5G通信基站分场景差异化备电创新方案研究

5G通信基站分场景差异化备电创新方案研究

魏登锋 1同朝辉 1 张星 2田宏坤 2

1中国铁塔股份有限公司咸阳市分公司 陕西省咸阳市 712000

2广东省电信规划设计院有限公司 广东省广州市 510630

摘要：近年来，经济的发展，促进我国科技水平的提升。随着5G通信理念的提出，大数据率、低时延、大规模用户接入技术的发展，5G商业推广和应用得到陆续推进，无线网络终端虚拟现实、云服务、智慧城市、移动应用场景等理念逐渐成为现实。为了实现5G信号的全覆盖，通信基站作为信号连接的重要环节，是移动通信网络的重要组成部分。目前，通信基站有多种形式，常规的基站有机房+塔、顶杆等，根据不同的地理环境和实际需要采取不同的形式。在日常生产生活中，有时为了临时一些特殊需要，或者没有常规基站安装条件，那么迫切需要一种新型的通信基站。本文就5G通信基站分场景差异化备电创新方案展开探讨。

关键词　智能差异化备电；电源系统；5G基站设备

引言

5G基站主设备的高功耗给5G建设的备电带来巨大挑战。主流通信设备厂家“CU和DU合设”形态的64T64R5G宏站单系统典型功耗约为3～4kW，是传统2G/3G/4G设备功耗的2～3倍。但是，当前5G基站多处于空载或者低负载的运行状态，因此，在5G建网阶段是否有必要花费大量的成本，完全按照传统的配套建设思路去设计5G备电，是一个值得思考的问题。

1、5G基站的安装场景及组成

在4G时代，主要系统是“BBU+ＲＲU+天线”的模式，而到了5G时代，出现了AAU，即大规模天线阵列的实施方案，导致在基站的安装和使用方面的复杂度越来越高，安装场景包含了墙体安装、柱体安装等场景，这些安装方式都会涉及到一个关键问题:安装件与设备的接口固定点的数量与布局的优化。图1为一款基站的典型安装形式，整体设备通过安装支座的连接固定于电线杆进行安装。

图1通用基站安装形式

2、5G通信的应用场景

在5G通信技术应用中，ITU对其应用场景进行定义，为5G通信技术的研发与建设提供指导。（1）增强移动宽带。5G通信技术可基于当前技术水平，强化移动宽带的性能，优化移动宽带业务体验。代表性应用场景为高清直播、VR或AR体验等，在增强移动宽带场景下，5G通信的传输效率超过1Gbps。（2）海量机器类通信。基于大容量特征，5G通信技术可支持大规模机器类通信，提高人与机器、机器间的连接密度和连接有效性，为物联网发展提供技术支持。在海量机器类通信场景下，5G通信关键技术在于M2M通信技术与NB-IoT技术。（3）超高可靠低时延通信。5G通信技术可提高通信的可靠性，降低通信的时延，实现超高可靠低延迟通信。代表性应用场景为车联网、智慧工厂等，例如，在北京房山高端制造业基地，成功建设5G自动驾驶车辆测试道路，在该路段，共配置10个5G基站、多个信息采集点及智能感知设备，实现智能交通控制，利用5G通信推动车联网建设。在超高可靠低时延通信场景下，5G通信的网络通信时延低于1ms。

3、5G通信基站分场景差异化备电创新方案研究

3.1详细功能实现

差异化备电设备供电实现5G设备与2G/3G/4G设备完美隔离；差异化备电单元通过RS485通信端口与FSU连接，上报设备状态信息，备电时长可通过FSU监控实时可调；交流停电后，计时器工作，根据设置备电时长分路向5G设备备电。用单片机加采样电路统计5G设备损耗电能，并计算出电费。

一级设定：定时通断控制。

二级设定：备电时长控制、备电电压控制和备电电量控制。

三级设定：免责时段通断功能。

设备可根据实际需求进行一级、二级和三级控制功能设定，支持本地/远程和自动/手动模式进行设置，具备单项设定关闭功能。设备控制功能出现故障时，应不影响基站系统的正常工作。定时通断控制功能：可按需独立设置供电的定时开通/关闭功能，每天可设时间段不少于5个。备电时长控制功能：可按需独立设置备电时长，当交流停电后转由电池组备电，达到设定的备电时长后，其对应的直流通断开关自动断开并上传告警信号，当外市电来电后，对应的直流通断开关自动闭合。备电电压控制功能：可按需独立设置备电电压，当交流停电后转由电池组备电，达到设定的下电电压后，其对应的直流通断开关自动断开并上传告警信号，当外市电来电后，对应的直流通断开关自动闭合。备电电量控制功能：可按需独立设置备电电量，当交流停电后转由电池组备电，达到设定的备电电量后，其对应的直流通断开关自动断开并上传告警信号，当外市电来电后，对应的直流通断开关自动闭合。免责时段通断功能：在提供备电时，自动判断当前是否为免责时间段，在免责时段内，市电正常时常规供电、市电停电时设备不备电、市电恢复后设备正常给设备供电。

3.2 5G通信技术创新

在5G通信技术研发不断深入的背景下，5G通信技术创新成为5G发展的关键。目前我国5G通信技术相关专利占全球30.3%，位居世界第一，华为企业研发的5G声明专利占全球17%，位居世界第一。结合当前技术研究成果，5G通信技术的技术难题在于并行计算和储存容量两方面。以并行计算为例，5G通信技术的创新要点在于提升并行计算能力，在互联网普及应用范围扩大趋势下，APP终端数量逐渐增多，为避免APP终端并行带来卡顿或通信问题，APP终端开发人员研发“小程序”，如微信内嵌的“京东购物”、“拼多多”、“贝壳找房”等小程序。在5G通信建设背景下，数据传输速度有显著提升，结合投影技术、三维成像技术，可将手机屏幕转变为联网显示屏，用户可利用5G通信的高速率、低时延优势，快速获得自己想要的信息，可减少用户对APP功能的需求，降低APP发挥的流量分发作用，由运营商服务器承载所有用户通信请求，加大运行压力，对并行运算能力提出较高要求

3.3整体方案组网方式

差异化备电设备与开关电源间采用电源线进行连接，正极与开关电源母排上接线端子相连，负极与开关电源上熔丝或空开相连，实现差异化备电设备电源通路，传统设备可由开关电源提供分路，5G设备可由差异化备电电源提供分路，实现新增5G负载与传统设备负载隔离，满足差异化备电需求。同时差异化备电设备与FSU间采用RS485信号线通过RS485通信端口进行连接，可实现差异化备电设备与FSU之间的通信，满足电量精准计量、远程控制、灵活停服和及时恢复上线等功能需求。

3.4升空搭载平台

5G基站升空搭载平台主要由系留气球、缆绳组件及锚泊设备等若干部件组成。系留气球可分为球体系统、电源系统、压力调节系统、测控系统、防雷电系统、通信系统和适航设备构成。电源系统则是为升空搭载平台和5G基站任务应用系统提供电能保障，通过缆绳组件提供电能传输，可将球上所需的电能从地面传输至球上用电设备。该缆绳组件由2根电源线、2根单模光纤、内外层绝缘及保护套等组成，可提供必要设备供电及数据通信，锚泊设备通过牵引缆绳组件，可实现基站搭载平台升空与回收。球体是悬挂任务挂架带载荷升空的核心部件，通过传感器监测数据实现控制与反馈，通过测压及风机阀门等环节实现自我调节，维持气球气室与不同高度差压。5G基站设备系统工作时所得到的图像和数据通过任务应用系统的球上光端机、系留缆绳光缆和球下光端机传至通信测控车中的控制台显示，而地面的控制指令则反方向传至球上从而完成对任务设备的控制。系留缆绳中共有两根光纤，其中一根作为任务应用系统的主光纤，另一根为备份光纤。当主光纤出现故障时，可以启用备份光纤，以保证基站系统球上设备与球下设备之间的通信。

结语

差异化备电单元，可在同一套开关电源下实现多种下电模式并行，最大程度利旧现有存量开关电源及存量蓄电池，实现新建5G设备与原有设备完美隔离，实现对5G设备备电时长的精确控制、对5G设备供电情况的精准监控和对5G设备电费的精准统计。

参考文献

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[2]雷勇,熊昊,苟正锋,等.5G通信基站节能供电系统运行控制策略研究[J].水电能源科学,2020(2).

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