5G 基站配套基础设施节能降耗技术分析与应用

林 玮

（厦门纵横集团建设开发有限公司 福建 厦门 361009）

0 引言

在5G 基站的运行过程中，电能的大量消耗问题比较严重，因此其节能降耗技术也成为各大运营商和相关单位关注的重点。为有效解决5G 基站的能耗问题，相关单位与技术人员需要对5G 基站中的基础配套设施做到足够了解，并明确其节能降耗的意义，然后根据5G 基站的实际应用情况及其发展需求，对节能降耗技术加以合理应用。通过这样的方式，才可以有效提升5G 基站的节能降耗效果，在满足其实际运行需求的同时实现电能消耗的最大化节约。

1 5G基站配套基础设施及其节能降耗的意义

1.1 5G 基站配套基础设施

作为5G 无线网络的应用核心，5G 基站中的配套基础设施主要包括以下几个方面：（1）基站机房，其中有信号收发器、空调设备、灭火装置和监控装置等；（2）BBU，也叫基带处理单元，此类设施通常在机房内进行安装，其主要组成包括电源模块、主控板、传输模块、高晶板以及信道板等；（3）AAU，也叫有源天线单元，该设施主要组成部分是天线以及RRU（射频拉远单元）[1]。图1 是5G 基站中的主要配套基础设施示意图。

1.2 5G 基站基础设施节能降耗意义

在5G 基站的运行过程中，其主要的能耗问题就是电能消耗过大。而通过进一步的分析与研究发现，5G 基站中的配套基础设施电能消耗量最大，尤其是其通信电源以及机房中的空调，在运行过程中，更是具有非常大的电能消耗量。在这样的情况下，不仅会导致5G 基站运行过程中的电费成本增加，同时也会对电力能源的利用率造成很大程度的影响。同时，由于5G 基站中的配套基础设施用电量较大，在停电或供应不足的情况下，相应的基础设施运行也会受到一定程度的不良影响，从而影响到5G 基站的运行效果。为有效解决上述问题，相关单位、研究者与技术人员就需要对5G 基站中的配套基础设施节能降耗进行深入研究，并将相应的节能降耗技术加以合理应用。通过这样的方式，才可以让5G 基站实际运行需求得以充分满足同时实现电能的进一步节约，以此来促进5G 基站运行经济性和稳定性的提升，并充分满足当今科技与能源之间的协调可持续发展需求[2]。

2 5G基站通信电源节能降耗技术的应用分析

对于5G 基站中的通信系统而言，通信电源是最为关键的一项基础设施，其运行效果将会对5G 移动网络的安全稳定运行产生直接影响。按照供电方式的不同，5G 基战中的通信电源主要耗电设备有UPS（不间断电源设备）以及开关电源。其主要功能是实现交流电到直流电的转换，并实现高频污染以及干扰电波的过滤，从而为通信设备提供稳定的电压，确保其稳定运行。但是在实际的工作过程中，通信电源中会伴随着大量的滤波能量产生与电磁转换消耗，因此其电能消耗也很大。基于此，在对5G 基站中的配套基础设施进行节能降耗处理中，通信电源的节能降耗是一项关键内容。就目前来看，关于通信电源的节能降耗，其主要技术措施包括开关电源休眠技术、直流远供系统互补供电技术、新能源风光互补供电技术以及蓄电池与市电结合形式的削峰供电技术。

2.1 开关电源休眠技术的应用

在对5G 基站进行设计时，在开关电源整流模块容量配置时，不仅需要对设备电流负载加以考虑，同时也需要对蓄电池组具体的CIO 充电电流加以考虑，通过N+1 模块的形式进行冗余设置。在5G 基站的运营过程中，因话务量闲忙不均匀，其电流的实际负载值很少能够达到设计值，加之市电比较稳定，停电次数很少，停电时长很短，所以蓄电池大多都处在休眠状态。在这样的情况下，蓄电池的充电次数和充电时长都比较短，尤其是在开关电源整流模块负载率不超过50%的区间内，在业务流量比较低的情况下，其负载率会更低。因此，为了让开关电源工作在最佳效率的基础上达到良好的节能效果，便可将设备负载中的具体电流变化规律作为依据，通过智能休眠的方式实现整流模块数量的动态控制，让部分整流模块处于同步休眠状态[3]。

比如，在某5G 基站中，开关单元整流模块共有6个，其容量均为300 A，另有一个蓄电池组，其容量是500 Ah，常态负载条件下的通信设备负载电流是100 A，开关电源整流效率不超过总负载率50%的时间在每天的平均占比是92%，不超过总负载率30%的时间在每天的平均占比是85%。为达到良好的节能降耗效果，在该基站设计中，对休眠技术进行了合理应用，将大容量且带有智能休眠功能的开关电源整流器应用其中，在确保N+1 模块有效配置的情况下将其中的两个模块关闭，从而实现了电能的有效节约。表1 是该5G 基站开关休眠技术应用前后的电能消耗对比情况。

表1 某5G 基站开关休眠技术应用前后的电能消耗对比情况

2.2 直流远供系统技术的应用

在5G 技术的规模化发展中，越来越多的小站在网络补盲吸热中得以应用，宏基站与微基站相结合的超密集组网模式逐渐形成。在这样的情况下，如果每个小基站都依然通过传统方式进行市电引入和备电，整体工程将会面临大量的电能消耗。为解决这一问题，在组网过程中，可将直流远供技术加以合理应用，将具有较好供电容量的宏基站用作远程集中供电的主节点，通过链型或星型结构来为各个小型微型极寒以及灯杆基站等进行电能供应，让市电、备电以及整流实现共享。在该方案的具体实施中，可对远程关断技术加以应用，按照每个小基站实际的业务符合以及忙闲时段来实施动态化的智能关断，从而实现电能的有效节约。

2.3 新能源风光互补供电技术的应用

将太阳能以及风能等可再生能源用作5G 基站中的供电电源，可使其市电大量消耗与供电成本浪费情况从源头上得以有效解决。但是因为太阳能发电系统会受到日照时长和天气因素所影响，所以在具体应用中，可通过太阳能与风能互补发电的方式来为5G 基站供电，从而确保其供电的连续性和稳定性。为进一步确保5G 基站的供电效果，满足其连续运行需求，在新能源风光互补形式的供电设计中，也需要将市电引入，从而实现3个电力系统互补供电，其中的市电用作备用电，在太阳能和风能发电无法满足5G基站实际供电需求的情况下，才通过市电为其供电[4]。通过这样的方式，便可在有效满足5G 基站供电需求的基础上实现电能的最大化节约。

2.4 蓄电池与市电结合形式的削峰供电技术应用

5G 基站对于市电引入具有非常大的容量需求，这样的情况不仅让市电具有了更大的增容压力，同时也让峰值时段中的阶梯电价成本得以显著提升。在市电容量总需求中，主要的组成包括空调、蓄电池供电以及设备负荷3 个方面。基于此，为实现电能与电费的进一步节约，在5G 基站的设计及其应用中，应该将蓄电池和市电之间进行良好结合，在用电低谷时间段内通过市电给蓄电池充电，在用电高峰时间段通过蓄电池给5G 基站供电。通过这样的方式，不仅可以减轻市电增容压力，达到良好的削峰效果，同时也可以实现5G 基站市电供电费用的进一步节约。

3 5G基站中的机房空调节能降耗技术应用分析

在5G 基站机房中，空调是电能消耗最大的一项基础设施，其主要作用是为机房中的通信设备散热以及机房内部和外部的热量交换。通过5G 基站基础设施的电能消耗分析可知，空调消耗可达到总消耗量的40%甚至更多。因此，要想让5G 基站达到良好的节能降耗效果，机房空调方面的节能降耗至关重要。目前，智能化新风节能系统、带水帘新风系统、蓄电池地埋机房技术以及机房隔热技术是其主要的机房空调节能技术[5]。

3.1 智能化新风节能系统的应用

该系统是一种间接节能形式，将室外自然风用作冷源，将下进风以及上出风装置安装在机房内，通过温度与湿度传感器对室外空气进行动态监测，如果室外空气比设定值低，则需要将下进风装置中的风机以及风口开启，让室内的热空气及时与室外进行交换。同时应该让机房中的风压保持正压，这样才可以将上排风装置启动，从而将机房中的热空气及时排出，达到良好的散热效果，从而有效减少机房中的空调运行时间，实现电能的有效节约。图2 为5G 基站机房中的新风节能系统原理图。

3.2 带水帘新风系统的应用

带水帘形式的新风系统也是一种间接节能措施。该系统主要是将新风系统作为基础，对水蒸发吸热这一原理加以利用，将一个水帘设置在新风系统中的下进风装置前面，在空气被新风系统吸入机房室内之前，都需要从水帘表面通过。在此过程中，水帘中便会有大量的水分子蒸发，在焓值不发生改变的情况下，空气中所含有的显热将会被吸收，空气温度也可以得到显著降低。经实际应用与研究发现，相比较新风节能系统而言，带水帘形式的新风系统可以让温度降低4 ～10 ℃。同时，通过此项节能技术的应用，也可以让空气中的大部分灰尘被水帘吸附去除，让5G 基站机房中的除尘效果得以显著加强，从而有效确保机房内的空气清洁度，防止积尘过多对机房中相应设备运行的不良影响。对于该系统中的供水，可通过自来水进行供水，也可以通过简易压水机以及雨水收集系统来进行供水。通过这样的方式，便可实现5G 基站运行节能效果的显著提升，从而为其后续的应用与发展奠定基础。目前，该技术在很多5G 基站核心机房以及BBU 集中机房中都得到了良好应用。

3.3 蓄电池地埋机房技术的应用

在当今，5G 基站配套设施对于其机房环境方面的要求已经得到了降低，而在其主要的环境中，要求最为苛刻的一项设备就是蓄电池。只有确保蓄电池运行环境，才可以有效保障其放电效果及其使用寿命，才可以让5G 基站的运行达到良好的节能降耗效果。在不对机房中的空调配置进行优化的情况下，可将蓄电池地埋技术加以合理应用，也就是将蓄电池设置在地下室中，利用地下室所具有的冬暖夏凉特征来实现蓄电池所处环境的良好改善，防止温度过高、过低对其放电量的不良影响，并实现蓄电池使用寿命的进一步延长。对于换气与潮湿问题，可通过地埋电池柜上的导气管以及排水管安装法来加以解决。对于地埋蓄电池，建议选择12V 形式的单体蓄电池，并在地埋处理之后对每一个单体蓄电池都进行测试线引出，以此来对其所在基坑中的具体温度进行监测，为后续的维修提供足够便利。目前，此种方法已经在土地开挖条件较好的乡镇和农村5G 基站中得以良好应用。

3.4 机房隔热技术的应用

隔热技术属于太阳能辐射防治技术中的一种，如果5G机房长时间被太阳光直射，其外墙外表面的温度将会不断上升，维护结构中的热负荷也会增加，从而增加其室内的空调能耗。为有效解决这一问题，就需要对隔热技术加以合理应用。就目前来看，应用在5G 基站机房中的隔热技术主要包括门窗隔热技术、外墙隔热技术以及屋顶隔热技术等。对于门窗，可通过隔热性能良好的双层玻璃以及遮阳板的形式进行隔热处理，或者是直接进行封堵处理，以此来达到良好的隔热效果；对于外墙，可通过隔热网、隔热涂料以及藤蔓植被种植覆盖的方式进行隔热处理，从而实现外墙隔热性能的显著提升。对于屋顶，可通过平改坡的方式进行处理，因为平顶结构在夏季里会受到更多的太阳辐射，从而导致机房中的温度快速上升，因此，对于5G 设备机房，可将其平顶结构改为坡顶结构，并做好屋顶通风设置，这样便可有效降低太阳辐射对机房的温升影响，让机房内的空调耗电得以显著降低。

4 结语

综上所述，随着5G 移动通信网络技术的应用与普及，人们的工作和生活都变得更加便利。为充分满足当今社会对于5G 网络的实际应用需求，越来越多的5G 基站开始投入建设和应用。而在5G 基站的建设及其应用中，需重点关注其配套基础设施的能耗问题。5G 基站配套基础设施应用的是电能，其中的通信电源以及机房空调是主要的能耗设施。基于此，相关单位、研究者和技术人员应加大通信电源以及机房空调节能降耗方面的技术研究。对于通信电源，可通过开关电源休眠技术、直流远供系统技术、新能源风光互补供电技术、蓄电池与市电结合形式的削峰供电技术等的合理应用来进行节能降耗；对于机房空调，可通过智能化新风节能系统、带水帘新风系统、蓄电池地埋机房技术、机房隔热技术等的合理应用来进行节能降耗。