5G電信網絡供電原理與應用策略

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【摘要】隨著移動通信技術和工業互聯網技術的快速發展，5g通信技術亟需更高的供電技術支持。為了能夠適應未來5G基站電源建設的需求，本文首先分析了電信網絡-48V升壓供電的背景和原理，其次闡述了電信網絡升壓供電的技術方案和升壓供電的優缺點，最后根據全文內容對5G電信網絡升壓供電的未來進行總結。

【關鍵詞】5G通信技術；升壓供電技術；-48V通信電源

前言

第五代移動通信系統（也就是5G），已經成為學術界和人民茶余飯后的談論熱點，5G之所以受到如此廣泛的關注，是因為第四代移動通信系統（也就是4G）已全面商用多年，但現有的4G通信系統已經很難滿足爆炸式增長的移動數據和未來更大的市場需求。5G通信技術相對于4G通信技術而言，具有數據傳輸率更高、網絡延遲更低的優勢。但5G通信網絡需要質量更高的電源來為網絡設備服務，而升壓供電技術可以很好地滿足5G網絡設備的需求。

1我國5G技術發展現狀及遠景

1.1我國5G技術的發展現狀

我國5G技術發展最早可以追溯到2013年，當年2月IMT-2020（5G）推進組由發改委、工信部、科技部聯合成立，之后在推進組的積極推進之下，隨后出臺了5G中頻頻率規劃方案。隨后國內外企業共同參與了5G技術研發試驗和產品研發試驗，并相繼完成了包括系統組網、技術方案以及關鍵技術等重要成果。現階段5G終端產品開始逐漸上市，這表明5G通信技術已具備基本商業條件。目前國內三大電信運營商聯合業界諸多5G科技龍頭企業，開始在多個城市試點5G技術商業化，譬如國內第一個5G自動駕駛示范區于2018年9月在北京建設落成并對外開放；武漢于2019年永5個月的時間實現武漢市三環內大部分區域5G網絡覆蓋，5G建設規模居全國第三位、中部第一位，從提前試點實現率先商用。建成武漢市首個5G試驗區，該試驗區具有全面覆蓋和連續覆蓋的特色，為軍運會提供了信息高速公路，像虛擬現實、5G遠程駕駛、5G無人機等多項5G產品集中亮相。如此多5G項目、產品紛紛亮相，證明了我國5G商業化快速發展的勢頭。

1.2我國5G技術發展的未來趨勢

縱觀現在的5G技術發展速度和成果我們不難發現，5G通信技術帶來的機遇和挑戰將遠超3G和4G，除了在通信領域上大放異彩外，也將給各行各業帶來巨大的經濟效益。目前，5G正處于商用部署初期，最先得到部署的就是生活娛樂部分，如智能眼鏡、職能球鞋等可穿戴設備、沉浸式內容、可隨時觀看的超高清視頻、支持多人互聯的在線游戲、AR/VR技術等等。相信在不久的將來，5G技術將會普及每一個行業，譬如智能城市、遠程會診、智能汽車、無人機等等。相信隨著5G商用網絡的部署，將有更多超乎想象的潛在可能性有待挖掘。而技術的革新也并不是一帆風順的，隨著5G技術的普及和應用，也會有更多問題等待我們解決。

2升壓供電技術的利用背景

AAU（有限天線單元）是5G基站的重要組成部分之一，AAU的發展和應用得益于網絡技術和射頻技術的進步，首先表現在原本作為傳輸信號的銅饋線被成本更低、損耗更小、頻帶更寬的光纖取代，而基站的天饋系統也升級到信道容量更大、能耗效率更低的MIMO天饋系統，這兩者結合就是AAU有限天線單元系統。系統的更新也使得AAU的供電需求進一步提高。首先，單個的AAU大約有34A的工作電流，1800W的工作功率和需要-48~-53.5V的電壓。而它的損耗率、線路損耗和線路降壓情況在線纜截面積不同時是不一樣的，具體如表1所示。可以從由表1中得出，截面積為6mm2的銅線在53.5V電壓供電傳輸的過程中，無論是線路降壓還是線路損耗率都嚴重到了讓人難以接受的地步。由表1可知AAU作為一項新技術有更高的供電需求，而傳統的通信電源供電電壓技術已經無法滿足新技術的需求。蓄電池后備使用時間快速大幅縮短的主要原因有兩個。首先是壓降增大后導致供電設備的電壓快速下降。隨后，電壓快速下降導致蓄電池損耗隨著電壓快速下降而迅速增加。這兩個因素共同造成了線路損耗嚴重和壓降嚴重的情況。此外，為解決工程中的費用和成本過高問題，可以采用高電壓供電的方式，由于高電壓供電輸送的電力大且損耗小，可以用較少的線纜完成鋪設并保證電力輸送任務的完成，這就解決了因銅線體積大導致占據大量空間的問題。另外高壓電供電技術可以通過長距離送電實驗分層分區布局，可以很大程度上優化內部結構，也減少了后期的維護成本。綜合看待上述內容，可以得出，AAU（有限天線單元）在基站中的重要性和保障其電力可靠供應的必要性，根據上文我們看到現行的傳統通信電源供電技術已經相對落后，不能再適應當下的新情況、新事物和新技術，這要求我們亟需提出新的供電方案。

3升壓供電的對策

升壓供電的解決方案并不困難，首先為直流母線連接升壓電路，然后浮沖運行至53.5V左右，最后將電壓提高。考慮到設備和人身安全，這個值并不是越高越好，如果一味提高電壓輸出值，對設備后續性能和運作乃至設備人員安全都是有影響的。雖然目前也有一部分主設備廠家嘗試設將電壓升至72V，以提高電源傳輸的效率，并想通過大幅提高電壓促使線路壓降到更低，但是目前的主流電壓設定值都是在60V以內。現階段升壓電路有諸多升壓方式可以采用，其中采用較多的是不帶隔離的升壓斬波電路（Boost）和帶隔離的完全高頻轉換開關DC/DC。兩者在成本方面和電路結構范圍等有所不同。

4簡述升壓供電的優缺點

由于傳統的供電方式發生了諸多變化，導致在未來部署5G網絡的過程中，需要找到和平衡它的優缺點，以此使設備獲得更好的效能。

4.1優點

首先升壓供電技術有效地解決了電壓和電流傳輸大小問題，在負荷相同的情況下，電流越小，所用到的導線越細，也就越能節省經濟支出，降低成本，而同樣的導線下，電壓越高傳輸的效率和電量也越高，由此可見升壓供電可以有效提高了線路傳輸效率并降低線路損耗。其次，升壓能最大限度穩定有限天線單元的供電電壓，由于有限天線單元之間的輸電線路比較長，如果發生有限天線單元短路的情況，對其他有限天線單元的影響是很小的，不會因為一個短路導致全部受損。在實際運用中，對于有限天線單元設置斷路器或熔斷器等保護器件也可以根據情況而定，不必每個都專門設置。最后，升壓供電可以有效提升蓄電池的備電時間和使用壽命。在沒有使用升壓供電之前，蓄電池的備電時間受到線路降壓的影響，設備的電壓會隨著放電時間增加而不斷降低，線路降壓進一步增加了壓降，使得蓄電池很容易因為電壓過低出現宕機的現象，使得蓄電池的備電時間大幅下降并影響后續使用壽命，升壓供電則有效解決了上述問題。

4.2缺點

當然升壓變電也并不是完美無缺的，其中升壓變換器是升壓變電的重要組成部分之一。升壓變電器可以比作負載與電源之間的一個電源變換節點，因為這是節點具有串聯的特性，所以很多時候負載的掉電現象都是因為其中一個升壓器損壞導致的，要想避免這一情況的發生可以通過并聯相同電容的升壓器解決。最后表現在基站方面，因為基站的技術更新，基站電壓要求也隨之提高，為了滿足日漸提高的基站電壓需求，開始引進新的電流電源和升壓器。這導致電源系統相比以往更加復雜，使得后期維護難度有一定增加，成本也相對提高。這方面可以通過制定安全規程和進行技術培訓的方式保障維護安全和基站使用。

5結論

5G網絡通信技術在未來的前景是絕對光明的，因為5G網絡的誕生對整個通信技術和網絡結構都帶來了翻天覆地的變化，未來5G基站必將覆蓋到每個城市的每個角落，從居民到辦公再到工業，5G技術將會改變很多人和很多行業。隨之改變的也包括供電電源這些配套設施，由于5G對供電質量的高需求，不難看到，在未來5G網絡覆蓋全球的時候，升壓供電也將隨之普及和變得更加高效。

參考文獻

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作者：孫昊 單位：武漢網銳檢測科技有限公司