5G 基站供电设计方案与新技术应用
（普天信息工程设计服务有限公司，北京 100088）
摘. . 要：本文针对 5G 基站和机房各类设备高能耗及高功率密度的特性，进行相关问题的技术手段应用分析并结合业界实践和探索，进行切实可行的系统设计方案探讨。
关键词：5G；供电；设计
1 引言
当前，全球 5G 网络已展开大规模商用建设，其多场景、多层次的基站建设需求，要求供电架构必须满足 C/D-RAN、杆站、数字化室分等覆盖需求，尤其是 5G 基站和机房各类设备高能耗及高功率密度的特性，要求提供切实可行的系统设计方案，实现高效、稳定、环保安全的供电链路，从而保证高效满足工程要求。本报告就目前行业需求场景和探索情况进行归纳探讨，以期为产业界根据具体组网场景结合实际基础条件进行供电方案选择和设计提供参考。
2?5G 供电设计方案
依据不同类型 5G 基站、CRAN 和 DRAN 等场景，基于不同供电电压等级等，可分为如下几种主要的供电设计方案。
2.1 传统开关电源 -48V 供电
考虑到 4G 到 5G 的平滑过渡，需与现有基站兼容，采用传统开关电源为 5G 供电是最常用的 5G 电源建设方案，该方案同时应重点考虑由于功率密度的增大以及总体能耗的增大而产生的各类损耗和相应的散热设计。
传统开关电源供电 , 当开关电源总容量充足时，可直接利旧原有开关电源，扩容整流模块及蓄电池，快速交付项目。通过开关电源一次转换后就可为设备供电，电能转换效率高，但采用同一套开关电源为原有设备及5G设备供电时，5G设备与其他原有设备备电时长相同。
若原有蓄电池容量不足，新建蓄电池需要采用电池共用管理器并联，会增加建设成本； 当开关电源总容量不足时，可替换或新建开关电源。
2.2 升压供电
一般5G网络AAU设备安装到天线塔，导致供电时线压降会增加。
针对传统 -48V 供电系统中，解决由于 5G 场景下线路压降增大而通信设备输入端电压过低无法正常运行的难点，可采用 -48V 升压供电方案，需要增加升压模块。该模块是连接在 -48V 高频开关电源系统后端的电源模块，通过该技术的应用，可以把输出电压升压至更高（但不能超过传统 -48V 系统的最高电压值），实现安装在远端的设备能够正常工作的目的。
2.3 市电高压直流供电
为应对 5G 网络各类设备的高功率密度以及高能耗，采用高压直流系统可极大提高配电系统工作电压，在同样输出功率的情况下，工作电流只有现有 48V 直流系统的七分之一左右，极大节约了配电电缆，大幅提升系统能效，解决传输线路上的压降和高功率密度问题。在基站主设备能够支持 240V/336V 直流输入电压时，可采用240V/336V 市电直流供电 ［2］［3］ 。设备处的电压应满足相关标准 ［2］［3］要求。
安全规程：
现有 4G 基站不中断业务的基础上叠加 5G 业务时，若采用240V/336V 直 流 供 电 方 案 即 产 生 传 统 -48V 供 电 与240V/336V 直流供电共存在同一个机房内的问题。由于 240V/336V直流系统电压已经远远超过了维护人员安全操作电压，需要具备良好的保护回路，比如如绝缘监察回路等，当任意一路出现接地或者断开等现象时，系统应发出告警并立即关断。
维护人员需清晰辨别供电回路架构，并对维护人员做好充分的技术培训以及安全知识培训，避免因为混合供电而引起的安全事故。
相关设备应具有如“高压危险”、“应由专业人员打开设备外壳和完成相关维护工作”等明显的安全提示标识，保障维护人员不随意触碰 , 提升相关人员主动防护意识。
2.4 远端供电
远端供电架构主要适合远距离、大功率供电场景，尤其是多基站分散供电、密集微站布置场景。此方案在传统开关电源基础上，增加直流远供设备，用于为5G设备供电。远端供电技术是较为成熟的技术，按标准要求 ［4］ ，其供电传输电压范围为 225V ～ 350V, 也可选择现有的 240V/336V 系统的输出电压范围，具体供电设计方案如下所示：
优点：供电距离远，5G 应用场景基本没限制，适合远距离、大功率的供电场景，如果两站之间需要新建光缆，可采用光电复合缆，降低光缆电缆的施工费用，减少成本。
缺点：需增加的设备较多，短距离内电能因转换次数多，损耗大，相比传统开关电源投资大
2.5 近端自冷电源供电
在靠近居民区、商业区等密集区域进行基站建设时，在空间受限条件下，可应用与主设备安装在一起的室外自冷电源产品，这种方案由于贴近主设备供电而大幅降低传输线路损耗，且具备实现灵活取电、快速安装、免维护、省空间等优点，可支持 5G 网络的快速部署和高效维护。
3 新供电技术应用
随着带宽和传输速率将成倍提升，5G 基站将处理海量数据。随着 5G 业务不断发展，5G 网络 BBU 的计算功耗将逐渐上升，如一台BBU 最大功耗将从传统 300W-400W 上升至 1000W 左右。MassiveMIMO 技术应用带来跟高速率体验的同时也意味着更高能耗，64T64R AAU 最大功耗将会达到（1000~1600）W。 为了适应5G高耗能、高功率密度的要求，必须需引入新型供电降耗技术，以下简单归纳国内目前已在探索的新技术应用。
（1）削峰技术
无线设备的负载峰值与额定功率值相差较大。当负荷容量增长至接近基站所申请的市电容量时，可采用限制充电或限流充电方式解决峰值负荷时市电容量不足问题。若此方式未能解决容量问题，可采用在基站配套安装储能锂离子电池组并根据实时负荷情况调整锂电池充放电状态的方式，即当负荷增长到峰值时，通过储能锂离子电池组放电方式弥补供电容量不足问题。
此外，也可基于峰谷电价情况设置错峰用电。具体实现方式为当市电为峰价时，不使用外市电或部分使用外市电，在保障安全可靠的供电条件下使用储能电池组放电；电价在谷价时市电直接供电给负载的同时给储能电池组充电，最终达到降低电费的目的。
（2）泛能源一体化供电
为适应多类能源供给和多种供电输出电压等级业务要求，我们可通过市电、新能源、存量电源等多路输入整合到一套系统的方式，并结合大数据和人工智能技术实现多能源输入智能调度，且优先利用新能源以及低成本能源方式着力加快 5G 网络绿色用能步伐。
具体设备形态方面，提供一种多输入多输出一体化能源柜，将电源设备和电池组集成安装在一起，并为 5G 设备提供相应安装空间；在输出侧，实现多种电压等级的输出，包括 12V 和 -48V 等，从而更好的匹配多种电压等级的设备的供电需求。
（4）电池组并联扩容及数字控制技术
由于 5G 基站的多种应用场景，基站应能够支持多种类型、多种状态的电池组的并联扩容以及共用。支持不同电池组同时并联进行充放电。同时，宜采用数字控制技术，实现不同状态的电池组内落后单体电池的隔离，从而延长电池组的使用寿命。
（6）供电系统智能化管理技术
对供电系统采用智能化管理技术，例如基于负载的模块休眠技术、智能多路下电管理技术、识别不同输入能源并智能优先利用绿色能源技术等。此外，也包括通过数字化、网络化和智能化手段，实现平台化管理，并基于负荷状态动态调整各类设备的运行状态，从而获得更高的系统整体能效的技术。
4 结束语
当前，5G 建设正大规模推进，5G 网络高频电组网，采用MASSIVE MIMO 等新技术，为了实现良好覆盖和热点覆盖，需要会建设大量杆站、楼宇挂墙站、数字室分等站点，这些均对设备供电提出了更高的要求，需要不断探索可行的供电、储能、节能技术应用并进行系统科学的方案设计，才能切实促进5G网络建设快速、良性发展。
参考文献：
［1］《通信高压直流电源设备工程设计规范》GB 51215-2017；［2］《通信用 240V 直流供电系统》YD/T 2378-2011［3］《通信用 336V 直流供电系统》YD/T 3089-2016
