5G基站電源節能改造研究

郭世浩 張豎新

摘要：本文主要以5G基站電源節能改造研究為重點進行闡述。首先，對5G基站能耗管理發展情況進行分析。其次，在討論5G基站基礎節能方式時，闡述了符號關斷、通道關斷、載波關斷和深度休眠。最后，探討了交流市電改造、開關電源及帶端子改造、蓄電池改造以及智慧能源管理平臺等幾個方面，以期為相關研究提供參考資料。

關鍵詞：5G基站；電源；節能改造；研究分析

一、引言

對于5G基站電源的節能改造，是促進5G技術發展的關鍵。5G基站電源為設備的正常運行提供穩定地支持，因此研究5G基站電源的節能方式和方案對于推動5G技術在各個領域的應用和發展至關重要，可以實現通信系統的升級。目前，與5G基站電源節能相關的研究內容相對較少，針對已經存在或可能出現的問題進行有針對性地分析，可以制定出針對不同類型電源的節能改造方案。通過深入挖掘和培養優秀的人才，充分利用機房電源，可以實現在特定區域中共建共享的目標。

二、5G基站能耗管理發展情況

5G技術的出現代表著通信行業迎來全新發展。經過3G、4G這一發展歷程，最終發展到5G。其中，受到關注最多的就是能耗問題。能耗管理的特點主要體現在以下幾個方面。

第一，基站存在巨大的耗電量問題。隨著社會發展，每年基站耗電量都呈增長趨勢。為了完成5G基站工作的部署，在現有的網絡覆蓋面積上建設新的基站，將導致運營商的基站耗能增加3倍以上[1]。

第二，存在著較為復雜的能耗管理問題。許多基站設置在距離較遠的地區，無法采用先進的方式對基站負荷的用電情況進行全面檢查，也無法實現動態控制。只能依賴專業人員定期檢查的方式進行管理。

第三，基站的節能通常需要通過人為判斷。這種方式效率低下、成本較高。因此，有必要結合基站電源的特點，科學合理地進行分析，提出有效方案，以實現對5G基站系統的優化效果，從本質上進行基站運行能耗的基本管理。

第四，由于站址稀缺和基站空間有限，進入5G時代意味著更多設備需要使用5G通信。在有限的機房空間中擺放不同的機柜將需要更多的空間。目前機房中除了機柜，占據空間最多的是電源和后備電源設備。許多機房配置的是600A組合式開關電源和2組500A·h雙層雙列電池，占據了大約十個柜機的空間。對于電池維護這一問題，占用空間較大。因此，高密度模塊化電池和鐵鋰電池的使用變得十分重要。

三、5G基站基礎節能方式

（一）符號關斷

在發生通信的時候，基站沒有長時間處于最大流量的情況，這也意味著子幀中的符號并不是每一時刻都填滿有效信息?；就ㄟ^符號關斷功能控制開關，當AAU獲取有效信息后，基站會判斷是否有數據發送。在沒有數據發送的周期中，基站會關閉PA電源和TRX開關；而在有數據發送的符號周期中，基站會打開PA電源和TRX開關。這種方式保證了業務運行盡可能不受到外界因素的影響，并且保證系統功耗穩定，被稱為符號關斷節能技術[2]。這種方式中運用了DTX技術，也被稱為DTX節能的原因之一。當負荷處于關斷狀態時，基站中的時隙匯聚集中調度功能發揮作用，基帶會將符號調度集中在某幾個時隙上，比如公共信道和參考信號的時隙。這促使AAU可以打開或關閉PA電源和TRX開關，這種方式也被稱為時隙關斷。

（二）通道關斷

對于通道關斷節能而言，屬于一種載波級別的操作，一旦整個載波負荷較強，就會對部分通道進行關閉，以此降低設備能耗。當載波負荷處于上升趨勢時，通道將會開啟。無論是在地面行或下行中進行通道關斷，載波都具備獨立的配置特點，通過通道關斷模式進行控制。在5G基站中有幾種通道關閉模式可用，其中包括只關閉下行通道、同時關閉上下行通道[3]。另外，5G基站還具有四分之一通道關閉、二分之一通道關閉以及四分之三通道關閉的關斷檔。在載波負荷信息統計過程中，5G基站會向AUU發送關斷位置圖，并利用位圖來完成通道的關閉和開啟操作，充分發揮AUU的作用。

（三）載波關斷

在5G多制式多層覆蓋的情況下，可以利用容量層小區對熱點進行覆蓋?；A覆蓋層小區提供連續覆蓋，在容量層小區負荷較輕時，將用戶設備遷移到基礎覆蓋層小區并關閉容量層小區，以節省能源。當基礎覆蓋層小區負荷逐漸增加時，容量層小區可以發揮喚醒作用。通過控制容量層小區和基礎覆蓋層小區的符合狀態變化，可以進一步觸發載波關斷節能方式。對于同一制式以及多頻網絡共同覆蓋的情況，當小區內負荷較低時，需要優先考慮關閉部分小區以滿足正常的通信需求，并逐步開啟負荷較高的小區，以短時間內滿足通信需求，從而更好地實現節能效果[4]。

（四）深度休眠

為了取得更高的節能效果，需要對話務空閑這個階段進行思考，盡可能地降低AUU硬件的耗能，將AUU集中保存在光口和電源模塊中，關閉其他功能，以實現節能目標。深度休眠場景在5G建設的初始階段更常見，此階段用戶數量較少，甚至可能沒有用戶使用。在4G和5G協同的場景中，當話務較少時，5G設備會進入深度休眠狀態。對于5G多頻組網的熱點區域，在低負荷階段，高頻設備也會進入深度休眠狀態。甚至在一些商場、寫字樓等區域，也可能出現無業務的情況，比如在晚上，可以定時關閉5G設備的射頻功能來實現節能[5]。

四、5G基站電源改造解決方法

（一）交流市電改造

進一步隊機房市電所引入的總容量，以及空開容量、電纜的實際需求情況進行核實，在市電出現容量引入達不到標準，需要做好增容這一工作，在交流配電箱主開關容量、電纜連接不能滿足需求這一階段，需要第一時間對交流配電箱進行更換[6]。對于市電擴容這一問題，可以選擇引入鐵鋰電池組這一方式，從本質方面降低市電容量的需求，做好對鐵鋰電池組的智能控制工作，面對巔峰這一過程，采用市電，以及蓄電池完后同時放電，進一步為機房設備的正常用電設備提供支持。在波谷這一時期，可以利用市電對蓄電池完成充電工作，可以在市電容量方面有效降低市電容量申請，從本質方面降低引電成本。

（二）開關電源及帶端子改造

首先，室內組合開關電源。對于-48V電源系統改造而言，可以運用全新的設備來滿足直流系統的供電需求。若現有的開關電源能夠滿足設備需求，只需要通過增加整流模塊來實現擴容。若現有的開關電源無法滿足需求，可以考慮更換開關電源來解決問題。對于+24V電源系統的改造而言，在機房面積、樓板負荷和市電容量都滿足要求的情況下，可以增加-48V直流電源系統來確保5G設備具備一定的獨立性。如果機房條件不允許，可以增加-48V和+24V的直流變換器，主要目的是為5G設備提供電源。在考慮開關電源容量的同時，新增的直流變換器可以連接到原有的開關電源架母線排上，以確保輸出容量和變換器數量符合配置要求[7]。

其次，室外一體化機柜開關電源。在一體化開關電源中已經接入了3個以上的系統時，最佳的方式就是增加一體化開關電源戶數量，但一般情況下不會在原有的電源系統上進行新增。若現階段一體化開關電源所接入的設備還不到3個，可以直接將新增設備接入其中，確保提供的容量。如果空間不足，則需要增加一個設備柜。

最后，電源端子改造。對于現有的開關電源，如果剩余端子的容量能夠滿足需求，可以直接引用這些端子。如果剩余端子的容量無法滿足需求，特別是開關和熔絲等部分，需要進行更換。如果沒有剩余端子可用，可以考慮增加擴展槽位，增加全新的開關。如果沒有可用的擴展槽位，可以增加全新的直流配電箱，確保直流配電箱的電源直接從電源架的母線中引接。

（三）蓄電池改造

對于不同場景而言，所需的基站蓄電池組在后備時間方面存在差異，可以根據不同條件因素進行進一步確定，如市電可靠性、基站重要性以及運維能力等。在大多數情況下，市區和縣城中的基站需要具備超過2個小時的后備時間；而在一些鄉鎮和鄉村等地方，基站的后備時間要超過4個小時；而對于更偏遠的地區，則需要保證基站的后備時間高于6個小時。對于一些位于偏遠地區、存在應急發電困難的農村基站，需要采取相應的解決措施，比如增加蓄電池組的后備時間。對于一些機房有限制條件或蓄電池后備時間需求較小的基站，可以適當減少蓄電池組提供的后備時間[8]。

隨著引入5G設備，對于一些無法滿足后備時間要求的基站，但機房空間足夠且承重能力允許的，可以選擇更換為大容量電池。對于機房空間不足或承重有限的基站，則可對現有的鉛酸蓄電池進行優化，更換為全新的鐵鋰電池。與傳統蓄電池相比，鐵鋰電池在質量方面更輕便、體積更小，可以解決現有機房空間和承載限制問題。

（四）智慧能源管理平臺

智慧能源管理平臺發揮關鍵的作用，對機站內部的設備進行智能化管理以及集成化管理。通過先進的物聯網技術完成設備的集成化管理，并通過人工智能對5G設備實施智慧化控制。與其他節能方案相比，這種方案能夠利用智慧能源管理平臺實現能耗管理，并通過自動化的管理過程降低人員操作的難度。從實際情況觀察，智慧能源管理平臺利用5G空口小區流量性能文件、運營商的警告信息、用戶數據等，通過深度學習算法獲取5G改造站點信息，并通過混合現實方式評估站點覆蓋情況，實時監控站點能耗。利用智慧能源管理平臺，能夠更加平滑地控制能耗，有效降低用戶在連接基站時的感知，并實現服務效果的有效提升。

五、5G基站電源技能改造未來發展趨勢

隨著5G技術的不斷發展以及在商業中的廣泛應用的趨勢，為促使5G技術與發展相匹配，5G基站的建設人員和運維人員需要提升自己的專業能力。

首先，可以與高校建立良好的合作關系，通過校企合作加強對5G建設人才和運維人才的有效輸送。這不僅包括工作人員對5G技術運用、5G基站建建設以及5G基站運行原理等方面的掌握，還需要更好地理解基站電源系統的實際構架和蘊含的原理。在人才培養方面，要進一步落實全面、專業化的培養要求，致力于打造一支高質量的人才隊伍，他們不僅能全面應用5G技術，還可以對基站電源系統進行有效改造升級。

其次，工作人員在入職前應接受充分的崗前培訓，引導基站工作人員在基站系統改造項目中提升自身綜合能力，更加深入地掌握工作技能，為未來5G基站電源系統的更大創新積累豐富經驗[10]。

在今后的5G技術發展過程中，將更多的智能化、自動化技術引入，通過優化改造5G基站，并引入和運用一些全新的技術和工藝。針對基站安全供電和持續供電問題，需要有效分析5G通信技術在各個基站電源系統中的情況，并進一步構建與5G基站系統改造升級不同的有效方案，以降低能耗消耗問題。例如，在基站電源系統改造過程中，可以引入智能檢測技術，并利用智能檢測傳感器對通信設備的不同電量需求及其變化進行全面數據采集。這些數據可以為后續5G基站電源系統電池組的配置提供重要依據。通過智能監測技術，可以實現對電量需求的精準監測和調配，從而在基站改造、升級過程中降低能耗問題。這樣的措施將進一步提高基站的能效、穩定性和可持續發展能力。

將智能化技術引入電源系統中，可以記錄系統整個過程中產生的數據變化。通過收集到的數據內容和標準范圍區間數據進行比較，可以對其中存在超標的情況進行第一時間地提醒，必要時作出警告。此外，在電源系統改造過程中出現的問題也能夠得到及時解決。通過對施工進度中可能存在的盲目行動進行優化，可以更好地發揮電源系統改造后的作用。同時，加強對電源系統改造過程和現場的監督管理工作，詳細分析施工過程可能存在的潛在因素，以轉化其中的危險因素，預防安全事故的發生。為項目改造提供一個安全、有序的工作環境，為項目改造的順利開展提供支持。

六、結束語

綜上所述，越來越多的5G技術被廣泛開發和利用。5G網絡的建立不僅為社會發展帶來了全新的機遇，同時也帶來了一定的挑戰，特別是在基站的耗電量和運營成本方面。因此，需要進一步優化5G硬件和軟件，實現智能化系統創新，以充分發揮5G基站的能源效率。通過上文闡述，可以意識到5G基站中電源節能改造這一項目的重要性，相關技術人員應致力于5G基站電源節能技術研究，以實現5G基站的長遠穩定發展。

作者單位：郭世浩 張豎新 山東省郵電規劃設計院有限公司

參? 考? 文? 獻

[1]吳一凡，王紀清，司鼎，等.通信基站智能化差異配電研究[J].長江信息通信， 2023，36（02）：197-200.

[2]吳亞暉，唐秋璇，劉子豪.打造綠色5G，助力低碳網絡——5G一體化智慧電源柜設計與實踐[J].江蘇通信，2023，39（01）：130-136.

[3]張明，仲婷.基站供配電智能精細化管理方案的設計[J].電氣時代，2023（02）：96-99.

[4]帥農村，陳耀文.5G零碳基站配置模型研究與應用[J].電信工程技術與標準化，2023，36（01）：62-67.

[5]李紅五，呂婷，李福昌等.5G無線網絡節能體系研究與展望[J].郵電設計技術， 2022（08）：6-11.

[6]武紅鳳.5G基站配套基礎設施節能降耗技術研究[J].中國新通信，2022，24（14）：22-24.

[7]李露，李福昌.4G/5G基站協同智能節能方案研究[J].信息通信技術，2021，15（05）：52-57.

[8]林瑋.5G基站配套基礎設施節能降耗技術分析與應用[J].信息記錄材料，2022，23（06）： 176-178.

[9]王龍.新型儲能系統在通信基站供電中的應用[J].現代建筑電氣，2022，13（05）：58-62.

[10]朱朝暉.5G基站節能技術研究[J].數字通信世界，2022（05）：41-45.