创新电源技术在5G无线网络建设中的应用研究

周晓伟，张晓宇

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林 长春 130000）

0 引 言

目前我国已经步入了信息化、网络化时代，在现代社会发展的过程中，无线网络通信技术已经成为人们日常工作与生活均会使用到的重要技术。随着现代社会对5G基站的要求越来越高，电源系统的功能性与稳定性需要进一步优化，因此必须创新电源技术，促使5G基站能够满足现代社会发展对无线网络的使用需求。

1 5G关键技术

1.1 大规模天线阵列技术

大规模天线阵列技术（Massive MIMO）是一种应用于信号发送和信号接收的技术，该技术能够提升信号传递与信号接收的效率，并保证信号在传输过程中的安全性。总体而言，现阶段在5G无线网络建设中应用Massive MIMO技术时，主要是将天线通道拓展为64通道、128通道和256通道。该技术通过提升天线规模的方式来提高系统频谱效率，拓展天线信号的传输空间，同时提升信号传递量[1]。

1.2 超密集组网技术

超密集组网（Ultra Dense Networks，UDN）技术是一种有效提升系统容量的技术，也是确保5G无线网络系统容量能够满足现代社会发展需求的关键技术。该技术通过增加基站部署密度的方式提升无线网络系统容量。UDN技术主要利用频率干扰、站址资源部署来增加基站的部署密度，通过在某区域内增加基站的建设量来提升系统容量。该技术的应用能够满足密集城市人口对无线网络的使用需求，是保证5G网络能够被正常使用的重要技术[2]。

1.3 全频接入技术

在5G无线网络建设的过程中，应用全频接入技术能够进一步提升信号传递效率与系统容量。该技术主要是通过调节信号传递频率的方式提升传递效率并增加系统容量，以促使5G无线网络能够满足现代社会人们的使用需求。通过调节高低频段、对称与非对称频率等移动通信频谱，促使频谱能够得到有效应用，进而在实现资源的合理利用时提升信号传递效果。

1.4 自组织网络技术

自组织网络（Self-Organized Network，SON）技术的主要应用目的是降低网络运维成本和改善网络性能，在提升网络稳定性的同时减少企业的运营成本，帮助企业实现良好的经济效益。SON技术方案是在智能网络技术的基础上实现网络结构的设计和网络优化，以保证用户的使用效果，并保证5G无线网络能够得到进一步优化。

1.5 网络云化技术

网络云化技术是帮助电源系统实现资源合理分配的重要技术。该技术主要应用了实时云构架系统软件，在软件的控制下电源系统能够拓展丰富资源并形成一个庞大的实时云构架资源池，该资源池内的资源能够满足电源系统的各类需求。同时，每个接入的射频单元能够针对性地处理资源，在一定程度上可以减少资源浪费。此外，对各个接入单元分别支配资源的方式能够促使各个接入单元实现良好的协同作业。

2 5G基站对电源系统的挑战

2.1 5G基站对电源系统的稳定性提出了更高的要求

根据笔者调查研究，在网络运营的过程中会存在一些网络中断问题，而55%以上网络中断问题产生的原因均与电源系统相关。其中，最常出现的问题便是电源系统的稳定性受到了影响。随着我国移动互联网技术的发展，网络技术在人工智能、无人驾驶等领域得到了大量的应用，而一旦5G网络发生网络中断问题，则会导致通信受到影响，从而对各类生产运营活动带来较大的影响。在5G基站建设的过程中，必须注重网络中断问题，提升电源的稳定性，确保电源系统能够为5G网络提供充足、稳定的电力能源，进而保证5G无线网络功能的正常发挥。因此，在进行5G网络基站建设的过程中，必须提升对电源系统的重视度，对后备电源进行重点规划，以确保原电源系统出现故障无法正常使用时，备用电源能够替代原电源的工作[3]。

2.2 5G供电需求增加，基站电源建设需要提前规划

近年来，随着我国移动互联网用户不断增多，中国电信、中国移动、中国联通3家无线网络运营商的网建需求不断扩大。为满足现代社会发展对移动互联网的需求，3家无线网络运营商不断开展扩建工作，对电力能源的需求越来越高。相较于3G、4G网络而言，5G网络采用的是3D MIMO制式设备，该设备对电能的消耗更大，这就使得基站对电源系统的要求进一步提高。在5G无线网络基站建设时，一定要根据移动互联网的实际使用情况，结合5G设备功耗大的特点提前做好规划。

在制定5G基站电源建设计划时，首先考虑未来5G移动互联网用户增多的情况，要保证为交流空开保留足够的裕度；其次，5G基站选择使用大功率电源，以满足基站运行工作时对电源系统的需求，同时能够留有余量来面对电源需求扩增的情况；最后，需要预留足够的后备电源。在电源系统实际运行中，可能会存在电源系统设备出现故障的情况，在对故障进行检修与维修时需要停止故障电源系统的工作，此时需要使用备用电源设备暂时替代故障电源设备，以确保基站能够正常运转。

2.3 UDN技术的应用需要基站在建设前做好综合规划

通过上文分析可知，在使用UDN技术时，基带处理单元（Building Base band Unit，BBU）的数量会增多，设备的占地面积也会随之增大。从成本控制的角度出发，在5G无线网络建设之前必须做好综合规划，合理规划BBU的空间布局，为企业降低建设成本与运营成本。通常情况下，BBU的安置方式为集中放置，且5G网络集中放置站点容量BBU的数量通常在50个以上。

3 5G创新电源技术在5G无线网络建设中的应用

随着5G基站对电源系统的要求不断提升，在5G无线网络建设过程中必须提升对基站电源系统的重视度，对电源技术进行创新与优化，提升电源系统运行的稳定性和安全性。现阶段，应用效果最佳的5G创新电源技术为市电削峰技术和新型集中供电技术[4]。

3.1 市电削峰技术

市电削峰技术根据实际的5G移动互联网使用波动情况合理地调控电源系统的运行状况，在移动互联网使用用户较多时对市电进行补偿供电，而在移动互联网使用用户较少时则需要对蓄电池进行充电，从而保证电源系统的运行稳定性[5-7]。根据相关研究，5G无线网络建设过程中市电削峰技术具体的制定方案主要包括以下4种。

（1）备电电池错峰充电。备电电源错峰充电主要通过降低电池充电电流的方式实现电池的错峰充电。当5G移动互联网用户增加时，电源的电流将会增大，此时基站电源系统将处于负荷高峰期，故可采用降低电池充电电流的方式优先对通信设备进行供电，以确保通信设备能够稳定的运行。该方案适用于市电缺口小的城市，最大削峰能力能够达到16%。

（2）备用电池错峰+限流充电。备用电池错峰+限流充电的方式是在备电电池错峰充电的基础上进一步压缩电池充电的电流，在电池充电的过程中对电流进行限流。该方式同样适用于市电缺口较小的城市，最大削峰能力能够达到29%。

（3）备电电池错峰充电+储能电池削峰。该方式主要促使储能电池在用电需求量较高时放电，而在用电需求量较低时充电，可以抑制通信负载的波动对电源系统的影响。该方式适用于市电缺口较大的城市，对城市电力系统稳定性的要求较高，最大削峰能力能够达到42%。

（4）储能电池削峰。该方式主要利用储能电池错峰充电、放电的原理，即储能电池在高峰时期放电、在低谷时期充电。该方案适用于市电缺口较小的城市，尤其是停电较为频繁的基站，最大削峰能力为16%。由于该方案全年启用次数有限，不可一直使用，投资回报率较低，因此很少采用。

在实际进行5G基站电源系统的削峰方案时，需要根据实际情况合理选择，以保证削峰方案的适用性。表1为4种削峰方案的对比分析。

表1 4种削峰方案对比分析

3.2 新型集中供电技术

集中供电系统由局端设备、远端设备以及电缆3部分组成，可以将机房内稳定的直流48 V电源隔离升压到直流250～410 V，并通过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直流 48 V[8-10]。直流 280 V 或交流 220 V 电压为负载、微基站以及室外综合接入机柜等设备提供24 h稳定且在恶劣条件下免维护的供电。图1为新型集中供电技术原理图。

图1 新型集中供电技术原理

4 结 论

综上所述，5G网络基站对电源系统的要求不断提升，而且对电源系统的稳定性也提出了更高的要求。在5G无线网络建设中若想对电源技术进行创新，首先需要采用市电削峰技术提升电源系统运行的稳定性，其次需要利用新型集中供电技术来确保电源系统能够满足5G基站的运行要求，以此才能保证5G无线网络基站能够良好的发挥其功能与价值。