摘要：随着5G国际标准的正式确立，我国加大对5G技术的研发力度，5G网络商用部署日益越近。因此，在分析5G电源技术演进的基础上，探讨面临的挑战和应对措施，旨在对未来5G站点的电源建设提供参考。
关键词：5G站点电源；直流远程供电；设计发展
引言
随着工业互联网、物联网、车联网等业务的不断发展，当前LTE网络已经无法满足新业务飞速发展的需求，技术更加先进的新一代移动通信网——5G网络成为了关注焦点。我国是世界上较早开展5G技术研究的国家之一，在技术研发、网络建设与应用创新方面皆取得阶段性成果，具备大规模部署的基础和条件。构建高速率、广普及、全覆盖与智能化的下一代移动通信网，是加快网络强国建设、加速国家信息化进程、助力经济社会发展以及赢得未来国际竞争新优势的紧迫要求。
1、5G站点电源演进趋势
5G站点建设采用高低频搭配与宏微协同的超密集立体异构网模式，微小基站在运行过程中普遍具有覆盖范围偏小的缺点，然而其能耗效率较高，网络信号极强。微站发射功率一般为1～5W或是百毫瓦级，覆盖范围较为有限。相比于宏站，微站的体积和重量大约只有一半，使用灵活，安装便利，可与宏站相结合，作为宏站建设方式的一种有利补充，有效提升立体覆盖效果。从5G的技术特点与发展趋势来看，5G的频谱资源需求宽，需要用到6GHz以上的频率，同时基站站距变短，5G网络基站的数量将远远大于4G网络[1]。
（1）移动置:900/1800/FA26MM(2018)/3.56(2020)/mm波(2022),为满足单站接入多频谱设备,单站功率需增加
（2）考虑共享情况,2020年:站点最大典型功耗:30kW+;站点平均功耗:20kW+。
（3）未来5年预计新增逻辑站超过1000万,70%会加在存量站上。
2、5G站点电源面临的挑战
2.15G新频供电需求增加，站点建设需提前考虑
随着三家运营商5G新频段的引入，供电服务需求增加，三家共享站点总功耗需求达30kW以上。5G设备由初期的8T8R发展到3DMIMO，容量是原来的2.5～3倍，用电功耗将是原来的功耗1.1倍左右。因此，对基站电源系统而言，需要做以下考虑：（1）交流空开保留足够裕度；（2）大功率电源（600A）预留足够容量；（3）备电预留足够余量。
2.25G站点要求更高的可靠性，备电成为必需
经分析，在基站退服原因中，传输及主设备原因占40%左右，而50%以上网络中断是与能源相关的。对2G、3G以语音业务为主的网络来说，小范围的网络中断影响面相对较小，4G网络小范围中断影响也还在可控范围内，而5G网络主要应用于移动支付、智慧城市、虚拟社会、VR/AR、无人驾驶、人工智能以及4K等“万物互联”业务，断网影响难以承受，通信保障压力空前。因此，可靠的基站后备电源是基站建设中必需要考虑的事项。
2.3机房空间、散热、供电和备电能力受限，改造压力大
分布式基站（BBU+RRU）完成了基带单元和射频单元的分离，有利于实现基带单元的集中放置。集中放置优点在于降低机房的新建和租赁需求，降低物业协调难度[2]。考虑3家运营商共享的情况，5G网络集中放置站点容纳BBU数量将在50个以上。此时，站点总功耗可能达到100kW以上，且依照移动公司备电7小时的要求，需配置容量高于18kAh的蓄电池，2个BBU机柜综合占地面积达9m2以上，蓄电池组占地面积维持在24m2左右。现有大部分机房的空间、供电和散热能力均不足，需进行机房改造，改造成本高昂。同时，由于BBU堆叠放置备电要求较高，铅酸电池体积大、质量重，机房承重严重受限。
3应对方案
3.1站点叠光
5G站点设备用电总功耗庞大，现网基站交流引入改造难度大且费用高，为避免交流市电引入的改造，可通过在具备条件的基站中叠加光伏发电系统，提升基站整体供电容量。同时，做到利用自然能源，实现节能减排的目的。
站点叠光是在传统太阳能供电系统的基础上，利用新型智能开关电源系统，实现供电统一监控，智能调度太阳能、市电和蓄电池的使用，实现太阳能优先供电。在正常情况下，通过使用太阳能，降低市电输入，节约电费支出；而在断电时，优先使用太阳能，蓄电池作为备用，有效降低蓄电池损耗，并在一定程度上减少应急上站发电次数，降低成本。从前期的试点情况来看，经叠光改造后，虽然系统建造成本需花费2万元左右，但后期用电电费及油机发电投资每年可节省3.76万元，效益可观。站点叠光的ROI分析如图3所示。
3.2直流系统升压
当前，常用直流供电系统电压为-48V，可将直流系统电压升至57V输出，支持5G大功率模块，降低线缆成本。同时，在系统电压升高后，相同的负载功耗情况下，电力电缆中通过的电流减小，从而减小所需电力电缆的截面积，实现降低线缆采购成本的目的。升压操作只需设定直流供电系统的电压值即可，无需新增供电设备，也不必增加任何额外成本，不影响用电设备的正常工作。不同电压情况下拉远距离对比如表1所示。
3.3铁锂电池备电
铁锂电池在循环放电次数、能量体积比与工作温度范围方面均优于铅酸蓄电池。在体积相同情况下，铁锂电池的备电能力是铅酸电池的两倍，可有效解决机房承重不足的问题。由于新铁锂电池的采购价格较高，一定程度上限制了铁锂电池的大范围推广使用。铁锂电池在通信基站使用的常见模式如下。
（1）铁锂电池单独备电。
在部分机房楼板承重能力或机房空间受限的基站，如租用民房等楼板荷载能力较低机房情况下，可使用铁锂电池代替铅酸蓄电池。凭借铁锂电池的高能量、小体积特性，降低对安装空间与机房楼板承重的要求。同时，由于铁锂电池的工作温度范围较宽，可将机房内空调的设置温度升高，降低空调运行能耗，实现节能减排的目的。
（2）铅酸铁锂电混搭。一般情况下，不同厂家、不同时期、不同容量乃至不同型号的蓄电池不能混用。可通过电池合路器，实现铅酸蓄电池与铁锂电池的混搭使用，提高基站备电能力，实现对现网基站蓄电池资源的优化，降低通信网络的建设和运营维护成本。
（3）梯次电池应用。梯次电池理论上是对原应用于电动汽车，容量衰减至初始容量80%的“退役”动力锂电池实施二次使用。在三类市电环境温度无法保证的高温场景以及四类市电场景作为备电使用时，传统铅酸电池寿命会大幅下降，而梯次利用动力锂电池循环寿命长、耐高温性能好的优点能够在上述场景中实现经济性应用。
3.4直流远程供电
直流远程供电系统由局端设备、远端设备和光电混合缆三部分组成。它可以将机房内稳定的-48V电源隔离升压到DC250～DC410V，并通过光电混合缆或电力电缆以最大效率远距离输送至远端设备，远端设备进而将直流高压变换成DC48V、DC280V或AC220V电压为负载（RRU）、微基站以及室外综合接入机柜等设备提供24小时稳定的、在恶劣条件下免维护的供电。
直流远供系统具备如下优点：（1）采用远程直流供电，发生市电停电时基站可正常工作；（2）避免与电业部门、当地用户接入市电时的协调工作；（3）节省交流取电的额外费用；（4）可使选址更为方便，不受市电的影响；（5）可节省户外UPS，消除电源长期
结束语：
5G通信网络的大规模MIMO与超密集立体异构网技术的应用会给基站电源等基础配套的设计和施工带来巨大挑战，而通过对通信电源新技术和新设备的应用，有力支撑了未来5G网络的快速部署，取得显著的经济效益和社会效益。
参考文献：
[1]黄文超.5G移动通信发展趋势与相关关键技术的探讨[J].电子测试，2017，（7）：58-59.
[2]郭正平，杨慧，罗康宁.5G移动通信技术对基站配套的影响[J].信息记录材料，2017，18（11）：2-3.
论文作者:田晓敏
论文发表刊物:《电力设备》2018年第32期
论文发表时间:2019/5/20
标签：基站论文; 锂电池论文; 站点论文; 市电论文; 机房论文; 电源论文; 功耗论文; 《电力设备》2018年第32期论文;