5G无线通信铁塔电源配套分析研究

刘小冰

【摘要】随着社会经济迅速发展，5G无线通信对人们的生活和工作都产生了重要影响，本文对5G移动通信技术发展进行了概述，并对移动通信基站的现状进行分析，重点探讨了5G基站供电系统配套的关键技术，阐述了5G无线通信铁塔电源配套在5G基站中的应用和优势，为读者提供借鉴。

【关键词】5G通信；基站供电系统；直供电；转供电

中图分类号：TN929                           文献标识码：A                            DOI：10.12246/j.issn.1673-0348.2024.06.005

随着5G技术的快速发展无线通信铁塔的电源配套问题变得愈发重要，移动通信技术的进步推动了基站的更新换代，而电源系统作为其关键组成部分之一直接影响了通信网络的稳定性和性能。因此，本研究旨在深入了解5G基站供电系统的现状和关键技术，为未来的通信网络提供可靠的电源支持。

1. 5G移动通信技术发展概况

5G作为第五代移动通信技术，标志着通信领域的革命性进展。前身1G、2G满足了移动语音通信，3G、4G实现了移动互联网，但随着社会进步新需求催生出移动高清视频、无人驾驶、智能医疗等对网络提出更高要求。5G研究始于2012年，2019年中国正式进入5G时代下载速率峰值达10～20GB/s，延迟率达ms级，推动了“5G通信+具体行业”深度融合，促进了传统领域的高质量发展。中国四大运营商获得5G营运牌照，使得5G的发展取得巨大成就。其异地远程同步操作、网络性能峰值等特点为各行各业注入了新活力[1]。物联网技术的快速发展推动了“万物互联”的趋势，5G网络入网人数较4G增长千倍，特别在工业领域，5G网络的数据采集避免了卡顿与延迟，为工业智能化提供了坚实基础促进了我国工业的长足发展。

2. 移动通信基站现状分析

我国通信网络的基石——移动通信基站，已在全国建设了996万座，其中590万座为4G基站，而5G基站已达142万座，成为主流建设。考虑到85.7%为存量基站，对这些现有基站进行改造成为5G建设中至关重要的任务，与“创新、协调、绿色、开放、共享”的新发展理念契合。基站的电源配电改造尤为突出，充足的电力供应对通信设备的正常运行至关重要[2]。由于5G采用MIMO技术，天线矩阵实现256T/256R的数据传输，功耗相较于4G大幅增加。通信设备通常采用48V直流供电模块，但5G天线功率高达1500W，是4G的4.28倍。因此，在电缆选配上，5G设备需要更大截面的线缆，从6mm2提升至16mm2。这一变化在距离超过100 m时表现得尤为显著，导致现有48V电源难以正常供应上端的天线矩阵。详情如表1。其分析清晰地描绘了5G推进下基站电源需求面临的挑战。为确保通信设备的稳定运行，必须采取切实有效的配电改造措施，以应对5G技术高功耗的特点。这一工作对于推动基站技术创新，实现通信网络的绿色、高效发展，具有深远的意义[3]。

3.1 外供电电源系统

3.1.1 直供电配电模式

直供电配电模式是5G基站供电系统中的关键技术之一，其种模式采用直接供电的方式，将电能从电源源头直接传输到5G基站设备，而不经过中间的配电设备直供电配电模式要求高效的能源转换技术，以确保电能在传输过程中的最小损耗。使用先进的变流器和逆变器等设备，以提高电能的传输效率，降低能耗。直供电模式需要配备智能电力管理系统，以实时监测和调整电能的分配。这种系统可以根据基站设备的实際工作状态和需求进行智能调控，实现电能的合理分配和利用[4]。5G基站设备对电能的稳定供应要求极高，因此直供电配电模式需要具备强大的安全保护技术。采用过流、过压、短路等多重保护装置，确保供电系统在各种异常情况下能够迅速切断电源，保护设备和人员安全。

为了应对突发情况和电源故障，直供电配电模式需要配备可靠的电源备份系统。采用UPS（不间断电源）等设备，确保在主电源出现问题时，能够及时切换到备用电源，保证基站设备的稳定运行。直供电配电模式还需要具备远程监控与维护的功能。通过远程监测设备运行状态、电能使用情况等信息，可以及时发现问题并进行远程维护，提高系统的可靠性和稳定性。考虑到5G基站可能部署在各种不同的环境中，直供电配电模式的关键技术还包括适应不同环境的设计。例如，防水防尘、耐高温耐低温等特性的设计，确保在恶劣的环境条件下仍能正常运行。

3.1.2 转供电电源模式

转供电电源模式作为5G基站的重要供电方式，关键技术涉及到多方面，包括发电机的高效性能、能源的可再生性等。其模式通过发电机等设备将其他能源转化为电力，以确保在缺乏电网供电的情况下基站仍能正常运行。首要的是发电机的高效性能，发电机在转供电模式中扮演着核心角色，其性能直接关系到整个供电系统的效率和稳定性。高效性能的发电机能够更有效地将其他能源转化为电力，确保在各种工作负载下都能提供足够的电力。此外，高效性能还意味着更少的能源浪费和更低的运行成本，使得转供电模式更为可行和经济。其次是能源的可再生性，在当前强调可持续发展和环保的背景下能源的可再生性成为供电系统设计的重要考量。采用可再生能源，如太阳能、风能等可以减少对传统能源的依赖，降低对自然资源的消耗，符合可持续发展的原则。通过有效地融合可再生能源，转供电模式可以更好地适应不同地区和气候条件下的能源变化。

能量存储技术是转供电电源模式中的关键技术之一，采用先进的能量存储设备，如高容量电池能够在发电机供电不足或不稳定的情况下提供临时性的电力支持。有助于平衡能源波动，确保基站在变化的能源条件下依然能够维持稳定运行。监测与控制系统在整个转供电模式中扮演着至关重要的角色，通过实时监测发电机和能源系统的运行状态能够迅速发现并响应系统中可能出现的故障或异常情况[7]。智能化的控制系统能够自动调整能源供应，提高系统的自适应性和可靠性。应急预案和响应机制是转供电电源模式中不可或缺的一环，在电网供电不可用的情况下基站需要能够迅速切换到转供电模式，并确保在过渡过程中不影响通信服务的连续性。为此，需要设计可靠的切换装置和相应的自动化控制策略。

3.1.3 交流转直流电源模式

交流转直流电源模式是5G基站电力供应中的关键环节，其技术涉及到多个方面，包括电流转换装置、电压调整设备等。首要的是电流转换装置的高效性能，在电力传输中交流电流需要转换为直流电流，以满足通信设备的电力需求。转换过程涉及到整流器等电流转换装置，其关键技术在于提高转换效率和减小功耗。高效的电流转换装置能够有效降低能源损耗，确保基站设备获得充足的直流电力支持。电流转换装置的稳定性也至关重要，基站通常在各种工作负载条件下运行，因此电流转换装置需要能够适应不同的电流波动和负载变化。关键技术包括采用先进的控制算法，实时调整电流转换过程中的参数，确保在各种工作条件下都能保持稳定的输出[8]。其次是电压调整设备的关键技术，在交流转直流的过程中，需要对直流电压进行调整以满足通信设备的电压需求。适应不同电压的调整设备在交流转直流电源模式中扮演着至关重要的角色，其关键技术确保电源系统能够适应不同地区和不同设备对电压的多样化需求，提供灵活可调的输出电压。可调节的电压调整装置是适应不同电压的关键，不同地区和国家可能采用不同的电压标准，而不同的设备也可能对电压有不同的要求。因此，电源系统需要配备能够实现输出电压可调的调整装置，其装置能够灵活地调整输出电压，以满足各种设备的电压需求。在设计可调节的电压调整装置时需要考虑到调整的精度和稳定性，高精度的电压调整可以确保输出电压在设备要求范围内精准调整，避免因电压不稳导致设备损坏或不正常运行。同时系统需要具备稳定性以应对电压波动和负载变化，确保输出电压始终保持在设定范围内。在实际应用中可调节的电压调整装置通常采用电子调节技術，其技术通过控制电路中的元件，实现对输出电压的动态调整。采用先进的控制算法和高效的电子元件，能够实现快速而准确的电压调整，适应不同设备的电压需求。

3.1.4 蓄电池供电模式

蓄电池供电模式是为了确保通信设施的正常运行而采用的一种电力供应方式，蓄电池组需要匹配相应输出功率，而蓄电池主要包括梯次电池、铅酸电池和智能锂电池等[9]。特别是梯次电池通常由磷酸铁锂电池构成，在电动车电池衰减后，可再利用作为紧急供电电源实现电池的深度使用。蓄电池的工作原理如下，当市电接通时，通过整流模块将交流电转换为直流电。电池管理系统（BMS）实现对电池电量的有效监控和保护功能，避免电池组过度充电和过度放电。通过BMS，可以及时了解电池状态，有效管理电池更换工作，以确保电池输出功率的可靠性。在进行放电容量计算时按照3小时的配置进行电池容量设计，以5G设备单系统功率为1.8 kW，2G～4G单系统功率为1.35 kW为基准。其配置能够满足通信基站设备的功率需求。

蓄电池供电模式作为一种备用电源在5G通信系统中具有显著的优势，其主要优势在于作为备用电源，能够在市电故障或突发情况下为通信设备提供紧急电力支持。蓄电池供电模式具有高度的可靠性，在市电故障或其他紧急情况下蓄电池能够迅速启动并为通信设备提供稳定的电力支持。快速响应的特性确保了通信设备在关键时刻能够保持正常运行，不受外部电力供应中断的影响。通过有效管理电池的状态和容量蓄电池供电模式能够确保系统的持续可用性，定期对电池状态进行监测和维护，及时发现并更换老化或损坏的电池有助于维持蓄电池的正常工作状态，有效的电池管理措施提高了系统的可靠性和稳定性。灵活性是蓄电池供电模式的另一大优势，由于蓄电池可以作为独立的电源单元，无需依赖外部电力网络，因此在各种场景下都能够提供灵活的电力支持。使得通信设备能够适应不同的工作环境和应对突发情况，确保通信服务的连续性[10]。

3.2 智能通信基站供电模式

智能通信基站供电模式是为满足5G通信系统中智能化基站的电力需求而设计的一种供电策略，其模式涵盖了一系列先进的技术和智能化管理手段，以提高能效、降低能耗，并确保通信设备的稳定运行。智能通信基站供电模式倚重于高效的电力管理系统，该系统通过采用先进的能源管理技术，实现对电力的智能分配和调控。智能化的电力管理系统能够根据通信设备的工作状态和负载变化，动态调整电力供给，以确保在不同工作负载下实现最佳的能源利用效率。该供电模式采用先进的节能技术，通过智能化的能源监测和控制手段，系统能够实时监测设备的电力消耗情况，并采取相应的措施进行节能调整。先进的智能控制系统可以优化可再生能源的利用，使其在不同天气和环境条件下都能够为通信设备提供稳定的电力支持。在电池管理方面智能通信基站供电模式引入了先进的电池监控和维护技术，通过智能化的电池管理系统，系统能够实时监测蓄电池的状态、容量和健康状况及时发现并解决可能存在的问题，有助于提高电池的寿命和可靠性，确保在需要时能够快速切换至备用电源。智能通信基站供电模式强调远程监测和控制，通过实施远程监测系统运维人员能够远程监控设备的运行状态、电力消耗情况以及电池状态及时发现并解决问题。这种远程管理手段提高了系统的可维护性，降低了维护成本，同时提升了系统的故障响应速度。

4. 结束语

通过对5G无线通信铁塔电源配套的深入研究，本文全面剖析了移动通信技术的演进、基站现状以及5G供电系统的关键技术。这一研究为优化电源系统、提升通信网络性能提供了关键见解。未来，期望借助智能通信基站等创新模式，不断提升5G基站供电效能，从而推动数字化社会的可持续发展。这一迈向高效、智能供电的探索将为未来通信领域的创新发展注入新动力。

参考文献：

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（07）：59-61.