探索5G 时代通信电源系统的挑战和解决思路

滕远林

中通服节能技术服务有限公司

0 引言

信息化技术的发展带领人们进入了5G 领域的大门，这也为生产生活的各个领域带来了更广阔的发展空间，各行各业也面临着新的机遇与挑战。例如在通信电源系统运行时往往会遇到电力引入困难或者机房空间有限等问题，因此在实际研究的过程中，应不断加强对5G 架构的了解，进而保证在第一时间解决通信电源系统运行中的问题，使其可以在5G 时代中得到全面的提升，为我国5G 发展进入新的领域提供条件。

1 通信电源系统的基本内容

1.1 通信电源系统的基本构成

在通信电源系统的运行过程中，往往是借助自身的电源组成形式以及基本构成来实现相应的电力功能，进而为通信系统的正常、稳定运行提供保障。通常情况下，通信电源系统主要由五个部分构成，分别为交流引入环节、开关整流环节、直流分配环节、蓄电池组以及监控系统，通过这五个环节的协调运行实现通信电源系统功能的实现。

1.2 通信电源系统的运行要求

通信电源系统的运行水平会直接受到通信设备功能性的影响，因此通信电源系统的基本运行要求也主要体现在稳定性和可靠性两方面上。在通信系统正常运行的过程中，如果内部个别的设备出现故障，则会对通信系统产生一定的影响，但这种影响是较的、局部性的，因此这样的故障也被称之为基础故障，只要根据发生故障的设备采取相对应的解决措施就可以有效实现故障的修复与系统的完善。但是出现故障的如果是通信电源系统本身，就会直接影响到整个系统的运行，只是采取相应的应急手段是远远不够的。在这样的情况下，为了进一步提升通信系统运行的可靠性与稳定性，需要有效保障通信电源系统备用电源以及其他备用供电设施可以随时保持良好的状态，尤其是针对直接接入市电部分的通信系统来说，备用电源更是凸显出了其至关重要的意义。与此同时，在完善备用电源配置的基础上还要加强对蓄电池的优化设计，进而在通信系统在市电运行出现问题以后依然可以实现其运行可靠性与稳定性的基本要求。另外，由于设备电压有时会出现不稳定的情况，交流电压的本身也会产生一定波动，这要求通信电源系统在运行过程中需要配备一定的稳压装置，进而为通信电源系统的稳定运行打下坚实基础。

2 5G 网络的架构及其面临的挑战

2.1 5G 网络的架构

5G 网络的发展为通信设备的运行带来了新的体验，相较于传统的4G 网络，5G 网络可以显著提升智能手机以及其他设备的运行速度，同时可以在原有的基础上减少时延，显著提升链接的稳定性与可靠性。而且5G 网络的运行可以进一步降低运行成本、提升系统容量，进而为相关设备的大规模连接奠定坚实基础。在5G 网络发挥作用机制的过程中，会涉及到三个最为主要的业务应用场景，分别是eMBB、mMTC 以及uRLLC。其中，eMBB 指的是增强移动宽带，mMTC 指的是海量物联，而uRLLC 指的则是高可靠低延时连接。同时，针对云办公、高清语音以及高清视频的研究在其中也发挥了巨大的功效；网络容量的大幅度提高不仅可以满足现阶段智能城市发展的实际需求，还进一步符合了物联网接入的运行需要，从而更好地推动交通、医疗以及工业自动化等领域的发展，为提升连接场景可靠性以及满足相关的延时性需求提供保障。

2.2 通信电源系统面临的挑战

随着5G 网络在组网架构方面的不断优化，其建设水平也得到了显著提升，在这样的情况下，对供电系统提出了更为严格的要求，同时通信电源系统的运行也面临着更为严峻的挑战。一方面站点数量的持续增加，尤其是Small Cell 站点较之前相比大幅度提升，大大增加了开展电力引入的难度，同时对电源的需求量也呈现出爆炸式增长的趋势。而另一方面，相对于大量增长的电源需求，机房的空间是相对有限的，而在现有基础上开展电源系统的改扩建难度也较大。另外，如果增加机房的数量，那么对电源运行的可靠性与高效性也会提出更高的要求。现阶段，5G 网络的运行过程中开发出更多的全新业务，这使得供电系统的可靠性与稳定性面临着更大的挑战，例如车辆的自动驾驶等领域发展都会受到相应的影响。

3 5G 时代通信电源系统挑战的有效解决思路

当前，5G 网络的建设重点主要可以分为DC 机房侧和无线侧建设两个环节，针对不同的环节所采取的通信电源建设方案也是不同的。

3.1 DC 机房电源解决思路

5G 网络的发展带动PTN、核心网等环节持续下沉，在保持原有的集中化DC 与区域化DC 的同时更增加了大量的边缘DC，通常情况下，边缘DC 的主要安装位置为中心机房或者核心汇聚机房。5G 网络的发展同时也进一步带动了各网元集成度的提升，在此过程中人们对网络供电安全的重视程度不断提升。对于供电来说，不同类型的设备也会产生不同类型的供电需求，一般采用-48V（见图1）双电源系统对传统直流设备进行供电；对于交流设备来说，更多会采用UPS（见图2）并机系统或者UPS 2N（如图3 所示）系统实施供电任务；而对于符合240V/336V 要求的设备则采用240V/336VHVDC 供电方式进行供电，进而有效保障主网元设备以及备用设备不会同时发生掉电的情况，为各DC 机房供电的安全性和稳定性奠定基础。由于科技水平的不断提升，国家公共电网的供电可靠性从90 年代初期开始不断提升，一直到2020 年，其重要城市供电的可靠性已经达到了99.965%，这也更为直接地表明了国家公共电网的供电系统运行水平与稳定程度都在不断提升。在此基础上，为进一步提升我国DC 机房的运行水平，应进一步采取市电与通信电源系统混合的供电组网方式，从而有效实现满足用电设备建设需求、缓解机房空间紧张问题以及减少通信电源系统建设投资的目的。另外，因为在进行外市电、变配电系统以及油机系统建设行业的过程中需要的工程周期比较长，因此相对应的DC 机房需要有效满足可以为其建设提供两年以上的容量供应，如果无法满足则需要进行提前增容与扩建。

图1 -48V 电源供电系统结构图

图2 UPS 并机供电系统结构图

图3 UPS2N 供电系统结构图

3.2 无线侧电源解决思路

无线侧电源的建设模式主要是通过在现有的2G、3G 以及4G 网络物理站点的基础上进行5G 通信网络的建设，这样的过程也可以被称之为共址建设5G 设备。共址建设5G 设备对建设成本以及建设周期都有着较为明确的要求，因此在实际开展建设的过程中应结合工程的实际情况采用性价比最高的方式，有效实现节约综合成本、缩短改造周期的目的。同时，应不断遵守便捷高效、减网络影响的原则，对供电系统通信实施全方位地改造。无线侧的站点的建设需要结合市电、直流电源以及直流配电盒电池等多方面的因素，同时考察5G设备的负荷，进而有效解决室内与室外不同站点的电源系统运行问题。

（1）室内改扩建的相关思路

当开关电源系统的整流模块空位在两个或者两个以上时，需要相对应地增加两个或两个以上的开关电源整流模块，如果电源类型为组合式开关电源，则需要增加的是两套50A 的整流模块。同时，如果在电池之间增加了隔离控制单元，那么就会使得蓄电池出现增容的情况，因此电力扩容容量应该保持在5000W以上。另外，对于其余一部分增加直流配电单元，且散热能力不满足实际需求的站点也需要开展相应的改造与扩容，相比来说这样的方法是成本最低也是最简单的。而当开关电源系统整流模块空位在两个以下时，则要将原有的开关电源系统进行更换与扩容，同时保证蓄电池增容在200～300Ah以上，对于最新更换的电池则要与旧电池之间增加隔离控制单元。同时还要对扩容容量等于或高于5kW，且散热能力不满足实际需求的站点进行改造或扩容。这样的方法可以有效满足5G 的建设需求，但相较于其他方法则存在成本较高且实施难度较大的弊端，表1为具体通信电源系统设计的相关参数。

表1 标准通信电源系统设计参数示意表

（2）室外改扩建的相关思路

室外改扩建面临的主要问题是电源的系统插槽不足，当出现类似问题时，则需要增加机柜的数量，同时要配置嵌入式的开关电源，保证电力扩容容量高于5000W，为机柜留有足够的扩容空间。这样的方法实施起来具备着操作便捷、且不会对网络设备的供电造成影响的优势。当空间较或者距离较远的时候，增加机柜会受到阻碍，这时原有的机柜容量空间可以进行5G 设备储存，同时按照就近实施供电的原则，从其他配电箱进行引电，以有效完成供电的运行。该方法实施起来同样比较简单，同时大大提升了电源靠近设备的供电效率，避免出现占用额外空间以及网络设备改造的问题。

3.3 其余补充解决思路

另外，在开展站点改造扩容的过程中还会出现其他方面的困难，为进一步表彰5G 网络的顺利建设，应主要从以下两个方面为电源系统建设提供思路。

（1）电力扩容困难问题的解决

当出现电力扩容困难问题，主要是因为市电容量存在缺口，对于这样的问题可以结合市电峰谷的实际情况，在市电峰值缺口处借助电池进行供电，同时在市电波谷为电池储能，推动分时段供电的有效实施。但该方法因市电峰谷难以判断，所以可靠性与稳定性都相对较低。如果供电区域的自然资源比较丰富，则可以用风能和太阳代替电池进行供电，但使用风能和太阳能叠加的方法需要的投资也比较大。

（2）拉远距离不足问题的解决

4 5G 时代通信电源系统的未来发展畅想

就现阶段的发展形势来看，社会发展与信息化技术的不断推进，势必会引领通信建设以及通信技术领域得到全方位地提升，而在此过程中，5G 技术也将更加全面地融合其中，其参与的广度与深度也将得到显著提升。5G 时代的带来改变了人们日常生活的各个方面，不论是智慧城市、智能家居，还是交通、医疗以及农业领域的智能化，都显示着社会发展已经不断朝向全新与智能的方向发展，同时人们的生活生产也正广泛地被物联网以及大数据的应用所影响。在这样的环境下，通信电源系统也应得到进一步地发展与提升，从而有效适应5G 时代的发展需求，不断满足集中化与多样化的供电特点。同时在进行供电工作的过程中应有效对不同业务的特征进行考虑，有效推动其精细化与合理化发展。在此基础上，通信电源系统的运行也可以进一步实现降低网络运营成本、实现降本增效的目的，这不仅会成为5G 网络在未来发展的重点方向，还会在多角度给电源系统的运行提出更高的要求和挑战，进而为安全性、稳定性与节能性三位一体电源基础资源系统的打造奠定基础。

5 结束语

综上所述，5G 时代的到来给通信建设的发展提出了更高的要求，因此为不断满足时代建设的通信需求，应不断加强对通信电源系统的建设与优化，进而不断推动相关系统运行的高速化、多样化以及集中化发展。在实际建设的过程中，要加强对通信电源系统面临挑战的了解，有效解决其在DC 机房电源、无线侧电源、电力扩容以及拉远距离等方面的技术问题，进而不断提升电源基础资源系统的稳定性与安全性。