现网5G基站电源配套改造的研究与应用要点构架

2021-05-21李晓东

通信电源技术 2021年2期

李晓东

（吉林吉大通信设计院股份有限公司，吉林长春 130012）

0 引言

5G在一定程度上代表了当前信息通信技术的发展方向，如构建物联网、实现互联网以及大数据等，对于推进我国科技发展至关重要。基于此，在改造建设5G网络的过程中有必要深入研究与分析5G的特点与要求，挖掘具体改造需求，并结合实际情况制定一系列切实可行的改造措施[1]。

1 5G网络应用特点

1.1 5G网络主设备特点

5G通信技术的发展以4G通信技术为基础。5G网络中采用的无线接入网架构也是从4G基础上演变过来的，主要包括3级结构，即集中单元、分布单元以及有源天线单元。建设与使用5G网络架构多会经历建网初期和中后期两个阶段，不同阶段的结构存在明显不同。随着网络升级结构的变化，相应的会改变主设备的体积、重量以及功率值等。5G通信技术发展过程中相关部门必须密切关注各种参数，诸如AAU尺寸、重量以及功率等，通过研究不同类型的设备来更好地明确影响网络主设备负荷的因素，并在此基础上采取一系列切实可行的措施来有效控制干扰[2]。

1.2 5G网络特点

5G网络的应用过程中通常会涉及各种新技术，如MIMO和C-RAN等，并且还会涉及到各项操作，如智能微小分区等，这些技术和操作对基站参数提出了很高的要求。在传输和存储数据时通常会涉及到基站位置、分布数量以及精细规划配比各种参数（干扰、能效以及下倾角等）等问题。站在整体角度上，相比较于4G网络，5G网络在网络功能、参数及算法等方面都有显著提升。相关企业需在节约成本的基础上，认真分析5G网络的特点，研究其与4G网络基站的差异，并重视相关技术参数，引进更先进的设备，从而更好地改造5G基站电源配套设施[3]。

2 改造方向

在现网中设计GRS信号（小区专用参考信号），该信号直接关系到用户介入性能和业务速率，但与5G网络没有关系，因此在测量网络覆盖率和业务能力指标时可以改为其他信号，如直接序列扩频信号[4]。

在5G网络中为帮助现网基站进一步提高垂直维度上的信号覆盖能力和灵活性，可以借助Massive MIMO技术来实现，但引用这项技术会对现网的各种参数产生很大影响，诸如网络整体覆盖与干扰性等。基于此，有必要在现网基础上结合各类Massive MIMO技术的天线建模。核算最佳配置参数时需参考当地的实际情况，如业务需求和地域特点等[5]。应用5G网络的过程中有必要结合4G现网，并科学地采集、整理以及分析当前应用过程中的各种数据，如地图和路测等[6]。今后5G网络还会被应用到URLLC和mMTC等各种场景中，因此在现网改造过程中需充分考虑各种因素，如CU分离和DU集中等，方便以后能够找到相适应的基站设备基础[7]。5G网络具有很高的精度与复杂度，为更好地完成改造工作，需改动现网中的天线权值设置，科学地调整高精度地图和射线跟踪模型。

5G网络下，现网基站配套设施须与技术发展的实际需求相符。基站的运行过程包括诸多内容，如交流市电引入线路、交直流配电设备、油机发电机组、整流设备以及蓄电池等，其电源配套结构如图1所示。

图1 基站电源配套结构

5G基站建设过程中会用到各种设备，这些设备在运行过程中的消耗比较大，导致现网基站电源配套设施与5G基站的建设需求之间存在很大差异，需在此基础上进行相应地改造。若只考虑一处基站新增5G，外市电需要对站点、交流配电箱以及空调等进行相应的改造，它们的改造占比分别为26%、18%以及25%。

3 应用要点架构

3.1 有效配置电池

电能是基站实现5G功能的一个重要物质基础。建设过程中为满足系统的运行需求，需要适当地扩充电容。为防止不同规格的电池在使用过程中出现相克的情况，需科学地选择电池规格。在施工过程中混用不同类型和规格的电池会损坏设备，因此需严格按照合理性原则选择电池电容，防止出现电容过大或过小的情况[8]。电容过大会浪费电能，无法合理地应用资源，而电容过小则很难支持设备正常运行，严重情况下还会损坏设备。此外，配备电池时还需科学地控制资金，确保能够用最小的成本来获取最大的经济效益。相关人员需对比分析停电数据，并按照统计的结果来控制资金投放[9]。

3.2 电源配套改造测算流程

精细化设计过程中通常会涉及前期数据获取、数据分析、容量测算以及方案制定与审核等因素。为准确地制定方案，需严格按照电源配套改造测算流程进行，如图2所示。

图2 电源配套方案改造测算流程

3.3 创新应用开关电源

开关电源是现网5G基站电源配套改造的一项重要内容。改造时必须立足于实际需求，保障现网基站电源配套设施的完整性[10]。通过改造开关电源可以进一步提高电源性能，实现对电流的科学控制，确保在5G网络运行期间能够按照实际需求科学分配交变电流和直流电流。改造开关电源时需根据一定的配置原则，针对10个以上的模块，有必要配置1个开关电源。当前随着5G通信技术的进一步发展，需在原有基站的基础上进一步创新和改造开关电源[11]。

3.4 创新性的解决外市电

现网5G基站电源配套改造的关键在于改造外市电，这项改造相对来说比较复杂，改造过程中耗费的人力和物力资源较多。为保证改造的合理性，相关人员需要深入分析与研究改造环节，科学统计与分析专业数据。由于5G网络运行过程中对电容量的需求较大，传统电容量很难满足要求，因此需要在传统电容量的基础上进行适当地改造。具体改造时为确保电容量与各项需求相符，可以直接调用公式计算，并可以采用合适的方式扩大计算，从而得出相应的电容量。通信稳定情况下，5G网络比4G网络消耗更多的能源。一般情况下，基站每增加一个功能，所造成的外市电量消耗便会同步增加原来的两倍。为了减少改造的成本，需要采取一定的资源共享措施，以资源共享的方式来准确计算出全部基站所需配置的具体电容量，通常不同改造地点所采用的外市电改造措施也不同。实际改造过程中，如需扩容改造原基站，则需要将一些其他装置适当地添加到相应部位。比如，将变压器和电流开关增设到重点部位，这对于提高电容量至关重要，也可以将外市电设备设置到对应的变压器和开关部位。在电缆中引入外市电低电压时，需要满足载流量、压降以及机械强度等要求。此外，外市电的改造效果一定程度上与基站的稳定运行密切相关。传统基站市电容量是通信设备、蓄电池充电以及空调最大负荷的综合，为降低负荷数，需要借助市电削峰技术来实现。高峰时期需要避免电池充电行为，否则极易导致停电。外市电改造需要投入的成本费用不多，对偏远地区更具适用性，可以有效缓解相关企业的资金压力[12]。