5G现网电源配套系统改造分析

摘要：我国信息技术发展速度较快，尤其是5G技术的发展，已经成为移动通信的关键技术。5G技术融合了许多新兴技术，提升了网络传输速度，能够进行海量数据资源的传输，且传输的延时较低。本文深入分析了5G网络的特点、5G现网电源的配套系统需求以及架构演变，并提出了改造5G现网电源配套系统的方案，希望对5G通信技术的应用发展提供些许参考。

关键词：5G现网电源；开关电源；机房电源

2018年我国就已经进入了5G技术的建设阶段，三大运营商投入了大量的资金进行5G网络的建设，并在2020年实现了全面的5G网络商用。5G网络的大范围部署，需要耗费更多的成本，因此需要对现网资源的潜力进行挖掘，从而实现5G网络的规模化、快速化地完成建设，对电源配套系统进行改进。

一、5G网络的特点

（一）主设备的特点

我國的5G网络是在4G通信技术的基础上发展起来的，而无线接入的网络架构也是根据4G网络进行研发的，主要的网络架构包括集中分布以及有源天线三个单元，也就是3级结构[1]。在建设的过程中，5G网络的架构也经历了初期和中后期这两个阶段，但是这两个阶段的网络架构有所不同。在5G网络结构升级的时候，主设备的重量、体积和功率值等也在发生变化。工作人员在发展5G技术的时候，需要对各项参数进行密切的关注，需要对设备的功率、AAU尺寸等参数进行合理控制，这样才能保证设备应用的合理性，从而避免主设备的负荷受到负面影响，对干扰因素进行控制。

（二）网络特点

5G网络在应用的时候需要使用到很多新型的技术，例如C-RAN或者是MIMO等，这些技术在应用的时候对基站的参数有较高的要求。当进行数据的传输与储存时，工作人员需要对基站位置、各项参数的配比以及基站的分布数量等进行确定。与4G网络相比，5G网络在功能、算法以及参数上都有所提升，工作人员在对5G网络进行研究的时候，可以分析其与4G网络的差异，然后引进更加先进的设备，从而对5G现网电源进行科学改造。

二、5G基站电源的配套系统需求

5G网络在功能、算法以及参数上都有所提升，导致其设备的功耗也有所增加，这就导致其对现网电源的配套系统提出了比之前更高的要求。在部署5G网络的初期，我国的运营商主要是使用CU/DU合设+AAU进行部署，但是这种配置导致5G设备在功耗上比4G增加了3倍。因为功耗的增加，运营商就需要对其供电设备进行改造，改进电源的配套系统。

三、5G基站电源配套系统的架构演变

在5G网络发展的过程中，会面临更多的差异化业务场景，因此需要使网络的速率更高、延时更低、连接的数据密度更大，这就要求运营商对5G基站架构进行改进和优化。首先，在进行基站站址的选择时，运营商应该选择集中部署的方式，工作人员在进行集中部署的时候可以使用BBU，这样就能够实现资源的共享，并且有效地进行成本的节约。因为部署方式的集中可以使网址的获取更加容易，减少获取的周期，从而缩短时间。运营商在进行5G网络的架构时，可以将其各类协同特性开通，提升其边缘效率，这样就可以从各个方面提高网络的性能。其次，在进行5G网络的基带架构时，一般分为底层的处理单元和高层的处理单元。在运行过程中，底层的处理单元可以对多种接入技术进行处理，而高级的处理单元能够在各个网络节点上灵活部署各项功能，使基站的扩展性以及灵活性提升，使其在进行数据传输的时候速度更快。在未来的发展中，5G网络的架构会更加虚拟化，从而实现快速、灵活地布网。

四、5G现网电源配套系统的改造方案

（一）机房电源的改造

1.交流外电的容量不足

当机房交流的总输入不足的时候，工作人员在改造的时候就要对交流的总输入容量进行扩充，具体的做法是更换容量更大的变压器，对前级空开的容量进行更改或者是对电线电缆进行更改。但是应用这些方法进行改造，改造的成本较大，并且施工的周期较长，还需要根据基站的具体情况进行具体改造。如果开关的电源交流输入存在不足的现象时，工作人员在改造的时候可以对开关电源的交流输入容量进行扩充，或者对交流配电盒的输出空开进行更换，使其空开比开关电源的输入空开小，这样在改造的时候成本就比较低，而且施工的周期也较短[2]。

2.直流整流模块的不足

工作人员在计算直流设备的总电流时，需要使用下面的公式：

（1）

在上面的公式中，直流设备在运行过程中总功耗用P表示，而直流的电压则用U表示，蓄电池的总体容量是K，在进行实际的电流计算时，只需要将各个数值代入到公式中，就能够求出总电流。一般而言，每一个整流模板的电流应该是50A，冗余保护每增加一个，整流的模块数就需要使用下面的公式进行计算：

（2）

3.DC空开端子的容量不足

在进行空开端子的容量计算时，工作人员可以使用下列公式：

（安全系数）×设备功率/48V      （3）

在上面的公式中，I表示的是空开端子的最低值，ε表示的是冗余系数的安全值，一般都取1.25数值，而P则是设备的功率。工作人员在应用这个公式计算出空开端子的最低电流值之后，就可以据此更换更合适的BBU-AAU电线电缆的主线芯的截面，使其尺寸更加适合。

4.DCDU的供电方案

在应用AAU和BBU电线电缆的时候，都需要配置双路电源，在AAU与DCDY的距离短于70m的时候，就要使用6mm2的电源，而距离在70-100m的时候，就要使用10mm2的电源，当电源长于100m的时候，就要使用更粗的电缆，从而降低电压，或者增加升压的设备，避免压降过低，对设备运行造成不良影响。

（二）开关电源的改造

1.插框电源

当前，我国的各个运营商的基站建设以及接入网点等的建设都是采用组合式的开关电源进行供电。在应用的过程中，开关电源的型号众多，生产厂家各异，在管理上存在一定的难度，而且一些设备在网运行的时间较长，已经处于超龄服务的边缘，出现了运行不稳定的现象，并且还没有配品和配件，在修理的时候无法将其恢复到原来的功能。这就会导致原本的电源配套系统容量较低，没有扩容的空间的情况，而且设备还出现了性能下降、能耗较多且故障多发等问题，给5G网络的运行造成了极大的负面影响。工作人员在进行插框电源的改造时，如果原有的电源机架满足使用的要求，可以直接使用，并将其中的分流器、交流主输入空开等进行保留，但是原有的整流单元需要替换掉，更换更加具有普适性以及兼容性的整流单元。在具体改造中，工作人员需要保证改造的工程量较少，降低施工的难度，同時还要满足蓄电组以及动环监控系统的对应功能[3]。

2.直流远供电源

直流远供电源的设备在应用的时候可以将基站内部的开关电源从-48V直流电变成240V-400V，然后再利用电缆将直流电送到远端基站的降压设备处。局端设备、远端设备以及传输线路共同组成了直流远供电源设备，在应用的时候，局端设备是核心，此设备能够将-48V的直流电变成240V-400V的直流电。局端设备一般会放在发电条件较好的机房内。远端设备主要是将高压直流电变成DC48V或者是AC22V直流电的设备。电源在远端设备以及局端设备进行传输的过程中，需要使用到传输线路，不仅可以实现小电流、高压的电源传输，还能够为通信设备提供电源，传输的距离最远可以到达3000m。

3.微站电源

微站电源在使用的时候可以满足功率较大的5GAAU设备的直流用电的实际需求，而且在应用的时候可以采取市电直供的供电形式，使用室外直流电源进行供电。在实际的应用中，因为家庭用电普遍是220V的交流电，在应用微站电源的时候需要将这种电变成48V的直流电，在进行微站电源设计时，工作人员需要对5G网络的相关设备在应用中的功率进行计算，从而合理设计微站电源，确定其具体的数量和容量。微站电源的设计还需要结合锂电池的配置，工作人员需要对站址情况进行了解，这样才能合理进行配置。在具体的设计中，工作人员应该将微站电源设计成一体化机柜，在安装的时候可以采取壁挂、路灯杆及环抱等多种方式，并满足监控杆、路灯杆以及信号杆等的建设。

4.开关电源系统的改造

开关电源系统在配置的时候主要用于电池管理、整流及配电。电源的管理主要涉及放电和充电，整流主要是将交流电变成直流电，而配电则是进行交、直流电的输送和分配。在实际的应用中，开关电源的配置为N+1，并且n≤10 。在进行电源容量的计算时，其公式为：

（4）

在上述的公式中，R代表在进行电池管理的时候，电池的容量，而P则是设备在运行时的功率，Q是电池组的整体容量，η代表的是电池电容量系数。在5G网络中，如果开关电源达不到系统的要求，一般和电源容量或者是电源模块有关，如果二者无法满足要求，可以采取添加或者替换的方式进行改造。

（三）外市电源的改造

1.外市电源的改造原则

在进行外市电源的改造时，需要对高压引电的实际比例进行控制，最好采用低压直流供电的形式，根据现场的条件及运营许可再采用高压引电的形式。在引电的时候，工作人员需要就近取电，对引路电径路进行审核，避免绕远，当绕路超过20%的时候，就要采用备用的引电路由及打火点[4]。在引电的时候还要对顶管的数量进行控制，选择合适的方法进行电缆的敷设，尽量降低改造的成本。在引电的时候如果采用铝合金电缆或者是铝缆，工作人员需要在接入空开的时候使用铜铝过渡的接线端子。

2.外市电源的配置

5G网络在接入外市电源的时候，能够获得220V和380V的低压电和10kW的高压电，在供电的时候可以实现直流供电或者是转供电。直流供电的电费较低，需要将电费上缴到电力公司，而转供电的电价一般较高，并且需要将电费上缴给业主。

3.外市电源的改造方法

在进行外市电源的改造时，第一，工作人员可以选择直接共享的方法，当原市电的引入已经达到容量的要求时，站点就可以直接进行外市电的共享，不需要进行改造，但是需要对电表进行压降及报装容量。第二，在电表或者是空开的容量较低的时候，工作人员可以申请增容，并将断路器和电表更换掉，利用原来的电缆进行外市电的引进。第三，如果基站市电的容量缺口很小，工作人员就可以使用电池进行错峰，从而利用限流的形式进行充电。在电池错峰充电的时候，工作人员需要对开关电源的功率进行控制，从而降低市电的需求量。第四，在市电的缺口较大的基站，工作人员可以采取电池补电的方法，利用空调为电池供电，减少对市电的需求。工作人员可以使用锂电池，让其在负载较高的时候放电，而在负载较低的时候充电，对设备的波动进行改善。第五，工作人员在进行外电改造的时候，需要确保处于搭火点位置的变压器具有足够的容量，如果电线的线路载流量不足，工作人员需要采取替换电线电缆的方法进行改造，这样既能保证容量，还能够节省成本。如果变压器不符合系统的要求，就要对其进行替换，如果变压器的性能没有问题，也可以采取增容的办法。最后，如果原来的搭火点不能进行扩容改造，工作人员就可以采取拉远的方法，引入220V的单相电，将其转换成三相电，使用三相输入电源对原有的电源进行替换。

（四）交流配电箱的改造

交流配电箱在应用的时候主要用于交流电的分配，使用的转换开关以及电涌保护器主要是380V/A以及380V/100A，对应的市电的最高引入量是37.3kW和23.5kW。在5G现网电源配套系统的改造中，如果容量达不到标准，就要更换交流配电箱，而如果容量能够满足要求，但是输出空开的容量不满足要求，就只需要对空开进行替换。

（五）电池的改造

5G网络基站的蓄电池一般是用于存放电能，保障基站内各个系统的电能供给稳定。在进行5G网络电源的改造时，为了满足系统的要求，需要对电容进行扩充。在这个过程中，工作人员需要对电池的规格进行科学的选择，避免它们之间产生相克的情况。如果电池的类型和规格不同而进行混用，可能会导致设备出现损坏，因此工作人员在选择电池的时候，需要注意这一点[5]。当前运营商所使用的电池一般是梯次电池或者是铅酸电池，在进行电池容量计算时，梯次电池的算法是：

（5）

在上面这个公式中，Q指的是电池的容量，而K是电池在运行的过程中的安全系数，其取值一般为1.25，a是电池在运行时的温度，P1、P2分别是一次和二次的通信设备在运行时的功率，T1、T2是一次和二次的通信设备在运行时的备电时间。铅酸电池的算法是：

（6）

公式中，Q是铅酸电池的容量，K是安全系数，一般数值为1.25，T是电池放电的时间，而I则是电池的负荷电流，η是电池的放电容量，a是电池的温度，t是电池的环境温度的最低值。在进行5G网络电源改造的时候，工作人员需要对电池的种类、容量等进行检查，然后确定改造的方案。当原站的电池能够滿足新的容量要求的时候，可以不进行改造；当电池的容量不足，而性能又较差时，就要更换电池；如果电池的容量不足，而机房的承受空间也不够，无法增加电池，就可以更换电池。

（六）空调的改造

5G现网电源在进行改造的时候，可以对空调进行改造。空调系统的类型有三相电和单相电两种，并且它们都是单冷制式的。在进行空调的设计时，工作人员需要合理设计负荷，还要考虑到基站对冷量的需求，选择合适的空调种类和规格。在进行设备负荷的计算时，其公式为：机房面积的0.15倍+设备功耗=制冷量。

在改造的时候，工作人员需要确定制冷量，然后就可以根据需求对空调的类型以及数量进行选择。同时，工作人员还要考虑到目前已有的空调是否符合要求，然后再确定是增加空调的数量，还是对原有的空调进行替换。

五、结束语

在未来的5G网络发展中，网络的架构不断向高频、加密且立体分层覆盖的方向转变，使通信基站的距离更短，网络传输的速度更快，但是同时对于电源配套系统的要求也越来越高，需要不断进行改造与创新。5G网络的发展及5G通信技术的进步，要求运营商根据实际的网络需要对5G基站的电源系统进行改造，使其满足相关设备的运行要求，确保5G网络的畅通。

作者单位：高凯 山西信息规划设计院有限公司

参  考  文  献

[1]张洪伟，蔡宗平，马学军.基于4G网络洞察的5G网络规划[J].邮电设计技术，2022（02）：26-32.

[2]吕景松.5G承载网面临的挑战及建网方案探讨[J].中国新通信，2021，23（15）：13-14.

[3]李晓东.现网5G基站电源配套改造的研究与应用要点构架[J].通信电源技术，2021，38（02）：220-222.

[4]朱惠斌，温亮.现网机房阶梯改造为5G接入机房策略分析[J].邮电设计技术，2020（10）：88-92.

[5]叶健涛，严锋，陈广林.5G基站电源配套建设研究[J].广西通信技术，2021（02）：12-16.