷的計算時，其公式為：機房面積的0.15倍+設備功耗=制冷量。

在改造的時候，工作人員需要確定制冷量，然后就可以根據需求對空調的類型以及數量進行選擇。同時，工作人員還要考慮到目前已有的空調是否符合要求，然后再確定是增加空調的數量，還是對原有的空調進行替換。

五、結束語

在未來的5G網絡發展中，網絡的架構不斷向高頻、加密且立體分層覆蓋的方向轉變，使通信基站的距離更短，網絡傳輸的速度更快，但是同時對于電源配套系統的要求也越來越高，需要不斷進行改造與創新。5G網絡的發展及5G通信技術的進步，要求運營商根據實際的網絡需要對5G基站的電源系統進行改造，使其滿足相關設備的運行要求，確保5G網絡的暢通。

作者單位：高凱 山西信息規劃設計院有限公司

參 ?考 ?文 ?獻

[1]張洪偉，蔡宗平，馬學軍.基于4G網絡洞察的5G網絡規劃[J].郵電設計技術，2022（02）：26-32.

[2]呂景松.5G承載網面臨的挑戰及建網方案探討[J].中國新通信，2021，23（15）：13-14.

[3]李曉東.現網5G基站電源配套改造的研究與應用要點構架[J].通信電源技術，2021，38（02）：220-222.

[4]朱惠斌，溫亮.現網機房階梯改造為5G接入機房策略分析[J].郵電設計技術，2020（10）：88-92.

[5]葉健濤，嚴鋒，陳廣林.5G基站電源配套建設研究[J].廣西通信技術，2021（02）：12-16.