5G时代通信电源系统的挑战和解决思路

梁 锋

（中国电信桂林分公司，广西 桂林 541001）

1 通信电源系统的重要性

通信电源是通信系统中的重要组成部分，能够为通信设备提供稳定安全的电能，避免通信设备出现断电现象，这也是5G网络发展的有力支撑。一旦通信电源系统出现故障，就会中断供电，导致通信系统无法正常稳定运行，进而带来严重的经济损失与严重的社会影响。因此，各大电信运营商需要高度重视通信电源系统，将其作为工作重点，采取有效的措施确保通信电源系统的稳定性和可靠性，这样才能拓展通信业务发展，提高经济效益[1]。

在通信电源系统运行中一般存在两种故障问题：一是内部结构中的小设备发生故障，此种故障虽然会影响到通信系统的正常运行，但是这种影响波及范围不广，影响程度比较低，属于常见的基础故障。二是通信电源系统本身出现故障，这种影响比较大，单单依靠应急手段是无法有效解决故障问题的。针对第一种基础故障，工作人员需要确定好故障设备，找到故障位置，分析故障原因，采取有针对性的解决措施，就能够及时修复故障，恢复系统的正常运行。针对第二种故障，要想确保通信系统稳定可靠运行，就需要确保通信电源系统的备用电源、其他的备用供电设施处于正常工作状况，确保它们的正常功能性，让备用电源在直接接入市电部分的通信系统中发挥着重要作用。同时，需要对备用电源配置进行优化完善，在此基础上优化设计好蓄电池，这样一旦市电电源出现故障，备用电源能够进行短时间的供电，提高通信电源系统的可用性、稳定性、可靠性，为各种通信设备提供不间断的动力需求，确保通信网络畅通运行。此外，偶尔也会存在设备电压不稳定的情况，再加上交流电压本身就有一定的波动范围，因此，在通信电源系统的正常运行中，为了确保它的稳定性和可靠性，还需要配备好稳压装置，保持输出电压的稳定性。

2 5G应用场景以及通信电源系统面临的挑战

2.1 5G的应用场景

5G网络提高了通信设备的运行速度和信号传输速度，在4G网络的基础上降低了网络时延，同时提供了安全、可靠、稳定的网络链接。此外，5G网络具有大带宽、低时延、高容量等优势，为各种终端大规模连接的实现提供基础条件。因此，建设5G通信网络对整个社会发展来说具有重要意义。总体而言，5G网络在eMBB、mMTC、uRLLC这三个业务应用场景中发挥着重要作用。eMBB是指大流量移动宽带业务，mMTC是指大规模物联网业务，uRLLC是指超高可靠超低时延通信，无人驾驶业务就属于此应用场景。同时，5G通信网络在大数据、云办公、高清视频等方面也发挥着重要价值，网络容量的大幅度提高不仅可以满足现阶段智能电力、智能建筑、智能家庭的发展需求，还能进一步满足物联网接入的运行需要，推动交通、医疗以及工业自动化等领域的发展，全面提升城市生产、管理、运行的现代化水平。

2.2 通信电源系统面临的挑战

目前，随着经济的高速发展，5G网络也在不断改善优化，网络质量与服务水平也在不断提升，由此对5G供电系统要求也在不断提高，这就导致通信电源系统面临着更大的挑战。一是持续增加的站点数量。SmallCell站点的应用功能是比较强大的，导致Small Cell站点数量持续增加，站点电力引入难度加大，同时电源系统需求也呈现出递增趋势。二是电源需求不断增加，而机房的空间是有限的，在原有的基础上拓展机房空间、改扩建电源系统是很难的。同时伴随着机房数量的增加，也需要大大提升原有电源运行的可靠性和高效性。三是在5G网络的运行过程中，随着各种全新业务的不断开发，对供电系统的可靠性与稳定性提出了更高的要求。拿无人驾驶技术来说，车辆需要像人一样具有“环境感知、分析决策、行动控制”这三个功能，而每项功能必须分解到每一个微小环节，才能达到极致安全和可靠的地步，时刻都需要5G网络的支持，因此，5G供电系统要求更加严格。

3 5G通信电源系统的解决思路

3.1 DC机房电源解决思路

目前，5G网络发展速度比较快，发展规模也在不断扩大，涉及多种多样的技术内容，不仅保留了固有的集中化、区域化DC，而且在此基础上添加了相当丰富的边缘化DC，中心机房与核心汇聚机房位置是边缘化DC安装的常见位置。站在客观的角度上，为了确保5G通信电源系统的运营发展，就需要建立丰富多样性的DC机房。通过分析设备需求，我们可以发现，为了满足直流设备的用电需求，主要采用的供电系统是-48 V直流双电源，为了满足交流设备的用电需求，可以使用UPS并机系统或者UPS/2N系统，为主备用网元设备的正常供电提供科学合理的保障，避免出现掉电情况。

目前，我国5G网络的建设速度、发展规模都位居全球第一，显著提升了各网元的集成度，能够有效保障网络供电安全。DC机房比较丰富，为了提高DC机房供电安全与稳定性，在进行供电时，我们可以采用-48 V双电源系统。如果部分设备满足240 V/336 V，在进行供电时可以使用240 V/336 V HVDC供电系统。交流设备的供电需求可以直接使用UPS2N系统。

3.2 无线侧电源解决思路

无线侧网络的主要类型不仅包含传统的2G、3G、4G网络物理站址，还包含在此基础上增加的5G网络站址。根据实际的建设需要，为了提高综合效益，降低综合成本，缩短改造周期，确保网络运营，降低对现有网络运营的影响，就需要科学合理地改扩建通信供电系统。针对无线侧站点问题，我们需要调研分析市电直流电源、市电直流配电、备用电源等内容，确保调研分析结果全面合理，在此基础上，再根据5G设备的负荷，有针对性地分析两种不同属性的站点，即室内站点、室外站点，由此我们能够得到无线侧电源的解决思路。

首先是室内改扩建应用。其一，如果是2个或者2个以上的开关电源系统整流模块空位，就需要增加2个及以上的开关电源整流模块。针对组合式开关电源，2块50 A整流模块才能满足需求。如果出现增加蓄电池或者整体增容的情况，比如将隔离控制单元设置在新增电池或者新旧电池中间，那么电力扩容容量就必须超过5 000 W。同时按照实际需求提高直流配电单元或者直流空开单位的数量，且要保证散热能力满足站点需求。如果散热能力达不到站点的应用需求，就需要改造空调或者进行扩容，此种方案不仅经济效益高，花费的成本不高，而且实现起来比较容易。其二，如果是2个以下的开关电源系统整流模块空位，替换开关电源系统就需要较大的容量，200～300 Ah是蓄电池增加或整体增容的底限值。同时，针对超过5 000 W的电力扩容容量，如果散热能力达不到站点的应用需求，也需要改造、扩容空调。此种方案虽然能够满足5G建设需求，但是会花费较高的成本，并且在实施系统增容替换操作时，需要割接系统，实施起来比较困难，加大了实施难度。

其次是室外改扩建思路。如果原来的电源系统存在插槽缺乏情况，AAU设备与BBU设备间的距离小于80 m（10 mm2）或者125 m（16 mm2），为了合理放置5G设备，不仅需要增加机柜，还需要同时配备好嵌入式开关电源。在机柜增加实施过程中，我们还需要考虑到高于5 000 W以上的电力扩容容量，确保机柜扩容空间预留的合理性。此种方案不仅实施简单容易，实施效率也比较高，而且不需要割接或改造现有的网络设备，也不会对现有网络设备的正常供电产生任何影响。如果因为空间限制问题导致机柜增加不现实，或者AAU设备与BBU设备间的距离大于200 m，而原有机柜的剩余空间能够满足5G设备的放置要求，我们就可以采用引电方式，从机柜或其他配电箱中引出电源，再使用PAD电源和电池进行就近供电，满足5G AAU设备的用电需求。此种方案实施操作方便容易，不需要割接或改造现有的网络设备，同时PAD电源距离设备比较近，大大提升了供电效率。

3.3 其他问题解决思路

第一，电力扩容困难问题的解决思路。如果发现电力扩容比较困难，市电容量缺口站点就成为解决问题的突破点。可以根据市电峰谷的用电状况有效分析市电峰值缺口，针对市电峰值缺口问题，为了满足此阶段的供电需求，可以直接使用电池设备，而电池充电储能备用平台可以直接利用市电波谷为其提供充电、储能功用，确保分时段供电操作顺利实施。此方案也存在一定的缺陷，由于市电峰谷判断难度比较大，使用此方案就无法有效保证供电的可靠性与稳定性，如果供电区域拥有丰富多样的自然资源，就需要在保证市电供电稳定的基础上，合理分析风能和太阳能叠加供电方式，以此来替代原有的电池供电方式，确保电力运营缺口能够得到合理有效补充。地域因素对此方案的影响比较大，再加上风能和太阳能叠加供电方式的投资成本过高，会大大增加地方电网企业的经济压力。

第二，电缆拉远距离不足问题的解决思路。在构建5G通信电源系统时，经常出现DC机房电缆拉远距离不足问题，通俗来讲，就是AAU设备与BBU设备之间的距离比较远。面对此种情况，以下解决思路供工作人员参考：①针对设备与机柜距离较远的站点，为了大大降低线路损耗，可以使用增加电缆路径的方式。②在同等设备功耗状况下，为了尽可能降低线路损耗，可以有效分析DC机房的升压、降压内容并对其进行合理调整。③可以使用智能锂电池，在使用过程中需要注意锂电池放电时需要保证稳定的电压，电压控制在60 V，避免电池出现跌落导致电缆拉远距离不足问题。④为了满足站点距离较远的供电需求，可以使用就近供电方案，采用PAD电源+电池的方式。

4 5G通信电源系统的发展前景

目前，5G通信电源系统发展建设愈发成熟，在通信建设新发展理念的推动下，我国建立了多个5G试验点和示范点，现场试验工作正在稳步进行中，通信技术也发生了日新月异的变化。在5G通信电源系统的支持下，国内逐步形成了多种新型的技术体系，比如物联网、智慧教育、远程医疗等，这些技术体系密切联系着人们的日常工作和生活，让人们感受到与4G不同的体验差异，为人们带来更多的智慧生活体验。这也从侧面说明了5G通信电源系统正在改变人们的生活方式、工作方式和移动方式，加强了与世界的联系，让社会迈入数字转型时代，为其他行业的转型升级带来新的机遇和发展活力。

站在技术层面考虑，5G通信电源系统不仅能够满足5G网络发展集中化、多样化的供电需求，还能打造全新的通信业务，建立可靠的分级体系，这样就能精细化完善优化供电技术，从而为网络运营成本的降低带来积极影响作用，同时还能确保通信系统整体建设效果得到进一步提升。当然，在持续发展过程中，人们还需要加强研究节能电源基础资源系统，确保整体系统的稳定性、安全性和高效性，这样才能突破原有的技术瓶颈，提高技术水平。同时还需要加快推动三大用例目标的实现，增强移动宽带（eMBB），建设大规模机器类通信（mMTC），做到高可靠低延迟通信（uRLLC），这样才能促进5G通信网络电源系统的持续优化发展。

我们预计，未来5G通信系统将会渗透到社会发展的各个领域，以其高可靠性、低延迟连接为用户打造全方位的信息生态系统，形成人与人、人与万物间的强大移动网络，让人与万物的智能互联变为现实，从而更好地造福人类，促进我国数字经济的增长和繁荣，提高社会经济弹性和竞争力，持续增强我国的综合实力。

5 结束语

综上所述，5G通信网络系统能够提升原有的通信技术和通信速度，提高日常生活和生产经营的智能化水平，还会带来商业模式的变革，带动各行各业爆发式增长。在不远的将来，5G通信网络系统必将会发挥更大的技术优势，促进技术创新，为消费者、产业链和运营商提供更多益处。因此，需要高度重视5G通信电源系统，确保其为5G提供稳定和可靠的电力。