郭世浩 张竖新

摘要：本文主要以5G基站电源节能改造研究为重点进行阐述。首先，对5G基站能耗管理发展情况进行分析。其次，在讨论5G基站基础节能方式时，阐述了符号关断、通道关断、载波关断和深度休眠。最后，探讨了交流市电改造、开关电源及带端子改造、蓄电池改造以及智慧能源管理平台等几个方面，以期为相关研究提供参考资料。

关键词：5G基站；电源；节能改造；研究分析

一、引言

对于5G基站电源的节能改造，是促进5G技术发展的关键。5G基站电源为设备的正常运行提供稳定地支持，因此研究5G基站电源的节能方式和方案对于推动5G技术在各个领域的应用和发展至关重要，可以实现通信系统的升级。目前，与5G基站电源节能相关的研究内容相对较少，针对已经存在或可能出现的问题进行有针对性地分析，可以制定出针对不同类型电源的节能改造方案。通过深入挖掘和培养优秀的人才，充分利用机房电源，可以实现在特定区域中共建共享的目标。

二、5G基站能耗管理发展情况

5G技术的出现代表着通信行业迎来全新发展。经过3G、4G这一发展历程，最终发展到5G。其中，受到关注最多的就是能耗问题。能耗管理的特点主要体现在以下几个方面。

第一，基站存在巨大的耗电量问题。随着社会发展，每年基站耗电量都呈增长趋势。为了完成5G基站工作的部署，在现有的网络覆盖面积上建设新的基站，将导致运营商的基站耗能增加3倍以上[1]。

第二，存在着较为复杂的能耗管理问题。许多基站设置在距离较远的地区，无法采用先进的方式对基站负荷的用电情况进行全面检查，也无法实现动态控制。只能依赖专业人员定期检查的方式进行管理。

第三，基站的节能通常需要通过人为判断。这种方式效率低下、成本较高。因此，有必要结合基站电源的特点，科学合理地进行分析，提出有效方案，以实现对5G基站系统的优化效果，从本质上进行基站运行能耗的基本管理。

第四，由于站址稀缺和基站空间有限，进入5G时代意味着更多设备需要使用5G通信。在有限的机房空间中摆放不同的机柜将需要更多的空间。目前机房中除了机柜，占据空间最多的是电源和后备电源设备。许多机房配置的是600A组合式开关电源和2组500A·h双层双列电池，占据了大约十个柜机的空间。对于电池维护这一问题，占用空间较大。因此，高密度模块化电池和铁锂电池的使用变得十分重要。

三、5G基站基础节能方式

（一）符号关断

在发生通信的时候，基站没有长时间处于最大流量的情况，这也意味着子帧中的符号并不是每一时刻都填满有效信息。基站通过符号关断功能控制开关，当AAU获取有效信息后，基站会判断是否有数据发送。在没有数据发送的周期中，基站会关闭PA电源和TRX开关；而在有数据发送的符号周期中，基站会打开PA电源和TRX开关。这种方式保证了业务运行尽可能不受到外界因素的影响，并且保证系统功耗稳定，被称为符号关断节能技术[2]。这种方式中运用了DTX技术，也被称为DTX节能的原因之一。当负荷处于关断状态时，基站中的时隙汇聚集中调度功能发挥作用，基带会将符号调度集中在某几个时隙上，比如公共信道和参考信号的时隙。这促使AAU可以打开或关闭PA电源和TRX开关，这种方式也被称为时隙关断。

（二）通道关断

对于通道关断节能而言，属于一种载波级别的操作，一旦整个载波负荷较强，就会对部分通道进行关闭，以此降低设备能耗。当载波负荷处于上升趋势时，通道将会开启。无论是在地面行或下行中进行通道关断，载波都具备独立的配置特点，通过通道关断模式进行控制。在5G基站中有几种通道关闭模式可用，其中包括只关闭下行通道、同时关闭上下行通道[3]。另外，5G基站还具有四分之一通道关闭、二分之一通道关闭以及四分之三通道关闭的关断档。在载波负荷信息统计过程中，5G基站会向AUU发送关断位置图，并利用位图来完成通道的关闭和开启操作，充分发挥AUU的作用。

（三）载波关断

在5G多制式多层覆盖的情况下，可以利用容量层小区对热点进行覆盖。基础覆盖层小区提供连续覆盖，在容量层小区负荷较轻时，将用户设备迁移到基础覆盖层小区并关闭容量层小区，以节省能源。当基础覆盖层小区负荷逐渐增加时，容量层小区可以发挥唤醒作用。通过控制容量层小区和基础覆盖层小区的符合状态变化，可以进一步触发载波关断节能方式。对于同一制式以及多频网络共同覆盖的情况，当小区内负荷较低时，需要优先考虑关闭部分小区以满足正常的通信需求，并逐步开启负荷较高的小区，以短时间内满足通信需求，从而更好地实现节能效果[4]。

（四）深度休眠

为了取得更高的节能效果，需要对话务空闲这个阶段进行思考，尽可能地降低AUU硬件的耗能，将AUU集中保存在光口和电源模块中，关闭其他功能，以实现节能目标。深度休眠场景在5G建设的初始阶段更常见，此阶段用户数量较少，甚至可能没有用户使用。在4G和5G协同的场景中，当话务较少时，5G设备会进入深度休眠状态。对于5G多频组网的热点区域，在低负荷阶段，高频设备也会进入深度休眠状态。甚至在一些商场、写字楼等区域，也可能出现无业务的情况，比如在晚上，可以定时关闭5G设备的射频功能来实现节能[5]。

四、5G基站电源改造解决方法

（一）交流市电改造

进一步队机房市电所引入的总容量，以及空开容量、电缆的实际需求情况进行核实，在市電出现容量引入达不到标准，需要做好增容这一工作，在交流配电箱主开关容量、电缆连接不能满足需求这一阶段，需要第一时间对交流配电箱进行更换[6]。对于市电扩容这一问题，可以选择引入铁锂电池组这一方式，从本质方面降低市电容量的需求，做好对铁锂电池组的智能控制工作，面对巅峰这一过程，采用市电，以及蓄电池完后同时放电，进一步为机房设备的正常用电设备提供支持。在波谷这一时期，可以利用市电对蓄电池完成充电工作，可以在市电容量方面有效降低市电容量申请，从本质方面降低引电成本。

（二）开关电源及带端子改造

首先，室内组合开关电源。对于-48V电源系统改造而言，可以运用全新的设备来满足直流系统的供电需求。若现有的开关电源能够满足设备需求，只需要通过增加整流模块来实现扩容。若现有的开关电源无法满足需求，可以考虑更换开关电源来解决问题。对于+24V电源系统的改造而言，在机房面积、楼板负荷和市电容量都满足要求的情况下，可以增加-48V直流电源系统来确保5G设备具备一定的独立性。如果机房条件不允许，可以增加-48V和+24V的直流变换器，主要目的是为5G设备提供电源。在考虑开关电源容量的同时，新增的直流变换器可以连接到原有的开关电源架母线排上，以确保输出容量和变换器数量符合配置要求[7]。

其次，室外一体化机柜开关电源。在一体化开关电源中已经接入了3个以上的系统时，最佳的方式就是增加一体化开关电源户数量，但一般情况下不会在原有的电源系统上进行新增。若现阶段一体化开关电源所接入的设备还不到3个，可以直接将新增设备接入其中，确保提供的容量。如果空间不足，则需要增加一个设备柜。

最后，电源端子改造。对于现有的开关电源，如果剩余端子的容量能够满足需求，可以直接引用这些端子。如果剩余端子的容量无法满足需求，特别是开关和熔丝等部分，需要进行更换。如果没有剩余端子可用，可以考虑增加扩展槽位，增加全新的开关。如果没有可用的扩展槽位，可以增加全新的直流配电箱，确保直流配电箱的电源直接从电源架的母线中引接。

（三）蓄电池改造

对于不同场景而言，所需的基站蓄电池组在后备时间方面存在差异，可以根据不同条件因素进行进一步确定，如市电可靠性、基站重要性以及运维能力等。在大多数情况下，市区和县城中的基站需要具备超过2个小时的后备时间；而在一些乡镇和乡村等地方，基站的后备时间要超过4个小时；而对于更偏远的地区，则需要保证基站的后备时间高于6个小时。对于一些位于偏远地区、存在应急发电困难的农村基站，需要采取相应的解决措施，比如增加蓄电池组的后备时间。对于一些机房有限制条件或蓄电池后备时间需求较小的基站，可以适当减少蓄电池组提供的后备时间[8]。

随着引入5G设备，对于一些无法满足后备时间要求的基站，但机房空间足够且承重能力允许的，可以选择更换为大容量电池。对于机房空间不足或承重有限的基站，则可对现有的铅酸蓄电池进行优化，更换为全新的铁锂电池。与传统蓄电池相比，铁锂电池在质量方面更轻便、体积更小，可以解决现有机房空间和承载限制问题。

（四）智慧能源管理平台

智慧能源管理平台发挥关键的作用，对机站内部的设备进行智能化管理以及集成化管理。通过先进的物联网技术完成设备的集成化管理，并通过人工智能对5G设备实施智慧化控制。与其他节能方案相比，这种方案能够利用智慧能源管理平台实现能耗管理，并通过自动化的管理过程降低人员操作的难度。从实际情况观察，智慧能源管理平台利用5G空口小区流量性能文件、运营商的警告信息、用户数据等，通过深度学习算法获取5G改造站点信息，并通过混合现实方式评估站点覆盖情况，实时监控站点能耗。利用智慧能源管理平台，能够更加平滑地控制能耗，有效降低用户在连接基站时的感知，并实现服务效果的有效提升。

五、5G基站电源技能改造未来发展趋势

随着5G技术的不断发展以及在商业中的广泛应用的趋势，为促使5G技术与发展相匹配，5G基站的建设人员和运维人员需要提升自己的专业能力。

首先，可以与高校建立良好的合作关系，通过校企合作加强对5G建设人才和运维人才的有效输送。这不仅包括工作人员对5G技术运用、5G基站建建设以及5G基站运行原理等方面的掌握，还需要更好地理解基站电源系统的实际构架和蕴含的原理。在人才培养方面，要进一步落实全面、专业化的培养要求，致力于打造一支高质量的人才队伍，他们不仅能全面应用5G技术，还可以对基站电源系统进行有效改造升级。

其次，工作人员在入职前应接受充分的岗前培训，引导基站工作人员在基站系统改造项目中提升自身综合能力，更加深入地掌握工作技能，为未来5G基站电源系统的更大创新积累丰富经验[10]。

在今后的5G技术发展过程中，将更多的智能化、自动化技术引入，通过优化改造5G基站，并引入和运用一些全新的技术和工艺。针对基站安全供电和持续供电问题，需要有效分析5G通信技术在各个基站电源系统中的情况，并进一步构建与5G基站系统改造升级不同的有效方案，以降低能耗消耗问题。例如，在基站电源系统改造过程中，可以引入智能检测技术，并利用智能检测传感器对通信设备的不同电量需求及其变化进行全面数据采集。这些数据可以为后续5G基站电源系统电池组的配置提供重要依据。通过智能监测技术，可以实现对电量需求的精准监测和调配，从而在基站改造、升级过程中降低能耗问题。这样的措施将进一步提高基站的能效、稳定性和可持续发展能力。

将智能化技术引入电源系统中，可以记录系统整个过程中产生的数据变化。通过收集到的数据内容和标准范围区间数据进行比较，可以对其中存在超标的情况进行第一时间地提醒，必要时作出警告。此外，在电源系统改造过程中出现的问题也能够得到及时解决。通过对施工进度中可能存在的盲目行动进行优化，可以更好地发挥电源系统改造后的作用。同时，加强对电源系统改造过程和现场的监督管理工作，详细分析施工过程可能存在的潜在因素，以转化其中的危险因素，预防安全事故的发生。为项目改造提供一个安全、有序的工作环境，为项目改造的顺利开展提供支持。

六、结束语

综上所述，越来越多的5G技术被广泛开发和利用。5G网络的建立不仅为社会发展带来了全新的机遇，同时也带来了一定的挑战，特别是在基站的耗电量和运营成本方面。因此，需要進一步优化5G硬件和软件，实现智能化系统创新，以充分发挥5G基站的能源效率。通过上文阐述，可以意识到5G基站中电源节能改造这一项目的重要性，相关技术人员应致力于5G基站电源节能技术研究，以实现5G基站的长远稳定发展。

作者单位：郭世浩 张竖新 山东省邮电规划设计院有限公司

参  考  文  献

[1]吴一凡，王纪清，司鼎，等.通信基站智能化差异配电研究[J].长江信息通信， 2023，36（02）：197-200.

[2]吴亚晖，唐秋璇，刘子豪.打造绿色5G，助力低碳网络——5G一体化智慧电源柜设计与实践[J].江苏通信，2023，39（01）：130-136.

[3]张明，仲婷.基站供配电智能精细化管理方案的设计[J].电气时代，2023（02）：96-99.

[4]帅农村，陈耀文.5G零碳基站配置模型研究与应用[J].电信工程技术与标准化，2023，36（01）：62-67.

[5]李红五，吕婷，李福昌等.5G无线网络节能体系研究与展望[J].邮电设计技术， 2022（08）：6-11.

[6]武红凤.5G基站配套基础设施节能降耗技术研究[J].中国新通信，2022，24（14）：22-24.

[7]李露，李福昌.4G/5G基站协同智能节能方案研究[J].信息通信技术，2021，15（05）：52-57.

[8]林玮.5G基站配套基础设施节能降耗技术分析与应用[J].信息记录材料，2022，23（06）： 176-178.

[9]王龙.新型储能系统在通信基站供电中的应用[J].现代建筑电气，2022，13（05）：58-62.

[10]朱朝晖.5G基站节能技术研究[J].数字通信世界，2022（05）：41-45.