5G時代通信電源系統存在的問題及解決方案

莫偉彬

（公誠管理咨詢有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引 言

5G通信技術的推廣極大地改善了通信系統中的信息交流速度。在網絡資源的構建過程中，技術人員要分析電網的技術要點、使用條件以及維修維護，從而有效改善電網的運行穩定性。運用信息網絡與智能科技，為各行各業的發展提供新的發展方向。特別是在傳統的電力系統構建中，存在著電源輸入、電源系統結構等問題。因此，有關的網絡工程師要不斷更新和改進信息網絡的基本原理，使之與5G技術框架相結合，并從根本上解決供電系統的發電機、變壓器等問題[1]。

1 通信電源系統基本內容

1.1 通信電源系統構成

在通信電源系統的運行中，一般都是依靠其本身的供電結構和基礎結構來完成相應的供電功能，從而保證了通信系統的正常穩定運行。通信供電系統一般包括交流引入環節、開關整流環節、直流分配環節、蓄電池以及監測系統等5個環節，通過這5個部分的協同工作來完成通信供電功能。

1.2 通信電源系統的運行要求

通信電源系統的運行狀況直接關系到通信設備的功能，因而其運行的穩定性與可靠性也是其基礎工作需求。在通信系統正常運行中，內部一些小設備發生故障會對通信系統造成一定的影響，但是這種影響較小，屬于基本故障，因此只要針對故障設備進行相應處理，就可以實現有效修復和完善。而通信電源系統一旦發生故障，那么就會對整個系統的正常運轉產生巨大影響，只靠應急措施遠遠不夠。在這種情況下，為了提高通信系統的可靠性和穩定性，須保證電力供應系統的后備電源和其他備用電力設備能夠一直處于最佳狀態，特別是對于那些直接與電力設備進行連接的通信系統[2]。同時，要在保證電力供應充足的前提下對通信電源系統進行最優設計，使通信電源系統在市電運行發生故障的情況下仍能滿足供電可靠性和穩定性的基本需求。此外，由于設備電壓不穩以及交流電源（Alternating Current，AC）電壓波動，通信電源系統運行中需要配備相關的穩壓裝置，從而為通信電源系統的安全運行提供一定保障。

2 5G概述

2.1 5G通信技術特點

5G通信技術的信息交互和信號傳導速率較快，最高可以達到10 Gb/s，應用過程中信號的傳輸延遲較低，需要的信息載體容量也比較小。因此，5G通信技術可以實現更快的信息交流，為更多的設備提供持續的連接信號，還能夠迅速整合大數據、云計算、虛擬現實（Virtual Reality，VR）技術以及物聯網，以高效的信息交互模式進行信息傳輸，方便協調通信電源中信號傳遞、切換控制、直流分布等數據指標。同時，系統的工作也與通信供電能力有一定的關系，特別是在信號的傳遞過程中，通過信息技術可以識別并修補故障點，便于技術人員建立緊急控制模型，并依據通信系統的信號指示及時發現各個電力系統的運行狀況。為了提高電力系統的穩定度，技術人員可以利用5G技術對電力系統的工作狀況進行分析，從而對電力系統的工作狀況進行進一步的測算，還可以實現5G的數據通信，提高通信供電系統的工作穩定性[3]。

2.2 5G網絡架構組成

與4G網絡相比，5G通信技術加快了網絡的傳輸速度，增加了連接的穩定性，節約了成本和能量，擴大了系統的規模和容量。5G技術的業務場景主要是加強移動寬帶、海量物聯以及低延時連接等。5G接入網絡的體系結構由有源天線單元（Active Antenna Unit，AAU）、分布單元（Distributed Unit，DU）、集中單元（Centralized Unit，CU）3級組成。在5G建設初期，宏站作為無線局域網的工作部署，隨著5G技術的不斷發展，對超低時延的需求也越來越大，因此在集中化無線接入網（Centralized Radio Access Network，CRAN）中大量應用AAU、DU和CU結構的分離規模。機房網絡構架由匯聚機房、接入節點等構成，匯聚機房起到了疏導、匯聚的功能，同時具有節點的集中配置功能。

2.3 5G電源系統構成及存在問題

基站電源系統通常包括交流供電和直流供電2種方式，其中交流電包括電力引入、保護器等，直流供電包括傳輸設備、蓄電池組和開關電源等。5G網絡中的基站部署時，采用室內基帶處理單元（Building Base band Unite，BBU）、AAU。多輸入多輸出技術（Multiple Input Multiple Output，MIMO）用于5G網絡基站的建設，因此BBU、AAU單元消耗功能低于4G[4]。

為了推進5G網絡建設的發展，需要對網絡組網結構進行重新設計，從而對供電系統提出了更高的要求，也使通信電源系統有了更多標準。例如，由于站點數量激增，引入站點的電力供應困難、供電需求增加、電源系統擴建困難以及機房面積有限等問題隨之而來。受這些因素影響，對供電的可靠性有著更嚴格的標準。5G通信供電系統結構復雜程度超過4G網絡，在提高運行速度的同時，具有連接設備可靠性的優勢。但當前5G通信電源系統還存在一些技術問題，其中常見的便是供電系統有待健全，應優化網絡組網架構，從而滿足供電系統更高的技術要求。例如，如果增加5G基站，就必須增設更多功能強大的站點，當增大電源系統的需要時，還要增大機房的面積，以便為系統的擴展提供良好的環境。

3 5G通信供電系統優化策略

3.1 DC機房電源

隨著5G網絡的發展，分組傳送網（Packet Transport Network，PTN）、核心網等各方面都在不斷向下延伸，在保留了傳統的集中化交流分布（Direct Current，DC）和區域化DC的同時，還加入了大量的邊緣DC，而大多數時候，邊緣DC的安裝地點是中央機房和核心匯聚機房[5]。5G網絡的發展，使各個網元的集成度得到了進一步的提高。就電力供應而言，不同裝置所需要的供電需求也不盡相同（見圖1），通常都是以-48 V雙電源系統對傳統直流設備進行供電；對于交流裝置來說，供電工作通常是由不間斷電源（Uninterruptible Power Supply，UPS）或UPS 2N來完成；而240 V/336 V電壓的設備，則采用240 V/336 V的高壓直流電源，保證了主網單元設備和備用設備不會同時斷電，確保系統的安全、穩定。隨著科學技術的進步，全國公用電網的供電可靠性從90年代初就開始逐步提高，截止到2021年，全國重點城市的供電可靠性已達99.9%以上，這也進一步說明了我國公用電網的供電能力和穩定性正在逐步提高。為了提高國內直流機房的運營能力，進一步采用市電與通信電源系統相結合的電力組網模式，以達到既能滿足電力設備建設需求，又能緩解機房空間緊張和降低通信電源系統建設投資的目的。此外，由于市電、變配電系統、油機系統的建設所需時間較長，相應的DC機房必須能夠滿足2年以上容量的需求，否則就需要進行擴容和改建。

圖1 不同供電系統結構

以此為前提，在國家頒布的有關規范的基礎上，采用了市電+通信電源供電系統構成的混合供電組網方式進行供電，如圖2所示。該方案不僅能滿足了電力設施建設的需要，還能解決電力機房的空間問題，在一定程度上節省建設投資。

圖2 市電+通信電源供電系統結構

3.2 大功率擴容

為了加快5G網絡的建設，必須優化和調整電力運行系統，解決由電網擴容過程中產生的各項問題。技術人員應依據電網的容量和用電的峰谷狀況分析其最大功率差，但其不足之處在于電源的穩定性不能得到保障。另外，對能源富集區進行綜合分析，以常規供電基礎上充分利用太陽能、風力發電等環保供電手段，以應對電力不足的情況[6]。但是這一舉措也會受到區域的影響，因為一旦投入太多，企業將無法承擔相應的經濟壓力。同時，在直流機房，5G通信電力系統建設中，特別是邊遠地區，還存在一些問題。如果有源天線單元（Active Antenna Unit，AUU）設備和電池包斷路單元（Battery Disconnect Unit，BDU）機箱之間的距離較遠，那么為了充分降低線路損耗，就需要額外的線路。因此，在相同功率損耗條件下，需要對直流機房進行降壓和升壓容量調節，以降低線損。一旦發生故障，應及時更換智能鋰電池，確保其放電電壓維持在60 V左右。同時采用分布式電源產品的供電方式，并結合電池的設計，有效解決由于距離遠所帶來的技術問題。

3.3 無線側供電優化和控制

無線側電源分配5G通信技術，在公用電源方向上添加關聯網絡，使得整個系統在可檢測、可控制的狀態下運行[7]。另外，也要注意到無線側供電設備對電網的影響。技術主管要分析每個網絡站點的運行狀況和特性，并調查所用設備的充電情況。對直流配電箱進行功能設計時，應從整體規劃、設備功能、系統應用等方面進行功能優化，并根據各地區的線路特點和元器件特征，確定整流模塊的功能，協調并確保電池的各項性能。為有效改善電源的性能，應在各單元之間添加絕緣組件，以區分各單元的電力狀況。由于機組功率一般擴展到5 000 W以上，因此要重視各區域的電力供應狀況及開關影響。在低成本前提下，探討有關設備的熱效應，并對基站的基礎設施進行優化，以實現低成本的無線側供電。在中央位置設置5G網絡時，技術人員要清楚地了解電網的電壓控制難點，保證供電設計參數與規范要求相一致，需要5臺整流機及1套DC配電板，則可有效地保證電池組的供電要求。此外，在對戶外電網進行改造、擴建時，應考慮增加機柜位置與槽位設置之間的關系，所有5G設備都應該采用內置開關，以確保功率擴展的容量超過5 000 W[8]。

4 結 論

5G通信網絡供電系統在5G時代有其獨特的技術優勢，在DC機房與多個組件相配合，實現了通信技術的升級更新，為用戶生產生活提供了更高質量的通信數據與技術內容，也為人們的生產生活創造了一個高效穩定的通信空間。目前，5G通信電源系統的技術體系已在智慧家居、智慧城市、智慧農業等領域得到廣泛應用，為人們帶來了最佳體驗。由此可知，5G技術和通信電源系統改變了生產生活方式，推動了各行各業的發展。在未來，5G通信網絡的供電系統必將在更廣闊的應用中起到更大的作用，促進我國國民通信生活水平的不斷提高，并尋求更大的技術突破。