淺析5G時代基站耗能情況及應(yīng)對策略

安科瑞電氣股份有限公司

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(dǎo)意義。

 

關(guān)鍵詞：移動通信基站; 霍爾傳感器; 電力儀表;節(jié)能方案;

 

0 引言

5G網(wǎng)絡(luò)的傳輸效率、**性都更高，這是傳統(tǒng)的2G、3G和4G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)所難以達(dá)到的，在信息時代到來以后，人們對網(wǎng)絡(luò)傳輸量、傳輸速率等都提出了越來越高的要求和標(biāo)準(zhǔn)，正是因為這種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)需求，刺激了我國5G技術(shù)的發(fā)展。近年來，我國的5G技術(shù)發(fā)展迅猛，為推進(jìn)5G網(wǎng)絡(luò)的全覆蓋，5G基站的建設(shè)數(shù)量急劇增加，但因為5G基站的建設(shè)特殊性，導(dǎo)致基站運行時，很多設(shè)備設(shè)施都伴隨著耗電量大的特點，難以實現(xiàn)基站節(jié)能目標(biāo)。因此，5G基站中的耗電量控制尤為重要。

1 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的優(yōu)勢和特性

伴隨著信息技術(shù)的日漸進(jìn)步，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成為了信息通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)，完善了我國的通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。與傳統(tǒng)的信息通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相比，5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的出現(xiàn)符合信息時代的發(fā)展特點和要求，具有突出的技術(shù)優(yōu)勢。

1.1 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是時代發(fā)展的必然需求

5G技術(shù)是信息時代的技術(shù)產(chǎn)物，5G技術(shù)的推廣符合時代發(fā)展要求，尤其是在當(dāng)下智慧城市建設(shè)時，5G技術(shù)是不可或缺的技術(shù)。通過5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，通信不再局限于人與人之間，還可以實現(xiàn)人與物、物與物之間，尤其是物聯(lián)網(wǎng)形成以后，信息傳輸和交流更為便捷，突破了傳統(tǒng)的技術(shù)限制。

1.2 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有優(yōu)勢性

傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)存在著較大的技術(shù)局限性，而5G技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸總量大、速度高，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中產(chǎn)生的能源消耗非常小，正是因為如此，在生產(chǎn)生活中的5G技術(shù)應(yīng)用，可以給人們提供更為良好的網(wǎng)絡(luò)體驗，不僅提高了網(wǎng)絡(luò)體系的應(yīng)用價值，更是節(jié)約了網(wǎng)絡(luò)資源。

1.3 5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)具有優(yōu)勢性

隨著人們生產(chǎn)生活中對網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的依賴性有所增強，網(wǎng)絡(luò)的覆蓋面逐步擴大，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)已然成為了不可或缺的技術(shù)。5G技術(shù)具有泛在性，相關(guān)領(lǐng)域在5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用時，可以逐步在此基礎(chǔ)上進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)和覆蓋范圍的擴展，也就可以滿足網(wǎng)絡(luò)服務(wù)需求。

 

2 5G基站建設(shè)所面臨的實際問題分析

2.1 5G基站相關(guān)設(shè)備重量大

當(dāng)下我國的5G網(wǎng)絡(luò)并未完全覆蓋，大部分還是以4G網(wǎng)絡(luò)為主，5G基站與4G基站相比，為滿足網(wǎng)絡(luò)覆蓋需求，在基站內(nèi)配備的是更大規(guī)模、功能更強的設(shè)備。根據(jù)當(dāng)下我國5G基站的建設(shè)情況，AUU設(shè)備是其中的重要構(gòu)成，此設(shè)備的重量達(dá)到了40kg左右，而4G基站中的AUU設(shè)備，其重量僅僅為15kg[1]。此外，5G基站中的CU/DU設(shè)備，其重量也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了4G基站同種設(shè)備的重量。正是因為基站中各種設(shè)備的體積龐大、重量偏重，使得在基站設(shè)計運營時應(yīng)注重能耗管理。

2.2 5G基站其基站建設(shè)的耗能更高

5G基站建設(shè)和運營中的能耗偏高，根據(jù)當(dāng)下我國5G基站的建設(shè)現(xiàn)狀，以不同設(shè)備提供廠商所提供的A、B、C三種CU/DU合設(shè)以及AUU設(shè)備來分析，CU/DU合設(shè)的典型功耗一般保持在315～900W范圍內(nèi)，而4G基站的CU/DU合設(shè)典型功能保持在145W左右，因此，CU/DU合設(shè)的能耗中，5G基站的能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于4G基站能耗[2]。同樣，AUU設(shè)備中，5G基站的設(shè)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(shè)中，設(shè)備能耗是4G基站能耗的幾倍甚至數(shù)十倍。

2.3 5G基站建設(shè)的費用提升

5G技術(shù)的先進(jìn)性較強，正是因為如此，在5G基站的建設(shè)過程中，為滿足其服務(wù)需求，往往需加大在技術(shù)、設(shè)備等方面的投入，也就同步增加了5G基站的建設(shè)費用。比如，在部分5G基站建設(shè)時，為提升基站功能，一般會通過增加纖芯來提高傳輸?shù)男?，還需同步配備高性能的鐵塔，做好對外電和其他配套設(shè)備設(shè)施的改造，5G基站建設(shè)方面的資金投入總量較多。

 

3 通信基站耗電量來源分析

結(jié)合工信部相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計指標(biāo)，在2019年全過程通信業(yè)務(wù)總量的增長速度明顯，在5G基站建設(shè)和網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面取得了成就，部分地區(qū)已然開始了5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用。數(shù)據(jù)調(diào)查顯示，在2019年年末，我國5G基站的建設(shè)總數(shù)已經(jīng)超過了13萬，國內(nèi)5G手機的銷售總量、業(yè)務(wù)也都逐年增加。通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，基站是其中的重要構(gòu)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(qū)鐵塔來看，通信基站電費支出占據(jù)了總營業(yè)收入的20%，甚至有時該電費支出高于公司利潤。

5G基站內(nèi)包含的設(shè)備設(shè)施數(shù)量較多，根據(jù)耗電量調(diào)查，傳輸設(shè)備、基站主設(shè)備、動力配套設(shè)備、環(huán)境溫度控制設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、照明設(shè)備等的耗電量都相對較高，其中基站主設(shè)備、環(huán)境溫度控制設(shè)備的電能消耗量大。

根據(jù)當(dāng)下5G基站的設(shè)備配備情況，SDH、PTN、PDH等均是主要的傳輸設(shè)備，這些設(shè)備的配備和使用主要是為了在基站運行的過程中保障數(shù)據(jù)的傳輸。結(jié)合這些設(shè)備運行中的使用情況來看，這些傳輸設(shè)備的功率比較小，一般在250W以內(nèi)，耗電量偏低；基站主設(shè)備同樣是基站設(shè)備中的重要構(gòu)成，以BBU、AAU為主，這些設(shè)備的存在是為了在基站運行的過程中實現(xiàn)對用戶數(shù)據(jù)的調(diào)制和收發(fā)，結(jié)合這些設(shè)備的運行和使用情況，AAU的電能消耗高。

在我國的設(shè)備市場上，AAU設(shè)備廠家非常多，不同廠家所生產(chǎn)的AAU設(shè)備在運行時的能耗也有所區(qū)別，當(dāng)前市場上的AAU設(shè)備生產(chǎn)廠家主要為華為、摩托羅拉、愛立信等，其中，華為的設(shè)備市場占有率是高的，結(jié)合設(shè)備運行時的功耗分析，3臺AAU設(shè)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(shè)備的耗電量占據(jù)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(shè)備如開關(guān)電源、蓄電池的配備，這些設(shè)備的使用可以在基站運行的過程中，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，為基站主設(shè)備、傳輸系統(tǒng)、其他設(shè)備等提供了足夠的電能資源，在基站出現(xiàn)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(zhuǎn)。在動力配套系統(tǒng)的運行過程中，電能消耗來自于交流電向直流電轉(zhuǎn)換時的能耗。結(jié)合運行情況，一些性能比較好的動力配套系統(tǒng)在交流電向直流電轉(zhuǎn)換時的效率可以高達(dá)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(jiān)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(jiān)控設(shè)備、無線采集設(shè)備以及系統(tǒng)管理平臺，完成夜間無業(yè)務(wù)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(shè)備供電線路狀態(tài)的實時監(jiān)測保護(hù)功能；系統(tǒng)后臺對存儲的供電線路歷史電氣性能數(shù)據(jù)進(jìn)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(xù)同類故障的發(fā)生率，提升供電線路運維管控能力。

 

5 5G基站電氣監(jiān)控云平臺系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

平臺架構(gòu)圖

6 5G基站電氣監(jiān)控云平臺功能

Acrel Cloud-6000 5G基站電氣監(jiān)控云平臺軟件人機界面友好，擁有數(shù)據(jù)匯總、系統(tǒng)體檢、分析報告、能耗統(tǒng)計、能耗報表等功能。

顯示基站的設(shè)備詳情和設(shè)備在線失聯(lián)狀態(tài)；

顯示具體設(shè)備的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)和歷史曲線供查詢；

提供分合閘功能供用戶對儀表進(jìn)行操作；

提供參數(shù)設(shè)置功能，用戶能對儀表內(nèi)置的報警值和保護(hù)開關(guān)等進(jìn)行操作。

對不同的基站設(shè)置不同的分合閘策略，下發(fā)周期可以按照年~月~周~日來進(jìn)行選擇，提供下發(fā)命令的日志供用戶進(jìn)行查詢。

對設(shè)備可以設(shè)置對應(yīng)的進(jìn)線和出線關(guān)系，來對每一個基站的使用功率進(jìn)行實時監(jiān)測，可以分析基站的使用負(fù)載。從而可以分析不同區(qū)域的基站使用情況。

對各個基站的溫度進(jìn)行設(shè)置，當(dāng)溫度高于范圍內(nèi)，會開啟空調(diào)，其實時間會關(guān)閉空調(diào)。

 

7 產(chǎn)品選型及典型配置方案

7.1 設(shè)備概述

DTSD1352 - xSyD系列導(dǎo)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(shù)、相角、不平衡度、諧波等參數(shù)。

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(jiān)測各相電壓/電流、零序電流、頻率；

●監(jiān)測各相功率、總功率（有功、無功、視在）；

●監(jiān)測各相功率因數(shù)、總功率因數(shù)；

●監(jiān)測電壓/電流相角、電壓/電流不平衡度；

●監(jiān)測電壓、電流總諧波及2-31分次諧波；

●當(dāng)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(lián)動等報警輸出；

●4時區(qū)14時段的費率設(shè)置；

●四象限電能，12個月復(fù)費率電能統(tǒng)計；

●31天四象限和復(fù)費率電能凍結(jié)，正反向電能計量；

●兩路無源開關(guān)量輸入、兩路開關(guān)量輸出、RS485通訊；兩路有源開關(guān)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(chǎn)品選型

7.5 設(shè)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(guān)電源無分用戶電量計量功能的基站而

設(shè)計的。儀表可進(jìn)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(xiàn)零漂校準(zhǔn)，具有遙測、遙信、遙調(diào)、實時電量計量、供電質(zhì)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(jié)能詳細(xì)的數(shù)據(jù)依據(jù)，為直流配電設(shè)備提供可靠的分項計量解決方案。

模塊具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的RS485通訊接口,采用 YD/T1363.3-2014協(xié)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(shù)要求》相關(guān)技術(shù)要求。

7.6 具體功能

●監(jiān)測設(shè)備系統(tǒng)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(fù)載電流值在不超過電流1%時，模塊啟動潛動電流：當(dāng)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(yīng)有1個以上的數(shù)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(nèi)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(jìn)行遠(yuǎn)程校時；

●存儲：有歷史電能數(shù)據(jù)和歷史告警信息的存儲功能，內(nèi)存為2MB。

7.7 直流配置方案

 

8 結(jié)束語

安科瑞5G基站配電解決方案，通過上位機軟件實現(xiàn)零漂校準(zhǔn)，具有遙測、遙信、遙調(diào)、實時電量計量、供電質(zhì)量異常告警、信息存儲及處理、信息交互等功能。為基站節(jié)能提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)依據(jù)，為直流、交流配電設(shè)備提供分項計量解決方案。

 

參考文獻(xiàn)

[1] 焦安群,陳超,高宏亮,宋立臣.5G時代基站耗電量大的應(yīng)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(yè)微電網(wǎng)設(shè)計與應(yīng)用手冊.2020.06版

 

作者簡介：

張娟，現(xiàn)任職于江蘇安科瑞電器制造有限公司，主要從事新建5G基站配電的研發(fā)與應(yīng)用。