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【摘要】為了降低5g移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行能耗，節(jié)約初期建設(shè)投資及運(yùn)營(yíng)成本，本文從網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備選型和電源配套設(shè)計(jì)多個(gè)維度提出對(duì)策，為建設(shè)綠色節(jié)能的5G通信網(wǎng)絡(luò)提供參考。

【關(guān)鍵詞】5G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)；節(jié)能減排技術(shù)

1引言

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的驅(qū)動(dòng)，5G已成為電信行業(yè)的下一個(gè)重大機(jī)會(huì)點(diǎn)。在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)中，基站是耗電大戶(hù)，大約80%的能耗來(lái)自廣泛分布的基站。有統(tǒng)計(jì)顯示，基站站點(diǎn)能耗費(fèi)用（電費(fèi)）占到網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本的16%之多。為優(yōu)化成本結(jié)構(gòu)和促進(jìn)社會(huì)效益，針對(duì)基站站點(diǎn)的節(jié)能減排已成運(yùn)營(yíng)商的一大努力目標(biāo)。目前5G部署采用的是CU/DU合設(shè)，AAU上塔安裝的部署方式。從5G試驗(yàn)網(wǎng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，1套5G系統(tǒng)中CU/DU用電功耗約1.5kW，單個(gè)AAU功耗約1.2kW。1套5G系統(tǒng)用電功耗相當(dāng)于4G系統(tǒng)（單個(gè)BBU300W，單個(gè)RRU500W）的3倍左右。引起5G基站能耗增大的因素主要有2個(gè)：5G小微基站部署數(shù)量的增大；大規(guī)模天線(xiàn)陣列MassiveMIMO技術(shù)。“超密集組網(wǎng)”和MassiveMIMO天線(xiàn)是5G網(wǎng)絡(luò)的兩大技術(shù)特征，密集的基站意味著更高的能耗，這是5G網(wǎng)絡(luò)面臨的一大成本挑戰(zhàn)。而采用MassiveMIMO天線(xiàn)，5G設(shè)備用電功耗相比4G大幅增加。盡管5G微基站的能耗遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)宏站，但分布更加密集，會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)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(dá)到30kW以上。5G如此大的用電需求，對(duì)基站市電引入容量、直流開(kāi)關(guān)電源系統(tǒng)、蓄電池容量配置都是極大的挑戰(zhàn)。同時(shí)，對(duì)能源消耗以及后期運(yùn)營(yíng)成本也是非常大的挑戰(zhàn)。毫不夸張地說(shuō)，如果不采取節(jié)能減排措施，5G網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商將成為電力部門(mén)的“打工者”。因此，需要從網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃、設(shè)備選型、電源配套設(shè)計(jì)多個(gè)維度著手打造綠色節(jié)能的通信網(wǎng)。

2網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃

5G建網(wǎng)初期覆蓋場(chǎng)景主要還是密集城區(qū)、市區(qū)等重點(diǎn)、熱點(diǎn)區(qū)域，站址獲取難度非常大。同時(shí)，因?yàn)?G無(wú)線(xiàn)采用高頻段進(jìn)行覆蓋，站址密度非常大。因此，網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃期應(yīng)該充分考慮對(duì)市政路燈桿、監(jiān)控桿、電力塔、建筑外立面等社會(huì)資源的利用，打造“宏微協(xié)同、室內(nèi)外結(jié)合”的立體異構(gòu)網(wǎng)。5G時(shí)代微站將在“宏微協(xié)同”的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中作為業(yè)務(wù)承載的主體，成為網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。在網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃和設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要考慮“多樣化”的覆蓋手段進(jìn)行區(qū)域化網(wǎng)格設(shè)計(jì)。包含兩方面內(nèi)容：（1）區(qū)域細(xì)分：通過(guò)細(xì)分區(qū)域進(jìn)行宏微、室內(nèi)外協(xié)同覆蓋分析，對(duì)原有系統(tǒng)進(jìn)行整體覆蓋分析。（2）精準(zhǔn)定位：區(qū)域化宏微、室內(nèi)外協(xié)同設(shè)計(jì)。先多系統(tǒng)協(xié)同規(guī)劃、協(xié)同設(shè)計(jì)，再覆蓋預(yù)測(cè)、對(duì)比調(diào)整。

3設(shè)備選型

設(shè)備選型主要從兩方面著手：3.1精細(xì)化設(shè)備選型。根據(jù)覆蓋區(qū)域大小，合理選擇不同增益的射頻單元設(shè)備，做到精細(xì)化設(shè)計(jì)。主要是結(jié)合覆蓋場(chǎng)景，根據(jù)覆蓋半徑需求，精細(xì)化設(shè)備選型，降低設(shè)備整體投資。3.2多系統(tǒng)設(shè)備共享。在5G建設(shè)初期，5G系統(tǒng)設(shè)備不能與2G/3G/4G共用物理設(shè)備（如AAU）。設(shè)備廠家需積極開(kāi)發(fā)具有共享功能的基站設(shè)備產(chǎn)品，目前部分設(shè)備廠家已經(jīng)在積極研發(fā)相關(guān)設(shè)備。隨著5G基站硬件的不斷改進(jìn)，以及通過(guò)軟件化和智能優(yōu)化，隨著時(shí)間推移，5G能效將逐漸提升。

4電源配套設(shè)計(jì)

電源配套設(shè)計(jì)方面的節(jié)能減排，主要從電力引入、開(kāi)關(guān)電源、蓄電池、空調(diào)、機(jī)房等方面著手。4.1電力引入。首先，密集城區(qū)、市區(qū)市電引入難度很大，可以根據(jù)具體覆蓋場(chǎng)景采用“集群供電”模式結(jié)合高壓直流遠(yuǎn)供或交流遠(yuǎn)供，實(shí)現(xiàn)集群供電（1帶N），解決電力引入難題，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗?！凹汗╇姟敝饕獞?yīng)用于“線(xiàn)覆蓋場(chǎng)景”（如道路、街道、隧道等）及“面覆蓋場(chǎng)景”（如高層/低層住宅區(qū)、商業(yè)街區(qū)、工業(yè)園區(qū)、校園、景區(qū)等）?！凹汗╇姟笨梢詽M(mǎn)足大多數(shù)5G覆蓋場(chǎng)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(jié)合的方式，降低市電改造費(fèi)用及運(yùn)營(yíng)成本?！罢军c(diǎn)疊光”、梯次電池“削峰填谷”都是非常實(shí)用的方式。4.2開(kāi)關(guān)電源。在自動(dòng)休眠的基礎(chǔ)上，使用新型高效整流模塊，提高電源使用效率。可以采用直流升壓模式，將常規(guī)-48V升壓至-57V，減少線(xiàn)路上的損耗，減小供電電纜線(xiàn)徑，可實(shí)現(xiàn)效率提升10%以上。相對(duì)于-48V直流升壓方案，其好處主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）在負(fù)載一定、線(xiàn)徑一定的情況下，升壓方案可以降低線(xiàn)損，提升供電距離。（2）在負(fù)載一定、供電距離一定的情況下，可以減小電力電纜線(xiàn)徑，降低供電線(xiàn)路的投資建設(shè)成本。（3）在供電距離一定、電力電纜線(xiàn)徑一定的情況下，可以承載更大的負(fù)載。對(duì)于5G設(shè)備替代2G/3G/4G設(shè)備時(shí)，升壓方案就可以支持原有電纜利舊（非100%場(chǎng)景，需根據(jù)具體項(xiàng)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(jìn)行儲(chǔ)能，提升基站備電能力。由于鐵鋰電池在環(huán)境適應(yīng)性、儲(chǔ)能密度、循環(huán)壽命等方面都優(yōu)于鉛酸電池，因此，可利用鐵鋰電池實(shí)現(xiàn)削峰填谷，降低基站的能源消耗成本。另外，創(chuàng)新性試用超級(jí)電容、燃料電池等新技術(shù)、新產(chǎn)品，也可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排。4.4空調(diào)。在環(huán)境條件較好的區(qū)域使用新風(fēng)一體化空調(diào)設(shè)備，減少對(duì)傳統(tǒng)壓縮機(jī)制冷空調(diào)的依賴(lài)，降低電力消耗。新風(fēng)一體化空調(diào)沒(méi)有室外機(jī)，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)室外自然冷源的利用，還能夠徹底解決空調(diào)室外機(jī)被盜的問(wèn)題。利用空調(diào)遠(yuǎn)程智能遙控，結(jié)合動(dòng)力環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)空調(diào)設(shè)備啟停的自動(dòng)化遠(yuǎn)程智能控制。在機(jī)房室內(nèi)溫度達(dá)到設(shè)定溫度的情況下，或者在春、秋季節(jié)機(jī)房溫度相對(duì)恒定無(wú)需制冷的情況下，可以遠(yuǎn)程關(guān)?？照{(diào)設(shè)備，減少空調(diào)的耗電。同時(shí)，還能減少因人工關(guān)?？照{(diào)所需要的人員上站而產(chǎn)生的維護(hù)費(fèi)用。4.5塔桅。除了充分利用社會(huì)資源外，還應(yīng)該積極進(jìn)行技術(shù)創(chuàng)新。使用預(yù)制鋼管樁、預(yù)制鋼筏基礎(chǔ)、預(yù)制燈桿基礎(chǔ)等創(chuàng)新性產(chǎn)品，縮短塔桅基礎(chǔ)建設(shè)周期，提高交付效率。4.6機(jī)房通過(guò)使用創(chuàng)新型ALC預(yù)制拼裝機(jī)房，可以有效縮短基站機(jī)房建設(shè)周期及建設(shè)成本。尤其是在北方地區(qū)冬季溫度較低的情況下，傳統(tǒng)土建機(jī)房無(wú)法施工和養(yǎng)護(hù)，ALC機(jī)房的優(yōu)勢(shì)就更加突出。對(duì)于云化DC機(jī)房，應(yīng)該考慮微模塊技術(shù)的應(yīng)用，以便提高制冷效率，降低機(jī)房PUE，達(dá)到節(jié)能降耗的目的。

5結(jié)論

5G已在路上，5G基站耗電問(wèn)題應(yīng)及早重視，這需要包括設(shè)備商、運(yùn)營(yíng)商和鐵塔公司等在內(nèi)的全行業(yè)共同探索推進(jìn)創(chuàng)新。

參考文獻(xiàn)

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作者:李兵 單位:廣州杰賽科技股份有限公司