5G移動通信網絡節能減排研究

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【摘要】為了降低5g移動通信網絡運行能耗，節約初期建設投資及運營成本，本文從網絡規劃、設備選型和電源配套設計多個維度提出對策，為建設綠色節能的5G通信網絡提供參考。

【關鍵詞】5G移動通信網絡；節能減排技術

1引言

隨著移動互聯網和物聯網的驅動，5G已成為電信行業的下一個重大機會點。在移動通信網絡中，基站是耗電大戶，大約80%的能耗來自廣泛分布的基站。有統計顯示，基站站點能耗費用（電費）占到網絡運營成本的16%之多。為優化成本結構和促進社會效益，針對基站站點的節能減排已成運營商的一大努力目標。目前5G部署采用的是CU/DU合設，AAU上塔安裝的部署方式。從5G試驗網的統計數據來看，1套5G系統中CU/DU用電功耗約1.5kW，單個AAU功耗約1.2kW。1套5G系統用電功耗相當于4G系統（單個BBU300W，單個RRU500W）的3倍左右。引起5G基站能耗增大的因素主要有2個：5G小微基站部署數量的增大；大規模天線陣列MassiveMIMO技術?！俺芗M網”和MassiveMIMO天線是5G網絡的兩大技術特征，密集的基站意味著更高的能耗，這是5G網絡面臨的一大成本挑戰。而采用MassiveMIMO天線，5G設備用電功耗相比4G大幅增加。盡管5G微基站的能耗遠低于傳統宏站，但分布更加密集，會導致網絡的總能耗上升。即使是在5G部署初期，并不考慮毫米波頻段，采用小于6GHz頻段與2G/3G/4G基站共站部署，5G單站用電功耗也將達到30kW以上。5G如此大的用電需求，對基站市電引入容量、直流開關電源系統、蓄電池容量配置都是極大的挑戰。同時，對能源消耗以及后期運營成本也是非常大的挑戰。毫不夸張地說，如果不采取節能減排措施，5G網絡運營商將成為電力部門的“打工者”。因此，需要從網絡規劃、設備選型、電源配套設計多個維度著手打造綠色節能的通信網。

2網絡規劃

5G建網初期覆蓋場景主要還是密集城區、市區等重點、熱點區域，站址獲取難度非常大。同時，因為5G無線采用高頻段進行覆蓋，站址密度非常大。因此，網絡規劃期應該充分考慮對市政路燈桿、監控桿、電力塔、建筑外立面等社會資源的利用，打造“宏微協同、室內外結合”的立體異構網。5G時代微站將在“宏微協同”的網絡結構中作為業務承載的主體，成為網絡的重要組成部分。在網絡規劃和設計過程中，需要考慮“多樣化”的覆蓋手段進行區域化網格設計。包含兩方面內容：（1）區域細分：通過細分區域進行宏微、室內外協同覆蓋分析，對原有系統進行整體覆蓋分析。（2）精準定位：區域化宏微、室內外協同設計。先多系統協同規劃、協同設計，再覆蓋預測、對比調整。

3設備選型

設備選型主要從兩方面著手：3.1精細化設備選型。根據覆蓋區域大小，合理選擇不同增益的射頻單元設備，做到精細化設計。主要是結合覆蓋場景，根據覆蓋半徑需求，精細化設備選型，降低設備整體投資。3.2多系統設備共享。在5G建設初期，5G系統設備不能與2G/3G/4G共用物理設備（如AAU）。設備廠家需積極開發具有共享功能的基站設備產品，目前部分設備廠家已經在積極研發相關設備。隨著5G基站硬件的不斷改進，以及通過軟件化和智能優化，隨著時間推移，5G能效將逐漸提升。

4電源配套設計

電源配套設計方面的節能減排，主要從電力引入、開關電源、蓄電池、空調、機房等方面著手。4.1電力引入。首先，密集城區、市區市電引入難度很大，可以根據具體覆蓋場景采用“集群供電”模式結合高壓直流遠供或交流遠供，實現集群供電（1帶N），解決電力引入難題，實現節能降耗?！凹汗╇姟敝饕獞糜凇熬€覆蓋場景”（如道路、街道、隧道等）及“面覆蓋場景”（如高層/低層住宅區、商業街區、工業園區、校園、景區等）?！凹汗╇姟笨梢詽M足大多數5G覆蓋場景的供電及備電需求。其次，在具備條件的基站采用新能源供電與市電結合的方式，降低市電改造費用及運營成本?！罢军c疊光”、梯次電池“削峰填谷”都是非常實用的方式。4.2開關電源。在自動休眠的基礎上，使用新型高效整流模塊，提高電源使用效率?？梢圆捎弥绷魃龎耗Ｊ?，將常規-48V升壓至-57V，減少線路上的損耗，減小供電電纜線徑，可實現效率提升10%以上。相對于-48V直流升壓方案，其好處主要體現在以下幾個方面：（1）在負載一定、線徑一定的情況下，升壓方案可以降低線損，提升供電距離。（2）在負載一定、供電距離一定的情況下，可以減小電力電纜線徑，降低供電線路的投資建設成本。（3）在供電距離一定、電力電纜線徑一定的情況下，可以承載更大的負載。對于5G設備替代2G/3G/4G設備時，升壓方案就可以支持原有電纜利舊（非100%場景，需根據具體項目核算確定），從而可以大幅降低施工成本，提升建站效率。4.3蓄電池。采用鐵鋰電池（含梯次電池）進行儲能，提升基站備電能力。由于鐵鋰電池在環境適應性、儲能密度、循環壽命等方面都優于鉛酸電池，因此，可利用鐵鋰電池實現削峰填谷，降低基站的能源消耗成本。另外，創新性試用超級電容、燃料電池等新技術、新產品，也可以實現節能減排。4.4空調。在環境條件較好的區域使用新風一體化空調設備，減少對傳統壓縮機制冷空調的依賴，降低電力消耗。新風一體化空調沒有室外機，不僅能夠實現對室外自然冷源的利用，還能夠徹底解決空調室外機被盜的問題。利用空調遠程智能遙控，結合動力環境監控系統，可實現對空調設備啟停的自動化遠程智能控制。在機房室內溫度達到設定溫度的情況下，或者在春、秋季節機房溫度相對恒定無需制冷的情況下，可以遠程關?？照{設備，減少空調的耗電。同時，還能減少因人工關?？照{所需要的人員上站而產生的維護費用。4.5塔桅。除了充分利用社會資源外，還應該積極進行技術創新。使用預制鋼管樁、預制鋼筏基礎、預制燈桿基礎等創新性產品，縮短塔桅基礎建設周期，提高交付效率。4.6機房通過使用創新型ALC預制拼裝機房，可以有效縮短基站機房建設周期及建設成本。尤其是在北方地區冬季溫度較低的情況下，傳統土建機房無法施工和養護，ALC機房的優勢就更加突出。對于云化DC機房，應該考慮微模塊技術的應用，以便提高制冷效率，降低機房PUE，達到節能降耗的目的。

5結論

5G已在路上，5G基站耗電問題應及早重視，這需要包括設備商、運營商和鐵塔公司等在內的全行業共同探索推進創新。

參考文獻

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作者:李兵 單位:廣州杰賽科技股份有限公司