5G发展背景下典型场景中无线供电解决方案探索

袁晨辉，崔颖强

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210000）

0 引 言

5G相关技术的大范围普及与推广，既是各行业、领域创新发展的必然趋势，也是人们优化生活方式、提升生活质量的迫切需要。基于此，我国自2019年起，便在各个城市的热点区域之间安装了一定数量规模的5G基站。在维持既有供电秩序、满足高峰用电需求的情况下保障5G基站的供电安全，已然成为了现阶段领域内最重要的研究命题。

1 5G时代无线设备供电的发展限制因素

在5G技术推陈出新的大背景下，移动基站的建设方式、组网方案乃至用户的使用感受、通信模式等都将发生翻天覆地的变化。在这种多元化的建设需求下，如何在优化用户感受、维护供电稳定性的同时解决基站的供电问题亟待解决[1]。

5G推广过程中，基于用户业务行为、移动业务类别、城市建设需求以及用户使用感受等因素的影响下，促使无线网的建设方式发生了根本性的变革。

1.1 高频段、高密集度的供电网络

4G时代至5G时代的演变过程中，无线网基站的工作频段也逐渐完成了由800 MHz至3.5/4.5 GHz乃至更高频率的过渡，促成这一变化的根本原因为5G相关技术的快速发展以及社会各界对高效率、大范围5G技术运行基础的要求。实际运行过程中，与5G工作频段持续升迁相对应的是同样不断上升、快速升级的无限空间链路。这一情况的转变会导致单站站址的覆盖范围变小，覆盖范围由既往的4 km逐渐下降到0.65 km、0.4 km甚至更小。在单站覆盖范围不断缩小、社会用户使用需求与业务规模不断增多等因素的影响下，基站站址的布局必然向着更密集的方向发展，与之相对应的是相关机构建设资金支出的提升以及建设难度的增大，进而为5G基站建设、供电方案设计等带来更多挑战[2]。

1.2 日益复杂化、多样化的接入方式

随着我国城市化建设进程的逐渐完善，社会层面中行业数量、种类的激增，无线网用户以及使用方式的不断变化，都加剧了城市上空无线网传播环境与传播方式的复杂化、多样化发展。与此同时，各种业务用户的活动轨迹、使用时间等也在时刻发生变化。在此背景下，传统的宏站供电解决方案已经无法满足现阶段无线网用户的数据使用需求，由此需要基于现阶段乃至未来无线网用户的真正需求，对5G基站的建设方案以及供电方案进行创新、改革[3]。基于此，微站在4G时代已经出现了较为模糊的概念，同时相关无线接入技术与通信方法也呈现出多元化的发展模式，其既包含有传统运行过程中的分布式接入，同时也有现阶段较为主流的集中式接入、Mesh接入等。接入方式的多元化发展能够在一定程度上改善无线传播环境复杂化、多样化的建设风险以及城市建设过程中基站拆除重建工程中包含的风险隐患，同时有效落实网络性能、用户体验、数据速率等的全面提升。

2 传统供电方案分析

2.1 就近引电

基于事实情况出发，现阶段大部分的5G基站都会选择建设在人口集中城区，如人员密集的居民楼、写字楼、大学校园周边等。针对这部分微站密集、储存量小、建设标准等方面的特点，便需要利用就近引电的方案全面满足广大无线网络用户的日常需求。就近引电方案最显著的优势为基站体积小、易于安装、就地取材、方便快捷等[4]。图1为中国电信部署的首个5G微型基站，其除去体积、结构等显而易见的优势外，还具备一定的美观性。但这并不意味着就近引电的方法毫无缺陷，其电路改造环节大多具有协调难度大、改造复杂等问题，导致无法应用于供电不稳定、取电复杂等使用场景。

图1 5G微型基站

2.2 POE供电

相较于其余的供电方案而言，有源以太网（Power Over Ethernet，POE）供电方案所需使用的缆线价格较为便宜、布线工作更为简便，同时具备更高的安全性与稳定性，更容易被基站周边的居民所接受和认可。因此该方案可重点应用于人口聚集、楼群密集且无法大规模施工的区域。但POE供电方案不具备远距离供电的条件，同时要求供电范围内相关设备的总功耗不得高于30 W，在应用过程中具备一定的局限性[5]。

2.3 风光互补供电

风光互补是指充分结合太阳能、风能等清洁能源的5G无线设备供电方案。该方案最大的优势便是其电路线路的铺设不受地域的限制，只需具备足够的日照时间、相宜等级的风速与风能即可。系统示意如图2所示。

图2 风光互补供电系统

尽管该方案具有更广的应用范围，但使用这一方案的过程中受到供电系统所在地自然气候条件的影响会出现如下问题。（1）该方案面对日照时长不足、昼短夜长的区域时无法储存足够的电能，因此需要更高等级的储能设备与光伏板容量；（2）该方案基站的建设周期较长且占地面积较大。

2.4 交直流远供电方案

交直流远供电方案即在近端基站附近设置集中型配电系统，并将电压升到300～600 V，而后利用馈电光缆将近端基站的交流电、直流电牵引到远端，再由远端基站进行降压处理，为远端设备提供运行基础，该方案示意如图3所示。

图3 交直流远供电方案示意

该方案的主要优势在于其能够有效改善远端无市电、不宜于接引市电或是市电接引协调难度大的用电场景，并且后期检修步骤简便，具有供电稳定的优势[6]。但相对而言，远供设备的铺设成本更高，供电耗能线损极大，并且该方案的极限供电距离为5 km，所提供的最大远端耗能为4.5 kW，无法为相关企业与机构提供更高的经济效益与社会效益。

2.5 市政供电

市政供电方案是本文列举所有供电方案中最完善、最稳定且经济性较高的供电方法，同时该方案也是传统基站建设引电项目中最常应用到的主流方案。但随着5G时代的到来，基站的站址、体积容量、建设需求以及建设方法等都产生了一定的变化，因而市电引接的难度也越来越高。该方案的主要缺点表现为难以协调、线缆铺设难度大等方面。实际建设过程中，该方案更适用于市电引接更方便的项目以及基站地理位置更接近市电引接点等建设场景。市政供电方案最大的优势便在于其更完善、成熟的技术经验，相关建设部门在建设过程中可以充分借鉴既往的工程经验[7]。

3 5G发展背景下典型场景中无线供电解决方案探索

相较而言，5G基站的供电难度要远超于4G基站。在5G发展背景下，典型场景中的无线供电解决方案抉择过程中还需重点针对5G基站建设环节中“基站功率较高，外市取电困难”以及“基站功率过高，电池备电困难”等问题进行细致分析，充分发挥不同典型场景供电方案的优势，规避其缺陷。

3.1 市政供电结合交直流远供电的方案

市政供电与交直流远供电的联合运用可有效解决城市5G基站建设过程中市电接引难度大、电池储备量低等问题，可重点应用于5G基站站址分布较为密集且高要求组网方式下的居民楼、城区道路、校园、商业区等区域。同时，在基站翻新、技术升级的过程中，可建设于既有4G基站市电线路上，结合实际的基础条件、建设需求、5G相关技术标准以及该区域的通信要求、人群基础等引入交直流远供电方案进行创新建设。

3.2 市政供电结合POE供电的方案

该方案适用于用户较为密集的写字楼、商场、居民楼等区域，可有效改善相关区域内供电功耗较低、覆盖范围较小但布放点位较多的无线设备供电问题。且相较于其他供电解决方案而言，POE的相关技术尚处于发展与创新阶段，技术发展不够完善，因而需要相关工作人员加以注意，在规避风险的同时为后续的行业进步奠定基础。

3.3 风光互补供电结合交直流远供电的方案

该方法可借助风能、太阳能等清洁能源对固定区域的5G基站进行电量供给。在建设相对完善的情况下，该方法既可以借助远供电的方法解决风光发电稳定性不高的缺陷，同时能够降低相关企业、机构的资金支出，并且能够为我国后续的碳达峰、碳中和战略目标奠定坚实的技术与经验基础。此外，该方案可应用于市电引接困难、5G基站分布较为集中的工业园区、经济开发区等距离市政供电较远的用电场景。但需要注意的是，会受到不同发电方式、发电场地以及电能供给等方面的影响，因而无法满足过于密集的用户需求，不适合建设在城市人口较为密集的区域。

4 结 论

为了保障5G基站的有序运行，在减少投资的同时应落实5G基站在我国各个城市中的大范围推广，实现降本增效的目标。对于现阶段的5G基站建设与运行情况而言，对传统模式与经典场景中的供电解决方式进行创新性重组，进而凭借综合性的技术方案克服单一供电解决方案的弊端。在5G超密集基站组网的建设背景下，确保网络的畅通性与居民用电的稳定性，助力社会的可持续发展。