5g基站供电方案「5g网络架构的设计原则」

今天带来5g基站供电方案「5g网络架构的设计原则」，关于5g基站供电方案「5g网络架构的设计原则」很多人还不知道，现在让我们一起来看看吧！

5G已经开始部署商用。在5G部署初期，功耗是各方都在努力解决的难题。例如上个月在轨道交通展上，地铁行业人士介绍，目前正在地铁线中部署5G基站，5G试点设备单系统功耗相比4G，达到2.5倍到4倍，对电源设备及配套设施影响较大，需要新增独立配电柜，保证用电负载均衡。

日前，一份运营商对5G供电分析的材料显示，一方面，5G BBU相比4G设备功率倍增，另一方面，BBU集中式机柜，也就是CRAN机柜，可放置5到10个BBU，单柜最大功率超过10kV，供电、散热都是很大的挑战。

即使考虑射频模块功放等技术提升，存量站点向5G演进，站点功率也会倍增。

通信机房基础设施的重构，不仅有5G CRAN，还有传输OTN，路由器设备的功率倍增，ICT设备混合部署也造成了局部热点，能耗很大，这些都是机房的供电和散热挑战。而现有的-48V直流供电系统，供电半径小，容量小，不能满足大功率密度设备部署。

因此，5G时代随着基础设施重构，供电架构也需要变革，可以过渡到市电 备用电源供电，以220V市电为主。

5G基站则有三种供电方案，一是CU/DU、AAU共用基站电源系统；二是CU/DU使用基站电源系统，AAU采用5G智能电源供电；三是CU/DU、AAU共用室外柜电源系统，这需要运营商新建含电源和空调的室外柜。

标准化工作势在必行

5G网络由于高带宽、高流量、高发射功率，造成其单站能耗剧增。且由于单个设备的功率密度和能耗绝对值的升高而出现了局部热点问题。这些问题对传统供电系统和制冷提出了严峻的挑战。对此，业界提出了各种解决方案和产品，需要进一步规范化与标准化。

国际电信联盟（ITU）及中国通信标准化协会（CCSA）等标准化机构均立项研究推动标准化工作，分别在ITU由中国、法国电信和华为技术有限公司联合提出5G网络可持续供电方案建议书立项。在CCSA，由中国信息通信研究院牵头提出立项研究《5G基站供电和制冷技术研究》课题。

ITU-T L.1210《5G网络可持续供电方案》标准是中国信通院与华为公司共同主导编写标准。在国内也同步研究制定了中国通信标准化协会（CCSA）SR287-2020《5G基站供电和制冷技术研究》。基于上述国际标准和协会研究报告工作的基础上，中国信通院对5G供电与制冷领域分别从电源、空调、电池、机柜等方面做出了整体布局，并携手行业内运营企业和供应商于2019年12月 CCSA TC4 第35次全会上提出5G供电与环境的基础设施系列标准立项，分别为：《5G供电与环境的基础设施第1部分总则》、《5G供电与环境的基础设施 第2部分 室外自冷型刀片电源系统》、《5G供电与环境的基础设施第3部分多输入多输出一体化能源柜》和《5G供电与环境的基础设施第4部分室内机架温控系统》。

此外该系列标准中国还规划了有升压电源部分标准、储能系统部分标准、机柜液冷部分标准和边缘机房标准等，且紧随行业发展与诉求扩展和调整此系列标准内容。

随着5G网络规模化商用，5G基站乃至配套的各类机房（含边缘数据中心）和数据中心等一定会逐步提升，因此带来较大的能耗挑战。从设备开发与能效角度，建议采用更高效硬件模块与材料，从不同专业的不同设备及所包含的不同部件等多层面进一步提升设备效率。同时，建议各运营商积极推动节能技术试点示范与推广应用，努力提升在线运行的各类设备与系统能效。同时，产学研应协力加大投入，推动研究更高效网络架构，进一步提升整体能效。此外，优先使用绿色能源和自然冷源，转变能源使用模式、降低对环境影响、推动绿色可持续发展

5G网络整体架构与挑战

众所周知，5G三大业务主要包括增强容量、接入海量终端和超高可靠超低时延通信。其中增强移动宽带可实现3D/超高清视频、高清语音以及云办公等;超高可靠低延时通信可实现工业自动化、自动驾驶、高可靠应用以及移动医疗等。

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图1：5G三大业务

据熊勇介绍，5G网络的整体框架主要由UE传送，站点接收，然后发射到三级DC，实现计算、存储和网络等基础设施的建设。

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图2：5G网络整体框架

熊勇指出，更高的频段和数据流量的增加使得站点数量激增。据相关数据统计，DC机房、宏站和Small Cell站点数量持续增长，尤其是Small Cell站点。与此同时，5G网络对能源的需求也呈现出不同的方向。其中，DC机房数量增加，需要更可靠、更高效的供电方案;5G基站设备功耗大幅增加，对供电提供更多挑战;Small Cell站点爆炸式增长，其安装方式以抱杆、壁挂为主。

5G网络能源总体框架主要由DC机房、宏站和独立AAU/微站三大部分组成。其所应用到的产品和系统各不相同。DC机房主推高压直流 市电直供方案，可靠、高效、低TCO，节省供电设备投资达40%，电费节省可达10%。其次，宏站主推站点扩容，利旧电池模块和蓄电池，节省投资;推荐高密度大功率嵌入式电源 智能锂电池，节省空间，提升效率。独立AAU/微站则主推PAD电源&电池方案，自冷散热提升可靠性，上杆上塔减少线路损耗提升效率，智能电源节省运维成本。

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图3：5G网络能源总体框架

5G供电解决方案

聚焦客户核心价值，即高可靠、低TCO，实现又好又省的效果，是5G电源解决方案的优选。高效化、智能化和平滑扩展成为5G电源优选解决方案的衡量标准。那么，如何才能达到这三项标准呢?

熊勇指出，高效化可以通过电源转换效率提升，高压供电减少损耗，加粗线径、缩短供电线路，减少线路损耗以及高效维护来节省人力等途径得以实现。

5G核心机房(中央DC、区域DC)、大型汇聚机房均可应用。主流厂家5G核心机房设备(服务器、路由、交换等)、汇聚机房设备(OTN、PTN等)均可支持高压直流供电。

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图4：某5G区域DC机房采用高压直流供电现场照片

智能化则可实现智能错峰，解决市电不足，节省投资。通过电源监控，设置市电容量，利用电池平衡供电，补充峰值时的市电差额，不仅可以减少对市电的改造，节省投资，而且能节省协调时间，实现快速5G部署。

例如在贵州的5G电源智能削峰试验站中，贵州铁塔针对5G高功耗需求带来的外市电改造难题，2019年5~6月选取室内和室外两类典型场景进行电源改造，通过站点电源容量扩容改造、智能削峰方案的智能化调度，快速高效低成本解决5G站点市电容量不足的瓶颈问题，最终以室外站点核算，智能削峰的总体改造成本仅为市电改造费用的1/4，经济效益明显。

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图5：5G电源智能削峰试验站(贵州)

另外，智能锂电可以实现智能升压、智能共用和智能防盗;智能监控以解决多能源、多业务管理，统一管理和调度，最大限度节省能源，节省电费，并实现智能共享，计量每类业务的电量及用电比例，可按需进行业务下电设置;按需提供电能，电源与AAU或无线管理后台进行通信，实时掌握无线设备对输入电压及功率的要求，调整电源电压及功率，减少损耗达到智能协同的状态。

电源平滑扩展则可以保护现有投资，减少对现网设备供电的冲击;使用电池共享实现智能并联使用，保护现有电池;以配电扩展，满足5G需求。

在现有2G/3G/4G网络物理站址上，部署5G通信设备，并扩容供电设施。

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图6：共站址电源扩容要点

5G共站址供电方案的核心原则是聚焦客户核心价值，即省(综合成本最低)、快(改造周期最短)、易(最容易实施)、少(对现网影响最少)。

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图7：共站址供电的整体建议

目前中兴通讯通信电源主要包括为核心机房、传输机房、数据中心供电的大电源，为宏基站供电的室内电源、室外电源、嵌入式电源，以及为微站及小容量站点供电的Pad电源和壁挂电源等系列。以下是演讲中中兴通讯提供的部分相关供电方案。

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图8：室内600A电源系统共站址方案

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图9：室外共站供电方案：新建电源系统供电

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图10：室外共站址供电方案：利旧现有机柜

5G电源部分产品介绍

1.中心机房

中心机房主要是HVDC和48VDC供电。其中，HVDC是供电的发展趋势，主要取决于DC机房中主设备对供电的要求。中兴通讯分立式电源ZXDU88 S402广泛应用于国内移动、电信和联通，每年发货超过1000套。

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图11：中兴通讯分立式电源ZXDU88 S402

2.室外微站/独立AAU(RRU)

室外微站/独立AAU(RRU)场景典型应用于市区补盲补热的灯杆站、楼顶宏站、拉远站、AAU分散部署、高铁、高速路以及隧道站等。PadPower方案的核心价值具备以下特点。

全室外：零占地，更灵活，快速低成本部署;

全自冷：可靠性更高，产品效率更高;

全高效：系统效率可达97%，供电系统更靠近用电设备，线路损耗更少;

更智能：免调测，免维护，快速部署，节省运维成本。

3.电池：智能锂电池

智能锂电池配合电源系统，恒定输出57VDC的电压，提升拉远距离;同等距离的情况下可以减少线路损耗，同时也可以直接同现网电池混用，保护现有投资。

智能并联无需外配合路器，可靠性更高，投资成本更低，而且新旧锂电池混用，支持分批投入，节省初期投资。另外，智能锂电池只有离线(被盗)自动锁死，授权才能解锁，还可内置GPS跟踪，确定电池位置。因此，智能锂电池同时可以实现智能升压、智能混用和智能防盗。

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图12：智能锂电池

一、UPS不间断电源-不断电割接流程

电源割接中，对于双电源设备，可以采用断电割接方法;但是遇到单电源设备，而且该设备非常重要，不容许中断割接，往往需要采用不断电割接流程。

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UPS不间断电源–不断电割接

参考步骤：

1、新建UPS新系统，新系统调试和蓄电池容量测试完成。

2、布放临时电缆，从新UPS输出屏布放电缆至待割接电源头柜及老输入屏旁路开关，确认无误后，对该电缆送电。

3、测试电源正常后，关闭老UPS系统逆变器，确认老UPS工作在旁路模式，这时老UPS系统供电和新UPS系统供电同源(输出均来自新UPS系统)。

4、闭合新UPS主路输出，测试头柜主路备用空开上下端电压，进行核相操作(测量主用侧备用开关上下桩头电压差，原则小于1V)，确认后可先合主用侧备用开关，进行电流确认，再断主用侧主用开关。

5、拆除老旧UPS到头柜的主路电缆。

6、相同方法，割接备用电源。

7、割接完成，拆除临时电缆和旧电缆。

8、做好空开和电缆的标记标示。

注意：考虑不同UPS系统间蓄电池配置不同，考虑UPS系统中的蓄电池更新周期短，一般情况下UPS更新均与蓄电池更新同步进行，故UPS割接过程中一般不考虑蓄电池割接步骤。

二、割接基本原则

1.网络安全畅通原则

在线电源系统割接工程必须要以确保在网设备安全运行、整个网络安全畅通为原则，任何危及通信网络安全的操作，必须无条件终止。

2.设备无故障原则

在实施在线电源系统割接工程之前和工程期间，必须保证新、旧设备完好无故障，若出现任何可能危及安全供电的因素，必须无条件终止，待故障排除后方可继续。

3.低业务风险原则

在业务不允许中断供电的前提下，应采用在线不断电的割接方案，否则应采用断电割接方案;

工程割接时间应该避让业务高峰，重大割接安排在夜间进行;

工程割接日期应该避让重大节日、重大通信保障任务时期以及其他专业安排进行的网络调整和版本升级时间;

4.施工人员资质合格原则

实施在线电源系统割接工程的工程人员必须精通电源设备操作和工程施工操作、熟悉通信电源系统割接流程、牢记应急方案。

实施割接的施工队伍，必须具备相应工程级别资质的施工证;

5.维护部门全程监督原则

维护部门在割接过程中应安排专人全程督导，协助割接工程的设计勘察、审核割接方案和应急方案，监督割接的实施。

6.维护部门“一票否决”原则

在割接工程期间，维护部门对发现的重大方案缺陷、重大施工安全隐患等，有权对割接工作行使“一票否决”，终止割接工程。

三、UPS不间断电源割接准备

1、新UPS系统完成开机调试、蓄电池全容量测试，监控到位。

2、提前布放电缆，并粘贴标准电缆标签;需要使用临时线缆时，必须选择合适线径，可靠连接，并有明显的标识

3、根据原电源设备电缆的接线位置，编写电缆编号标记，确保电缆拆装过程中不会错乱。

4、确认所有双电源设备主备用电源模块均工作正常，且主备用电源分开。

5、提前发布割接工程公告。

6、确认相关各专业已对相关业务做好数据备份，且已准备应急方案。

7、消防器材、安全救护设备准备到位。

8、正确穿戴和使用个人防护用品，不携带任何金属物品并去掉可能导致不安全的随身饰物(手表、脖子上戴的工作牌等)。