5G通信基站供配電技術研究

作者簡介：茍锃杰（1987—），男，工程師，學士；研究方向：無線移動通信技術。

摘要：5G網絡具有高速率、低時延的特征。5G基站功耗為4G基站的3～4倍。5G基站超密集的組網覆蓋形式也需要更多的電力進行供應。因此，5G基站的建設也對其電源配套提出了更高的要求。為此，文章以5G通信基站的供配電為研究方向，通過對其不同應用場景進行技術指標分析，為5G基站的用電建設提供技術儲備基礎，為5G基站的正常運行提供有益參考。

關鍵詞：5G基站；外市電供電；電源配套

中圖分類號：TN914文獻標志碼：A

0引言

隨著5G技術的不斷深入發展，山西省陸續開始了5G系統的相關建設。2021年10月21日，全省5G基站建設提速工程啟動會召開，山西省工信廳、山西省通信管理局及山西聯通、山西移動、山西電信、山西鐵塔共同簽訂了《2021—2023年5G建設目標任務》，明確到2023年年底，全省要累計建成921萬座5G基站。

5G技術于2019年正式在中國開啟商運。5G技術相較于4G技術而言，其下載速率是前者的數倍。5G技術加持下，人工智能、4K高清技術的發展達到了新的發展高度［1］。5G網絡的功耗是4G網絡的3～4倍。因此，在進行5G基站建設時，設計人員需要對基站供配電情況進行明確分析，待滿足5G基站的用電之后，方可進行其他相關設計。本文主要分析5G設備的功耗情況以及外部供電情況，做出翔實的數據分析，為5G基站的供配電提供翔實的數據支撐。

15G通信基站設備功耗總體分析

5G技術的應用離不開眾多的基站單元。5G技術通過基站信號外覆蓋與室分網絡內覆蓋相結合的方式實現5G技術的實際應用。考慮到5G技術的投入成本，移動通信服務商希望通過引入共享技術針對現有95%以上基站進行5G基站的改擴建。在“創新、協調、綠色、開放、共享”的綠色發展觀下，已有基站抑或是新建基站，都要朝著這一理念相關要求逐步進行改進。5G通信技術由于采用了大規模天線矩陣，其矩陣天線數量相比于4G網絡的8T/8R，其規模增加了32倍，相應耗電量也進行了大幅增加。5G基站運行數據表明其基站設備功耗范圍約為2～4kW，是普通基站耗電的3～4倍［2］。因此，針對現有基站改造或者新建時，設計人員需要對基站的供配電情況進行系統分析，確認其用電負荷以及現場供電條件。設計人員采用合理的設計從而滿足不同工況下5G設備的正常運行，為用戶提供優質通信服務。

25G基站供電系統配套技術分析

一般基站的電源系統通常由交流外市電與機房內的直流供電系統共同組成。5G基站的增加對于供配電系統產生較大影響［3］。因此，在進行供電系統配套技術分析研究時，設計人員主要從外市電引入與直流電源配套2個方面進行分析。

21外市電引入低成本建設研究

新增5G基站時，基站外市電是否需要改造擴容，設計人員需要從5個方面進行判定：外市電報裝容量、電表最大額定電流、搭火點空開容量、電纜載流量、電纜壓降是否滿足。

211外市電容量需求分析

基站外市電需求容量包括直流設備負荷與交流設備負荷兩種，其中直流設備負荷主要包括各類通信設備供電。而交流設備負荷主要空調及照明等其他負荷。

P=P1+P2+P3+P4+P5λ（1）

其中：P為基站的總體容量需求，P1為現有設備的用電負荷，P2為新增5G設備用電負荷，P3為充電電池用電負荷，P4為空調負荷，P5為其他照明及其他負荷。λ通常取09。

212基站最大計算電流

通過對基站最大電流進行分析，設計人員可確認其配電系統如何進行配置，如何進行適配斷路器等設備進行供電：針對不同電壓等級的經驗計算公式如式（2）—（3）所示。

單相：I單相max=Q×1000/220V（2）

其中，I單相max代表兩相電最大計算電流，Q代表容量需求（kVA）

三相：I單相max=Q×1000÷380÷1732（3）

其中，I單相max代表三相電最大計算電流，Q代表容量需求（kVA）

213電纜載流量

根據電纜類型，設計人員通過規格查表確定電纜載流量，確認相應的線纜規格。設計人員在進行線纜選配時，需要考慮到電纜的發熱和長時間使用的特點，選用合適規格的電纜。

214電纜壓降

為便于核算電纜壓降是否滿足，設計人員根據實際工作經驗編制了供電距離速查表。設計人員通過對比電纜使用長度與最大供電距離，確定電纜壓降狀態。針對某些基站遠離電網的情況，在進行配電時，設計人員需要對距離進行測算，進而確定源頭供電電壓。不同電壓等級的供電距離如表1—2所示。

22電源配套低成本建設研究

設計人員按照保證3h備電需求進行測算的要求，在新增5G設備時，設計人員充分考慮蓄電池容量以及開關電源需求容量進行綜合測算。

221蓄電池需求容量（整站3h備電）

（1）鋰電池容量計算。

Q=K×a×（P×3h）/512（4）

式中：Q為電池容量（Ah）；K為安全系數，取125；a為溫度調整系數，寒冷、寒溫Ⅰ、寒溫Ⅱ地區取125；其余地區取10；本次計算取1；P為基站功耗。

（2）鉛酸電池容量計算。

設計人員依據中華人民共和國通信行業標準《通信電源設備安裝工程設計規范》（GB51194—2016）的相關要求做如下計算，計算公式如（5）所示。

Q≥K×T×Iη［1+α（t-25）］（5）

其中：Q為蓄電池容量（Ah）；K為安全系數，取125；T為負荷電流，I為放電小時數（h）；η為放電容量系數（根據設計規范，3h系數值為075）；t為實際電池所在地的最低環境溫度數值（所在地有采暖設備時，按15°考慮，無采暖設備時，按5°考慮）；α為電池溫度系數，當放電小時率≥10時，取系數為0006；當1≤放電小時率≤10時，取系數為0008；當放電小時率＜1時，取系數為001。

以鋰電池為測算，5G設備功耗按照典型功耗3500W進行測算，新增1套5G系統，需配備蓄電池容量256Ah，按標準化配置為300Ah。

222開關電源需求容量

開關電源需求容量計算公式如（6）所示。

W=（P存+P5G）U+Q10（6）

其中，W為開關電源需求容量，P存為現有功耗，P5G為新增5G設備功耗，U代表額定電壓，Q代表蓄電池容量。

以5G典型功耗3500W進行測算，按照蓄電池容量300Ah測算，則需配備整流模塊容量為：3500/512+30=98A，按單塊50A考慮，需配備電源整流模塊2塊。

3結語

5G系統帶給用戶良好通信體驗。5G系統的運營也面臨著高功耗的難點。在進行5G相關基站改造后，通信基站用電負荷大幅增加。因此，設計人員在進行基站供電設計時，須充分考慮到基站的用電情況。從容量需求、最大電流計算、電纜選用、電纜壓降等方面，設計人員進行綜合分析。此外，考慮到設備的蓄電池應急供電等情況，設計人員通過綜合以上各關鍵要素，最終形成一套針對基站的合理供配電方案，進而確保通信基站的正常供電運行。

參考文獻

［1］陳秀娟.5G移動通信網絡關鍵技術分析與研究［J］.中國新通信，2017（7）：4-5.

［2］王曉鵬.5G無線通信鐵塔電源配套分析研究［J］.中國新通信，2022（21）：1-3.

［3］李洪東，章賢昌，孫新麗.關于5G通信基站及行業供電解決方案的總結探討［J］.廣東通信技術，2023（5）：28-31，42.

（編輯王永超）