面向5G基站的綜合節能技術分析研究

摘要：5G通信基站能耗為4G基站的3～4倍。作為傳統的能耗大戶，5G通信基站的電能消耗將更加巨大。在“碳達峰、碳中和”的發展背景下，面對國內上百萬座的通信基站，做好基站的節能工作至關重要。因此，該文以5G基站的節能技術為研究方向，通過采用智能調節方法、加裝節能設備等措施實現5G基站綜合能耗的有效下降，進而為5G基站的“綠色”運營提供有益參考。

關鍵詞：5G通信基站；節能；智能調節；節能設備；綜合能耗；

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.05.020

中圖分類號：TN 914；TN 929.53" " " " " 文獻標志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）05-00-03

Analysis and Research on Comprehensive Energy-Saving Technology

for 5G Base Stations

WAN Fang

（China Tower Corporation Changzhi Branch， Taiyuan 030000， China）

Abstract： The energy consumption of 5G communication base stations is 3～4 times that of 4G base stations. As a traditional high energy consumer， the commercial use of 5G communication base stations will consume even more electricity. In the context of carbon peaking and carbon neutrality， it is crucial to do a good job in energy conservation for millions of communication base stations in China. Therefore， this article takes the energy-saving technology of 5G base stations as the research direction， and effectively reduces the comprehensive energy consumption of 5G base stations by adopting intelligent adjustment methods and installing energy-saving equipment， thereby providing useful reference for the \"green\" operation of 5G base stations.

Keywords： 5G communication base station; energy saving; intelligent adjustment; energy-saving equipment; comprehensive energy consumption

0" "引言

2019年，5G技術在中國正式進入商用。經過4年的發展，我國5G基站的數量已經達到300萬座，占整個通信基站數量為28%。傳統的通信基站其能耗相對較低，通信基站的節能技術相關研究緊迫性不足[1]。隨著5G通信基站的占比逐步提升，其單站功耗高和超密集部署等原因，導致其電能需求大幅提升。但是，各省市區域內相關電力配套相對滯后。在某些城市區域，新增供電線路較為困難，基站的用電擴容十分不易[2]。因此，5G基站的改造與供配電矛盾凸出。此外，隨著5G設備功耗成倍增加，空調降溫等設備功耗也明顯增加。綜上所述，5G基站的綜合功耗相對較高，其進行綜合節能具有十分顯著的經濟效益。

因此，本文以5G基站的綜合節能為研究方向，通過對影響5G基站耗能的關鍵要素進行分析，并針對性給出解決性措施。通過對5G通信基站供電技術的節能進行探索，為構建綠色、可持續的通信網絡提供有效技術路徑。

1" "5G基站能耗總體分析

在通信基站運行過程中，基站的正常運行需要外市電進行供應。5G基站的能耗主要包括核心設備和輔助設備兩大設備。其中，核心設備中囊括了BBU-AUU為核心的數據收發裝置。而輔助的設備又包括了空調、蓄電池等輔助核心設備正常運行的配套設備[3]。5G基站供電系統示意圖如圖1所示。

由圖1可知，整個基站的供電全部由380 V AC市電完成。通過集中的配電箱，實現開關電源、空調、照明等設施的集中供電。基站通信主設備全部由48 V DC完成。此外，通過加裝蓄電池或者鋰電完成短時間內應急狀態的供電，保證通信基站在至少3 h以內不停電。BBU-AAU的主流基站設備功耗如表1所示。

通過表1可以分析出：5G設備本身的功耗是4G設備的1.9倍。考慮到一個基站通常實現“1個BBU+3個AAU”的組合模式，此種模式下最終5G設備的功耗約為4G設備的3～4倍。考慮到很多時段5G用戶的不飽滿性，實際負載于供應負載嚴重不匹配。因此，通信設備的節能勢在必行。否則，高企的用電成本也會極大提高運營商的運維成本。

根據權威的統計數據表明，現有5G基站功耗單站平均功耗約為6 kW。其中，通信設備能耗占比46%，空調設備能耗占比46%，其他能耗占比為8%。因此，做好空調設備的相關節能意義十分重大。為了保證基站室內18～24℃室溫，很多基站在進行空調運行時基本是執行24小時開機，尤其是在晚間等時段，其氣溫相對較低。因此，空調節能的潛力較大。

2" "5G基站節能技術分析研究

根據5G基站的使用特點，我們進行針對性節能技術分析研究，包括智能通信設備節能調節技術、空調部分替代技術、可再生能源供電等技術。

2.1 智能通信設備節能調節技術

智能化是未來電氣設備的主流發展趨勢。隨著人工智能、大數據技術的逐步成熟，智能化與5G基站的結合為5G基站的節能發展提供了新發展思路。通過物聯網技術的使用，5G基站的功耗數據可以全部傳輸至后臺數據中心中。系統可以根據通信網絡負載和實際需求進行重點分析。例如，我們在某區域不發生重大變化的情況下，可以利用2個月的通信網絡負載情況作為訓練樣本，進行預測程序編制。以此為依據，作為預測判據。例如，典型的居民住宅樓，白天時段由于通信用戶陸續離開住宅，通信網絡負載呈現低負載水平。而到了18：00以后，隨著通信用戶的陸續歸家。在18：00～23：00的時段內，通信網絡表現為高負載，而到了23：00以后，通信網絡又逐步進入到低負載階段。通過此種規律性變化，通過智能化調控技術的使用，通信基站的AAU開啟數量可以進行動態調節[4]。相較于傳統的AAU全開的模式，智能化的節能調節技術在保障周邊用戶正常使用的需求中，基站能耗可有效下降20%以上。我國5G基站規模接近300萬個，智能節能技術的應用其經濟價值較大。通過實時監測和靈活調整功率，不僅可以降低通信基站的能源消耗，減少能源浪費，還可以提高通信網絡的資源利用效率。這不僅對運營商的成本控制和運營效率具有重要意義，也符合可持續發展的能源利用理念，為構建綠色、高效的5G通信網絡提供了一種有效的技術手段。因此，進一步研究和應用基于供需匹配的動態功率調整策略，將為5G通信基站電力節能技術的發展提供有力支持。通過不斷改進和優化動態功率調整技術、結合智能化能源管理系統和節能型硬件設備等措施，我們可以進一步提高通信基站的能源利用效率，實現節能與智能化的目標。

2.2 空調部分替代技術

空調作為基站的重要溫控設備，其核心降溫作用是無可取代的。但是，為了降低空調的使用頻次，我們可以在非夏季時段高溫時段實現空調使用的部分替代，進而實現溫控設備的有效節能。目前，溫控設備的主要手段包括新風節能系統、氟泵節能技術2種模式。

2.2.1 新風調節系統

在眾多節能技術中，利用自然現有條件進行節能降溫是經濟型最高的技術。新風系統節能的方式如圖2所示。它主要利用空氣對流的原理實現基站內熱量的有效排出。在進風口設置防塵網對顆粒物進行過濾，它可有效應用于濕度相對較低的北方區域。在出風口設立排氣扇。當排氣扇進行對外抽氣時，也會加速室內氣體迅速流入到室內，進而有效增強空氣對流，實現室內機房溫度的下降。

5G基站內通過溫度檢測裝置對基站內溫度的監測作為新風系統開啟與否的重要條件。優點在于經濟性高、系統較為簡單，較易維護；缺點是由于它與外界環境直接相通，對外界環境較為敏感，因此，針對某些工業園區不建議安裝此類系統。所以在后續的節能設計中，設計人員可根據使用環境特點做出合適的選擇。

2.2.2 氟泵節能技術

傳統的空調制冷技術的核心部件是壓縮機。壓縮機可有效實現制冷劑的定向循環，而氟泵技術的使用就是替代壓縮機進行制冷劑的輸送。分析數據表明，在低溫情況下（室外溫度小于5℃）時，產生同樣的制冷量，氟泵的功耗約為壓縮機功耗的十分之一。因此，以氟泵節能技術為基礎，具有重大節能空間。在北方地區的冬季，氣溫普遍在0℃以下，利用氟泵節能技術替代空調系統可產生明顯的能耗下降。在室外氣溫高于15℃時，開啟空調進行制冷；當氣溫介于5～15℃之間時，可將氟泵與壓縮機同時進行使用。此模式下，空調處于降頻模式，能耗也會有所下降。氟泵節能技術其保證了室內的密閉性，可應用于外部環境較差的基站設計中。

2.3 可再生能源供電技術

隨著光伏發電、風力發電等技術的使用，“綠色能源”成為未來的重點關注方向。光伏發電俗稱太陽能發電技術，該技術主要在基站機房房頂或者空地等區域放置光伏發電板，針對不同基站的運行功率進行光伏發電板的適配。為了充分獲取太陽能，在進行光伏電板的安裝時要充分考慮到各種物體產生的陰影遮擋進而影響發電效率。光伏發電技術不僅可以滿足日常通信基站的日間供電，而且也可將獲取的多余電能儲存到儲能元件中。當處于夜間時段時，蓄電池也可進行放電動作，進而從總體上實現對外市電網電能的消耗。相較于太陽能發電技術，風力發電主要應用于風力資源較為富集的省份（如新疆、青海、內蒙等省區）。太陽能發電技術與風力發電技術產生的電壓波動性較大，通常處于0～50 V DC，無法直接使用。為此，設計人員在進行設計時，通常都需要加裝電源適配器，從而穩定輸出12 V/24 V/48 V等滿足通信設備用電的電壓。在實際使用過程中，可根據基站地的地理條件，對以上技術進行單獨使用或者聯合使用，進而實現經濟效益的最大化。

3" "結束語

隨著5G的快速發展，5G基站的數量呈現逐年上升的態勢，為了有效降低5G基站的使用能耗，本文通過采用智能通信設備節能調節技術、空調部分替代技術以及可再生能源供電技術等措施，實現5G基站綜合能耗的有效下降，為5G基站的“綠色發展”提供有益參考。

參考文獻

[1] 鄭文彬，宗鄰雙，朱鵬斐．5G通信基站供電技術的節能與智能化探索[J]．長江信息通信，2023，36（12）：221-223．

[2] 郭世浩，張豎新．5G基站電源節能改造研究[J]．中國新通信，2023，25（20）：10-12．

[3] 翟敏，宋耀寧．5G移動通信網絡智能節能應用方案[J]．長江信息通信，2023，36（05）：221-224．

[4] 王桂林，湯卓凡，張娟，等．基于基站協作調度開關的通信基站節能模型研究[J]．電力信息與通信技術，2023，21（02）：34-39．