5G电信网络供电原理与应用策略

【摘要】随着移动通信技术和工业互联网技术的快速发展，5G通信技术亟需更高的供电技术支持。为了能够适应未来5G基站电源建设的需求，本文首先分析了电信网络-48V升压供电的背景和原理，其次阐述了电信网络升压供电的技术方案和升压供电的优缺点，最后根据全文内容对5G电信网络升压供电的未来进行总结。

【关键词】5G通信技术；升压供电技术；-48V通信电源

前言

第五代移动通信系统（也就是5G），已经成为学术界和人民茶余饭后的谈论热点，5G之所以受到如此广泛的关注，是因为第四代移动通信系统（也就是4G）已全面商用多年，但现有的4G通信系统已经很难满足爆炸式增长的移动数据和未来更大的市场需求。5G通信技术相对于4G通信技术而言，具有数据传输率更高、网络延迟更低的优势。但5G通信网络需要质量更高的电源来为网络设备服务，而升压供电技术可以很好地满足5G网络设备的需求。

1我国5G技术发展现状及远景

1.1我国5G技术的发展现状

我国5G技术发展最早可以追溯到2013年，当年2月IMT-2020（5G）推进组由发改委、工信部、科技部联合成立，之后在推进组的积极推进之下，随后出台了5G中频频率规划方案。随后国内外企业共同参与了5G技术研发试验和产品研发试验，并相继完成了包括系统组网、技术方案以及关键技术等重要成果。现阶段5G终端产品开始逐渐上市，这表明5G通信技术已具备基本商业条件。目前国内三大电信运营商联合业界诸多5G科技龙头企业，开始在多个城市试点5G技术商业化，譬如国内第一个5G自动驾驶示范区于2018年9月在北京建设落成并对外开放；武汉于2019年永5个月的时间实现武汉市三环内大部分区域5G网络覆盖，5G建设规模居全国第三位、中部第一位，从提前试点实现率先商用。建成武汉市首个5G试验区，该试验区具有全面覆盖和连续覆盖的特色，为军运会提供了信息高速公路，像虚拟现实、5G远程驾驶、5G无人机等多项5G产品集中亮相。如此多5G项目、产品纷纷亮相，证明了我国5G商业化快速发展的势头。

1.2我国5G技术发展的未来趋势

纵观现在的5G技术发展速度和成果我们不难发现，5G通信技术带来的机遇和挑战将远超3G和4G，除了在通信领域上大放异彩外，也将给各行各业带来巨大的经济效益。目前，5G正处于商用部署初期，最先得到部署的就是生活娱乐部分，如智能眼镜、职能球鞋等可穿戴设备、沉浸式内容、可随时观看的超高清视频、支持多人互联的在线游戏、AR/VR技术等等。相信在不久的将来，5G技术将会普及每一个行业，譬如智能城市、远程会诊、智能汽车、无人机等等。相信随着5G商用网络的部署，将有更多超乎想象的潜在可能性有待挖掘。而技术的革新也并不是一帆风顺的，随着5G技术的普及和应用，也会有更多问题等待我们解决。

2升压供电技术的利用背景

AAU（有限天线单元）是5G基站的重要组成部分之一，AAU的发展和应用得益于网络技术和射频技术的进步，首先表现在原本作为传输信号的铜馈线被成本更低、损耗更小、频带更宽的光纤取代，而基站的天馈系统也升级到信道容量更大、能耗效率更低的MIMO天馈系统，这两者结合就是AAU有限天线单元系统。系统的更新也使得AAU的供电需求进一步提高。首先，单个的AAU大约有34A的工作电流，1800W的工作功率和需要-48~-53.5V的电压。而它的损耗率、线路损耗和线路降压情况在线缆截面积不同时是不一样的，具体如表1所示。可以从由表1中得出，截面积为6mm2的铜线在53.5V电压供电传输的过程中，无论是线路降压还是线路损耗率都严重到了让人难以接受的地步。由表1可知AAU作为一项新技术有更高的供电需求，而传统的通信电源供电电压技术已经无法满足新技术的需求。蓄电池后备使用时间快速大幅缩短的主要原因有两个。首先是压降增大后导致供电设备的电压快速下降。随后，电压快速下降导致蓄电池损耗随着电压快速下降而迅速增加。这两个因素共同造成了线路损耗严重和压降严重的情况。此外，为解决工程中的费用和成本过高问题，可以采用高电压供电的方式，由于高电压供电输送的电力大且损耗小，可以用较少的线缆完成铺设并保证电力输送任务的完成，这就解决了因铜线体积大导致占据大量空间的问题。另外高压电供电技术可以通过长距离送电实验分层分区布局，可以很大程度上优化内部结构，也减少了后期的维护成本。综合看待上述内容，可以得出，AAU（有限天线单元）在基站中的重要性和保障其电力可靠供应的必要性，根据上文我们看到现行的传统通信电源供电技术已经相对落后，不能再适应当下的新情况、新事物和新技术，这要求我们亟需提出新的供电方案。

3升压供电的对策

升压供电的解决方案并不困难，首先为直流母线连接升压电路，然后浮冲运行至53.5V左右，最后将电压提高。考虑到设备和人身安全，这个值并不是越高越好，如果一味提高电压输出值，对设备后续性能和运作乃至设备人员安全都是有影响的。虽然目前也有一部分主设备厂家尝试设将电压升至72V，以提高电源传输的效率，并想通过大幅提高电压促使线路压降到更低，但是目前的主流电压设定值都是在60V以内。现阶段升压电路有诸多升压方式可以采用，其中采用较多的是不带隔离的升压斩波电路（Boost）和带隔离的完全高频转换开关DC/DC。两者在成本方面和电路结构范围等有所不同。

4简述升压供电的优缺点

由于传统的供电方式发生了诸多变化，导致在未来部署5G网络的过程中，需要找到和平衡它的优缺点，以此使设备获得更好的效能。

4.1优点

首先升压供电技术有效地解决了电压和电流传输大小问题，在负荷相同的情况下，电流越小，所用到的导线越细，也就越能节省经济支出，降低成本，而同样的导线下，电压越高传输的效率和电量也越高，由此可见升压供电可以有效提高了线路传输效率并降低线路损耗。其次，升压能最大限度稳定有限天线单元的供电电压，由于有限天线单元之间的输电线路比较长，如果发生有限天线单元短路的情况，对其他有限天线单元的影响是很小的，不会因为一个短路导致全部受损。在实际运用中，对于有限天线单元设置断路器或熔断器等保护器件也可以根据情况而定，不必每个都专门设置。最后，升压供电可以有效提升蓄电池的备电时间和使用寿命。在没有使用升压供电之前，蓄电池的备电时间受到线路降压的影响，设备的电压会随着放电时间增加而不断降低，线路降压进一步增加了压降，使得蓄电池很容易因为电压过低出现宕机的现象，使得蓄电池的备电时间大幅下降并影响后续使用寿命，升压供电则有效解决了上述问题。

4.2缺点

当然升压变电也并不是完美无缺的，其中升压变换器是升压变电的重要组成部分之一。升压变电器可以比作负载与电源之间的一个电源变换节点，因为这是节点具有串联的特性，所以很多时候负载的掉电现象都是因为其中一个升压器损坏导致的，要想避免这一情况的发生可以通过并联相同电容的升压器解决。最后表现在基站方面，因为基站的技术更新，基站电压要求也随之提高，为了满足日渐提高的基站电压需求，开始引进新的电流电源和升压器。这导致电源系统相比以往更加复杂，使得后期维护难度有一定增加，成本也相对提高。这方面可以通过制定安全规程和进行技术培训的方式保障维护安全和基站使用。

5结论

5G网络通信技术在未来的前景是绝对光明的，因为5G网络的诞生对整个通信技术和网络结构都带来了翻天覆地的变化，未来5G基站必将覆盖到每个城市的每个角落，从居民到办公再到工业，5G技术将会改变很多人和很多行业。随之改变的也包括供电电源这些配套设施，由于5G对供电质量的高需求，不难看到，在未来5G网络覆盖全球的时候，升压供电也将随之普及和变得更加高效。

参考文献

[1]龚坚刚，曹枚根，刘欣博，等.高压输电线路共享资源分析及共享铁塔供电技术方案探讨[J].浙江电力，2020，39（4）：1-9.

[2]齐曙光.5G网络能源国际标准解析及国内标准化概况[J].信息通信技术与政策，2020（4）：54-59.

[3]陈东旭.5GPower为站点提出创新供电模式[N].人民邮电，2019-12-20（5）.

作者：孙昊 单位：武汉网锐检测科技有限公司