5G基站电源节能改造研究

王正林

（深圳市电信工程有限公司，广东 深圳 518020）

0 引 言

随着移动通信技术的快速发展，当前我国已经正式步入5G时代。相较于前几代移动通信技术，5G技术具有基站电源能耗大等缺陷，为了达到节能环保等目标，需要对5G基站电源进行节能改造。

1 5G基站的能耗管理现状

根据统计，5G网络的运行能耗是4G网络的2～3倍。2018年，我国3大移动运营商基站总能耗约为505 亿kW·h。而在2019年开始推进5G商用化后，3大移动运营商基站总能耗增长约为2 000 万kW·h[1]。5G基站数量相对较大，并且很多基站设置在较偏远地区，传统基站管理方式难以发挥出最佳管控成效，即难以实现基站负载用电的实时检测与控制，需要配置专人进行巡检或基于智能管理平台进行智能化管理，能耗管理难度较大。目前，5G基站多采用人工巡检方式进行能耗问题检测分析，该方式会极大程度增加5G基站运维管理中的人力成本，不利于降低基站运维成本[2]。

当前常用的5G基站电源节能改造方法主要分为节能关断和智能电表智能关断2类。节能关断是在设备厂家处进行载频、通道以及符号关断或休眠，此种节能改造方案适用于不同配置和不同覆盖场景的5G基站，但同时存在着节能效果不明显、负载静态功耗等问题，再加上5G基站中各类设备并非来自于同一场景，无法实现统一管理，多方面因素结合使得此种节能改造方式存在较大的应用局限性。智能电表智能关断是利用智能电表实现室分站点设备的定时智能关停，实际适用范围较小，并且需要对当前基站中所采用的非智能电表进行更换升级[3]。

针对5G基站能耗管理问题，应根据5G基站电源系统特点，合理提出基站电源系统优化升级方案，进而对5G基站电源系统进行优化改造，从而有效控制5G基站运行能耗。

2 5G基站电源系统基本架构

5G基站电源系统主要分为交流供电和直流供电2个部分，基本架构如图1所示。

图1 5G基站电源系统基本架构

5G基站电源系统中，交流供电部分主要包括市电设备、发电机设备、浪涌保护装置以及交流配电设备等，直流供电部分主要包括蓄电池组、高频开关组合电源装置等[4]。

3 5G基站电源节能改造方案

3.1 基站开关电源及端子改造方案

基站开关电源及端子改造方案主要针对-48 V基站电源系统和+24 V基站电源系统进行改造升级。在对-48 V基站电源系统进行节能改造前，应对系统中的开关电源容量进行整流扩容，确定开关电源容量可满足要求后为设备配置直流供电。若开关电源容量不满足改造要求，则应对开关电源进行及时更换或重新配置。在对+24 V基站电源系统进行节能改造前，应对基站机房面积标准、楼板载荷情况以及市电接入容量等多方面内容进行综合分析，确认相关要素均符合电源系统节能改造要求后，在+24 V基站电源系统中另加1个直流供电装置，以此满足5G设备的供电需求。如果发现以上要素不符合要求，则可以在电源系统节能改造过程中添加一套直流/直流（Direct Current/Direct Current，DC/DC）变换器，母线接线可从原有开关电源处接引，用于实现+24 V电源向-48 V电源的转换，转换后的电源主要作为5G设备供电电源。

在5G基站电源系统的开关电源与无线主设备之间配置智能开关，并以此替换电源系统中原有的直流电源开关或交流电源开关。智能开关可实现5G机站中有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）设备的全天候智能化监测与控制，并在基站无用户连接时自动控制AUU设备进入休眠状态。首先，对5G基站内部环境进行综合分析研究，确认遥控射频单元（Remote Radio Unit，RRU）开关电源位置，并找到RRU电源线路径，分析RRU电源走向方式，拆除基站中原有的直流电源开关或交流电源开关。其次，确认智能开关的安装位置，对智能开关设备进行有效固定，并观察小区RRU开关、配电箱至RRU电源之间的走线是否正确、设备上的标签是否准确等。再次，断开RRU电源开关，通过检测设备确认RRU电源完全断开后，将RRU电源开关下侧口的电源线与智能开关出线口相连，再从RRU电源开关处引出电源线与智能开关的进线口相连，连接完成后检查电路通断效果。最后，电源线固定，以美观、方便、安全为标准，所有电源线均应敷设在线槽内部，并且按照安装规范严格操作。

3.2 基站电源蓄电池改造方案

不同5G基站中所配置的蓄电池组的后备时间也存在较大差异，在5G基站电源蓄电池改造过程中，应以保障基站稳定运行为前提，结合市电安全稳定、基站运维安全等要求，综合考虑基站电源蓄电池改造后可能会存在的潜在风险因素，进而确保蓄电池节能改造后5G基站的平稳运行。在基站改造条件受限的情况下，可以减少基站蓄电池组后备时间，适当添加5G设备。综合分析后发现，很多现有5G基站电源蓄电池组的后备时间均无法满足5G设备的实际运行需求，因此应扩大机房空间范围，促使扩建后机房可满足基站电源蓄电池组后备时间改造要求。此外，电源改造中还可采用新型铁锂蓄电池组，其具有重量轻、体积小等优势，可以降低基站电源蓄电池组改造时的基础要素需求。

3.3 智慧能源管理平台

智慧能源管理平台可以对基站内部设备进行智能化、集成化管理，通过物联网技术对基站内5G设备进行有效集成，利用人工智能技术对5G设备运行进行智能化控制。相较于其他节能改造方案来说，智慧能源管理平台可以实现5G设备集成化、一体化能耗管控，并且实际管理过程中大部分操作均由平台自动化进行，人员操作难度较低，能够有效降低5G基站运维管理成本[5]。

结合实际情况来看，智慧能源管理平台主要根据5G新空口（New Radio，NR）小区流量性能文件、运营商告警信息、用户投诉数据以及基站工程参数文件等，通过深度学习算法获取改造5G站点信息，并结合混合现实（Mixed Reality，MR）进行站点覆盖评估，根据评估结果对站点进行能耗动态化控制。智慧能源管理平台的能耗控制更为平滑，能够有效降低用户侧在连接基站时的使用感知，提高业务服务效果。

4 5G基站电源节能改造测试及成果

在A市选取2个5G基站进行节能改造测试，其中1号基站改造后50天共节电约97 kW·h，每天节电约1.94 kW·h；2号基站改造后45天节电约135 kW·h，每天节电约3 kW·h。

在B市选取基站配置智慧节能管理平台，对其进行智能化管理。在采用智慧节能管理平台后，室分站点每个RRU电源每天节电约0.8 kW·h，多载波宏站每个RRU电源每天节电约1.24 kW·h，5G宏站每个AAU电源每天节电约4.18 kW·h。此外，在应用智慧节能管理平台后，5G基站各相邻小区运行指标较为稳定，运行波动均处于正常标准范围内，说明智慧节能管理平台所采取的节能操作基本上不会对用户侧的正常使用造成过多影响。

5 5G基站电源节能改造未来发展趋势

随着5G技术的不断成熟和商用化的持续推进，为了能够满足未来5G技术的发展要求，5G基站建设及运维人才需要具备较强的专业能力。一方面，与高等院校达成深入合作，共同培养5G建设、运维以及技术应用人才，具体培养内容包括但不限于5G技术应用、5G基站建设及运维、5G基站运行原理、5G基站电源系统架构体系及原理等。具体人才培养过程中，应落实综合化、全面化、专业化等要求，培养出1支能够满足5G技术全面普及和基站电源系统改造升级需求的人才队伍。另一方面，在上岗后进行岗位实践培养，让5G基站相关工作人员可以在基站电源系统改造项目中不断提高自身能力，掌握工作技巧，为后续5G基站电源系统大范围改造升级积累经验。

未来5G技术发展过程中将会不断引入各类智能化、自动化技术，在实施5G基站电源系统改造升级过程中也需要加强各类新型技术及工艺的有效应用，并围绕基站安全供电、持续供电等原则科学分析不同5G通信技术在不同基站电源系统中的适应情况，以此为基础合理配置不同的5G基站电源系统改造升级方案，降低基站改造升级成本和改造后的运行能耗。例如，在基站电源系统改造中引入智能监测技术，通过智能检测传感器对通信设备运行中所需电量及各时间段电量需求变化进行全方位数据采集，为后续5G基站电源系统电池组配置提供重要数据依据。

智能化技术手段实时采集和分析电源系统改造过程中的数据变化情况，并将采集数据与标准范围区间进行匹配分析，对其中超出标准的内容进行及时警告提醒，及时处理电源系统改造过程中出现的问题，避免出现盲目调整施工进程的情况，促使电源系统改造后可发挥预期成效。同时，需要加强对电源系统改造现场的监督管理，对项目施工中可能存在的各类风险因素进行全面识别和分析，避免风险因素转化为安全事故等严重问题，促使改造项目可实现安全有序推进。

6 结 论

随着5G技术的持续普及，为了有效达到节能减排等目标，需要结合5G技术基础架构合理选用节能改造方案。以5G基站为研究对象，分析并设计相应的5G基站节能改造方案。结合工程项目应用情况来看，该节能改造方案具有较强的实用性，可以有效降低5G基站运行能耗，提高基站能源利用率，为后续5G基站电源系统节能改造提供参考。