5G时代通信电源系统存在的问题及解决方案

莫伟彬

（公诚管理咨询有限公司，广东 广州 510000）

0 引 言

5G通信技术的推广极大地改善了通信系统中的信息交流速度。在网络资源的构建过程中，技术人员要分析电网的技术要点、使用条件以及维修维护，从而有效改善电网的运行稳定性。运用信息网络与智能科技，为各行各业的发展提供新的发展方向。特别是在传统的电力系统构建中，存在着电源输入、电源系统结构等问题。因此，有关的网络工程师要不断更新和改进信息网络的基本原理，使之与5G技术框架相结合，并从根本上解决供电系统的发电机、变压器等问题[1]。

1 通信电源系统基本内容

1.1 通信电源系统构成

在通信电源系统的运行中，一般都是依靠其本身的供电结构和基础结构来完成相应的供电功能，从而保证了通信系统的正常稳定运行。通信供电系统一般包括交流引入环节、开关整流环节、直流分配环节、蓄电池以及监测系统等5个环节，通过这5个部分的协同工作来完成通信供电功能。

1.2 通信电源系统的运行要求

通信电源系统的运行状况直接关系到通信设备的功能，因而其运行的稳定性与可靠性也是其基础工作需求。在通信系统正常运行中，内部一些小设备发生故障会对通信系统造成一定的影响，但是这种影响较小，属于基本故障，因此只要针对故障设备进行相应处理，就可以实现有效修复和完善。而通信电源系统一旦发生故障，那么就会对整个系统的正常运转产生巨大影响，只靠应急措施远远不够。在这种情况下，为了提高通信系统的可靠性和稳定性，须保证电力供应系统的后备电源和其他备用电力设备能够一直处于最佳状态，特别是对于那些直接与电力设备进行连接的通信系统[2]。同时，要在保证电力供应充足的前提下对通信电源系统进行最优设计，使通信电源系统在市电运行发生故障的情况下仍能满足供电可靠性和稳定性的基本需求。此外，由于设备电压不稳以及交流电源（Alternating Current，AC）电压波动，通信电源系统运行中需要配备相关的稳压装置，从而为通信电源系统的安全运行提供一定保障。

2 5G概述

2.1 5G通信技术特点

5G通信技术的信息交互和信号传导速率较快，最高可以达到10 Gb/s，应用过程中信号的传输延迟较低，需要的信息载体容量也比较小。因此，5G通信技术可以实现更快的信息交流，为更多的设备提供持续的连接信号，还能够迅速整合大数据、云计算、虚拟现实（Virtual Reality，VR）技术以及物联网，以高效的信息交互模式进行信息传输，方便协调通信电源中信号传递、切换控制、直流分布等数据指标。同时，系统的工作也与通信供电能力有一定的关系，特别是在信号的传递过程中，通过信息技术可以识别并修补故障点，便于技术人员建立紧急控制模型，并依据通信系统的信号指示及时发现各个电力系统的运行状况。为了提高电力系统的稳定度，技术人员可以利用5G技术对电力系统的工作状况进行分析，从而对电力系统的工作状况进行进一步的测算，还可以实现5G的数据通信，提高通信供电系统的工作稳定性[3]。

2.2 5G网络架构组成

与4G网络相比，5G通信技术加快了网络的传输速度，增加了连接的稳定性，节约了成本和能量，扩大了系统的规模和容量。5G技术的业务场景主要是加强移动宽带、海量物联以及低延时连接等。5G接入网络的体系结构由有源天线单元（Active Antenna Unit，AAU）、分布单元（Distributed Unit，DU）、集中单元（Centralized Unit，CU）3级组成。在5G建设初期，宏站作为无线局域网的工作部署，随着5G技术的不断发展，对超低时延的需求也越来越大，因此在集中化无线接入网（Centralized Radio Access Network，CRAN）中大量应用AAU、DU和CU结构的分离规模。机房网络构架由汇聚机房、接入节点等构成，汇聚机房起到了疏导、汇聚的功能，同时具有节点的集中配置功能。

2.3 5G电源系统构成及存在问题

基站电源系统通常包括交流供电和直流供电2种方式，其中交流电包括电力引入、保护器等，直流供电包括传输设备、蓄电池组和开关电源等。5G网络中的基站部署时，采用室内基带处理单元（Building Base band Unite，BBU）、AAU。多输入多输出技术（Multiple Input Multiple Output，MIMO）用于5G网络基站的建设，因此BBU、AAU单元消耗功能低于4G[4]。

为了推进5G网络建设的发展，需要对网络组网结构进行重新设计，从而对供电系统提出了更高的要求，也使通信电源系统有了更多标准。例如，由于站点数量激增，引入站点的电力供应困难、供电需求增加、电源系统扩建困难以及机房面积有限等问题随之而来。受这些因素影响，对供电的可靠性有着更严格的标准。5G通信供电系统结构复杂程度超过4G网络，在提高运行速度的同时，具有连接设备可靠性的优势。但当前5G通信电源系统还存在一些技术问题，其中常见的便是供电系统有待健全，应优化网络组网架构，从而满足供电系统更高的技术要求。例如，如果增加5G基站，就必须增设更多功能强大的站点，当增大电源系统的需要时，还要增大机房的面积，以便为系统的扩展提供良好的环境。

3 5G通信供电系统优化策略

3.1 DC机房电源

随着5G网络的发展，分组传送网（Packet Transport Network，PTN）、核心网等各方面都在不断向下延伸，在保留了传统的集中化交流分布（Direct Current，DC）和区域化DC的同时，还加入了大量的边缘DC，而大多数时候，边缘DC的安装地点是中央机房和核心汇聚机房[5]。5G网络的发展，使各个网元的集成度得到了进一步的提高。就电力供应而言，不同装置所需要的供电需求也不尽相同（见图1），通常都是以-48 V双电源系统对传统直流设备进行供电；对于交流装置来说，供电工作通常是由不间断电源（Uninterruptible Power Supply，UPS）或UPS 2N来完成；而240 V/336 V电压的设备，则采用240 V/336 V的高压直流电源，保证了主网单元设备和备用设备不会同时断电，确保系统的安全、稳定。随着科学技术的进步，全国公用电网的供电可靠性从90年代初就开始逐步提高，截止到2021年，全国重点城市的供电可靠性已达99.9%以上，这也进一步说明了我国公用电网的供电能力和稳定性正在逐步提高。为了提高国内直流机房的运营能力，进一步采用市电与通信电源系统相结合的电力组网模式，以达到既能满足电力设备建设需求，又能缓解机房空间紧张和降低通信电源系统建设投资的目的。此外，由于市电、变配电系统、油机系统的建设所需时间较长，相应的DC机房必须能够满足2年以上容量的需求，否则就需要进行扩容和改建。

图1 不同供电系统结构

以此为前提，在国家颁布的有关规范的基础上，采用了市电+通信电源供电系统构成的混合供电组网方式进行供电，如图2所示。该方案不仅能满足了电力设施建设的需要，还能解决电力机房的空间问题，在一定程度上节省建设投资。

图2 市电+通信电源供电系统结构

3.2 大功率扩容

为了加快5G网络的建设，必须优化和调整电力运行系统，解决由电网扩容过程中产生的各项问题。技术人员应依据电网的容量和用电的峰谷状况分析其最大功率差，但其不足之处在于电源的稳定性不能得到保障。另外，对能源富集区进行综合分析，以常规供电基础上充分利用太阳能、风力发电等环保供电手段，以应对电力不足的情况[6]。但是这一举措也会受到区域的影响，因为一旦投入太多，企业将无法承担相应的经济压力。同时，在直流机房，5G通信电力系统建设中，特别是边远地区，还存在一些问题。如果有源天线单元（Active Antenna Unit，AUU）设备和电池包断路单元（Battery Disconnect Unit，BDU）机箱之间的距离较远，那么为了充分降低线路损耗，就需要额外的线路。因此，在相同功率损耗条件下，需要对直流机房进行降压和升压容量调节，以降低线损。一旦发生故障，应及时更换智能锂电池，确保其放电电压维持在60 V左右。同时采用分布式电源产品的供电方式，并结合电池的设计，有效解决由于距离远所带来的技术问题。

3.3 无线侧供电优化和控制

无线侧电源分配5G通信技术，在公用电源方向上添加关联网络，使得整个系统在可检测、可控制的状态下运行[7]。另外，也要注意到无线侧供电设备对电网的影响。技术主管要分析每个网络站点的运行状况和特性，并调查所用设备的充电情况。对直流配电箱进行功能设计时，应从整体规划、设备功能、系统应用等方面进行功能优化，并根据各地区的线路特点和元器件特征，确定整流模块的功能，协调并确保电池的各项性能。为有效改善电源的性能，应在各单元之间添加绝缘组件，以区分各单元的电力状况。由于机组功率一般扩展到5 000 W以上，因此要重视各区域的电力供应状况及开关影响。在低成本前提下，探讨有关设备的热效应，并对基站的基础设施进行优化，以实现低成本的无线侧供电。在中央位置设置5G网络时，技术人员要清楚地了解电网的电压控制难点，保证供电设计参数与规范要求相一致，需要5台整流机及1套DC配电板，则可有效地保证电池组的供电要求。此外，在对户外电网进行改造、扩建时，应考虑增加机柜位置与槽位设置之间的关系，所有5G设备都应该采用内置开关，以确保功率扩展的容量超过5 000 W[8]。

4 结 论

5G通信网络供电系统在5G时代有其独特的技术优势，在DC机房与多个组件相配合，实现了通信技术的升级更新，为用户生产生活提供了更高质量的通信数据与技术内容，也为人们的生产生活创造了一个高效稳定的通信空间。目前，5G通信电源系统的技术体系已在智慧家居、智慧城市、智慧农业等领域得到广泛应用，为人们带来了最佳体验。由此可知，5G技术和通信电源系统改变了生产生活方式，推动了各行各业的发展。在未来，5G通信网络的供电系统必将在更广阔的应用中起到更大的作用，促进我国国民通信生活水平的不断提高，并寻求更大的技术突破。