淺析5G時代基站耗能情況及應對策略
發布時間：2021-12-27瀏覽次數：1036返回列表
易允恒
安科瑞電氣股份有限公司 上海嘉定 201801
摘要：本文分析了5G基站耗電量情況，研究了通信基站耗電量來源，提出了耗電量控制對策，對提高5G基站的運營水平具有重要的指導意義。
關鍵詞：移動通信基站; 霍爾傳感器; 電力儀表;節能方案;
0 引言
5G網絡的傳輸效率、安全性都高，這是傳統的2G、3G和4G網絡技術所難以達到的，在信息時代到來以后，人們對網絡傳輸量、傳輸速率等都提出了越來越高的要求和標準，正是因為這種網絡技術需求，刺激了我國5G技術的發展。近年來，我國的5G技術發展迅猛，為推進5G網絡的全覆蓋，5G基站的建設數量急劇增加，但因為5G基站的建設特殊性，導致基站運行時，很多設備設施都伴隨著耗電量大的特點，難以實現基站節能目標。因此，5G基站中的耗電量控制尤為重要。
1 5G網絡技術的優勢和特性
伴隨著信息技術的日漸進步，5G網絡技術成為了信息通信領域的關鍵技術，完善了我國的通信網絡結構。與傳統的信息通信網絡技術相比，5G網絡技術的出現符合信息時代的發展特點和要求，具有突出的技術優勢。
1.1 5G網絡技術是時代發展的必然需求
5G技術是信息時代的技術產物，5G技術的推廣符合時代發展要求，尤其是在當下智慧城市建設時，5G技術是不可或缺的技術。通過5G網絡技術，通信不再局限于人與人之間，還可以實現人與物、物與物之間，尤其是物聯網形成以后，信息傳輸和交流為便捷，突破了傳統的技術限制。
1.2 5G網絡技術具有優勢性
傳統的網絡技術存在著較大的技術局限性，而5G技術的數據傳輸總量大、速度高，在數據傳輸的過程中產生的能源消耗非常小，正是因為如此，在生產生活中的5G技術應用，可以給人們提供為良好的網絡體驗，不僅提高了網絡體系的應用價值，是節約了網絡資源。
1.3 5G網絡技術具有優勢性
隨著人們生產生活中對網絡技術的依賴性有所增強，網絡的覆蓋面逐步擴大，網絡信息技術已然成為了不可或缺的技術。5G技術具有泛在網特性，相關領域在5G網絡技術應用時，可以逐步在此基礎上進行網絡業務和覆蓋范圍的擴展，也就可以滿足網絡服務需求。
2 5G基站建設所面臨的實際問題分析
2.1 5G基站相關設備重量大
當下我國的5G網絡并未完全覆蓋，大部分還是以4G網絡為主，5G基站與4G基站相比，為滿足網絡覆蓋需求，在基站內配備的是大規模、功能強的設備。根據當下我國5G基站的建設情況，AUU設備是其中的重要構成，此設備的重量達到了40kg左右，而4G基站中的AUU設備，其重量僅僅為15kg[1]。此外，5G基站中的CU/DU設備，其重量也遠遠超出了4G基站同種設備的重量。正是因為基站中各種設備的體積龐大、重量偏重，使得在基站設計運營時應注重能耗管理。
2.2 5G基站其基站建設的耗能高
5G基站建設和運營中的能耗偏高，根據當下我國5G基站的建設現狀，以不同設備提供廠商所提供的A、B、C三種CU/DU合設以及AUU設備來分析，CU/DU合設的典型功耗一般保持在315～900W范圍內，而4G基站的CU/DU合設典型功能保持在145W左右，因此，CU/DU合設的能耗中，5G基站的能耗遠遠高于4G基站能耗[2]。同樣，AUU設備中，5G基站的設備能耗也同樣較高，保持在700～1000W之間，整個的運行過程中。因此，我國5G基站建設中，設備能耗是4G基站能耗的幾倍甚至數十倍。
2.3 5G基站建設的費用提升
5G技術的性較強，正是因為如此，在5G基站的建設過程中，為滿足其服務需求，往往需加大在技術、設備等方面的投入，也就同步增加了5G基站的建設費用。比如，在部分5G基站建設時，為提升基站功能，一般會通過增加纖芯來提高傳輸的效率，還需同步配備高性能的鐵塔，做好對外電和其他配套設備設施的改造，5G基站建設方面的資金投入總量較多。
3 通信基站耗電量來源分析
結合工信部相應的數據統計指標，在2019年全過程通信業務總量的增長速度明顯，在5G基站建設和網絡覆蓋方面取得了成就，部分地區已然開始了5G網絡技術應用。數據調查顯示，在2019年年末，我國5G基站的建設總數已經超過了13萬，國內5G的銷售總量、業務也都逐年增加。通信網絡系統中，基站是其中的重要構成，整個基站運營的過程中，電能消耗量是非常大的，比如，以某地區鐵塔來看，通信基站電費支出占據了總營業收入的20%，甚至有時該電費支出高于公司利潤。
5G基站內包含的設備設施數量較多，根據耗電量調查，傳輸設備、基站主設備、動力配套設備、環境溫度控制設備、監控設備、照明設備等的耗電量都相對較高，其中基站主設備、環境溫度控制設備的電能消耗量大。
根據當下5G基站的設備配備情況，SDH、PTN、PDH等均是主要的傳輸設備，這些設備的配備和使用主要是為了在基站運行的過程中保障數據的傳輸。結合這些設備運行中的使用情況來看，這些傳輸設備的功率比較小，一般在250W以內，耗電量偏低；基站主設備同樣是基站設備中的重要構成，以BBU、AAU為主，這些設備的存在是為了在基站運行的過程中實現對用戶數據的調制和收發，結合這些設備的運行和使用情況，AAU的電能消耗高。
在我國的設備市場上，AAU設備廠家非常多，不同廠家所生產的AAU設備在運行時的能耗也有所區別，當前市場上的AAU設備生產廠家主要為華為、摩托羅拉、愛立信等，其中，華為的設備市場占有率是高的，結合設備運行時的功耗分析，3臺AAU設備的能耗基本上保持在2.5k W左右。從5G基站的總體運行來看，AAU主設備的耗電量占據了總耗電量的30%～40%之間，是主要的耗電量來源。5G通信基站中同樣存在動力配套設備如開關電源、蓄電池的配備，這些設備的使用可以在基站運行的過程中，將交流電轉變為直流電，為基站主設備、傳輸系統、其他設備等提供了足夠的電能資源，在基站出現了異常斷電情況時，蓄電池可以作為備用電源使用，保持基站的正常運轉。在動力配套系統的運行過程中，電能消耗來自于交流電向直流電轉換時的能耗。結合運行情況，一些性能比較好的動力配套系統在交流電向直流電轉換時的效率可以高達85%甚至90%以上，電能損耗相對較低。蓄電池在充電和放電時才會存在一定的能耗，且此能耗偏低，幾乎可以忽略不計。
4 安科瑞5G基站電氣監控云平臺概述
基站智慧用電云平臺通過對5G宏站和室分站點加裝交/直流智能監控設備、無線采集設備以及系統管理平臺，完成夜間無業務時段的下電操作，減少電能消耗，降低運營成本支出，以及提升通信設備供電線路狀態的實時監測保護功能；系統后臺對存儲的供電線路歷史電氣性能數據進行梳理、匯總、分析，找出故障原因，給出解決建議對策，減少后續同類故障的發生率，提升供電線路運維管控能力。
5 5G基站電氣監控云平臺系統結構
平臺架構圖
6 5G基站電氣監控云平臺功能
Acrel Cloud-6000 5G基站電氣監控云平臺軟件人機界面友好，擁有數據匯總、系統體檢、分析報告、能耗統計、能耗報表等功能。
顯示基站的設備詳情和設備在線失聯狀態；
顯示具體設備的實時監測數據和歷史曲線供查詢；
提供分合閘功能供用戶對儀表進行操作；
提供參數設置功能，用戶能對儀表內置的報警值和保護開關等進行操作。
對不同的基站設置不同的分合閘策略，下發周期可以按照年~月~周~日來進行選擇，提供下發命令的日志供用戶進行查詢。
對設備可以設置對應的進線和出線關系，來對每一個基站的使用功率進行實時監測，可以分析基站的使用負載。從而可以分析不同區域的基站使用情況。
對各個基站的溫度進行設置，當溫度高于范圍內，會開啟空調，其實時間會關閉空調。
7 產品選型及典型配置方案
7.1 設備概述
DTSD1352 - xSyD系列導軌式多回路電力儀表主要用于多個三相回路的全電參量測量可同時接入x個三相回路、y個單相回路的電流輸入。可直接或間接測量電壓電流、功率、功率因數、相角、不平衡度、諧波等參數。
具體功能如下：
●x路三相和y路單相回路全電參量測量，電流互感器外置；
●監測各相電壓/電流、零序電流、頻率；
●監測各相功率、總功率（有功、無功、視在）；
●監測各相功率因數、總功率因數；
●監測電壓/電流相角、電壓/電流不平衡度；
●監測電壓、電流總諧波及2-31分次諧波；
●當月和上月的電壓、電流、功率極值記錄；
●電流、功率需量和實時電流、實時功率需量；
●200條事件記錄，記錄DIDO的動作情況；
●支持過壓、過流、斷相、DI聯動等報警輸出；
●4時區14時段的費率設置；
●四象限電能，12個月復費率電能統計；
●31天四象限和復費率電能凍結，正反向電能計量；
●兩路無源開關量輸入、兩路開關量輸出、RS485通訊；兩路有源開關量輸入，用于識別油機和市電接入。
7.2 交流配置方案
7.3 安裝實例
7.4 產品選型
7.5 設備概述
AMC16-DETT 基站直流電能計量模塊主要是針對有共享需求，且開關電源無分用戶電量計量功能的基站而
設計的。儀表可進行六個回路的直流電的計量，自帶電源給霍爾傳感器供電，同時可通過上位機軟件實現零漂校準，具有遙測、遙信、遙調、實時電量計量、供電質量異常告警、信息存儲及處理、信息交互等功能。直流電能計量模塊可計量三家運營商的直流用電量，提供基站節能詳細的數據依據，為直流配電設備提供可靠的分項計量解決方案。
模塊具有工業標準的RS485通訊接口,采用 YD/T1363.3-2014協議，符合中國鐵塔有限公司 Q/ZTT2205-2017《基站直流電能計量模塊技術要求》相關技術要求。
7.6 具體功能
●監測設備系統時間、總電壓、輸出總電流、總功率、總電能、各分路電壓、各分路電流、各分路功率、各分路電能；LED指示燈顯示；RS485通訊
●計量：起動電流：額定電壓下，計量模塊的負載電流值在不超過電流1%時，模塊啟動潛動電流：當計量模塊的電流線路中無電流，加于電壓線路上的電壓為額定值的85%～125%時，模塊計算器不應有1個以上的數字變化；
●報警：直流電壓輸出過低告警、直流電壓輸出過高告警、一次下電告警、模塊失壓告警、計量支路錯誤告警、內部程序錯誤告警、時鐘錯誤告警、存儲器故障告警、交流輸入停電告警；
●校時：支持廣播校時，可通過RS485通信接口對計量模塊進行遠程校時；
●存儲：有歷史電能數據和歷史告警信息的存儲功能，內存為2MB。
7.7 直流配置方案
8 結束語
安科瑞5G基站配電解決方案，通過上位機軟件實現零漂校準，具有遙測、遙信、遙調、實時電量計量、供電質量異常告警、信息存儲及處理、信息交互等功能。為基站節能提供詳細的數據依據，為直流、交流配電設備提供分項計量解決方案。
參考文獻
[1] 焦安群,陳超,高宏亮,宋立臣.5G時代基站耗電量大的應對策略.
[2]王鑫.中國鐵塔5G宏基站解決方案[J].信息通信,2020,214(10):239-241
[3] 安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版
作者簡介：
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
Email：2851375246@qq.com ： QQ：2851375246
易允恒，男，本科 安科瑞電氣股份有限公司，主要研究方向為智能電網供配電
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