张云
广西壮族自治区通信产业服务有限公司 广西南宁
【摘要】大家都知道，5G相对于4G，其基站布局更密集，对电能的消耗更多，对电源供电要求更加严格。因此，如何解决并保障5G基站电源供电，是5G网络能否正常运行的关键。本文通过分析5G基站电能消耗情况，以及当前5G基站电源供应存在的困难，最后对5G基站的电源解决方案提出了个人见解，以供大家互相学习参考。
【关键词】5G；基站电源；解决方案；
一、前言
电源是通信系统的大脑中枢，在通信系统中有着无可替代的作用，而随着5G网络的发展，通信系统对电源供应提出了更高的要求。由于5G网络采用超密集组网技术，基站数量不断增加，电源需求也必然不断增加，特别是 Small Cell 站点获得爆炸式增长，造成站点的电力引入困难。同时，已建基站机房空间相对有限，电源系统的改建扩建困难，而基站机房数量增多，同样也需要更可靠、高效的电源。因此，基站电源解决方案的重要性不言而喻，为确保5G基站正常稳定运行，必须提高基站电源的可靠性和高效性。
二、5G基站电能消耗情况
目前，5G宏站典型功耗为3～5kW，如果通过技术进步和改造，不久将来5G设备功耗可降为2.5kW左右，但仍然是4G的两倍左右。而相对于4G基站，5G设备的BBU（室内基带处理单元）和AAU（有源天线处理单元）功耗均高于4G网络，导致整个基站的功耗大幅增加。在4G时期的基站设备AAU单扇区输出功率在40-80W之间，而在5G时代则会增加到200W，甚至更高。从5G的技术特点与发展趋势的角度来看，5G的频谱资源需求更宽，而基站之间的距离却变短，基站的数量将会大大增加，电源需求强度必定是前所未有的大幅增加。除此之外，5G基站对电源供应安全稳定性有着更为严格的要求，否则自动驾驶、远程医疗、智能制造等高服务等级业务将面临不少挑战。
三、当前5G基站电源供应存在的困难
1、市电扩容困难。目前，各运营商已建的宏基站内包含现网的2G/3G/4G无线设备、现网传输设备、其他业务设备以及空调配套设备，而原宏基站的市电容量一般是15～30kW，新增5G设备后，新增市电总功耗将大幅增加，导致原有宏基站市电扩容困难。
2、原基站直流供电能力不足。现有基站机房内多数设置2～3套开关电源为无线设备、传输设备及其他设备提供电源供电，开关电源的满架容量为600A，实际使用容量约200 A。由于现有组合式开关电源直流配电大容量端子较少，且大部分已被前期的其他设备占用，因此无法满足5G设备的直流配电需求。
3、备用电源问题。随着5G通信技术的发展，5G设备容量大增，用电功耗也将会大大提升，供电服务需求也必然会增多。根据对通信网络服务的研究发现，某些站点经常会出现一些错误服务或者是服务中断的现象，而导致这些现象出现的原因，大都是因为在服务或者是传输的过程中缺少备用电源。根据相关的分析可以得知，在基站服务中断现象中，有50%的原因是与电源有关的【1】。对于2G、3G这种以语音业务为主的网络来说，小范围的通信网络中断，所带来的影响相对来说较少。但是5G网络却主要应用在移动支付、虚拟技术以及人工智能等更大范围连接上，所以一旦5G网络断网，可能会出现严重的后果。因此，5G基站通信电源的保障面临着更大压力。按照传统的备电策略，假设蓄电池的后备时间为4h，若考虑众多设备的用电负荷，特别是中国铁塔承建资源共享的基站，需配置2000Ah及以上的蓄电池组。传统铅酸电池的重量大且体积大，使得站点楼面承重和使用空间都面临巨大挑战。
4、机房改造成本压力较大。5G移动基站的建设，通常都是采用分布式基站形式，这种基站形式，能够实现基带单元的集中放置。虽然集中放置可以大大地降低新建机房和租赁机房数量的需求，从而降低物业协调的难度，但是如今5G基站站点集中放置的设备越来越多，有些站点甚至能实现容纳量50个BBU设备以上，因此站点设备用电总功耗也会大大增加，对电源的需求更高，通常会在100kW以上。另外，原基站机房空间却比较狭小，供电和散热能力均不足，所以导致供电和备电能力受到了很大的限制。若是要进行改造，那么不仅改造的成本比较高，而且改造压力也会比较大。
四、5G基站电源解决方案
1、宏基站电源解决方案
目前，基站电源系统主要采用220 V/380V交流市电引入+通信电源的模式。这种模式主要由市电电源系统（220 V/380 V市电引入及变压器系统）、交流配电系统、直流配电系统（包含48V高频开关电源、后备蓄电池组及直流配电设备）以及后备发电系统（多为移动油机和部分站点配置固定油机）组成。市电电源系统将一路380V交流市电接入机房内的交流配电箱（屏），交流配电输出连接至基站内开关电源的整流单元，整流单元将220V/380V交流整流成48V直流电源。开关电源则通过直流配电单元输出至直流配电屏（箱），从而将电能分配输出至无线、传输及其他设备使用。48V后备蓄电池组在市电有电时并接在系统中浮充电，停电时通过开关电源的直流配电单元为设备供电，从而保证为通信设备24h不间断供电。目前，随着5G网络的进一步发展，按照目前对设备用电的需求，会对直流设备使用双电源系统进行供电，对交流设备则使用UPS并机系统，或使用UPS 2N系统对机房进行供电，从而使主用与备用的网元设备不会同时掉线。5G 网络发展过程中，各网元的集成度不断提升，同时网路的供电安全受到了更多重视。为了能够提高DC 机房的工地安全和稳定性，传统的直流供电系统使用双电源系统进行供电。
为了能够满足更大电压设备的供电，可以采用更加先进且对交流设备使用 UPS 2N系统进行供电[2]。
另外，在5G基站中，直流远供是一种新型的供电方式，直流远程供电系统由近端的局端设备、远端设备以及拉远部分3部分组成，它可以将机房内的-48V通信直流电源通过局端设备升压到250～410V，并通过拉远部分既光电混合缆或电力电缆远距离输送至远端供电设备，再由远端供电设备将高压直流降压为48V直流或其他电压，为供电负载（如RRU和微基站等）进行供电。在5G基站电源供应中，通过局端基站将直流升压至远端基站，远端基站通过调压给设备供电。对于直流远供新型供电方式，新建连片区域或高铁沿线基站可以选择局端基站向两边的远端基站进行直流远供，这个供电方式目前高铁沿线基站应用较多。另外，因5G建设将在密集城区建设大量的微站，对市电需求较多。在现有市电无法增容的情况下，采用集中式高压直流远供方案可解决部分站点电力引入困难的问题。如果拉远站和微站采用分散式供电方案，那么需在每个站点都配置开关电源和蓄电池组，且部分站点需要配置多组蓄电池。采用直流远供可以根据各拉远供电站点的用电总容量配置较大容量的蓄电池组，从而减少蓄电池的组数，降低蓄电池组总的配置容量。不过，直流远供电方式仍存在缺点，由于高压直流远供从近端站至远端站的供电，需先升压再拉远输电，末端降压经历 3 次电能转换，转换过程中损耗较大，因此造成用电成本较高。而且如果高压直流远供近端站和远端站之间的电缆出现中断、漏电或电源短路情况，会造成远供站点停电，需通过更可靠的组网方式如双电路冗余方式进行解决。
2、微基站电源解决方案
（1）采用市电引入。微基站点多采用转供电，通过物业变压器或租赁住户用电直接引入。当转供电采用物业变压器直引到微基站机房时，根据微基站需求核算各拉远设备的总用电功耗，考虑多家运营商设备用电需求，容量预估为3.5～10kW。这时就需要核实物业变压器输出柜断路器容量是否满足微基站设备用电需求，若现有物业断路器开关无法满足设备的用电需求，则需替换断路器开关或重新引入大容量断路器，并核算确认引入线缆的路由和线径；当转供电采用租赁住户用电直引到机房时，根据微基站设备需求核算各总用电功耗，同样要考虑多家运营商需求，容量预估也是3.5～10kW。按照机房规划总用电量，重新引入外市电，同时需适当预留较大的断路器容量和引电电缆线径。
（2）采用后备发电系统。普通微基站一般不设置固定后备发电系统，考虑到微基站的重要性，可根据实际情况设置移动发电机组，移动发电机组容量建议配置为15～30kW。
（3）采用远供电源系统。在多个微基站分散供电的应用场景下，应采用远供方式进行供电，其传输电压范围为220～350V。根据局端供电电源的差别，局端可配置48V开关电源，先进行局端升压后再远供拉远，远端降压后为远端通信设备供电。局端配置高压直流电源时无需在局端升压，可直接远供拉远，然后在远端降压后为远端通信设备供电。容量较大的基站，考虑到一定的压降，可以采用直接远供后不降压的方式进行供电。对于与城市公共基础设施，如灯杆、监控杆等一体化建设的基站，可采用紧凑型架构的供电方案，将电源模块安装在室外机柜内。电源模块中主要包含整流单元和直流配电单元，整流单元配置容量为3～9kW，室外采用锂电备电方案，根据不同的供电容量和后备用电时长，确定不同锂电池的备电时间。电源模块应具备多样化输入、模块化、高集成度、适应范围广以及节省安装空间等特点。如果微基站采用一体化建设，配置紧凑型电源模块时，也应根据室外安装环境配置浪涌保护器、防雷器。
3、其它注意事项
（1）当在原有2G/3G/4G的网络物理站点进行5G设备的部署（共址建站）时，应当通过对市电、直流电源以及直流配电盒电池的情况等各方面进行考察，结合 5G 设备负荷统计，对室内与室外不同的站点进行分析，并对供电系统进行改扩建，从而解决电源供电问题。
（2）当进行室内电源扩建时，如果组合式开关电源系统的整流模块有2个（含）以上空位，则应增加2套50A的整流模块。而当增加蓄电池或新旧蓄电池之间加隔离控制单元时，应考虑到高于5KW的电力扩容容量，则按照需求增加直流配电单元或直流空开。对于散热能力差的老旧空调，则可进行更换，减少其用电功率，从而减少用电成本，这种方案实施成本最低，也很容易实现。
（3）当进行室外改建扩建时，如果原有电源的系统插槽不足，需要增加机柜用于放置5G设备，需要配置嵌入式开关电源，同时要能够有高于5000W的电力扩容容量，并预留机柜的扩容空间[3]。这种方案比较简单，不会影响目前网络设备的供电，也不存在对原有网络设备进行割接改造。如因空间受限无法增加机柜，或设备之间距离较远时，可在原本机柜拥有的容量空间储存5G设备，从机柜或者其他配电箱进行引电，对5G设备进行近端供电，这种方案实施起来比较简单，避免了设备改造，且电源靠近设备供电的效率较高，不会额外占用空间。
（4）对于部分改造扩容困难的站点，可根据市电的峰谷情况，在市电峰值缺口时采用电池为设备供电，在市电波谷为电池充电进行储能，进行分时段供电。
（5）对于AAU设备距离 BBU机柜较远的站点，可通过增加电缆线径的方式减少线路用电损耗。而在同等设备功耗情况下，通过升压提升远供距离，减少线路 损耗；另外，还可以采用分布式供电产品 PAD 电源和电池就近供电，以此解决 距离较远站点的供电。
五、总结
总之，相对于4G而言，5G在基站电源方面所提出的要求苛刻得多，同时为了能够实现5G网络的大规模部署，相关技术人员应当结合工程具体实际，采取有效的措施方案来解决基站电源供应问题,以保证5G网络的正常稳定运行。
【参考文献】：
[1]于利辉.5G站点电源面临的挑战及解决方案研究[J]通信电源技术.2019（05）
[2]赵凯.通信电源设备的建设与维护探讨[J]电子技术与软件工程.2017.（06）
[3]项树东.通信电源设备的使用与维护[J]通信管理与技术.2017.（05）