5G时代通信供电系统面临的问题和解决思路

2022-11-17普天信息工程设计服务有限公司田雨春李敏吕雪玮

数字技术与应用 2022年1期

普天信息工程设计服务有限公司田雨春李敏吕雪玮

在信息时代发展的背景下，5G技术给人们的生活和工作带来了便利，提升了效率。自从5G技术应用和发展以来，各网络运营商不断建设安装5G基站，而基站运行需要大量的供电需求，因此必须对基站的供电系统进行改造，以适应和推动5G技术的发展，满足5G全网覆盖的需求。基于此，首先阐述了5G技术的优势和基站供电系统架构，并分析了当前通信电源系统面临的问题，最后提出了相关的解决方案，以期为相关专业人士提供参考。

5G通信技术的应用，使通信系统网络信息交互速度得到了提高。在网络资源建设中，工程技术人员必须总结通信电力系统的难点，分析电力系统的技术要点、使用条件和维护保养等内容，有效提高其电力系统运行的稳定性。使信息网络和智能化技术为各行业提供新的发展和实践方向。尤其是在传统网络建设中，存在电源输入、电源系统架构等问题。因此，相关网络工程技术人员必须不断积极更新和完善信息网络建设原则，有效融入5G技术框架，全面解决供电系统发电机、变压器等电力传输困难的问题。提高通信电源系统的稳定性，满足在模块协调过程中，控制电力传输的延迟要求。

1 5G网络架构与供电系统概述

5G网络加快网络传输效率，提高数据连接的稳定性，同时还节约了成本和电力能源，增加相互兼容系统的规模和容量。5G网络技术的业务，主要是加强移动宽带、大物联网、低时延连接等内容。5G技术接入网结构，包括AAU、DU、CU三层。其建设的第一阶段，实施为RAN网络。随着技术扩展，对超低时延服务的需求不断增加。因此，CRAN使用于多个离散尺度的AAU和CU结构。机房网络架构由融合机房、设备机房、网络接入节点等组成。机房具有旁路和融合功能，也可实现集中分布节点设备。通信供电系统作为资源系统，是当前发展5G技术的新挑战。要在4G网络基础上上实现5G建网要求，满足各种环境条件下的发展。电源系统直接关系到通信设备的功能发挥，5G通信电源系统中的设计方案必须进行有效的改进和优化。

2 5G技术应用的优势

5G技术的信息交换和传输速度比较快，其最快可以达到10Gbit/s。因此，在该技术的应用中，其信号传输延迟低，信息载体容量较低。5G技术可更快地进行信息交换，为设备提供持续的信号。同时5G技术还可以使来自物联网、大数据、虚拟技术的信息资源得到整合。采用信息交互方式实现信号传输、直流配电等数据通信的有效转换方式，极大的方便了监控系统数据与通信电源部件的协调。同时，系统运行会与供电功能产生联系，在信号传输过程中，利用信息技术可识别和修复相关故障点，使技术管理人员根据信号指标配置相应的应急控制模式。监控通讯系统的定位和各电源系统的运行状态，使供电系统的稳定性得到了很大提高，技术人员应用5G技术，可以分析确定供电系统的运行，并及时传输信号，测量系统的运行状态[1]。

3 5G时代通信电源系统面临的挑战与基本设计要求

5G技术应用的时代，开创了智能手机、智能控制终端一体化等控制模式。其信号传输比4G网络快得多。在5G技术影响下，其控制成本和能源效率、系统容量较高，而设备连接成本较低。因此，5G技术体现了在物联网、低时延连接应用的优势，帮助系统通过远程访问、监控系统和云的支持，实现语音、视频等大数据的协同应用。满足远程医疗、远程操作、智能家居等功能的基本需求。同时，在物联网发展的时期，5G系统通过发送、接收信息给相关系统，满足端口配置和优化供电的信息交互需求。如不能有效满足信息的存储和交互的要求，会造成能源信息输入、分析和操纵的困难。在能源信息化扩容以及重组时，如不能很好的进行配合，直流机房数量会增加中央供电架构的压力。在整合高级业务资源时，技术管理人员需协调不同项目的供电需求，分析其使用要点，如自动驾驶和医疗服务范围，在这些服务中，其供电系统资源供应和配置往往会出现困难，设计时需从整体上考虑。

3.1 原有电源系统勘察设计

以特定运营商机房电源系统设计图为例。在方案设计初期，技术人员要对机房资源进行全面调研，如果发现无法满足可用现有机房和新电气系统的要求。要及时调整机房原有电源，以满足电力系统运行的要求。在检查相关用电设备时，旧设备不连接任何业务，占用了机房资源和电能，阻碍了企业实现资源优化配置的目标。针对机房电力系统存在的问题，技术人员要统计和整理机房旧设备，拆除过时设备以及脱机的设备，整合电力机房资源，重新审核机房资源和建设内容设计方案，清空了无用的机房资源，为后期建设增加资源配置的空间。

3.2 关于新建机房电源系统设计

在新建机房和数据处理中心的规划时期，技术管理人员要考虑供电系统的发展前景。进行科学的计算，确保在机房和数据处理中心运行时具有足够的资源。要合理计算新建园区最终装机能耗，据此规划机房面积，同时预留设备面积。在供电系统的设计中，要考虑动力机房安装方案。动力机房内新增动力设备须合理，尽量避免浪费机房资源。电源走线须正确、设计清晰，防止动力设备、机房电源线交叉和堆放。以某数据处理中心通信电源设计为例，机房设计根据最终装机容量进行规划，电源系统安装以按需构建为原则。设置高低压配电变电机房和数据处理中心发电机房。并在高低压配电室和发电机房在节能、节材方面进行充分设计。机房每层预留电机房，同时低压供电系统，用两级配电形式。因为低压配电系统通常远离机器电气系统。对楼房供电线路较长，因此应用低压二次配电系统，使其与主配电系统没有接触柜。在二级配电系统中要配备接触柜，以满足未来的发展需要。其项目机房等级可按国标A、B确定。根据规范，网络类别须满足一类要求，由两个独立电源进行线路供电，且两条电源线不能同时用于停电。另外，数据处理中心考虑到电力输入时，会受到市政审批、建设补偿等因素的影响，可以使用外城的电力输入，在预计装机容量机房建设的中期，外城电力电缆线径根据需求进行制造。由于数据中心入网分阶段建设，其入网项目将包括高压配电系统的中断风险、设备兼容性以及针对相关配套项目的挑战。因此，低压配电系统分期建设，要根据机房实际需求进行分期建设。关于通信电源系统设计图，要按电力系统进行分类，其建设过程要按以下原则进行。UPS系统发展和业务需，要求采用3N双母线，以提高设备的有效利用率，节省设备配置。自用机房要根据其服务质量和水平进行划分，采用3N双总线运行模式。也可以考虑高频UPS，其机型比较经济实用。

3.3 动态监测系统设计

动态监控系统在通信电源系统中发展着重要作用。监控系统实现了对机房环境及用电设备的实时监控。在电力系统运行设计中，要充分考虑电力环境监测系统的影响。旧机房的设备没有电力环境监控系统，无法进行实时监控。以机房空调系统为例：其运行缺乏合理的方法，造成大量电能的浪费。因此，针对空调系统设计了动态监控系统。根据机房空调的运行状态，以及不同类型的空调，设计出科学的设计方案，如增加空调智能控制器，将空调自带的通讯动态回路管理模块接口和监控空调的智能控制结合，远程向控制器发送命令，实现启动和停止空调开关。对于非智能空调系统，可以增加红外遥控器，取代手动遥控器，也可以通过动态回路监控系统管理模块，模拟手动按键动作，发出红外信号，开启和停止空调开关，实现空调系统的智能化控制[2]。

4 优化5G通信电源系统的措施

4.1 解决直流机房电源问题

随着5G网络技术的发展，其规模在不断扩大，其技术服务内容也多种多样。包括公共核心网、PTN数据等内容。这些边缘CC常安装于中央机房。必须通过直流机房实现5G通信系统的正常运行。因此技术人员要全面分析直流设备，了解5G通信供电系统的双供电系统。应用并联UPS系统或交流设备进行供电操作。通常，使用网元设备可有效防止交流设备关机。随着5G技术的应用，网络元素都在高度集成，保证其安全进行供电。通过直流机房提供稳定的电源，满足了240V和336V供电设备交流电源的需要，优化了5G通信电力供电条件。

4.2 解决大功率扩容问题

为开展5G网络体系建设，须对其电力运行系统进行优化调整。因此必须解决电力扩容困难带来的问题。技术人员要根据电力容量位置和用电峰谷情况，分析功率最大值的差距。使用相关电池设备进行作业，同时也可利用电源通道作为储能电池作为后备平台，分段进行供电作业。但该方案的缺点是，无法保证电源的稳定性。要全面分析自然能源的富集区，在正常供电的基础上，充分利用太阳能或风能等环保型的供电方式，解决电力不足的问题。但该措施也受地区影响，如果投资过大，企业可能承受不住相应的经济压力。同时直流机房，在5G通信电力系统的建设存在一定的问题，尤其是在偏远地区。如AUU设备与BOU外壳间的距离长，则必须需要增加走线以全面减少线损。因此，在功率损耗相同的情况下，必须要调整直流机房的降压和升压容量减少线损。当出现问题时，可及时使用智能锂电池，保证放电电压保持在60V左右。同时应用分布式电源产品供电配合电池设计，解决因距离过远而造成的技术问题。

4.3 无线侧供电优化和控制

无线侧电源应在4G网络的基础上，分配5G通信技术，在公共电源方向的基础增加关联网络，使总电路始终在可检测、可控制状态下。同时还要检查无线侧供电设备对网络的影响。技术管理人员应分析各网络站点的工作状态和特点，调查使用设备的充电状态。直流配电箱要在设计上，通过功能分析整体规划装置、设备功能、系统应用以及运行协调等问题，并有效进行功能优化，技术人员要结合不同区域的电路和元器件的特性，明确了整流模块的功能，协调和保证电池的基本功能。为了有效提高供电系统功能，要在电池间增加绝缘元件，以区分不同电池的电力状态。由于机组功率扩展会超过5000W。因此，要注意不同地区的供电情况和开关影响。通过探索相关设备的加热效果，优化站点的基本功能，在低成本控制中解决无线侧供电问题。要注意的是，如电流校正间隔小于2小时，技术管理人员需要对核心电源进行扩展，保证扩展后其容量超过200Ah。同时，在新旧电池隔离控制单元安装中，要明确其扩展容量，确保总容量在5kW以上，使电池冷却系统及功能满足通信电源应用要求。当在中心位置安装5G系统网络时，技术人员要明确控制电压的难度，确保电源设计数据符合法规的要求。如须配置五个整流器和一组直流配电板设备，以有效支持电池组的电源需求。另外，在室外电网改造和扩建中，必须注意电源槽位的安装数量与增设机柜位置的整体关系。应全部使用内置开关，来控制相关5G设备。以保证功率扩展的容量在5000W以上[3]。

5 5G通信电力系统建设未来发展趋势

目前国内的5G通信供电系统建设已经基本成熟，同时其通信技术也在不断优化。通过5G通信电力系统技术，已经形成了智能家居、智慧农业等模式，给人们带来了全新的生活和工作体验。由此，5G技术和通信供电系统，正在推动着各行业的发展。从技术角度看，应用5G通信电力系统，满足了当前集中化、多元化的供电需求，提高通信服务的可靠性，优化了系统建设效果。从未来发展来看，5G通信容量更高，速度更快。其容量将是4G网络的数十倍以上。因此，在5G时代，网络数据大量传输，对数据处理中心的电力系统需求越来越大，使其技术方案的发展潜力也在增强。